Viață | în biologie

Lucrurile vii, sau organismele, pot fi explicate ca sisteme deschise. Acestea sunt în continuă schimbare, deoarece schimbă materiale și informații cu mediul înconjurător. Ele sunt supuse metabolismului, mențin homeostazia, au capacitatea de a crește, de a răspunde la stimuli și de a se reproduce.

Prin selecție naturală, acestea se adaptează la mediul înconjurător în generații succesive. Organismele vii mai complexe pot comunica prin diverse mijloace. Pe Pământ se pot găsi multe forme de viață. Proprietățile comune ale acestor organisme - plante, animale, ciuperci, protiști, archaea și bacterii - sunt o formă celulară bazată pe carbon și apă, cu o organizare complexă și informații genetice ereditare.

Sistemele care alcătuiesc viața au mai multe niveluri de organizare. De la cel mai mic la cel mai mare, acestea sunt: molecula, celula, țesutul (grup de celule cu un scop comun), organul (parte a corpului cu un scop), sistemul de organe (grup de organe care lucrează împreună), organismul, populația (grup de organisme din aceeași specie), comunitatea (toate organismele care interacționează într-o zonă), ecosistemul (toate organismele dintr-o zonă și mediul înconjurător lipsit de viață) și biosfera (toate părțile Pământului care au viață).

În prezent, Pământul este singura planetă despre care oamenii dețin informații detaliate. Întrebarea dacă există viață în altă parte în Univers este deschisă. Au existat o serie de afirmații privind existența vieții în altă parte în Univers. Niciuna dintre acestea nu a fost confirmată până în prezent. Cea mai bună dovadă a vieții în afara Pământului sunt acizii nucleici care au fost găsiți în anumite tipuri de meteoriți.

O explicație a vieții se numește teoria celulelor. Teoria celulară are trei puncte de bază: toate ființele vii sunt alcătuite din celule. Celula este cea mai mică ființă vie care poate face toate lucrurile necesare pentru viață. Toate celulele trebuie să provină din celule preexistente.

Se spune adesea că un lucru este viu dacă:

• crește,
• ia hrană, folosește alimentele pentru a obține energie și elimină deșeurile (a se vedea metabolism),
• se mișcă: trebuie fie să se miște el însuși, fie să aibă mișcare în interiorul său,
• se reproduce, fie pe cale sexuală (cu o altă ființă vie), fie pe cale asexuată, prin crearea de copii ale sale,
• reacționează la mediul înconjurător,
• funcții

Cu toate acestea, nu toate ființele vii se încadrează în toate punctele din această listă.

• Catârii nu se pot reproduce și nici furnicile lucrătoare.
• Virușii și sporii nu sunt activi (metabolizează) până când nu sunt îndeplinite condițiile necesare.

Cu toate acestea, ele se încadrează în definițiile biochimice: sunt alcătuite din același tip de substanțe chimice.

Definiția termodinamică a vieții este orice sistem care își poate menține nivelurile de entropie sub nivelul maxim (de obicei prin adaptare și mutații).

O abordare modernă

O definiție modernă a fost dată de Humberto Maturana și Francisco Varela în 1980, căreia i-au dat numele de autopoiesis:

1. Producerea propriilor componente
2. Asamblarea corectă a acestor componente
3. Repararea și întreținerea continuă a propriei existențe.

Roth a comentat: "Pe scurt, organismele sunt sisteme care se reproduc și se mențin singure, sau sisteme "autopoietice"". Această abordare utilizează ideile biologiei moleculare și ale științei sistemelor.

Chimie

Viața pe Pământ este formată din compuși organici - molecule care conțin carbon. Patru tipuri de molecule cu lanț lung (macromolecule) sunt importante: carbohidrați, lipide, proteine și acizi nucleici.

• Carbohidrații simpli (zaharuri) sunt utilizați pentru energie sau ca element de construcție. Carbohidrații complecși, cum ar fi amidonul și celuloza, pot păstra energia pentru o perioadă lungă de timp. De asemenea, aceștia sunt utilizați pentru a face o structură puternică, cum ar fi tulpina unei plante.
• Lipidele pot fi izolatoare pentru a menține căldura unui ființă vie, cum ar fi grăsimea unui pinguin, sau pentru a împiedica apa să intre sau să iasă, cum ar fi penele impermeabile. Toate membranele celulare sunt alcătuite din două straturi de fosfolide (un tip de lipide). Unele tipuri de lipide sunt hormoni, care trimit mesaje de la o celulă la alta.
• Proteinele, lanțuri lungi de aminoacizi, au multe scopuri. Ele se pliază în forme complexe deoarece aminoacizii interacționează între ei. Proteinele sunt implicate în multe reacții chimice, pentru a le face să meargă mai repede.
• Acizii nucleici, inclusiv ADN și ARN, sunt lanțuri lungi de nucleotide. Există doar patru tipuri de nucleotide în fiecare lanț, dar acestea reprezintă instrucțiunile pentru viață, ca un limbaj. Fiecare trei nucleotide îi spun celulei să producă un aminoacid. O parte a unui acid nucleic reprezintă codul pentru o moleculă de proteină.

