Życie – w
biologii
:
- intuicyjne, podstawowe pojęcie odnoszące się do procesu istniejącego na
Ziemi
, a prawdopodobnie też na innych planetach
- cecha obiektów, które nazywamy
organizmami
żywymi.
Problem definicji
Pojęcie życia jest trudne do
zdefiniowania
, dlatego nie ma dotąd jednej, powszechnie przyjętej jego
definicji
. Można jednak twierdzić, że najważniejszą cechą życia jest ciągła wymiana
materii
i
energii
między żywym organizmem a jego otoczeniem oraz zdolność do
replikacji
, powielania się czy też rozmnażania. 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.
Należy zwrócić szczególną uwagę czy używa się pojęcia życie w charakterze
rzeczownika
, na określenie procesu, czy też
przymiotnika
, na określenie własności
obiektu
, gdyż pojęcia te są definiowane i rozumiane nieco inaczej. Ponieważ definicja życia jest nieodzownie wymagana w badaniach nad
powstaniem życia
i w
egzobiologii
, podjęto próby uściślenia definicji czym jest życie.
Najbardziej poprawną definicją życia opartą o szczegółowe atrybuty życia jest: życie jest to zjawisko
biologiczne
charakteryzujące się budową
komórkową
, własnym
metabolizmem
, posiadaniem
białek
i
kwasów nukleinowych
, zdolnością do replikacji i
dziedziczenia
cech oraz utrzymywaniem
homeostazy
.
Definicje życia jako zjawiska
Redukcjonistyczna definicja życia
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 sztucznego życia (jak
algorytmy ewolucyjne
czy różne odmiany
Game of Life
) status żywych.
Definicja życia jako własności obiektu
Podręcznikowa
definicja
życia opiera się na
czynnościach 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.
Trzy systemy
W celu uściślenia czym jest życie jako własność obiektu, badacze
biogenezy
zauważyli, że organizmy żywe są bez wyjątku złożone z trzech wzajemnie powiązanych podsystemów:
- systemu metabolicznego – zapewniającego autonomię energetyczną
- systemu informacyjnego – zapewniającego regulację
- systemu kompartmentalizacyjnego – zapewniają autonomię fizyczną od świata zewnętrznego.
Trzy poziomy organizacji
Konsekwencją trzech systemów życia, jest obserwacja, że
życie na Ziemi
istnieje na trzech poziomach organizacyjnych:
- komórkowym:
- system metaboliczny: autokatalityczne procesy biochemiczne komórki
- system informacyjny: DNA i mechanizm ekspresji genów
- system kompartmentalizacyjny:
błona komórkowa
, ściana komórkowa,
cytoszkielet
.
- organizmalnym:
- system metaboliczny:
układ pokarmowy
, układ oddechowy, układ krążenia
- system informacyjny:
układ nerwowy
i hormonalny
- system kompartmentalizacyjny: skóra, układ odpornościowy, układ mięśniowo-kostny
- społecznym:
- system metaboliczny: systemy ekonomiczne, systemy wymiany żywności, uprawy
- system informacyjny: systemy sygnałów międzyosobniczych, hierarchia społeczna, dziedzictwo kulturowe, systemy feromonalne, systemy polityczne.
- system kompartmentalizacyjny: kasty żołnierskie, terytoria, wojska i granice etc.
Jak nietrudno zauważyć, niektóre formy życia występują tylko na poziomie pierwszym
jednokomórkowce
, również kolonijne), niektóre na pierwszy i drugim poziomie (tkankowce, rośliny naczyniowe), a niektóre, być może, na wszystkich trzech poziomach (wielokomórkowe organizmy społeczne).
Podstawowym poziomem organizacji życia jest poziom komórkowy.
Osiem cech życia
Próbując pogodzić wymienione wyżej obserwacje z intuicyjnymi odczuciami odnośnie życia,
Tibor Ganti
zaproponował następujący zbiór warunków, które powinien spełniać system, by uznać go za organizm żywy:
Cechy konieczne
Cechy konieczne by dany obiekt uznać za żywy
- jest wyodrębniony ze świata zewnętrznego
- posiada
metabolizm
- jest wewnętrznie stabilny, innymi słowy cechuje go
homeostaza
- posiada podsystem przechowywania i przetwarzania informacji, użyteczny dla reszty systemu
- procesy wewnątrz systemu żywego są regulowane
Cechy potencjalne
Cechy które nie są konieczne by system uznać za żywy, ale konieczne by zachodził proces życia na większą skalę
- obiekt żywy musi mieć zdolność do wzrostu i rozmnażania
- w
replikacji
musi zachodzić zmienność (warunek ewolucji)
- obiekt musi być
śmiertelny
.
Nietrudno zauważyć, że cechy konieczne definiują organizm żywy jako autonomiczną strukturę, cechy potencjalne zaś odpowiadają redukcjonistycznej definicji życia, dotyczą więc procesu życia.
Czy wirusy są żywe?
Bardzo często spotykamy się z pytaniem, czy
wirusy
są żywe? Odpowiedź na to pytanie zależy od przyjętej definicji życia i indywidualnych intuicji osoby odpowiadającej na pytanie. W świetle powyższych definicji łatwo zauważyć, że wirusy jako indywidualne osobniki, nie są ożywione. Wirusy podlegają jednak procesowi
ewolucji
, mają zdolność do rozmnażania się i zmienności, dlatego stanowią część procesu życia na Ziemi.
Tradycyjny podział na poziomy organizacji życia w naukach przyrodniczych
Biologia tradycyjnie dzieliła życie na kilka poziomów i wiązała z gałęziami badań różniącymi się metodologią. Zwykle wyróżnia się następujące poziomy organizacji i odpowiadające jej gałęzie badań:
Inne definicje
Filozoficzna
Warunkiem koniecznym i wystarczającym istnienia życia jest to aby istota posiadająca życie posiadała jakikolwiek stopień świadomości.
Witalizm
, począwszy od
Arystotelesa
, wiązał życie z czynnikami pozamaterialnymi. Henri Bergson stworzył koncepcję
élan vital
(pędu życiowego), siły motorycznej, będącej przyczyną wszelkiej aktywności organizmów żywych.
Cybernetyczna
Życie to
system
sprzężeń zwrotnych ujemnych
podporządkowanych nadrzędnemu
sprzężeniu zwrotnemu dodatniemu
. Taka
cybernetyczna
definicja życia została zaproponowana przez Polaka, Bernarda Korzeniewskiego.
Termodynamiczna
Życie to złożona
struktura dyssypatywna
, mająca zdolność miejscowego odwracania
entropii
.
Z punktu widzenia informacji
Istota żyjąca jest z reguły bazującym na komórce systemem kodowym sterowanym przez
informację
i przetwarzającym informację. Życie to czasowa zdolność (cecha) tego systemu kodowego wykorzystywania i przekazywania w nim zawartej semantycznej informacji.
Fizyko-chemiczna
Życie to ogół specyficznych procesów fizyko-chemicznych zachodzących w pewnych zespołach materii organicznej.
Życie to zespół cząstek polinukleidowych i białkowych charakteryzujących się 3 cechami:
Zobacz też