Levende skapning | ||
---|---|---|
Tidsrekkevidde :4280–0 Ma [ 1 ] Hadde. Arkaisk Proterozoikum Fan. Hadean – Nylig | ||
Livet som koloniserer en steinete topp | ||
taksonomi | ||
(ingen rekkevidde) | biota | |
(ingen rekkevidde) | Cytota (levende vesener) | |
Domener og kongedømmer | ||
Et levende vesen eller en organisme er et materiell sett av kompleks organisasjon , der molekylære kommunikasjonssystemer griper inn som relaterer det internt og med miljøet i en ordnet utveksling av materie og energi livet som er ernæring , forhold og reproduksjon , på en slik måte at levende vesener fungerer av seg selv uten å miste sitt strukturelle nivå frem til døden . [ 2 ]
Materien som utgjør levende vesener består av 95 % av fire grunnstoffer ( bioelementer ) som er karbon , hydrogen , oksygen og nitrogen , som biomolekyler dannes av : [ 3 ] [ 4 ]
Disse molekylene gjentas konstant i alle levende vesener, så livets opprinnelse kommer fra en felles stamfar, siden det ville være svært usannsynlig at to levende vesener med de samme organiske molekylene ville ha dukket opp uavhengig av hverandre. [ 5 ] [ 6 ] Mikrofossiler er funnet å være 3770–4280 millioner år gamle, noe som tyder på at liv kunne ha oppstått på jorden under Hadean . [ 1 ] Molekylære klokker anslår det også i Hadean. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Alle levende ting er bygd opp av celler (se celleteori ). Inne i disse utføres sekvensene av kjemiske reaksjoner , katalysert av enzymer , nødvendige for liv.
Vitenskapen som studerer levende ting er biologi .
Det er vanligvis lett å avgjøre om noe er i live eller ikke. Dette er fordi levende vesener deler mange egenskaper. På samme måte kan liv defineres i henhold til disse grunnleggende egenskapene til levende vesener, som tillater oss å skille dem fra inert materie: [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
En alternativ måte å definere levende vesener på er gjennom konseptet autopoiesis , introdusert av legene Humberto Maturana og Francisco Varela . Ideen er å definere levende systemer ut fra deres organisasjon i stedet for et konglomerat av funksjoner. [ 15 ] Et system er definert som autopoetisk når molekylene som produseres genererer det samme nettverket som produserte dem og spesifiserer deres utvidelse. Levende vesener er systemer som lever så lenge de beholder sin organisasjon. Alle deres strukturelle endringer er å tilpasse seg miljøet de eksisterer i. For en observatør utenfor systemet fremstår denne organisasjonen som selvrefererende. Celler er de eneste primære levende systemene, det vil si de som er i stand til å opprettholde autopoiesen autonomt. Flercellede organismer som består av celler har egenskaper som ligner på cellene, spesielt den stabile tilstanden, men deres liv er gitt dem av den autopoietiske organiseringen av cellene som utgjør dem.
En av de grunnleggende parametrene til det levende vesenet er dets levetid . [ 16 ] Noen dyr lever så lite som en dag, mens noen planter kan leve tusenvis av år. Aldring kan brukes til å bestemme alderen til de fleste organismer, inkludert bakterier.
Organismer er fysiske systemer støttet av komplekse kjemiske reaksjoner, organisert på måter som fremmer reproduksjon og til en viss grad bærekraft og overlevelse. [ 17 ] Levende vesener består av livløse molekyler; Når disse molekylene undersøkes individuelt, er det observert at de samsvarer med alle de fysiske og kjemiske lovene som styrer oppførselen til inert materie og kjemiske reaksjoner er grunnleggende når det gjelder å forstå organismer, men det er en filosofisk feil ( reduksjonisme ) å vurdere biologi som bare fysikk eller kjemi. Samspillet med andre organismer og med miljøet spiller også en viktig rolle. Faktisk er noen grener av biologien, for eksempel økologi , veldig langt fra denne måten å forstå levende vesener på.
