Levende organisme

En levende organisme er en enhet, encellet eller flercellet , underlagt lovene i den fysiske verden og til kontroll av systemene som uttrykker informasjonen i den. Denne informasjonen er først og fremst kodet i genomet og i det genetiske materialet som ellers formidles, for eksempel i cellulære organeller , og er utsatt for alle de typiske uttrykksmekanismene, inkludert de som fremheves i epigenetikk . Slik informasjon, som beskrevet av genetikk , arves vertikalt av etterkommerorganismer, eller overføres horisontalt [1] .

Definisjoner

"En levende organisme er en enhet underlagt naturlover, de samme som kontrollerer resten av den fysiske verden, men alle levende organismer, inkludert deres deler, er også kontrollert av en annen kilde til kausalitet: genetiske programmer. Fraværet eller tilstedeværelsen av genetiske programmer indikerer den klare grensen mellom den livløse og den levende verden [2] [3] [4] "

( Ernst Mayr )

Organismene er i slekt med hverandre. Hver levende organisme som er kjent til dags dato stammer fra et nettverk [5] , i en første tilnærming som kan sammenlignes med en arborescerende fylogenetisk linje , felles for alle andre organismer, uavhengig av tidspunktet for separasjon mellom de evolusjonære linjene. Hver eksisterende livsform stammer fra en eller noen få felles forfedre , som dukket opp på jorden for milliarder av år siden, har metabolske veier, reproduserer, overfører informasjon til sine etterkommere og organiserer dens strukturer. Disse egenskapene utgjør kjernen i det biologiske livsbegrepet , en gryende særegenhet som skiller det fra ikke-levende enheter.

Disse særegenhetene etter konvensjon er representert av noen aspekter som er felles for alle levende organismer [6] [7] [8] [9] [10] :

• Evolusjon : utvikler seg, noe som er relatert til alle andre levende organismer.
• Rekkefølge : den er strukturert.
• Koding : inneholder informasjonen og instruksjonene som kontrollerer og definerer dens struktur og funksjon.
• Regulering : den er i stand til autonomt å opprettholde homeostase [11] .
• Vekst og utvikling : det er autonomt i stand til å vokse.
• Energi : representerer et åpent termodynamisk system, i stand til å assimilere energi, ta den inn, transformere den og overføre den til omgivelsene.
• Irritabilitet , følsomhet eller motilitet : er autonomt i stand til å reagere på ytre stimuli.

I en bredere forstand kan organismer også være i stand til å eie, og som helhet ha:

• Evne til å reprodusere : i stand til å gi opphav til fertile avkom som vil gi opphav til organismer som ligner på den voksne.
• Evolusjonær kapasitet : den kan variere sin genotype og fenotype , noe som gir opphav til nye anatomiske strukturer, fysiologiske veier og genomiske kombinasjoner, aldri tidligere dukket opp innenfor den fylogenetiske linjen som den tilhører (evolusjonær divergens) eller allerede dukket opp innenfor fylogenetiske linjer tidligere adskilt (evolusjonær konvergens) ).

Disse egenskapene er grunnlaget for den tilstrekkelig delte visjonen om et levende vesen, som en kjent organisme i den terrestriske biotaen . Andre definisjoner skiller seg på ett eller flere punkter fra den forrige, generert av studiet av naturvitenskap.
Den syntetiske biologien som kan føre til tilblivelse av organismer som er utstyrt med såkalt syntetisk liv, som Mycoplasma laboratoriesum [12] [13] , og temaene eksobiologi og hypotetisk biokjemi kan føre til en mer generell definisjon av begrepet levende organisme.
Kjente organismer spenner over et dimensjonalt og tidsmessig område fra 80 000 år og over 6 600 tonn av et enkelt tusenårig poppelgen , til bittesmå mykoplasmaer med en diameter på 200 nanometer , som "lever" (dupliseringstid) noen minutter, med en masse på mindre enn en milliarddel av et gram .

