Życie

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ujednoznacznienie Zobacz też: inne znaczenia.
Życie na Ziemi
Życie roślinne (Waitakere Ranges)
Podwodny świat Morza Czerwonego
Życie cechuje symetria
Artystyczna wizja życia na Ziemi (Gaja)

Życie w biologii ma dwie, związane ze sobą definicje:

  1. zespół procesów życiowych – swoistych, wysoko zorganizowanych funkcjonalnie (w cykle i sieci), przemian fizycznych i reakcji chemicznych, zachodzących w otwartych termodynamicznie, wyodrębnionych z otoczenia układach fizycznych (zawierających zawsze kwasy nukleinowe i białka, według stanu współczesnej wiedzy), zbudowanych morfologicznie (o hierarchicznej strukturze), składających się z jednej lub wielu komórek (organizmach, osobnikach) oraz swoistych zjawisk biologicznych, zachodzących z udziałem tych organizmów – istniejący na Ziemi, a być może też na innych planetach[1][2]
  2. właściwość pewnych układów fizycznych (→ organizmów), w których zachodzą procesy życiowe[3][4][5]

Problem definicji[edytuj | edytuj kod]

Próby określenia, czym jest życie, podjęto, ponieważ definicja życia jest niezbędna w badaniach nad powstaniem życia i w rozważaniach nad ewentualnym życiem pozaziemskim (w egzobiologii).

Poglądy na istotę życia[edytuj | edytuj kod]

Wśród poglądów na istotę życia można wyróżnić[6][7][8]:

  1. witalizm - istoty żywe różnią się w sposób zasadniczy od ciał nieożywionych i podlegają działaniu swoistych praw, niezależnych od praw fizyki i chemii; procesy życiowe zależą od swoistej siły życiowej (vis vitalis)[9], rozumianej przyrodniczo lub pozaprzyrodniczo (entelechia Arystotelesa, élan vital Bergsona) - pogląd ten nie jest już obecnie otwarcie prezentowany w nauce,
  2. mechanicyzm (redukcjonizm) - wszystkie zjawiska związane z życiem można sprowadzić (zredukować) do tych samych praw fizyki i chemii, które rządzą materią nieożywioną[10] (zob. chemoton),
  3. komplementaryzm (emergentyzm) - układy fizyczne mogą występować na różnych poziomach organizacji; na wyższych poziomach rządzą nimi, oprócz praw właściwych dla poziomów niższych, uzupełniające je prawa, swoiste dla danego poziomu (komplementarne); w odniesieniu do układów żywych, na wyższych poziomach organizacji życia, obowiązują, oprócz praw fizycznych i chemicznych, swoiste prawa biologiczne, a oprócz przemian fizycznych i reakcji chemicznych, zachodzą swoiste procesy (zjawiska) biologiczne[11].

Z redukcjonizmem związane jest tzw. podejście substratowe, wiążące zjawisko życia ze swoistymi rodzajami związków chemicznych, stanowiących podłoże (substrat) procesów życiowych[12]:

Quote-alpha.png
Życie jest to sposób istnienia ciał białkowych[13].
Quote-alpha.png
Wszystkie właściwości istot żywych można bezpośrednio wiązać ze strukturą makrocząsteczek dwóch klas - białek globularnych i kwasów nukleinowych[14].
Quote-alpha.png
Życie na poziomie najniższym jest niezależne od wszelkich charakterystycznych form. Jego siedzibą jest protoplazma - substancja określona przez swój skład chemiczny, a nie przez formę[15].
Quote-alpha.png
Życie związane jest z pewną substancją, określoną przez swoją naturę chemiczną - jest nią protoplazma[16].

Z emergentyzmem związane jest podejście systemowe, oparte na założeniu, że właściwości układu jako całości są wynikiem nie tylko właściwości jego elementów, ale struktury układu[17] (np. chemoton):

Quote-alpha.png
Problem życia jest problemem organizacji, nie istnieje żadna żywa substancja, tylko żywe organizmy[18].
Quote-alpha.png
Wyrażenie "żywa materia" powinno oznaczać nie specjalny rodzaj materii ani nawet materię specjalnie uporządkowaną, lecz materię, która utrzymuje się w określonej relacji do żywych organizmów. W tym sensie można nawet powiedzieć, że to organizm nadaje życie materii, a nie odwrotnie, że materia żywa nadaje życie organizmowi[19].
Quote-alpha.png
Życie (...) nie jest (...) właściwością jakiegoś specjalnego związku chemicznego - np. białka lub kwasu nukleinowego - ale cechą specyficznej organizacji systemów żywych. Dlatego zwrot "materia ożywiona" jest niepoprawny - powinno się mówić: żywy system materialny[20].
Quote-alpha.png
W komórce nie ma nic żywego prócz całej komórki[21].

