ลักษณะการทำงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดคืออะไร?

การมีชีวิตอยู่หมายความว่าอย่างไร? นอกเหนือจากการสังเกตเชิงปรัชญาในชีวิตประจำวันเช่น "โอกาสในการมีส่วนร่วมในสังคม" คำตอบส่วนใหญ่อาจอยู่ในรูปแบบของต่อไปนี้:

• "สูดอากาศเข้าและออก"
• "การเต้นของหัวใจ"
• "กินข้าวและดื่มน้ำ"
• "การตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม เช่น การแต่งกายสำหรับอากาศหนาว"
• "การสร้างครอบครัว"

แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะดูเหมือนการตอบสนองทางวิทยาศาสตร์ที่คลุมเครืออย่างดีที่สุด แต่จริงๆ แล้วสิ่งเหล่านี้สะท้อนคำจำกัดความทางวิทยาศาสตร์ของชีวิตในระดับเซลล์ ในโลกนี้เต็มไปด้วยเครื่องจักรที่สามารถเลียนแบบการกระทำของมนุษย์และพืชพรรณอื่นๆ และบางครั้ง เกินผลผลิตของมนุษย์อย่างมาก สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบคำถามว่า "คุณสมบัติของ .คืออะไร ชีวิต?"

หนังสือเรียนและแหล่งข้อมูลออนไลน์ที่แตกต่างกันให้เกณฑ์ที่แตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับคุณสมบัติที่ประกอบเป็นลักษณะการทำงานของสิ่งมีชีวิต สำหรับวัตถุประสงค์ในปัจจุบัน ให้พิจารณารายการคุณลักษณะต่อไปนี้เพื่อเป็นตัวแทนของ a. อย่างสมบูรณ์ สิ่งมีชีวิต:

• องค์กร.
• ความไวหรือตอบสนองต่อสิ่งเร้า
• การสืบพันธุ์
• การปรับตัว
• การเจริญเติบโตและการพัฒนา
• ระเบียบข้อบังคับ.
• สภาวะสมดุล
• เมแทบอลิซึม

สิ่งเหล่านี้จะได้รับการสำรวจเป็นรายบุคคลหลังจากบทความสั้น ๆ เกี่ยวกับชีวิต ไม่ว่ามันจะเป็นอะไร มีแนวโน้มที่จะเริ่มต้นบนโลกและส่วนประกอบทางเคมีที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยอย่างน้อยหนึ่งตัว เซลล์. ในขณะที่ โปรคาริโอต สิ่งมีชีวิต ซึ่งรวมถึงสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในโดเมนการจำแนกแบคทีเรียและอาร์เคีย เกือบทั้งหมดมีเซลล์เดียว ซึ่งอยู่ใน ยูคาริโอต โดเมน ซึ่งรวมถึงพืช สัตว์ และเชื้อรา โดยทั่วไปมีเซลล์แต่ละเซลล์เป็นล้านล้าน

แม้ว่าเซลล์เองจะเป็นจุลทรรศน์ แม้แต่เซลล์พื้นฐานที่สุดก็ยังประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมากที่มีขนาดเล็กกว่ามาก มวลมากกว่าสามในสี่ของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยน้ำ ไอออน และโมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กต่างๆ (เช่น ที่มีคาร์บอน) เช่น น้ำตาล วิตามิน และกรดไขมัน ไอออน คือ อะตอมที่มีประจุไฟฟ้า เช่น คลอรีน (Cl^-) หรือแคลเซียม (Ca²⁺).

หนึ่งในสี่ของมวลสิ่งมีชีวิตหรือชีวมวลที่เหลือประกอบด้วย โมเลกุลขนาดใหญ่หรือโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากหน่วยที่เกิดซ้ำขนาดเล็ก ในกลุ่มเหล่านี้ได้แก่ โปรตีน ซึ่งประกอบเป็นอวัยวะภายในส่วนใหญ่ของคุณและประกอบด้วยโพลีเมอร์หรือสายโซ่ของ กรดอะมิโน; โพลีแซ็กคาไรด์เช่นไกลโคเจน (พอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคสอย่างง่าย); และ กรดนิวคลีอิค กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA)

โมเลกุลที่เล็กกว่ามักจะถูกย้ายเข้าไปในเซลล์ตามความต้องการของเซลล์นั้น อย่างไรก็ตาม เซลล์ต้องผลิตโมเลกุลขนาดใหญ่