Organismer er åpne fysiske systemer når de utveksler materie og energi med omgivelsene. Selv om de er individuelle livsenheter, er de ikke isolert fra miljøet som omgir dem; For å fungere absorberer og frigjør de hele tiden materie og energi. Autotrofer produserer nyttig energi (i form av organiske forbindelser) fra sollys eller uorganiske forbindelser, mens heterotrofer bruker organiske forbindelser fra miljøet.
Levende stoffer består av rundt 60 grunnstoffer, nesten alle de stabile grunnstoffene på jorden, bortsett fra edelgassene. Disse elementene kalles bioelementer eller biogene elementer. De kan deles inn i to typer: primær og sekundær.
Det grunnleggende kjemiske elementet i alle organiske forbindelser er karbon . De fysiske egenskapene til dette elementet som dets høye bindingsaffinitet for andre små atomer, inkludert andre karbonatomer, og dets lille størrelse gjør at det kan danne flere bindinger og gjøre det ideelt som grunnlag for organisk liv. Den er i stand til å danne små forbindelser som inneholder få atomer (f.eks . karbondioksid ) samt store kjeder med mange tusen atomer kalt makromolekyler ; bindinger mellom karbonatomer er sterke nok til å gjøre makromolekyler stabile og svake nok til å brytes under katabolisme ; silisiumbaserte makromolekyler ( silikoner ) er praktisk talt uforgjengelige under normale forhold, og utelukker dem som komponenter av en levende ting med metabolisme.
De organiske forbindelsene som finnes i levende stoffer viser en enorm variasjon, og de fleste av dem er usedvanlig komplekse. Til tross for dette består biologiske makromolekyler av et lite antall små fundamentale molekyler ( «monomerer» ), som er identiske i alle arter av levende vesener. Alle proteiner består av kun 20 forskjellige aminosyrer og alle nukleinsyrer består av fire nukleotider . Det har blitt beregnet at omtrent 90 % av alt levende materiale, som inneholder mange millioner forskjellige forbindelser, faktisk består av rundt 40 små organiske molekyler. [ 18 ]
For eksempel, selv i de minste og enkleste cellene, som bakterien Escherichia coli , er det rundt 5000 forskjellige organiske forbindelser, inkludert rundt 3000 forskjellige typer proteiner , og det er anslått at det kan være så mange som 5 millioner forskjellige proteiner i menneskekroppen. ; videre er ingen av E. coli -proteinmolekylene identiske med noen av de humane proteinene, selv om flere virker på samme måte. [ 18 ]
De fleste av de biologiske makromolekylene som utgjør organismer kan klassifiseres i en av fire grupper: nukleinsyrer , proteiner , lipider og karbohydrater .
NukleinsyrerNukleinsyrer ( DNA og RNA ) er makromolekyler som består av nukleotidsekvenser som levende ting bruker til å lagre informasjon. Innenfor nukleinsyre er et kodon en bestemt sekvens av tre nukleotider som koder for en bestemt aminosyre , mens en sekvens av aminosyrer danner et protein.
ProteinerProteiner er makromolekyler bygd opp av aminosyresekvenser som på grunn av sine kjemiske egenskaper folder seg på en bestemt måte og dermed utfører en bestemt funksjon. Følgende funksjoner til proteiner skilles ut:
Lipider danner plasmamembranen som utgjør barrieren som begrenser cellens indre og hindrer stoffer i å komme fritt inn og ut av den. I noen flercellede organismer brukes de også til å lagre energi og formidle kommunikasjon mellom celler.
KarbohydraterKarbohydrater (eller karbohydrater) er det grunnleggende drivstoffet for alle celler ; glukose er i begynnelsen av en av de eldste metabolske veier , glykolyse . De lagrer også energi i noen organismer ( stivelse , glykogen ), er lettere å bryte ned enn lipider, og danner holdbare skjelettstrukturer, som cellulose ( cellevegg av planter ) eller kitin (cellevegg av sopp , kutikula av dyr). leddyr . ).