Generelle egenskaper

På jorden utvikler livssyklusene som er kjent så langt rundt CHNOPS- elementene , men dette betyr i prinsippet ikke at det ikke kan eksistere andre serier av elementer som alternative livssystemer kan skapes rundt. Oppdagelsen i 2010 i Mono Lake , California , av en bakterie som er i stand til å bruke arsen i stedet for fosfor , ville ha vist eksistensen av organismer med en helt annen biokjemi enn den som er kjent så langt, spesielt med hensyn til nukleinsyrer [14] , men påfølgende studier har motbevist resultatene [15] [16] . Eksobiologer antar organismer basert på kjemien til silisium i stedet for karbon .

Når det gjelder det biologiske konseptet om de levende, mener forskere at levende organismer deler noen felles grunnleggende egenskaper [17] [18] [19] [20] :

Fra eierskapet til ordenen utledes egenskapene til:

• Cellularitet : alle levende vesener er bygd opp av elementære strukturelle og funksjonelle enheter, kalt celler som er i stand til å utføre alle funksjonene til levende vesener. Celler blir faktisk født, mater, vokser, formerer seg og dør. De enkleste levende organismene består av en enkelt mikroskopisk celle; så for eksempel bakterier, mange arter av alger og gjærsopp. Andre organismer, som planter, dyr og nesten alle sopp, består av et stort antall celler. Cellene som utgjør en flercellet organisme kan være tett bundet til hverandre eller være relativt frie og uavhengige. I alle fall er de i kjemisk kommunikasjon med hverandre, de kan være seg selv for å utgjøre organismen eller de kan aggregeres for å utgjøre et fellesskap av celledefinerte organismer [21] .
• Kompleksitet : Levende vesener er komplekse og svært integrerte vesener. En bakterie, som er en av de minste livsformene, består av rundt 7000 forskjellige kjemikalier. Hver har sin egen spesifikke biologiske funksjon og må alltid være tilstede i "riktig" mengde for at bakterien skal fungere godt. Hvis vi da tar for oss mennesket, viser det seg at det består av minst 10 billioner celler; disse er på sin side sammensatt av titusenvis av forskjellige kjemikalier fordelt i en rekke mikroskopiske strukturer (celleorganeller). I menneskekroppen er celler differensiert til rundt 200 forskjellige typer. De ulike celletypene er organisert i vev som igjen danner organene. Organene utgjør systemene og apparatene og disse integreres for å danne organismen.

Egenskapene til :

• Informasjon : opprettholdelse og overføring fra generasjon til generasjon av kompleksiteten til levende vesener krever en mengde informasjon som, selv for den enkleste av dem, er større enn den som finnes i et omfangsrikt leksikon. Hver struktur og hver aktivitet, fra enkeltmolekylet til hele organismen, fra fødsel til død, er kodet i genomet . De første elementene i genomet som ble oppdaget var genene som dannes av DNA- molekylet innelukket i cellekjernens kromosomer. Hvert gen "inneholder" informasjon som fra tid til annen kan moduleres og koordineres med andre geners. Resultatet er et harmonisk og komplekst system som styrer aktivitetene som utføres av de ulike cellene, ikke bare i den voksne organismen, men også under dens vekst og utvikling.

Fra egenskapene til Energia utledes egenskapene til:

• Metabolisme : "Metabolisme" betyr transformasjon. Faktisk gjennomgår hver organisme kontinuerlige transformasjoner som er nødvendig ved vedlikehold av dens komplekse struktur, ved vekst og av kontinuerlige tilpasninger til miljøet. Mer riktig, med metabolisme mener vi det komplekset av velorganiserte kjemiske reaksjoner som er i stand til å utnytte ekstern energi til å fornye, øke eller reparere organismens strukturer. Alt dette innebærer faktisk en kontinuerlig transformasjon av mange molekyler. Ernæring, respirasjon og utskillelse er det mest tydelige og manifeste uttrykket for de metabolske prosessene som finner sted i en organisme.