การที่ชีวิตได้เริ่มต้นขึ้นนั้นเป็นคำถามที่น่าสนใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่แค่เพื่อจุดประสงค์ในการไขปริศนาลึกลับของจักรวาลเท่านั้น หากนักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้อย่างแน่นอนว่าชีวิตบนโลกเริ่มต้นขึ้นได้อย่างไร พวกเขาอาจจะสามารถคาดเดาได้ง่ายขึ้นว่าโลกภายนอกใด (ถ้ามี) มีแนวโน้มที่จะเป็นที่อยู่อาศัยบางรูปแบบเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าเมื่อประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน หรือราวๆ พันล้านปีหลังจากที่โลกได้รวมตัวกันเป็น ดาวเคราะห์ สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตมีอยู่ และเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน พวกมันอาจใช้ DNA เป็นสารพันธุกรรม

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า RNAซึ่งเป็นกรดนิวคลีอิกอีกตัวหนึ่ง อาจมี DNA ที่ลงวันที่ล่วงหน้าในบางรูปแบบ ทั้งนี้เนื่องจาก RNA นอกเหนือจากการจัดเก็บข้อมูลที่เข้ารหัสโดย DNA แล้ว ยังสามารถกระตุ้นหรือเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมีบางอย่างได้อีกด้วย มันเป็นสายเดี่ยวและง่ายกว่า DNA เล็กน้อย

นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุสิ่งเหล่านี้ได้หลายอย่างโดยพิจารณาจากความคล้ายคลึงกันระดับโมเลกุลระหว่างสิ่งมีชีวิตที่ดูเหมือนจะมีความเหมือนกันเพียงเล็กน้อย ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เริ่มต้นในช่วงหลังของศตวรรษที่ 20 ได้ขยายตัวอย่างมาก ชุดเครื่องมือของวิทยาศาสตร์และเสนอความหวังว่าปริศนาที่ยากจะยอมรับได้นี้ สักวันหนึ่งคงจะเป็นที่สิ้นสุด แก้ไข

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดแสดงให้เห็น องค์กรหรือสั่ง. โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่าเมื่อคุณมองอย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่มีชีวิตอยู่ มันถูกจัดระเบียบในลักษณะที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้อย่างมากในสิ่งไม่มีชีวิต สิ่งต่างๆ เช่น การแบ่งเนื้อหาในเซลล์อย่างระมัดระวังเพื่อป้องกัน "การทำร้ายตัวเอง" และช่วยให้โมเลกุลที่สำคัญเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แม้แต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ง่ายที่สุดก็มี DNA, a เยื่อหุ้มเซลล์ และ ไรโบโซมซึ่งทั้งหมดได้รับการจัดระเบียบและออกแบบมาอย่างประณีตเพื่อดำเนินงานที่สำคัญโดยเฉพาะ ในที่นี้ อะตอมประกอบขึ้นเป็นโมเลกุล และโมเลกุลประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างที่แตกต่างจากสภาพแวดล้อมทั้งในลักษณะทางกายภาพและเชิงหน้าที่

แต่ละเซลล์ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใน changes ภายใน สิ่งแวดล้อมในลักษณะที่คาดเดาได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อโมเลกุลขนาดใหญ่เช่น ไกลโคเจน ไม่เพียงพอในระบบของคุณเนื่องจากการขี่จักรยานเป็นเวลานานที่คุณเพิ่งทำเสร็จ เซลล์ของคุณจะสร้างมันได้มากขึ้นโดยการรวมโมเลกุล (กลูโคสและเอนไซม์) ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ไกลโคเจน

ในระดับมหภาค การตอบสนองบางอย่างต่อ สิ่งเร้า ใน ภายนอก สิ่งแวดล้อมได้ชัดเจน พืชเติบโตไปในทิศทางของแหล่งกำเนิดแสงที่สม่ำเสมอ คุณย้ายไปด้านใดด้านหนึ่งเพื่อหลีกเลี่ยงการเหยียบแอ่งน้ำเมื่อสมองของคุณบอกคุณว่าอยู่ที่นั่น

