Yaşam

Yaşam veya hayat sinyalizasyon ve kendi kendini idame ettirme süreçleri gibi biyolojik süreçlere sahip olan maddeyi, bu özelliklere sahip olmayan maddeden ayıran bir niteliktir ve büyüme, uyaranlara tepki verme, metabolizma, enerji dönüşümü ve üreme kapasitesi ile tanımlanır. Bitkiler, hayvanlar, mantarlar, protistler, arkealar ve bakteriler gibi çeşitli yaşam biçimleri mevcuttur. Biyoloji, yaşamı inceleyen bilim dalıdır.
Gen kalıtım birimidir, hücre ise yaşamın yapısal ve işlevsel birimidir. Prokaryotik ve ökaryotik olmak üzere iki tür hücre vardır; her ikisi de bir zar içine alınmış sitoplazmadan oluşur ve proteinler ve nükleik asitler gibi birçok biyomolekül içerir. Hücreler, ana hücrenin iki veya daha fazla yavru hücreye bölündüğü ve genlerini yeni bir nesle aktardığı, bazen genetik çeşitlilik üreten bir hücre bölünmesi süreciyle çoğalır.
Organizmalar veya yaşamın bireysel varlıkları, genellikle homeostazı sürdüren, hücrelerden oluşan, bir yaşam döngüsüne sahip, metabolizma geçiren, büyüyebilen, çevrelerine uyum sağlayan, uyaranlara yanıt veren, üreyen ve birden fazla nesil boyunca evrimleşen açık sistemler olarak düşünülür. Diğer tanımlar bazen virüsler ve viroidler gibi hücresel olmayan yaşam formlarını içerir, ancak bunlar genellikle yaşamdan hariç tutulur çünkü kendi başlarına işlev görmezler; daha ziyade konaklarının biyolojik süreçlerini kullanırlar.
Yaşamın kökeni olarak da bilinen abiyogenez, basit organik bileşikler gibi cansız maddelerden ortaya çıkan doğal yaşam sürecidir. İlkel başlangıcından bu yana, Dünya'daki yaşam jeolojik zaman cetvelinde çevresini değiştirmiştir, ancak aynı zamanda çoğu ekosistemde ve koşulda hayatta kalmak için adapte olmuştur. Yeni yaşam formları, kalıtsal varyasyon ve doğal seçilim yoluyla ortak atalardan evrimleşmiştir ve bugün, farklı türlerin sayısına ilişkin tahminler 3 milyon ile 100 milyon arasında değişmektedir.
Ölüm, bir organizmayı ayakta tutan tüm biyolojik süreçlerin kalıcı olarak sona ermesidir ve bu nedenle yaşamının sonudur. Soy tükenmesi, bir grubun veya taksonun, genellikle de bir türün yok olmasını tanımlayan bir terimdir. Nesli tükenen tür ya da takson bir daha hayata dönemez. Fosiller, organizmaların korunmuş kalıntıları veya izleridir.
Tanımlar
Yaşamın tanımı uzun zamandır bilim insanları ve filozoflar için bir meydan okuma olmuştur. Bunun nedeni kısmen yaşamın bir madde değil bir süreç olmasıdır. Bu durum, eğer varsa, Dünya dışında gelişmiş olabilecek canlı varlıkların özelliklerine dair bilgi eksikliği nedeniyle daha da karmaşık bir hal almaktadır. Yaşamın felsefi tanımları da ortaya atılmıştır ve canlıların cansızlardan nasıl ayırt edileceği konusunda benzer zorluklar yaşanmaktadır. Yaşamın yasal tanımları da tanımlanmış ve tartışılmıştır, ancak bunlar genellikle bir insanın ölü ilan edilmesi kararına ve bu kararın yasal sonuçlarına odaklanmaktadır. Yaşamın 123 kadar tanımı derlenmiştir.
Biyoloji
Yaşamın tanımı konusunda bir fikir birliği olmadığından, biyolojideki mevcut tanımların çoğu betimleyicidir. Yaşam, belirli bir çevrede varlığını koruyan, ilerleten veya güçlendiren bir şeyin özelliği olarak kabul edilir. Bu özellik aşağıdaki özelliklerin tümünü ya da çoğunu sergiler:
Homeostaz: sabit bir durumu korumak için iç ortamın düzenlenmesi; örneğin, sıcaklığı düşürmek için terleme
Organizasyon: yapısal olarak yaşamın temel birimi olan bir veya daha fazla hücreden oluşmak
Metabolizma: kimyasalları ve enerjiyi hücresel bileşenlere dönüştürerek (anabolizma) ve organik maddeyi ayrıştırarak (katabolizma) enerjinin dönüşümü. Canlılar iç organizasyonlarını (homeostaz) sürdürmek ve yaşamla ilişkili diğer olguları üretmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar.