Fra egenskapen til reproduksjonskapasitet utledes egenskapene til:

• Reproduksjon : hver levende skapning må være i stand til å reprodusere minst i én fase av livssyklusen sin, med metoder og tider som ofte er forskjellige og spesifikke for hver art, det vil si at den må kunne generere andre organismer som ligner seg selv. En encellet organisme dupliserer sitt DNA , vokser og deler seg i to datterceller som vil arve en av de to kopiene av DNA . I noen flercellede organismer skjer imidlertid reproduksjon gjennom fusjon av to celler (kalt gameter), produsert av to individer av motsatt kjønn. Resultatet av denne fusjonen kalles en zygote og er en celle som inneholder halvparten av DNAet fra faren og halvparten fra moren. Individet som utvikler seg fra zygoten ligner foreldrene, men vil være forskjellig fra dem begge. På denne måten vil det alltid dukke opp nye varianter av samme art med hver generasjon.

Fra egenskapen til Growth utledes egenskapene til:

• Utvikling : vekst er en karakteristisk egenskap for levende organismer. Bakterier forstørres, om enn bare litt, etter en reproduktiv deling. Som regel, i seksuelt reproduserende organismer, deler zygoten seg flere ganger for å danne milliarder av celler. Veksten kan være ledsaget av utseendet av nye celletyper, nye vev og nye organer, det kan representere en enkel forstørrelse eller til og med en drastisk anatomisk og metabolsk endring som i tilfellet med metamorfose .

Fra Evolution -egenskapen utledes egenskapene til:

• Tilpasning : levende organismer kan endre sin anatomi og fysiologi over tid ved å tilpasse den til miljøet. Gjennom reproduksjon gir foreldrene til barnet sitt en kopi eller deler av genene, det vil si en kopi eller en del av arvematerialet. Av denne grunn er ikke barnet helt det samme som forelderen, men har forskjellige arvelige egenskaper. I tillegg kan den også ha noen nye egenskaper som ikke eksisterte hos forfedrene. En ny karakter, eller mutasjon, oppstår som en konsekvens av at arvematerialet overføres noe endret i forhold til det opprinnelige. Akkumuleringen av disse variasjonene over tid og rom kan føre til dannelse av organismer med svært forskjellige strukturelle egenskaper. På denne måten, i løpet av geologiske epoker, oppsto nye arter av levende organismer. Nøye analyser og dybdestudier vitner om at dagens store variasjon av levende organismer oppsto gjennom en prosess som kalles evolusjon. Det er ikke noe annet enn resultatet av de genetiske variasjonene lagt sammen i tidsrommet som skiller de første livsformene fra de nåværende.

Fra egenskapen til irritabilitet eller motilitet utledes egenskapene til:

• Interaksjon : alle levende organismer samhandler med miljøet og med hverandre. Vi vet at en plante trenger vann, mineralsalter, karbondioksid, lys og oksygen for å vokse: den absorberer alle disse «råvarene» fra det fysiske miljøet. Deres større eller mindre tilgjengelighet vil påvirke dens vekst og formering, dessuten er de i stand til å reagere på ytre stimuli ved å orientere bladene og røttene deres som svar på henholdsvis solens stråler og tyngdekraften. Temperatur, regn, vind, breddegrad og høyde påvirker også plantelivet. Planter er næringsgrunnlaget for dyr og mennesker, som igjen henter «råvarer» og energi fra dem. Selv de enkleste organismer som bakterier eller encellede alger har overflatereseptorer som lar dem skille mellom medlemmer av sin egen art, fremmede arter, mat osv. og reagere adekvat på slike stimuli.

Det er mange tilfeller som ikke er enkle å definere. Virus er et ekstremt tilfelle, siden de ikke er i stand til å reprodusere seg selv, men de trenger en vertscelle, ofte en bakterie, de er molekylære krystaller som er i stand til å replikere, men har ikke sin egen metabolisme. Debatten involverer også de transponerbare elementene i genomet, enheter som består av DNA -sekvenser , også kjent som obligate endonukleære parasitter. Noen forfattere mener dette er virus som har holdt seg fengslet i genomet. Disse elementene, selv om de er i stand til å reprodusere seg ved å generere kopier av seg selv, unnslipper forsøkene på klassifisering, da de er parasittiske molekyler av DNA , som kan trives og reprodusere utelukkende i cellekjernen.

