Kehidupan

Definisi

Untuk mendefinisikan "kehidupan" dalam istilah yang tegas masih merupakan tantangan bagi para ilmuwan dan filsuf. Mendefinisikan "kehidupan" adalah hal yang sulit, karena hidup adalah sebuah proses, bukan substansi murni. Definisi apapun harus cukup luas untuk mencakup seluruh kehidupan yang dikenal, dan definisi tersebut harus cukup umum, sehingga, dengan itu, ilmuwan tidak akan melewatkan kehidupan yang mungkin secara mendasar berbeda dari kehidupan di bumi.

Virus

Virus lebih sering dianggap sebagai replikator daripada sebagai bentuk kehidupan. Mereka telah digambarkan sebagai "organisme di tepi kehidupan," karena mereka memiliki gen, berevolusi dengan seleksi alam, dan mereplikasi dengan menciptakan beberapa salinan dari diri mereka sendiri melalui perakitan diri. Namun, virus tidak bermetabolisme dan memerlukan sel induk untuk membuat produk baru. Perakitan diri virus dalam sel induk memiliki implikasi untuk studi asal usul kehidupan, karena dapat mendukung hipotesis bahwa kehidupan dapat dimulai dari molekul organik yang bersifat merakit diri.

Biofisika

Ahli biofisika juga berkomentar tentang sifat dan kualitas dari bentuk-bentuk kehidupan—terutama bahwa mereka berfungsi pada entropi negatif. Secara lebih rinci, menurut fisikawan seperti John Bernal, Erwin Schrödinger, Eugene Wigner, dan John Avery, kehidupan adalah anggota dari kelas fenomena yang terbuka atau terus-menerus mampu menurunkan entropi internal mereka, dengan mengorbankan substansi atau energi bebas yang diambil dari lingkungan dan kemudian ditolak dalam bentuk terdegradasi.

Teori sistem kehidupan

Dalam beberapa dekade terakhir, sejumlah ilmuwan telah mengusulkan beberapa teori sistem kehidupan yang bersifat umum yang diperlukan untuk menjelaskan sifat dari kehidupan. Teori umum semacam itu, yang muncul dari ilmu ekologi dan biologi, berupaya untuk memetakan prinsip-prinsip umum untuk bagaimana semua sistem yang hidup bekerja. Alih-alih memeriksa fenomena dengan mencoba memilah-milah berbagai hal ke dalam bagian-bagian komponennya, teori sistem kehidupan yang umum menyelidiki fenomena dalam hal pola dinamis dari hubungan organisme dengan lingkungan mereka.

Hipotesis Gaia

Gagasan bahwa bumi hidup sudah ada sejak dahulu, tetapi gagasan tersebut baru dikemukakan sebagai fakta ilmiah oleh ilmuwan Skotlandia, James Hutton, pada tahun 1785. Ia menyatakan bahwa bumi adalah superorganisme, dan bahwa penelitian yang tepat harus fisiologis. Hutton dikenang sebagai bapak geologi, tetapi gagasan tentang bumi yang hidup dilupakan dalam reduksionisme kuat dari abad ke-19.
Hipotesis Gaia, yang awalnya diusulkan pada tahun 1960 oleh ilmuwan James Lovelock, merupakan gagasan bahwa kehidupan di bumi berfungsi sebagai organisme tunggal yang benar-benar mendefinisikan dan memelihara kondisi lingkungan yang diperlukan untuk kelangsungan hidup.

Ketidakterpecahan

Robert Rosen (1991) membuat asumsi bahwa kekuatan penjelas dari pandangan dunia mekanistik tidak dapat membantu memahami sistem kehidupan. Salah satu klarifikasi penting yang ia buat adalah untuk mendefinisikan komponen sistem sebagai "sebuah satuan organisasi;. Bagian dengan fungsi, yaitu, hubungan pasti antara bagian dan keseluruhan." Dari konsep ini dan konsep awal lainnya, ia mengembangkan sebuah "teori relasional dalam sistem" yang mencoba untuk menjelaskan sifat-sifat khusus dari kehidupan. Secara khusus, ia mengidentifikasi "komponen ketidakterpecahan dalam organisme" sebagai perbedaan mendasar antara sistem kehidupan dan "mesin biologis."