Definicje życia jako zjawiska[edytuj | edytuj kod]

Najważniejszą cechą życia jest ciągła wymiana materii i energii między żywym organizmem a jego otoczeniem, z utrzymywaniem homeostazy, oraz zdolność do replikacji, powielania się, czy też rozmnażania i dziedziczenia cech. Do podtrzymywania wymiany energii z otoczeniem konieczny jest stały wkład wysiłku ze strony organizmu. Zatem życie to: zespół wzajemnie się podtrzymujących procesów metabolicznych zachodzących w organizmie żywym lub jego poszczególnych częściach. Istotną cechą życia, wywodzącą się z natury procesów metabolicznych, jest zdolność organizmów żywych do utrzymania wyższego poziomu uporządkowania, a więc niższej entropii niż otoczenie, kosztem zużycia energii.

Redukcjonistyczna[edytuj | edytuj kod]

Życie to system albo zbiór elementów zdolnych do ewolucji w sensie biologicznym.

Definicja ta faworyzowana jest przez niektórych badaczy sztucznego życia i niektórych redukcjonistów (np. Richard Dawkins). Zarzuca się jej jednak, że jest zbyt szeroka. Obejmuje np. replikujące się programy komputerowe (patrz system Tierra).

Próbą zawężenia jest definicja w postaci: życie to zbiór autonomicznych replikatorów zdolnych do ewolucji.

W przypadku życia na Ziemi rolę autonomicznych replikatorów spełniają organizmy żywe, zaś podlegają ewolucji dzięki niedoskonałej replikacji.

Definicja ta jednak w rzeczywistości nie rozwiązuje problemu ortodoksyjnych biologów, ponieważ programy z systemu Tierra są autonomicznymi replikatorami (zasiedlającymi system Tierra, podobnie jak organizmy żywe sensu stricto zasiedlają naszą planetę). Aby ich usatysfakcjonować, należałoby wprowadzić do definicji warunek materialności replikatorów. W dalszym ciągu jednak problemem pozostanie wówczas uznanie za żywą maszyny zdolnej do wykonania swojej względnie dokładnej kopii.

Z kolei niektórzy badacze sztucznego życia używają odrobinę precyzyjniejszej definicji: Życie to dynamiczne, samoorganizujące się struktury, zdolne do samopowielania się i ewolucji. Różnica polega na wprowadzeniu wymogu dynamicznego samopowielania się struktury - odbiera to większości z obiektów zainteresowań badaczy sztucznego życia (jak algorytmy ewolucyjne czy różne odmiany Game of Life) status żywych.

Cybernetyczna[edytuj | edytuj kod]

Życie to system sprzężeń zwrotnych ujemnych podporządkowanych nadrzędnemu sprzężeniu zwrotnemu dodatniemu. Taka cybernetyczna definicja życia została zaproponowana przez Polaka, Bernarda Korzeniewskiego.

Termodynamiczna[edytuj | edytuj kod]

Życie to złożona struktura dyssypatywna, mająca zdolność miejscowego odwracania wzrostu entropii.

Amerykański fizyk teoretyczny Lee Smolin, zdefiniował w kategoriach termodynamicznych życie jako samoorganizujący system nierównowagowy, którego procesami rządzi program, przechowywany w postaci symbolicznej (informacja genetyczna), zdolny do reprodukcji, włącznie z tym programem[22].

Z punktu widzenia teorii informacji[edytuj | edytuj kod]

Życie to czasowa zdolność (cecha) swoistego systemu, sterowanego przez informację i przetwarzającego informację, wykorzystywania i przekazywania zawartej w nim informacji semantycznej.