Alle levende ting er bygd opp av enheter kalt celler ; noen består av en enkelt celle ( encellet ) mens andre inneholder mange ( flercellet ). Flercellede organismer kan spesialisere cellene sine til å utføre spesifikke funksjoner. Dermed danner en gruppe slike celler et vev . De fire grunnleggende vevstypene hos dyr er: epitel , nervevev , muskel og bindevev . Tre grunnleggende typer vev kan skilles i planter: jord , epidermal og vaskulær . Ulike typer vev jobber sammen i form av et organ for å utføre en bestemt funksjon (som pumping av blod i hjertet eller som en barriere for miljøet som huden ). Dette mønsteret fortsetter på et høyere nivå med ulike organer som fungerer som et organisk system som tillater reproduksjon , fordøyelse osv. Mange flercellede organismer består av flere organsystemer som er koordinert for å støtte liv.
Celleteorien , foreslått i år 1839 av Schleiden og Schwann , slår fast at alle organismer er sammensatt av en eller flere celler; alle celler kommer fra andre eksisterende celler; alle vitale funksjoner til et levende vesen forekommer i celler, og celler inneholder arvelig informasjon som er nødvendig for cellereguleringsfunksjoner og for å overføre informasjon til neste generasjon celler.
Alle celler har en plasmamembran som omgir cellen, skiller det indre fra omgivelsene, regulerer inn og ut av forbindelser, og opprettholder dermed membranpotensialet , et saltholdig cytoplasma som utgjør det meste av cellens volum, og arvelig materiale ( DNA og RNA ).
I henhold til plasseringen og organiseringen av DNA, skilles to typer celler:
Alle celler deler flere evner:
Det er disponeringen av kroppsstrukturene i forhold til en eller annen akse av kroppen. De er klassifisert i:
Levende ting kan studeres på mange forskjellige nivåer: kjemisk , cellulært , vev , individ , befolkning , samfunn , økosystem og biosfære . Økologi foreslår en integrerende visjon av levende vesener med miljøet , med tanke på samspillet mellom forskjellige organismer med hverandre og med det fysiske miljøet, samt faktorene som påvirker deres distribusjon og overflod. Miljøet inkluderer både lokale fysiske faktorer (abiotiske faktorer), som klima og geologi , og andre organismer som deler samme habitat (biotiske faktorer).
Prokaryoter og eukaryoter har utviklet seg i henhold til forskjellige økologiske strategier. Prokaryoter er små og enkle: Dette ga dem muligheten for høy vekst og reproduksjon, og det er grunnen til at de når høye bestandsstørrelser på kort tid, noe som gjør at de kan okkupere flyktige økologiske nisjer, med dramatiske svingninger i næringsstoffer. I motsetning til dette har større og mer komplekse eukaryoter langsommere vekst og reproduksjon, men har utviklet fordelen av å være konkurransedyktige i stabile miljøer med begrensede ressurser. Man må ikke falle i feilen med å betrakte prokaryoter som evolusjonært mer primitive enn eukaryoter, siden begge typer organismer er godt tilpasset sitt miljø, og begge ble valgt til nå på grunn av deres vellykkede økologiske strategier. [ 19 ]
Bortsett fra selve levende vesener, har det også blitt foreslått å inkludere andre biologiske former som virus og subvirale midler ( satellittvirus , viroider og virusoider ), nanober , nanobakterier som generelt ikke anses som levende vesener fordi de ikke oppfyller alle egenskapene . som definerer levende ting. Se artikkelen ( Proposed Forms of Life ) for informasjon om argumentene for og imot inkludering av dem. I 2012 ble oppdagelsen av en cellulær organisme ved navn Parakaryon myojinensis som ikke passer inn i noen av de tre eksisterende domenene, utført. Den skiller seg fra prokaryoter ved at den har en kjerne og fra eukaryoter ved at den mangler organeller . I tillegg er det genetiske materialet lagret i filamenter og ikke i lineære kromosomer, og celleveggen er sammensatt av peptidoglykaner , egenskaper som ligner på bakterier . Et trekk som skiller det fra både prokaryoter og eukaryoter er fraværet av flageller og cytoskjelett . [ 20 ] [ 21 ] På grunn av dette mener noen forfattere at det bør danne sitt eget Parakaryota- domene .