Aproape toate ființele vii au nevoie de elementele chimice carbon, hidrogen, oxigen, azot, sulf și fosfor pentru a construi aceste macromolecule. De asemenea, ființele vii au nevoie de cantități mici de alte elemente, numite oligoelemente. Apa este o parte foarte importantă a tuturor ființelor vii. De exemplu, oamenii sunt aproximativ două treimi apă. Apa este un solvent care permite moleculelor să se amestece și să reacționeze cu alte molecule.

Surse de energie

Toate ființele vii au nevoie de energie pentru a supraviețui, a se mișca, a crește și a se reproduce. Unele pot obține energie din mediul înconjurător fără ajutorul altor viețuitoare: acestea se numesc producători sau autotrofe. Plantele, algele și unele bacterii, un grup de producători numiți fotoautotrofi, folosesc lumina soarelui pentru a obține energie. Atunci când producătorii folosesc lumina pentru a produce și stoca compuși organici, acest lucru se numește fotosinteză. Alți producători, numiți chimioautotrofi, obțin energie din substanțele chimice care ies de pe fundul oceanului în fântânile hidrotermale. Alte viețuitoare își obțin energia din compuși organici: acestea se numesc consumatori sau heterotrofe. Animalele, ciupercile, majoritatea bacteriilor și majoritatea protiștilor sunt consumatori. Consumatorii pot mânca alte ființe vii sau materii moarte.

Atât producătorii, cât și consumatorii trebuie să descompună compușii organici pentru a elibera energie. Cel mai bun mod de a face acest lucru este respirația aerobă, care eliberează cea mai mare cantitate de energie, dar ființele vii pot face respirație aerobă numai dacă au oxigen (O2). Ele pot, de asemenea, să descompună acești compuși fără oxigen, folosind respirația anaerobă sau fermentația.

Toate ființele vii au celule. Fiecare celulă are o membrană celulară la exterior și un material gelatinos care umple interiorul, numit citoplasmă. Membrana este importantă deoarece separă substanțele chimice din interior și exterior. Unele molecule pot trece prin membrană, dar altele nu. Celulele vii au gene, alcătuite din ADN. Genele îi spun celulei ce să facă, ca un limbaj. O moleculă de ADN, cu multe gene, se numește cromozom. Celulele se pot copia pe ele însele pentru a crea două celule noi.

Există două tipuri principale de celule: procariote și eucariote. Celulele procariote au doar câteva părți. ADN-ul lor are forma unui cerc, în interiorul citoplasmei, și nu au membrane în interiorul celulei. Celulele eucariote sunt mai complexe și au un nucleu celular. ADN-ul se află în interiorul nucleului, iar în jurul acestuia se află o membrană. Celulele eucariote au și alte părți, numite organite. Unele dintre aceste alte organite au, de asemenea, membrane.

Taxonomia reprezintă modul în care formele de viață sunt grupate. Grupurile mai mici sunt mai strâns legate între ele, dar clasele mai mari sunt mai îndepărtate. Nivelurile sau rangurile taxonomiei sunt: domeniul, regnul, filo, clasa, ordinul, familia, genul și specia. Există mai multe idei pentru semnificația termenului "specie". Una dintre idei, numită conceptul de specie biologică, este următoarea. O specie este un grup de ființe vii care se pot împerechea între ele și ai căror copii pot face proprii copii.

Taxonomia urmărește să grupeze ființele vii care au un strămoș comun. Acest lucru poate fi realizat acum prin compararea ADN-ului acestora. Inițial, acest lucru se făcea prin compararea anatomiei lor.

Cele trei domenii ale vieții sunt Bacteria, Archaea și Eukarya. Bacteriile și archaea sunt procariote și au doar o singură celulă. Dimensiunile bacteriilor variază de la 0,15 micrometri cubi (Mycoplasma) la 200.000.000 de micrometri cubi (Thiomargarita namibiensis). Bacteriile au forme care sunt utile în clasificare, cum ar fi rotunde, lungi și subțiri și spiralate. Unele bacterii provoacă boli. Bacteriile din intestinele noastre fac parte din flora intestinală. Ele descompun o parte din alimentele noastre. Atât bacteriile, cât și archaea pot trăi acolo unde formele de viață mai mari nu pot trăi. Bacteriile au o moleculă numită peptidoglican în peretele celular, dar arheele nu au. Archaea are o moleculă numită izopren în membrana celulară, dar nu și bacteriile.

Eukarya sunt ființe vii cu celule eucariote și pot avea o singură celulă sau mai multe celule. Majoritatea eucariotelor utilizează reproducerea sexuată pentru a face noi copii ale lor. În cadrul reproducerii sexuale, două celule sexuale, câte una de la fiecare părinte, se unesc pentru a crea o nouă ființă vie.