Poziomy organizacji układów związanych z życiem[edytuj | edytuj kod]

Biologia tradycyjnie wyróżnia kilka poziomów organizacji układów związanych ze zjawiskiem życia. Wiążą się z nimi poszczególne nauki biologiczne, różniące się przedmiotem badań i metodologią. Zwykle wyróżnia się następujące poziomy organizacji i odpowiadające im nauki biologiczne:

  1. Subkomórkowy ("części składowych komórki"[23], "zorganizowanej materii organicznej"[24]), przedmiot badań biologii molekularnej; obejmuje poziom molekularny (związków chemicznych, w tym szczególnie białek i kwasów nukleinowych, badany także przez biofizykę i biochemię) i poziom struktur subkomórkowych oraz wirusów. Chociaż na poziomie molekularnym opis zjawisk można sprowadzić do praw fizyki i chemii (tak bada ten poziom biofizyka i biochemia), to molekuły białek i kwasów nukleinowych mają szczególnie duże rozmiary i różnorodność. Wchodzą one w skład struktur wyższego rzędu, które są z kolei elementami struktur bardziej złożonych. Istnieje hierarchia struktur o rosnącej organizacji (np. cząsteczka DNA - chromosom - jądro komórkowe). Hierarchii struktur odpowiada hierarchia funkcji - wzajemna kontrola i zależność procesów fizycznych i chemicznych. Integracja funkcji nie jest jednak całkowita i nie możemy nazwać struktur (układów) tego poziomu żywymi[25]. Struktury subkomórkowe nie funkcjonują poza strukturą komórki. Pewnym wyjątkiem są tu mitochondria, które funkcjonują po wyizolowaniu z komórki i umieszczeniu w odpowiednich warunkach oraz chloroplasty, które nie tylko funkcjonują w takich warunkach, ale nawet udało się przeprowadzić ich jednorazowy podział[23].
  2. Komórkowy[23] (organizmu jednokomórkowego[25]), przedmiot badań biologii komórki - cytologii. Na tym poziomie zachodzi pełna integracja funkcji i pojawiają się typowe właściwości organizmu żywego (kryteria życia)[25]. Komórka jest więc najprostszą jednostką życia, najprostszym żywym integronem[26]. Mogą więc istnieć i istnieją organizmy jednokomórkowe.
  3. Organizmu wielokomórkowego[23] - układu złożonego z wielu (nieraz miliardów) komórek, tworzących morfologiczną i funkcjonalną całość[25] (integron), uporządkowanych w takie podukłady jak tkanki (podpoziom tkankowy, przedmiot badań histologii), narządy i układy narządów (przedmiot badań anatomii i fizjologii).
  4. Ponadorganizmalny (ponadosobniczy[25]) - obejmujący takie układy (integrony), jak stado, populacja, biocenoza i planetarny system żywy, czyli biosfera (geobiocenoza)[25], przedmiot badań ekologii, genetyki populacji, socjobiologii, ewolucjonizmu.

Termin "życie" może odnosić się do zespołu procesów czy właściwości na poziomie komórki, organizmu (osobnika) - "życie zwierzęcia, rośliny", jak i na poziomie ponadosobniczym, aż do biosfery włącznie - "życie na Ziemi".

Przerwanie procesów życiowych jednostki morfologiczno-funkcjonalnej (integronu) danego poziomu, nie przerywa bezpośrednio procesów życiowych na innych poziomach[23]. Np. śmierć organizmu wielokomórkowego (rozpad integronu) nie oznacza natychmiastowej śmierci narządów (możliwy jest przeszczep), a następujący po pewnym czasie rozpad funkcjonalny (śmierć) narządu nie oznacza śmierci komórek wchodzących w jego skład (możliwa jest hodowla tkanek)[27][28]. Śmierć poszczególnych komórek, wchodzących w skład organizmu wielokomórkowego nie musi oznaczać jego śmierci, śmierć poszczególnych organizmów nie musi oznaczać śmierci populacji.

Trzy systemy[edytuj | edytuj kod]

Organizmy żywe są bez wyjątku złożone z trzech wzajemnie powiązanych podsystemów:

  1. systemu metabolicznego – zapewniającego autonomię energetyczną
  2. systemu informacyjnego – zapewniającego regulację i sterowanie
  3. systemu kompartmentalizacyjnego – zapewniającego wyodrębnienie ze świata zewnętrznego.

Trzy poziomy organizacji[edytuj | edytuj kod]

Podsystemy te możemy wyróżnić na trzech poziomach organizacyjnych związanych z życiem:

  1. komórkowym:
    1. system metaboliczny: autokatalityczne procesy biochemiczne komórki
    2. system informacyjny: DNA i mechanizm ekspresji genów
    3. system kompartmentalizacyjny: błona komórkowa, ściana komórkowa, cytoszkielet
  2. organizmalnym:
    1. system metaboliczny: układ pokarmowy, układ oddechowy, układ krążenia
    2. system informacyjny: układ nerwowy i układ hormonalny
    3. system kompartmentalizacyjny: skóra, układ odpornościowy, układ mięśniowo-kostny
  3. ponadorganizmalnym:
    1. system metaboliczny: systemy wymiany żywności, polowanie grupą
    2. system informacyjny: systemy sygnałów międzyosobniczych, hierarchia społeczna, systemy feromonalne
    3. system kompartmentalizacyjny: terytoria i granice.