Organisasjon og struktur

De to livsdomene kan kort deles inn i prokaryote og eukaryote organismer , i henhold til noen klassifikasjoner .

Prokaryoter, alle encellede, kan deles inn i to hovedriker: Bakterier og Archea (i de nyeste klassifiseringene regnes Archea som et domene i stedet for et rike).

Eukaryoter kan igjen deles mellom encellede og flercellede organismer i 4 eller 5 riker, avhengig av klassifiseringen som brukes. Noen organismer, som ulike slimsopp (på engelsk Slime mold ), en polyfyletisk gruppe inkludert blant annet Myxomycetes, slipper unna denne typen klassifisering.

Encellede organismer

De kan tilhøre gruppen av prokaryoter, det vil si med en primitiv kjerne (uten kjernemembran ), eller til gruppen av eukaryoter, det vil si med en cellekjerne separert fra cytoplasma. Det er en betydelig evolusjonær avstand mellom disse to gruppene av encellede organismer, sistnevnte er mye nyere. Hypotesen deles at den eukaryote cellen stammer fra en symbiose mellom enklere organismer. For eksempel stammer noen organeller (som mitokondrier og kloroplast ) i henhold til endosymbionteorien fra originale uavhengige bakterieformer. [22]

• encellede prokaryoter: arkea og bakterier (eubakterier). Disse organismene utgjør størstedelen av mikroskopisk liv , inkluderer mange patogener og noen fotosyntetiske organismer ( cyanobakterier eller blåalger og andre phyla )
• encellede eukaryoter: protister , polyfyletisk gruppe som inkluderer protozoer , alger og noen sopp .

Flercellede organismer

Noen av dem er dannet fra udifferensierte celler i organer, for eksempel svamper . Hos de med differensiering av forskjellige vev til organer ( dyr , planter og sopp ) er kroppens struktur organisert på en hierarkisk måte, slik at vi kan skille:

• celle
• vev
• organ
• system eller apparat [23]

De er vanligvis delt inn i forskjellige riker i henhold til deres evne til å aggregere mellom celler:

• Organismer som kan være både encellede og flercellede:
  • Protister dvs. protozoer og alger .
  • Sopp : Det er to forskjellige underavdelinger, den ene forener Eumiceti og Rhodophytes til samme rike, den andre plasserer Rhodophytes i grønnsaksriket.
• Alltid flercellede organismer:
  • Plantae som samler alle de flercellede fotosyntetiske plantene med vev og vaskularitet.
  • Animalia delt inn i to underkategorier: Parazoi som utelukkende består av svamper, og Metazoi .

Dimensjoner

De minste levende organismene er mykoplasma , en gruppe bakterier uten cellevegg hvis diameter varierer mellom 0,2 og0,3  μm .

Generelt kan encellede organismer nå opp til300 μm . Økningen i cellestørrelse gjør det imidlertid stadig vanskeligere for næringsstoffer som kommer inn gjennom cellemembranen å nå alle områder av selve cellen . Faktisk beveger næringsstoffer seg ved enkel diffusjon , et system som blir ineffektivt over avstander som ikke er tilstrekkelig små, ettersom reisetiden for en viss distanse ved diffusjon øker med kvadratet på selve avstanden. En celle som vokser i størrelse finner snart ut at den ikke har tilstrekkelig overflateareal i forhold til volumet (dvs. et ugunstig forhold mellom overflate og volum), siden overflaten når cellen tilnærmes til en kule vokser i henhold til kvadratet av radius:

mens volumet vokser i henhold til kuben til radiusen:

Mengden næringsstoffer som kan komme inn i cellen avhenger av overflaten, mens volumet bestemmer tiden det tar før de når alle områder. Følgelig setter overflate-til-volum-forholdet grenser for størrelsesveksten til encellede vesener [24] .