Levende ting omfatter rundt 1,9 millioner beskrevne arter og er klassifisert i domener og riker . Den mest utbredte klassifiseringen skiller følgende taxa:
Jorden ble dannet samtidig med sola og resten av solsystemet for rundt 4,57 milliarder år siden, men inntil for 4,3 milliarder år siden var den for varm til å bære liv. [ 29 ] De eldste kjente fossilene er de kanadiske mikrofossilene med en alder på mellom 3770-4280 millioner år [ 1 ] så liv kunne ha oppstått på jorden under Hadean for mer enn 4300 millioner år siden. [ 8 ] [ 9 ] Under forholdene til den primitive jorden (eller i verdensrommet og brakt av meteoritter [ 30 ] ) kunne de enkleste biomolekylene dannes. Disse inkluderer aminosyrer, nukleotider og fosfolipider , som spontant kan samles under visse forhold, og danner precellulære strukturer kalt protobionter . Fremkomsten av biomolekyler og dannelsen av protobioner kan ha begynt 4410 Ma. [ 31 ]
Fra disse monomerene dannes proteinene, nukleinsyrene og membranene som utgjør protocellene. Imidlertid oppstår et problem her: proteiner er utmerkede katalysatorer for kjemiske reaksjoner, men de kan ikke lagre genetisk informasjon, det vil si informasjonen som er nødvendig for syntesen av et annet protein. På sin side lagrer nukleinsyrer genetisk informasjon, men for duplisering krever de enzymer , det vil si proteiner. Dette utgjør dilemmaet som kom først, proteiner (i henhold til metabolism-first-modeller) eller nukleinsyrer (gen-first-modeller). Teorien om jern-sulfid-verdenen passer inn i modellene av den første typen, som antar at fremveksten av en primitiv metabolisme kan forberede et miljø som bidrar til det påfølgende utseendet til nukleinsyrereplikasjon. [ 33 ] RNA-verdenshypotesen , som er mye vurdert, faller mellom modeller av den andre typen og er basert på observasjonen at noen RNA-sekvenser kan oppføre seg som enzymer. [ 34 ] [ 35 ] Denne typen forbindelse kalles et ribozym , det vil si et enzym laget av ribonukleinsyre. RNA-verdenshypotesen antar at opprinnelsen til de molekylære og cellulære komponentene i livet involverte følgende trinn:
Det er ikke utelukket at RNA-verdenen igjen kan bli innledet av andre enklere genetiske systemer, som ANP , ANT eller HAP .
Innen biologien hevder den universelle felles stamfarteorien at alle organismer på jorden har en felles opprinnelse. Teorien støttes av bevis på at alle levende organismer deler mange fellestrekk. På Darwins tid - Wallace var basert på den synlige observasjonen av morfologiske likheter, som det faktum at alle fugler har vinger, også de som ikke flyr. For tiden forsterker genetikk denne uttalelsen. For eksempel bruker hver levende celle nukleinsyrer som sitt genetiske materiale og bruker de samme tjue aminosyrene som byggesteinene til proteiner. Universaliteten til disse egenskapene støtter sterkt en felles aner, siden det ville være svært usannsynlig at to levende vesener med de samme organiske molekylene kunne ha oppstått uavhengig av hverandre.