Niektóre formy życia występują tylko na poziomie pierwszym (organizmy jednokomórkowe), niektóre na pierwszym i drugim poziomie (organizmy wielokomórkowe), a niektóre na wszystkich trzech poziomach (wielokomórkowe organizmy społeczne).

Podstawowym poziomem organizacji życia jest poziom komórkowy.

Definicja życia jako własności obiektu[edytuj | edytuj kod]

Podręcznikowa definicja życia opiera się na wymienieniu czynności życiowych organizmów, tak więc organizm żywy to system, który charakteryzuje:

Dla wielu przyrodników, zwłaszcza badających problem powstania życia, ta definicja nie jest satysfakcjonująca, stąd próby uściślenia definicji, opisane poniżej.

Osiem cech życia[edytuj | edytuj kod]

Tibor Gánti zaproponował następujący zbiór warunków, które powinien spełniać system, by uznać go za organizm żywy:

Cechy konieczne[edytuj | edytuj kod]

Cechy konieczne by dany obiekt uznać za żywy

  1. jest wyodrębniony ze świata zewnętrznego
  2. posiada metabolizm
  3. jest wewnętrznie stabilny, innymi słowy cechuje go homeostaza
  4. posiada podsystem przechowywania i przetwarzania informacji, użyteczny dla reszty systemu
  5. procesy wewnątrz systemu żywego są regulowane

Cechy potencjalne[edytuj | edytuj kod]

Cechy które nie są konieczne by system uznać za żywy, ale konieczne by zachodził proces życia na większą skalę

  1. obiekt żywy musi mieć zdolność do wzrostu i rozmnażania
  2. w replikacji musi zachodzić zmienność (warunek ewolucji)
  3. obiekt musi być śmiertelny.

Cechy konieczne definiują organizm żywy jako autonomiczną strukturę, cechy potencjalne zaś odpowiadają redukcjonistycznej definicji życia, dotyczą więc procesu życia.

Wirusy[edytuj | edytuj kod]

Odpowiedź na pytanie czy wirusy są żywe? zależy od przyjętej definicji życia. W świetle powyższych definicji wirusy jako indywidualne osobniki, nie są ożywione. Wirusy podlegają jednak procesowi ewolucji, mają zdolność do namnażania się i zmienności, dlatego stanowią część procesu życia na Ziemi.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Wikiquote-logo.svg
Zobacz w Wikicytatach kolekcję cytatów
związanych z życiem

Przypisy

  1. Czesław Jura, Halina Krzanowska: Encyklopedia Biologiczna. T. 12. Kraków: OPres, 2000, s. 244. ISBN 83-85909-62-1.
  2. Tibor Gánti, tłum. Tomasz Kulisiewicz: Podstawy życia. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1986, s. 76, 80-81. ISBN 83-214-0487-1.
  3. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 65
  4. życie. Encyklopedia PWN.
  5. życie. Aneksy PWN: Słownik terminów biologicznych.
  6. Władysław J. H. Kunicki-Goldfinger, Podstawy biologii, 1978, s. 29-30
  7. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 8-10, 44
  8. Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 11-12
  9. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 8
  10. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 9-10
  11. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 10, 44
  12. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 45
  13. Fryderyk Engels, za: Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 45
  14. Jacques Monod, François Jacob, za: Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 12
  15. Claude Bernard, za: Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 26
  16. Rudolf Hoeber, za: Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 26
  17. Jerzy A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm - jednostka biologiczna, 1977, s. 44-45
  18. Ludwig von Bertalanffy, za: Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 12
  19. Michael Simon, za: Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 12
  20. Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 80
  21. Lucien Cuénot, za: Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 29
  22. Lee Smolin, Życie wszechświata, 1997, s. 183
  23. 23,0 23,1 23,2 23,3 23,4 Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 60
  24. Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 11
  25. 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 Leszek Kuźnicki, Czy i jak definiować "życie", w: Problemy, 6 (339), czerwiec 1974, s. 12
  26. Władysław J. H. Kunicki-Goldfinger, Podstawy biologii, 1978, s. 33
  27. Władysław J. H. Kunicki-Goldfinger, Podstawy biologii, 1978, s. 31-32
  28. Tibor Gánti, Podstawy życia, 1986, s. 58-60