For flercellede vesener er den maksimale størrelsesgrensen gitt ved masse, da en altfor stor organisme ikke ville ha støttestrukturer som er i stand til å bære sin egen vekt. Situasjonen er derfor annerledes i vann eller på land [25] .

Den største kjente organismen i volum er en gigantisk sequoia ( Sequoiadendron giganteum ) ved navn General Sherman , som har et estimert volum på1 486  m³ [26]

Den største kjente organismen basert på overflaten er en sopp av arten Armillaria ostoyae som finnes i delstaten Washington ( USA ) i området ved Mount Adams . Dette eksemplaret dekker et område på over 890 hektar (8,9 km² ). Det er imidlertid fortsatt tvil om det er en enkelt organisme og ikke en koloni med flere individer [27] .

Fra et massesynspunkt ser den største levende organismen ut til å være Pando , en gen av Populus tremuloides lokalisert i FishLake-skogen, Utah , som har en estimert masse på mer enn 6 600 tonn [28] [29] .

Studie av levende organismer

Biologi er vitenskapen som omhandler å studere levende organismer. Studien kan utføres i henhold til de ulike organisasjonsnivåene, fra enkeltcellene som utgjør en organisme ( cellebiologi til de komplekse systemene til flere arter som lever i samme miljø ( økologi ).

Biologi studerer også alt som har med levende organismer å gjøre, for eksempel molekylene som utgjør dem ( molekylærbiologi ) og de kjemiske reaksjonene livet er basert på ( biokjemi ).

Systematikk og taksonomi

Studiet av levende organismer i biologi og i komparativ anatomi søker analogiene mellom enkeltindivider og enkeltarter ved å operere ordninger og grupperinger i henhold til organisatoriske ordninger som tillater å starte fra elementer av kontinuitet for å komme frem til stadig bredere og generelle kategorier.

