Hva er de viktigste funksjonelle egenskapene til alle organismer?

Hva betyr det å være i live? Bortsett fra hverdagslige filosofiske observasjoner som "en mulighet til å bidra til samfunnet", kan de fleste svar ha form av følgende:

• "Puster luft inn og ut."
• "Et hjerteslag."
• "Å spise mat og drikke vann."
• "Å svare på endringer i miljøet, som å kle på seg kaldt vær."
• "Å starte en familie."

Selv om disse i beste fall virker som vagt vitenskapelige svar, gjenspeiler de faktisk den vitenskapelige definisjonen av liv på mobilnivå. I en verden som nå er full av maskiner som kan etterligne handlingene til mennesker og annen flora og noen ganger overstiger menneskelig produksjon, er det viktig å undersøke spørsmålet "Hva er egenskapene til liv?"

Ulike lærebøker og nettressurser gir litt forskjellige kriterier for hvilke egenskaper som utgjør de funksjonelle egenskapene til levende ting. For nåværende formål, vurder følgende liste over attributter for å være fullstendig representativ for a levende organisme:

• Organisasjon.
• Følsomhet eller respons på stimuli.
• Reproduksjon.
• Tilpasning.
• Vekst og utvikling.
• Regulering.
• Homeostase.
• Metabolisme.

Disse vil hver bli utforsket hver for seg etter en kort avhandling om hvordan livet, uansett hva det måtte være, sannsynligvis fikk sin start på jorden og de viktigste kjemiske ingrediensene i levende ting.

Alle levende ting består av minst en celle. Samtidig som prokaryotisk organismer, som inkluderer de som er klassifiseringsdomenene Bakterier og Archaea, er nesten alle encellede, de i Eukaryota domene, som inkluderer planter, dyr og sopp, har vanligvis billioner av individuelle celler.

Selv om cellene i seg selv er mikroskopiske, består selv den mest grunnleggende cellen av mange molekyler som er langt mindre. Over tre fjerdedeler av massen av levende ting består av vann, ioner og forskjellige små organiske (dvs. inneholder karbon) molekyler som sukker, vitaminer og fettsyrer. Ioner er atomer som bærer en elektrisk ladning, slik som klor (Cl^-) eller kalsium (Ca²⁺).

Den gjenværende en fjerdedel av levende masse, eller biomasse, består av makromolekyler, eller store molekyler laget av små repeterende enheter. Blant disse er proteiner, som utgjør de fleste av dine indre organer og består av polymerer, eller kjeder, av aminosyrer; polysakkarider, slik som glykogen (en polymer av den enkle sukkerglukosen); og nukleinsyre deoksyribonukleinsyre (DNA).

Mindre molekyler blir vanligvis flyttet inn i en celle i henhold til cellens behov. Imidlertid må cellen produsere makromolekyler.

Hvordan livet startet er et fascinerende spørsmål for forskere, og ikke bare med det formål å løse et fantastisk kosmisk mysterium. Hvis forskere med sikkerhet kan bestemme hvordan livet på jorden først ble sparket i gir, kan de lettere forutsi hvilke fremmede verdener, om noen, også sannsynligvis vil være vert for en eller annen form for liv.

Forskere vet at for omtrent 3,5 milliarder år siden, bare en milliard eller så år etter at Jorden først kom sammen til en planet eksisterte prokaryote organismer, og at de, i likhet med dagens organismer, sannsynligvis brukte DNA som sitt genetiske materiale.

Det er også kjent at RNA, en annen nukleinsyre, kan ha fordatert DNA i en eller annen form. Dette er fordi RNA, i tillegg til å lagre informasjon kodet av DNA, også kan katalysere eller øke hastigheten på visse biokjemiske reaksjoner. Det er også enkeltstrenget og litt enklere enn DNA.

Forskere er i stand til å bestemme mange av disse tingene ved å se på likhetsnivået på molekylært nivå mellom organismer som tilsynelatende har veldig lite til felles. Fremskritt innen teknologi som startet i siste del av det 20. århundre har utvidet seg sterkt vitenskapens verktøysett og gir håp om at dette riktignok vanskelige mysteriet en dag kan være definitivt løst.