Kehidupan sebagai sifat ekosistem

Sebuah pandangan sistem terhadap kehidupan memperlakukan alur lingkungan dan alur biologi bersama-sama sebagai "timbal balik pengaruh", dan hubungan timbal balik dengan lingkungan ini bisa dibilang penting untuk memahami kehidupan sebagaimana untuk memahami ekosistem. Sebagaimana Harold J. Morowitz (1992) menjelaskan, kehidupan adalah lebih berupa sifat dari sebuah sistem ekologi daripada suatu organisme tunggal atau spesies. Dia berpendapat bahwa definisi ekosistem dari kehidupan adalah lebih dipilih untuk bidang biokimia atau fisika. Robert Ulanowicz (2009) juga menggarisbawahi mutualisme sebagai kunci untuk memahami sistem, menghasilkan perilaku kehidupan dan ekosistem.

Materialisme

Beberapa teori paling awal mengenai kehidupan bersifat materialis, menyatakan bahwa semua yang ada adalah materi, dan bahwa semua kehidupan pada dasarnya adalah bentuk atau pengaturan yang kompleks dari materi. Empedokles (430 SM) berpendapat bahwa setiap hal di alam semesta terdiri dari kombinasi empat "elemen" abadi atau "akar dari semua": bumi, air, udara, dan api. Semua perubahan dijelaskan oleh pengaturan dan penataan ulang dari empat elemen tersebut. Berbagai bentuk kehidupan disebabkan oleh campuran yang tepat dari unsur-unsur. Misalnya, pertumbuhan tanaman disebabkan oleh gerakan ke bawah secara alami unsur bumi dan gerakan ke atas secara alami dari api.
Demokritos (460 SM), murid Leukippos, berpikir bahwa karakteristik penting dari kehidupan adalah memiliki jiwa (psyche). Sama seperti dengan penulis kuno lainnya, ia juga menggunakan istilah tersebut untuk mengartikan prinsip makhluk hidup yang menyebabkan mereka berfungsi sebagai makhluk hidup. Dia berpikir bahwa jiwa terdiri dari atom api, karena hubungan nyata antara hidup dan panas, dan karena api bergerak. Dia juga menyatakan bahwa manusia pada awalnya hidup seperti binatang, secara bertahap mengembangkan masyarakat untuk membantu sesama, memulai bahasa, dan mengembangkan kerajinan dan pertanian.
Dalam revolusi ilmiah abad ke-17, ide-ide mekanistik dihidupkan kembali oleh filsuf seperti René Descartes.

Vitalisme

Vitalisme adalah keyakinan bahwa prinsip-kehidupan pada dasarnya tidak material. Gagasan ini berasal dari Georg Ernst Stahl (abad ke-17), dan bertahan hingga pertengahan abad ke-19.. Vitalisme menjadi daya tarik bagi filsuf seperti Henri Bergson, Friedrich Nietzsche, Wilhelm Dilthey, ahli anatomi seperti Marie François Xavier Bichat, dan ahli kimia seperti Justus Liebig.
Vitalisme menyokong ide pemisahan fundamental antara bahan organik dan anorganik, dan keyakinan bahwa materi organik hanya dapat berasal dari makhluk hidup. Hal ini dibantah pada tahun 1828 ketika Friedrich Wöhler menyiapkan urea dari bahan anorganik. Sintesis Wöhler tersebut dianggap sebagai titik awal kimia organik modern. Hal tersebut merupakan peristiwa bersejarah, karena untuk pertama kalinya suatu senyawa organik yang dihasilkan dari reaktan anorganik.
Kemudian, Hermann von Helmholtz, didahului oleh Julius Robert von Mayer, menunjukkan bahwa tidak ada energi yang hilang dalam gerakan otot, yang menunjukkan bahwa tidak ada "kekuatan vital" yang diperlukan untuk menggerakkannya. Pengamatan empiris ini menyebabkan diabaikannya teori vitalistik dalam sains, meskipun keyakinan ini tetap hidup dalam teori-teori non-ilmiah seperti homeopati, yang menafsirkan bahwa berbagai penyakit disebabkan oleh gangguan pada kekuatan vital atau kekuatan hidup.