Büyüme: katabolizmadan daha yüksek bir anabolizma oranının sürdürülmesi. Büyüyen bir organizma sadece madde biriktirmek yerine tüm parçalarının boyutunu artırır.
Adaptasyon: bir organizmanın kendi habitatında veya habitatlarında daha iyi yaşayabilir hale geldiği evrimsel süreç.
Uyaranlara tepki: bir tepki, tek hücreli bir organizmanın dış kimyasallara karşı kasılmasından, çok hücreli organizmaların tüm duyularını içeren karmaşık reaksiyonlara kadar birçok şekilde olabilir. Bir tepki genellikle hareketle ifade edilir; örneğin, bir bitkinin yapraklarının güneşe doğru dönmesi (fototropizm) ve kemotaksi.
Üreme: tek bir ebeveyn organizmadan eşeysiz olarak ya da iki ebeveyn organizmadan eşeyli olarak yeni bireysel organizmalar üretme yeteneği.
Fizyolojik işlevler olarak adlandırılan bu karmaşık süreçlerin altında yatan fiziksel ve kimyasal temellerin yanı sıra yaşamın sürdürülmesi için gerekli olan sinyalizasyon ve kontrol mekanizmaları vardır.
Alternatif tanımlar
Fizik perspektifinden bakıldığında canlılar, hayatta kalmanın gerektirdiği şekilde kendini yeniden üretebilen ve evrim geçirebilen organize bir moleküler yapıya sahip termodinamik sistemlerdir. Termodinamik açıdan yaşam, kendisinin kusurlu kopyalarını yaratmak için çevresindeki gradyanlardan yararlanan açık bir sistem olarak tanımlanmıştır. Bunu ifade etmenin bir başka yolu da yaşamı "Darwinci evrim geçirebilen, kendi kendini idame ettiren kimyasal bir sistem" olarak tanımlamaktır; bu tanım, Carl Sagan'ın önerisi üzerine, ekzobiyolojinin amaçları doğrultusunda yaşamı tanımlamaya çalışan bir NASA komitesi tarafından benimsenmiştir. Ancak bu tanım yaygın bir şekilde eleştirilmiştir çünkü buna göre cinsel olarak üreyen tek bir birey kendi başına evrim geçiremeyeceği için canlı değildir. Bu potansiyel kusurun nedeni, "NASA'nın tanımının" yaşamı yaşayan bir birey olarak değil, bir olgu olarak ifade etmesi ve bu nedenle eksik kalmasıdır. Alternatif olarak, bir fenomen ve yaşayan bir birey olarak yaşam kavramına dayanan tanımlar, sırasıyla kendi kendini idame ettirebilen bir bilginin sürekliliği ve bu sürekliliğin farklı bir unsuru olarak önerilmiştir. Bu yaklaşımın en güçlü yanı, yaşamı matematik ve fizik terimleriyle tanımlaması ve kaçınılmaz olarak pleonastisiteye yol açan biyolojik kelime dağarcığından kaçınmasıdır.
Diğerleri ise moleküler kimyaya bağlı olmak zorunda olmayan sistemik bir bakış açısına sahiptir. Yaşamın sistemik bir tanımı, canlıların kendi kendini organize eden ve otopoietik (kendi kendini üreten) olmasıdır. Bu tanımın varyasyonları arasında Stuart Kauffman'ın kendini ya da kendilerini yeniden üretebilen ve en az bir termodinamik iş döngüsünü tamamlayabilen otonom bir ajan ya da çok ajanlı bir sistem olarak tanımı yer almaktadır. Bu tanım, zaman içinde yeni işlevlerin ortaya çıkmasıyla genişletilmiştir.
Virüsler
Virüslerin canlı olarak kabul edilip edilmemesi gerektiği tartışmalıdır. Çoğunlukla yaşam formlarından ziyade sadece gen kodlayan çoğaltıcılar olarak kabul edilirler. Genlere sahip olmaları, doğal seçilim yoluyla evrimleşmeleri ve kendi kendilerine bir araya gelme yoluyla kendilerinin birden fazla kopyasını oluşturarak çoğalmaları nedeniyle "yaşamın sınırındaki organizmalar" olarak tanımlanmışlardır. Ancak virüsler metabolize olmazlar ve yeni ürünler oluşturmak için bir konak hücreye ihtiyaç duyarlar. Virüslerin konakçı hücreler içinde kendi kendilerini bir araya getirmeleri, yaşamın kendi kendini bir araya getiren organik moleküller olarak başlamış olabileceği hipotezini destekleyebileceğinden, yaşamın kökeni üzerine yapılan çalışmalar açısından önemli sonuçlar doğurabilir.