Alt levende viser organisasjon, eller bestill. Dette betyr egentlig at når du ser nøye på alt som er i live, er det organisert på en måte som svært lite sannsynlig vil forekomme i ikke-levende ting, for eksempel nøye partisjonering av celleinnhold for å forhindre "selvskading" og tillate effektiv bevegelse av kritiske molekyler.

Selv de enkleste encellede organismer inneholder DNA, a cellemembran og ribosomer, som alle er utsøkt organisert og designet for å utføre spesifikke viktige oppgaver. Her utgjør atomer molekyler, og molekyler utgjør strukturer som skiller seg fra omgivelsene på både fysiske og funksjonelle måter.

Individuelle celler reagerer på endringer i deres innvendig miljø på forutsigbare måter. For eksempel når et makromolekyl som glykogen er mangelvare i systemet ditt takket være en lang sykkeltur du nettopp har fullført, vil cellene dine gjøre mer av det ved å samle molekyler (glukose og enzymer) som trengs for glykogensyntese.

På makronivå, noen svar på stimuli i den utvendig miljø er åpenbare. En plante vokser i retning av en jevn lyskilde; du beveger deg til den ene siden for å unngå å tråkke i en sølepytt når hjernen din forteller deg at den er der.

Evnen til å reprodusere er en av de mest vedvarende åpenbare egenskapene til levende ting. Bakteriekoloniene som vokser på den ødeleggende maten i et kjøleskap, representerer reproduksjon av mikroorganismer.

Alle organismer reproduserer identiske (prokaryoter) eller veldig like (eukaryoter) kopier av seg selv takket være deres DNA. Bakterier kan bare reprodusere aseksuelt, noe som betyr at de bare deler seg i to for å gi identiske datterceller. Mennesker, dyr og til og med planter reproduserer seksuelt, noe som sikrer genetisk mangfold av arten og dermed en større sjanse for artsoverlevelse.

Uten evnen til tilpasse til skiftende miljøforhold, for eksempel temperaturskift, ville ikke organismer kunne opprettholde den egnetheten som er nødvendig for å overleve. Jo mer en organisme kan tilpasse seg, jo større er sjansen for at den vil overleve lenge nok til å reprodusere.

Det er viktig å merke seg at "fitness" er artsspesifikk. Noen arkebakterier lever for eksempel i varmkokere med nesten kokende varme som raskt vil drepe de fleste andre levende ting.

Vekst, måten organismer blir større og mer forskjellige i utseende når de modnes og delta i metabolske aktiviteter, bestemmes i enorm grad av informasjonen kodet i deres DNA.

Denne informasjonen kan imidlertid gi forskjellige resultater i forskjellige miljøer, og organismens mobilmaskiner "bestemmer" hvilke proteinprodukter de skal lage i større eller mindre mengder.

Regulering kan betraktes som koordinering av andre prosesser som indikerer liv, som metabolisme og homeostase.

For eksempel kan du regulere mengden luft som kommer inn i lungene ved å puste raskere når du trener, og når du er uvanlig sulten, kan du spise mer for å oppveie utgiftene til uvanlig store mengder energi.

Homeostase kan betraktes som en mer stiv form for regulering, med akseptable grenser for "høy" og "lav" for en gitt kjemisk tilstand som er nærmere hverandre.

Eksempler inkluderer pH (surhetsnivået inne i en celle), temperatur og forholdet mellom nøkkelmolekyler til hverandre, slik som oksygen og karbondioksid.

Dette vedlikeholdet av en "stabil tilstand", eller veldig nær en, er uunnværlig for levende ting.

Metabolisme er kanskje den mest slående øyeblikkelige egenskapen til livet du sannsynligvis vil observere på daglig basis. Alle celler har evnen til å syntetisere et molekyl som kalles ATP, eller adenosintrifosfat, som brukes til å drive prosesser i cellen slik som reproduksjon av DNA og proteinsyntese.

Dette er mulig fordi levende ting kan bruke energien i bindingene til karbonholdige molekyler, spesielt glukose og fettsyrer, til å montere ATP, vanligvis ved å tilsette en fosfatgruppe til adenosindifosfat (ADP).

Bryte ned molekyler (katabolisme) for energi er imidlertid bare ett aspekt av stoffskiftet. Å bygge større molekyler fra mindre, som reflekterer vekst, er anabole side av stoffskiftet.