Kondisi kehidupan

Keanekaragaman kehidupan di Bumi saat ini adalah hasil dari interaksi dinamis antara kesempatan genetis, kemampuan metabolisme, tantangan lingkungan, dan simbiosis. Hampir selama keberadaannya, lingkungan Bumi yang dapat dihuni telah didominasi oleh mikroorganisme dan berada di bawah metabolisme mereka dan evolusi. Sebagai akibat dari aktivitas mikroba tersebut pada skala waktu geologis, lingkungan fisik-kimia di Bumi telah berubah, sehingga menentukan jalan evolusi kehidupan berikutnya. Sebagai contoh, pelepasan oksigen molekular oleh cyanobacteria sebagai hasil tambahan fotosintesis menyebabkan perubahan global. Lingkungan yang berubah menimbulkan tantangan evolusi baru untuk organisme yang ada saat itu, yang akhirnya menagkibatkan pembentukan hewan dan tumbuhan di planet kita. Oleh sebab itu "ko-evolusi" antara organisme dan lingkungan mereka tampaknya merupakan ciri yang melekat dari sistem kehidupan.

Jangkauan ketahanan

Komponen lembam dari ekosistem adalah faktor fisis dan kimia yang diperlukan untuk kehidupan—energi (sinar matahari atau energi kimia), air, suhu, atmosfer, gravitasi, nutrisi, dan perlindungan dari radiasi matahari. Dalam kebanyakan ekosistem kondisi-kondisi yang ada bervariasi sepanjang hari dan sering berubah dari satu musim ke musim berikutnya. Untuk hidup dalam banyak ekosistem, maka, organisme harus mampu bertahan dalam berbagai kondisi, yang disebut "jangkauan ketahanan." Di luar itu adalah "zona stres fisiologis," tempat kelangsungan hidup dan reproduksi masih dimungkinkan tetapi tidak optimal. Di luar zona ini adalah "zona ketidaktahanan," yang tidak memungkinkan organisme tersebut untuk hidup. Telah ditentukan bahwa organisme yang memiliki jangkauan ketahanan lebih luas akan lebih menyebar daripada organisme dengan jangkauan ketahanan yang sempit.

Ekstremofili

Untuk bertahan hidup, beberapa mikroorganisme dapat mengambil bentuk yang memungkinkan mereka untuk tahan terhadap pembekuan, pengeringan mutlak, kelaparan, tingkat paparan radiasi yang tinggi, dan tantangan fisik atau kimia lainnya. Selain itu, beberapa mikroorganisme dapat bertahan terhadap paparan kondisi seperti itu selama hitungan minggu, bulan, tahun, atau bahkan abad.
Ekstremofili adalah bentuk-bentuk kehidupan mikroba yang berkembang di luar rentang kehidupan yang biasa ditemukan. Mereka juga unggul dalam pemanfaatan sumber energi yang tak biasa. Sementara semua organisme tersusun dari molekul yang hampir identik, evolusi telah memungkinkan mikroba tersebut untuk mengatasi berbagai kondisi fisik dan kimia yang luas ini. Karakterisasi struktur dan keragaman metabolisme dari komunitas mikroba di lingkungan yang ekstrem tersebut terus berlangsung. Pemahaman tentang kegigihan dan fleksibilitas dari kehidupan di Bumi, sebagaimana pemahaman tentang sistem molekuler yang dimanfaatkan beberapa organisme untuk bertahan hidup di kondisi ekstrem, akan memberikan landasan yang penting untuk mencari kehidupan di luar Bumi.

Unsur kimia yang diperlukan

Semua bentuk kehidupan membutuhkan unsur kimia tertentu yang diperlukan untuk fungsi biokimia. Unsur ini meliputi karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fosfor, dan sulfur—makronutrisi untuk semua organisme Bersama, unsur-unsur ini membentuk asam nukleat, protein dan lipid, bagian besar dari materi hidup.
Hipotesis alternatif biokimia telah diajukan dengan menghilangkan satu atau lebih dari unsur-unsur, dengan menukar suatu unsur dengan unsur lain yang tidak ada dalam daftar, atau mengubah keulinan yang diperlukan atau sifat kimia lainnya.