Biyofizik
Gerekli asgari olguları yansıtmak için, yaşamın diğer biyolojik tanımları önerilmiştir ve bunların çoğu kimyasal sistemlere dayanmaktadır. Biyofizikçiler canlıların negatif entropi ile işledikleri yorumunu yapmışlardır. Başka bir deyişle, yaşam süreçleri, biyolojik moleküllerin iç enerjisinin daha potansiyel mikrodurumlara doğru kendiliğinden yayılması veya dağılmasının gecikmesi olarak görülebilir. Daha ayrıntılı olarak, John Bernal, Erwin Schrödinger, Eugene Wigner ve John Avery gibi fizikçilere göre yaşam, çevreden alınan ve daha sonra bozulmuş bir biçimde reddedilen maddeler veya serbest enerji pahasına iç entropilerini azaltabilen açık veya sürekli sistemler olan fenomenler sınıfının bir üyesidir. Biyomimetik veya biyomimikrinin (biyolojik varlıklar ve süreçler örnek alınarak modellenen malzeme, yapı ve sistemlerin tasarımı ve üretimi) ortaya çıkışı ve artan popülaritesi, doğal ve yapay yaşam arasındaki sınırı muhtemelen yeniden tanımlayacaktır.
Canlı sistemler teorileri
Canlı sistemler, çevreleriyle etkileşim halinde olan, kendi kendini organize eden açık canlılardır. Bu sistemler bilgi, enerji ve madde akışları ile sürdürülür.
Budisa, Kubyshkin ve Schmidt hücresel yaşamı dört sütun/köşe taşı üzerine oturan bir organizasyon birimi olarak tanımlamıştır: (i) enerji, (ii) metabolizma, (iii) bilgi ve (iv) biçim. Bu sistem metabolizmayı ve enerji tedarikini düzenleyip kontrol edebilmekte ve bilgi taşıyıcısı (genetik bilgi) olarak işlev gören en az bir alt sistem içermektedir. Kendi kendini idame ettiren birimler olarak hücreler, evrim olarak bilinen tek yönlü ve geri döndürülemez açık uçlu sürece dahil olan farklı popülasyonların parçalarıdır.
Son birkaç on yılda bazı bilim insanları yaşamın doğasını açıklamak için genel bir canlı sistemler teorisinin gerekli olduğunu öne sürmüşlerdir. Böyle bir genel teori, ekolojik ve biyolojik bilimlerden doğacak ve tüm canlı sistemlerin nasıl çalıştığına dair genel ilkeleri haritalandırmaya çalışacaktır. Olayları bileşenlerine ayırmaya çalışarak incelemek yerine, genel bir canlı sistemler teorisi, olayları organizmaların çevreleriyle olan ilişkilerinin dinamik kalıpları açısından araştırır.
Gaia hipotezi
Dünya'nın canlı olduğu fikri felsefe ve dinde yer almaktadır, ancak bu konudaki ilk bilimsel tartışma İskoç bilim adamı James Hutton tarafından yapılmıştır. Hutton, 1785 yılında Dünya'nın bir süper organizma olduğunu ve fizyolojisinin incelenmesi gerektiğini belirtmiştir. Hutton jeolojinin babası olarak kabul edilir, ancak yaşayan bir Dünya fikri 19. yüzyılın yoğun indirgemeciliği içinde unutulmuştur. 1960'larda bilim adamı James Lovelock tarafından ortaya atılan Gaia hipotezi, Dünya'daki yaşamın, hayatta kalması için gerekli çevresel koşulları tanımlayan ve sürdüren tek bir organizma olarak işlev gördüğünü öne sürer. Bu hipotez, modern Dünya sistemi biliminin temellerinden biri olarak hizmet etmiştir.
Kendi kendini idame ettirebilen bilgi
Tüm canlı varlıklar, cis-eylem adı verilen süreçlerle kendini sürdüren genetik bilgiye sahiptir. Cis-eylem, başlatıcı üzerinde etkisi olan herhangi bir eylemdir ve kimyasal sistemlerde otokatalitik küme olarak bilinir. Canlı sistemlerde, olumsuz etkiye sahip olanlar doğal seçilim tarafından elendiğinden, tüm cis-eylemler genellikle sistem üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Genetik bilgi bir başlatıcı olarak hareket eder ve kendi kendini onarma veya kendi kendini üretme (vücudun parçalarının üretilmesi, tüm varlığın çoğaltılması olan kendi kendini üretmeden ayırt edilmelidir) gibi bir dizi cis-eylem yoluyla kendini sürdürebilir. Çeşitli cis-eylemler varlığa canlı olarak kabul edilmesi için ek özellikler kazandırır. Kendi kendini idame ettirebilen bilgi temel bir gerekliliktir - canlılık kazanmak için sıfırıncı seviyedir ve kendi kendini onarma gibi herhangi bir cis-eylemle elde edilebilir (UV radyasyonunun neden olduğu bir nükleik asitteki değişikliği düzelten bir proteini kodlayan bir gen gibi). Daha sonra, eğer varlık hataya açık bir şekilde kendini yeniden üretebiliyorsa evrim özelliğini kazanır ve kendi kendini idame ettirebilen bilgi sürekliliğine dahil olur - fenomen anlamında yaşayan dünyanın bir parçası haline gelir ancak henüz yaşayan bir birey değildir. Bu yükseltme için varlığın, kendisini kendi kaderine sahip ayrı bir varlık olarak tanımlama yeteneği olarak anlaşılan ayırt edilebilirlik özelliğini işlemesi gerekir. Farklılığa ulaşmanın iki olası yolu vardır: 1) açık bir sistemi sürdürmek (bir hücre) ve/veya 2) bir aktarım sürecini sürdürmek (zorunlu parazitler için). Bu cis-eylemlerden herhangi birinin yerine getirilmesi varlığı yaşayan birey seviyesine yükseltir - kendi kendini idame ettirebilen bilgi sürekliliğinin farklı bir unsurudur. Son seviye, varlığın durumunu ölü ya da canlı olarak değerlendirir ve işlevsellik özelliğini gerektirir.