Plantele sunt eucariote care folosesc lumina Soarelui pentru a obține energie. Acestea includ algele, care trăiesc în apă, și plantele terestre. Toate plantele terestre au două forme în timpul ciclului lor de viață, numită alternanță de generații. O formă este diploidă, în care celulele au două copii ale cromozomilor, iar cealaltă formă este haploidă, în care celulele au o singură copie a cromozomilor. La plantele terestre, atât forma diploidă, cât și cea haploidă au multe celule. Două tipuri de plante terestre sunt plantele vasculare și briofitele. Plantele vasculare au țesuturi lungi care se întind de la un capăt la altul al plantei. Aceste țesuturi transportă apa și hrana. Majoritatea plantelor au rădăcini și frunze.

Animalele sunt eucariote cu multe celule, care nu au pereți celulari rigizi. Toate animalele sunt consumatori: supraviețuiesc mâncând alte materii organice. Aproape toate animalele au neuroni, un sistem de semnalizare. De obicei, ele au mușchi, care fac corpul să se miște. Multe animale au un cap și picioare. Majoritatea animalelor sunt fie masculi, fie femele. Ele au nevoie de un partener de sex opus pentru a face urmași. Celulele sexuale ale masculului și ale femelei se pot întâlni în interiorul sau în afara corpului.

Ciupercile sunt eucariote care pot avea o singură celulă, cum ar fi drojdia, sau mai multe celule, cum ar fi ciupercile. Ele sunt saprofite. Ciupercile descompun materia vie sau moartă, deci sunt descompunători. Numai ciupercile și câteva bacterii pot descompune lignina și celuloza, două părți ale lemnului. Unele ciuperci sunt micorize. Acestea trăiesc sub pământ și oferă plantelor substanțe nutritive, cum ar fi azotul și fosforul. Eucariotele care nu sunt plante, animale sau ciuperci se numesc protiști. Majoritatea protiștilor trăiesc în apă.

De-a lungul a mii sau milioane de ani, ființele vii se pot schimba, prin procesul de evoluție. Un tip de evoluție este atunci când o specie se schimbă în timp, cum ar fi faptul că girafele au un gât mai lung. De cele mai multe ori, specia pentru că se adaptează mai bine la mediul în care trăiește, un proces numit adaptare. Evoluția poate, de asemenea, face ca un grup de ființe vii să se împartă în două grupuri. Acest lucru se numește speciație dacă se creează o nouă specie. Un exemplu sunt păsările cântătoare din Insulele Galapagos - o specie de pasăre cântătoare trăiește pe fiecare insulă, dar toate speciile s-au desprins dintr-o specie strămoșească comună. Grupurile care sunt mai mari decât speciile pot, de asemenea, să se desprindă dintr-un strămoș comun - de exemplu, reptilele și mamiferele. Un grup de ființe vii și strămoșul lor comun se numește cladă.

Lucrurile vii pot evolua până la a fi foarte diferite de strămoșii lor. Ca urmare, și părțile corpului se pot schimba. Aceeași structură osoasă a devenit mâinile oamenilor, copitele cailor și aripile păsărilor. Diferitele părți ale corpului care au evoluat din același lucru se numesc omologi.

Extincția este atunci când toți membrii unei specii mor. Aproximativ 99,9% din toate speciile care au trăit vreodată au dispărut. Extincția poate avea loc în orice moment, dar este mai frecventă în anumite perioade de timp numite evenimente de extincție. Cel mai recent a avut loc acum 65 de milioane de ani, când au dispărut dinozaurii.

Originea vieții

Prin compararea fosilelor și a ADN-ului, știm că toate formele de viață de pe Pământ au avut un strămoș comun, numit ultimul strămoș comun universal (LUCA). Este posibil ca și alte ființe vii să fi trăit în același timp cu LUCA, dar au dispărut. Un studiu din 2018 sugerează că LUCA are o vechime de aproximativ 4,5 miliarde (4.500.000.000.000) de ani, aproape la fel de vechi ca și Pământul. Cele mai vechi dovezi fosile de viață au o vechime de aproximativ 3,5 miliarde de ani.

Cum a devenit viu materialul neviu? Aceasta este o întrebare dificilă. Primul pas trebuie să fi fost crearea de compuși organici. În 1953, experimentul Miller-Urey a transformat compușii anorganici în compuși organici, cum ar fi aminoacizii, folosind căldură și energie.

Viața are nevoie de o sursă de energie pentru reacțiile chimice. La începuturile Pământului, atmosfera nu avea oxigen. Oxidarea cu ajutorul ciclului Krebs, care este comună astăzi, nu era posibilă. Este posibil ca ciclul Krebs să fi acționat invers, făcând reducere în loc de oxidare, iar ciclul să fi produs molecule mai mari. Pentru a crea viață, moleculele trebuiau să facă copii ale lor însele. ADN-ul și ARN-ul se copiază pe ele însele, dar numai dacă există un catalizator - un compus care accelerează reacția chimică. O presupunere este că ARN-ul însuși a servit drept catalizator. La un moment dat, moleculele au fost înconjurate de membrane, ceea ce a dus la formarea celulelor.

• Viața artificială
• Biologie
• Naștere
• Moartea
• Cele mai vechi forme de viață cunoscute
• Evoluție
• Arborele vieții