Kehidupan luar Bumi

Bumi adalah satu-satunya planet di alam semesta yang dikenal memiliki kehidupan. Persamaan Drake, yang menghubungkan jumlah peradaban ekstraterestrial di galaksi kita yang mungkin kita hubungi, telah digunakan untuk membahas kemungkinan kehidupan di tempat lain, tetapi para ilmuwan tidak setuju pada banyak nilai-nilai variabel dalam persamaan ini. Tergantung pada nilai-nilai tersebut, persamaan dapat menunjukkan bahwa kehidupan bisa muncul sering maupun jarang.
Daerah sekitar bintang deret utama yang dapat mendukung kehidupan seperti di Bumi di sebuah planet yang mirip Bumi dikenal dengan sebutan zona layak huni. Jari-jari dalam dan luar zona ini bervariasi dengan cahaya dari bintang, seperti halnya interval waktu selama zona akan bertahan. Bintang yang lebih besar dari Matahari memiliki zona layak huni yang lebih besar, tetapi akan tetap berada di deret utama untuk interval waktu yang lebih singkat selama kehidupan dapat berevolusi. Bintang katai merah kecil memiliki masalah yang berlawanan, diperparah dengan tingkat aktivitas magnetik yang lebih tinggi dan efek penguncian pasang surut dari orbit dekat. Oleh karena itu, bintang-bintang di kisaran massa menengah seperti Matahari mungkin memiliki kondisi yang optimal untuk kehidupan seperti di bumi untuk berkembang. Lokasi bintang dalam galaksi juga dapat berdampak pada kemungkinan membentuk kehidupan.
Panspermia adalah hipotesis yang menyatakan bahwa kehidupan berasal tempat lain di alam semesta dan kemudian dipindahkan ke Bumi dalam bentuk spora yang mungkin ditransfer melalui meteorit, komet atau debu kosmik. Namun, hipotesis ini tidak membantu menjelaskan asal usul kehidupan.

Kematian

Kematian adalah penghentian permanen dari semua fungsi vital atau proses kehidupan pada sebuah organisme atau sel. Setelah kematian, sisa-sisa organisme menjadi bagian dari siklus biogeokimia. Organisme dapat dikonsumsi oleh pemangsa atau pemakan bangkai dan sisa materi organik kemudian dapat diurai lebih lanjut oleh detritivora, organisme yang mendaur ulang detritus, mengembalikannya ke lingkungan untuk digunakan kembali dalam rantai makanan.
Salah satu tantangan dalam mendefinisikan kematian adalah dalam membedakannya dari kehidupan. Kematian lebih mengacu pada saat di mana hidup berakhir, atau ketika dimulainya saat setelah kehidupan. Bagaimanapun, menentukan kapan kematian terjadi membutuhkan batas-batas konseptual yang tepat antara hidup dan mati. Hal ini bermasalah—bagaimanapun—karena ada sedikit konsensus tentang bagaimana mendefinisikan kehidupan. Sifat kematian selama ribuan tahun menjadi perhatian utama tradisi agama dunia dan penyelidikan filosofis. Banyak agama menggunakan konsep akhirat, reinkarnasi, atau kebangkitan.

Kepunahan

Kepunahan adalah proses bertahap saat sebuah kelompok taksa atau spesies menghilang, mengurangi keanekaragaman hayati. Saat kepunahan umumnya dianggap sebagai kematian individu terakhir dari spesies tersebut. Karena berbagai potensi suatu spesies mungkin sangat besar, menentukan saat ini adalah sulit, dan biasanya dilakukan secara retrospektif setelah suatu jangka waktu ketiadaan mereka. Spesies punah ketika mereka tidak lagi mampu bertahan dalam habitat yang berubah atau kalah terhadap persaingan keunggulan. Selama sejarah Bumi, lebih dari 99% dari semua spesies yang pernah hidup telah punah. Namun, kepunahan massal mungkin telah mempercepat evolusi dengan memberikan kesempatan bagi kelompok-kelompok baru organisme untuk menjadi bervariasi.

Fosil

Fosil adalah sisa-sisa atau jejak hewan, tumbuhan, dan organisme lain dari masa lampau yang terawetkan. Totalitas fosil—baik yang sudah ditemukan maupun yang belum ditemukan—dan penempatan mereka dalam formasi batuan yang mengandung fosil dan lapisan sedimen (strata) dikenal sebagai "catatan fosil". Suatu spesimen terawetkan disebut "fosil" jika lebih tua dari usia yang disepakati yaitu 10.000 tahun yang lalu. Oleh karena itu, rentang usia fosil membentang dari yang termuda di awal zaman Holosen ke yang tertua dari masa Arkean, beberapa miliar tahun lalu.