Den siste universelle felles stamfaren (LUCA) er navnet på den hypotetiske encellede organismen som alle eksisterende organismer stammer fra. Imidlertid byr dette konseptet på noen vanskeligheter, siden det er mulig at de forskjellige molekylære og cellulære komponentene til levende vesener i dag kommer fra et forfedres samfunn av organismer, snarere enn fra en individuell organisme. Molekylære data viser en atypisk fordeling av gener blant de forskjellige gruppene av levende vesener, og de fylogenetiske trærne bygget fra forskjellige gener er uforenlige med hverandre. Historien om gener er så kronglete at den eneste rimelige forklaringen er omfattende horisontal genoverføring . [ 41 ] Derfor har hvert molekyl til et levende vesen sin egen molekylære historie og det er mulig at hvert molekyl har en annen opprinnelse (i en organisme eller ikke). Dette er grunnen til at de fylogenetiske trærne til levende ting har forskjellige forgreningsstrukturer, spesielt nær roten. [ 42 ]
Geologi og planetarisk vitenskap gir også informasjon om tidlig utvikling av liv. Livet har ikke bare vært et passivt gjenstand for geologiske prosesser, men har også deltatt aktivt i dem, for eksempel i dannelsen av sedimenter, atmosfærens sammensetning og klimaet.
Det er anslått at eukaryote organismer oppsto for rundt 2,5 milliarder år siden (de første gjenkjennelige fossilene stammer fra 2,2 milliarder år siden) , ]44[]43[ Denne observasjonen er overraskende, siden kompleksitetsnivået til en eukaryot celle ikke ser ut til å rettferdiggjøre hvor lang tid som gikk før den dukket opp. En hypotese som kan forklare det, er at prokaryotene, etter å ha slått seg ned, ble effektive konkurrenter som reduserte antall opptredener av evolusjonære nyheter i økologiske nisjer der disse ikke ga en adaptiv fordel. Evolusjonære nyheter kan til å begynne med redusere overlevelsen til den nye avstamningen til en viss grad, og hvis det er konkurranse kan de bli eliminert. [ 45 ]
De fylogenetiske forholdene til levende vesener er kontroversielle og det er ingen generell enighet mellom de forskjellige forfatterne. Det synes nå klart at eukaryoter stammer fra archaea med inkorporering ved endosymbiose av en bakterie, [ 46 ] [ 47 ], men det er uoverensstemmelser om hvor bakterier og archaea skal plasseres .
Det er to hovedtyper av bakterier:
For sin del er archaea monodermale som gram-positive bakterier, men celleveggen deres er annerledes fordi den ikke er laget av peptidoglykan , men av glykoproteiner , pseudomurein , etc. Dessuten skiller lipidene i cellemembranene til archaea seg fra bakteriers (de er sammensatt av prenyleter i stedet for acylester ) . Arkeal metabolisme er svært variert, og omfatter mange typer kjemoautotrofe organismer og andre som utfører anoksygen fotosyntese som Haloarchaea . Mange arter er hypertermofile eller tilpasset andre ekstreme miljøer ( hyperacidofiler , hyperhalofytter , etc.).
Mulige forhold mellom de to bakteriegruppene og archaea er som følger: ]
På den annen side hevder molekylære studier at både bakterier og arkea er monofyletiske grupper , noe som innebærer at de utviklet seg sammen fra den siste universelle felles stamfaren og ikke fra hverandre. [ 54 ] [ 55 ]
Nylige funn støtter at Eukarya - domenet er avledet fra Archaea , nærmere bestemt Proteoarchaeota , [ 46 ] med arkaea til Asgard -kladen som er nærmest eukaryoter. [ 47 ] I tillegg anses mitokondrier å komme fra endosymbiose av en alfa-proteobakterie , mens plantekloroplaster kommer fra en cyanobakterie . Eukaryoter brukte sine nye celleoverflateglykoproteiner som et fleksibelt lag som ga opphav til fagocytose for første gang i livets historie og, gjennom anskaffelse av mitokondrier , til slutt førte til endringen i cellestrukturen. cellen ( kjerne , endomembraner , cytoskjelett ) , etc). Denne endringen gjenspeiles i de dype forskjellene mellom den prokaryote og eukaryote cellen .