ความสามารถในการ สืบพันธุ์ เป็นลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตที่เด่นชัดที่สุด อาณานิคมของแบคทีเรียที่เติบโตบนอาหารที่เน่าเสียในตู้เย็นแสดงถึงการสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดสร้างสำเนาที่เหมือนกัน (โปรคาริโอต) หรือที่คล้ายกันมาก (ยูคาริโอต) ของตัวเองด้วย DNA ของพวกมัน แบคทีเรียสามารถสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าพวกมันแยกออกเป็นสองส่วนเพื่อสร้างเซลล์ลูกสาวที่เหมือนกัน มนุษย์ สัตว์ และแม้แต่พืชสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ซึ่งทำให้มั่นใจ ความหลากหลายทางพันธุกรรม ของสายพันธุ์และด้วยเหตุนี้จึงมีโอกาสรอดของสายพันธุ์มากขึ้น

ไม่มีความสามารถในการ ปรับ การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตจะไม่สามารถรักษาสมรรถภาพที่จำเป็นต่อการอยู่รอดได้ ยิ่งสิ่งมีชีวิตสามารถปรับตัวได้มากเท่าไร โอกาสที่สิ่งมีชีวิตจะอยู่รอดได้นานพอที่จะสืบพันธุ์ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่า "ความฟิต" เป็นลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น อาร์คีแบคทีเรียบางชนิดอาศัยอยู่ในช่องระบายความร้อนที่ใกล้จะเดือดและจะฆ่าสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ส่วนใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว

การเจริญเติบโตลักษณะที่สิ่งมีชีวิตมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีลักษณะแตกต่างกันมากขึ้นเมื่อโตเต็มที่และ มีส่วนร่วมในกิจกรรมการเผาผลาญถูกกำหนดในขอบเขตมหาศาลโดยข้อมูลที่เข้ารหัสใน ดีเอ็นเอ.

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลนี้สามารถให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน และกลไกระดับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต "ตัดสินใจ" ผลิตภัณฑ์โปรตีนชนิดใดที่จะทำในปริมาณที่มากหรือน้อย

ระเบียบข้อบังคับ สามารถคิดได้ว่าเป็นการประสานกันของกระบวนการอื่นๆ ที่บ่งบอกถึงชีวิต เช่น เมแทบอลิซึมและสภาวะสมดุล

ตัวอย่างเช่น คุณสามารถควบคุมปริมาณอากาศที่เข้าสู่ปอดโดยการหายใจเร็วขึ้นเมื่อคุณออกกำลังกาย และเมื่อคุณหิวผิดปกติ ก็สามารถกินมากขึ้นเพื่อชดเชยค่าใช้จ่ายของปริมาณที่สูงผิดปกติ พลังงาน.

สภาวะสมดุล ถือได้ว่าเป็นรูปแบบการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้น โดยมีขอบเขตที่ยอมรับได้ระหว่าง "สูง" และ "ต่ำ" สำหรับสถานะทางเคมีที่กำหนดอยู่ใกล้กันมากขึ้น

ตัวอย่าง ได้แก่ pH (ระดับความเป็นกรดภายในเซลล์) อุณหภูมิ และอัตราส่วนของโมเลกุลสำคัญต่อกัน เช่น ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์

การบำรุงรักษา "สภาวะคงที่" หรือใกล้เคียงกันนี้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับสิ่งมีชีวิต

เมแทบอลิซึม อาจเป็นคุณสมบัติในช่วงเวลาหนึ่งที่โดดเด่นที่สุดในชีวิตที่คุณมักจะสังเกตเห็นในชีวิตประจำวัน ทุกเซลล์มีความสามารถในการสังเคราะห์โมเลกุลที่เรียกว่า ATPหรืออะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อนกระบวนการในเซลล์ เช่น การสืบพันธุ์ของ DNA และการสังเคราะห์โปรตีน

สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เพราะสิ่งมีชีวิตสามารถใช้พลังงานในพันธะของโมเลกุลที่ประกอบด้วยคาร์บอน โดยเฉพาะกลูโคสและกรดไขมัน เพื่อประกอบเป็นเอทีพี โดยปกติโดยการเพิ่มหมู่ฟอสเฟตเข้าไป อะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP).

สลายโมเลกุล (แคแทบอลิซึม) สำหรับพลังงานเป็นเพียงด้านหนึ่งของการเผาผลาญอย่างไร การสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นจากโมเลกุลที่เล็กกว่าซึ่งสะท้อนถึงการเติบโตคือ โบลิค ด้านเมตาบอลิซึม