Merknader

1. ^ Graham Lawton, Why Darwin tok feil om livets tre , New Scientist magazine - 24. januar 2009
2. ^ ( EN ) videointervju med Ernst Mayr: 135 - Forskjeller mellom levende organismer og livløs materie
3. ^ Biologiens autonomi Arkivert 5. november 2013 på Internet Archive . Ernst Mayr, Biologiens autonomi: biologiens stilling blant vitenskapene , Quarterly Review of Biology , 1996, 71: 97–106]
4. ^ Ernst Mayr, Toward A New Philosophy Of Biology , s.2, Cambridge: Harvard University Press, 1988. ISBN 0674896661 .
5. ^ Tal Dagan, William Martin, The tree of one percent , Genome Biology 2006, 7: 118 doi10.1186
6. ^ Fantoni A., Bozzaro S., Del Sal G., Cellebiologi og genetikk , Piccin-Nuova Libraria, 2008, ISBN  88-299-1966-7 .
7. ^ G. De Leo, E. Gineli, S. Fasano, Biology and genetics , EdiSES Scientific and University Editions, 2009, ISBN  978-88-7959-563-6 .
8. ^ M. Becker, Kleinsmith Lewis J., Jeff Hardin, The World of the Cell , Edises, 2006, ISBN  88-7959-350-1 .
9. ^ DP Snustad - MJ Simmons, Principles of Genetics , EdiSES Scientific and University Editions, 2010, ISBN  978-88-7959-636-7 .
10. ^ Gerald Karp, Molecular and Cell Biology. Konsepter og eksperimenter , Edises, 2011, ISBN  978-88-7959-696-1 .
11. ^ Noen organismer er i stand til å opprettholde den i nesten 10 000 leveår, dette er bekreftet for den eldste kjente organismen, på nasjonal-geografisk
12. ^ DG Gibson, JI Glass, C. Lartigue, VN Noskov, R.-Y. Chuang, MA Algire, GA Benders, MG Montague, Li Ma, MM Moodie, C. Merryman, S. Vashee, R. Krishnakumar, N. Assad-Garcia, C. Andrews-Pfannkoch, EA Denisova, L. Young, Z. -Q. Qi, TH Segall-Shapiro, CH Calvey, PP Parmar, CA Hutchison, III, HO Smith, JC Venter, Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome , Science DOI: 10.1126 / science.1190719 (2010). Hele artikkelen (pdf) Arkivert 24. mai 2010 på Internet Archive .
13. ^ Elizabeth Pennisi, Syntetisk genom bringer nytt liv til bakterien .
14. ^ En bakterie som kan vokse ved å bruke arsen i stedet for fosfor - Wolfe-Simon F, Blum JS, Kulp TR, Gordon GW, Hoeft SE, Pett-Ridge J, Stolz JF, Webb SM, Weber PK, Davies PC, Anbar AD, Oremland RS - Vitenskap. 2. desember 2010. PMID 21127214
15. ^ Reaves ML, Sinha S., Rabinowitz JD, Kruglyak L., Redfield RJ, Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells , in Science , juli 2012, DOI : 10.1126 / science. 1219861 4077 PMID  122 .
16. ^ Erb Tobias J., Kiefer Patrick, Hattendorf Bodo, Günther Detlef, Vorholt Julia A., GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism , in Science , juli 2012, DOI : 10.1126 / science.5 128.121.7, 132957, 32957, 12126
17. ^ How to Define Life-poeng å tenke på for omfattende spørsmål på avsluttende eksamen , su una.edu . Hentet 18. november 2010 (arkivert fra originalen 27. juli 2010) .
18. ^ Hva er liv - og hvordan søker vi etter det i andre verdener?
19. ^ Defining Life: Astrobiology Magazine - jordvitenskap - evolusjonsdistribusjon Livets opprinnelse universet - livet utenfor , på astrobio.net . Hentet 18. november 2010 (arkivert fra originalen 21. april 2012) .
20. ^ Hva er livet? Arkivert 18. januar 2012 på Internet Archive . Torino vitenskap
21. ^ Flercellede organismer er cellesamfunn
22. ^ David Attenborough, Life on Earth, Bur, 1986. Side 24
23. ^ Emanuele Padoa, Manual for komparativ anatomi av virveldyr, fra side 89 (Begynnelsen av behandlingssystemer)
24. ^ Brock - Biology of Microorganisms - ISBN 88-408-1259-8
25. ^ Giancarlo Gibertini, Dyreformens biologi , EUS, Roma, 1984
26. ^ Sequoiadendron giganteum (Lindl.) Buchholz
27. ^ The Humongous Fungus - ti år senere Thomas J. Volk, Institutt for biologi, University of Wisconsin
28. ^ Mitton Jeffry B., Grant Michael C., Genetic Variation and the Natural History of Quaking Aspen , i BioScience , vol. 46, n. 1, University of California Press, januar 1996, s. 25-31.
29. ^ Grant M., Mitton J., Case Study: The Glorious, Golden, and Gigantic Quaking Aspen. , i Nature Education Knowledge , vol. 3, nei. 10, 2010, s. 40.

Bibliografi

• Umberto D'Ancona , Avhandling om zoologi (UTET, 1953; 1960; 1965; 1973).
• Emanuele Padoa, Manual of comparative anatomy of vertebrates, Feltrinelli, 1991 ISBN 9788807640049

Relaterte elementer

• Biologi

Andre prosjekter

• Wiktionary inneholder ordboklemmaet " levende organisme "
• Wikimedia Commons inneholder bilder eller andre filer på levende organismer

Eksterne lenker

• Federico Raffaele, ORGANISME , i Italian Encyclopedia , Institute of the Italian Encyclopedia , 1935.
• organisme , i Dictionary of Philosophy , Institute of the Italian Encyclopedia , 2009.
• ( EN ) Levende organisme , i Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Hvordan en levende organisme fungerer , på omodeo.anisn.it .