Bu yaklaşım, varlıkların kendilerini idame ettirme kabiliyetlerine, evrimleşebilirliklerine ve farklılıklarına bağlı olarak torna tezgahı benzeri bir hiyerarşi sağlar. Ayrıca bir olgu olarak yaşam, yaşayan bir birey ve canlı bir birey arasında da ayrım yapar.
Parçalanamazlık
Robert Rosen, 1958'den itibaren kariyerinin büyük bir bölümünü, "etkin nedenselliğe kapalı", kendi kendini organize eden karmaşık bir sistem olarak kapsamlı bir yaşam teorisi geliştirmeye adamıştır. Bir sistem bileşenini "bir organizasyon birimi; bir işlevi olan bir parça, yani parça ile bütün arasında kesin bir ilişki" olarak tanımlamıştır. "Bir organizmadaki bileşenlerin parçalanamazlığını" canlı sistemler ile "biyolojik makineler" arasındaki temel fark olarak tanımlamıştır. Görüşlerini Yaşamın Kendisi adlı kitabında özetlemiştir. Benzer fikirler James Grier Miller tarafından yazılan Yaşayan Sistemler kitabında da bulunabilir.
Ekosistemlerin özelliği
Yaşama dair bir sistem görüşü, çevresel akışları ve biyolojik akışları birlikte bir "etki karşılıklılığı" olarak ele alır ve çevre ile karşılıklı ilişki, ekosistemleri anlamak için olduğu kadar yaşamı anlamak için de tartışmasız önemlidir. Harold J. Morowitz'in açıkladığı gibi, yaşam tek bir organizma ya da türden ziyade ekolojik bir sistemin özelliğidir. Morowitz, yaşamın ekosistemik bir tanımının, katı bir biyokimyasal ya da fiziksel tanıma tercih edilebileceğini savunmaktadır. Robert Ulanowicz mutualizmi, yaşamın ve ekosistemlerin sistemik, düzen yaratan davranışlarını anlamanın anahtarı olarak vurgulamaktadır.
Karmaşık sistem biyolojisi
Karmaşık sistem biyolojisi (KSB), işlevsel organizmalarda karmaşıklığın ortaya çıkışını dinamik sistemler teorisi açısından inceleyen bir bilim alanıdır. İkincisi genellikle sistem biyolojisi olarak da adlandırılır ve yaşamın en temel yönlerini anlamayı amaçlar. KSB ve sistem biyolojisi ile yakından ilişkili olan ve ilişkisel biyoloji olarak adlandırılan bir yaklaşım, temel olarak yaşam süreçlerini en önemli ilişkiler ve organizmaların temel işlevsel bileşenleri arasındaki bu tür ilişkilerin kategorileri açısından anlamakla ilgilenir; çok hücreli organizmalar için bu, "kategorik biyoloji" veya organizmaların biyolojik ilişkilerin bir kategori teorisi olarak bir model temsili ve ayrıca metabolik, genetik ve epigenetik süreçlerin ve sinyal yollarının dinamik, karmaşık ağları açısından canlı organizmaların işlevsel organizasyonunun cebirsel bir topolojisi olarak tanımlanmıştır. Alternatif ancak yakından ilişkili yaklaşımlar, kısıtlamaların karşılıklı bağımlılığına odaklanır; burada kısıtlamalar enzimler gibi moleküler ya da bir kemiğin veya damar sisteminin geometrisi gibi makroskopik olabilir.
Darwinci dinamik
Canlı sistemlerde ve bazı fiziksel sistemlerde düzenin evriminin Darwinci dinamik olarak adlandırılan ortak bir temel ilkeye uyduğu da ileri sürülmüştür. Darwinci dinamik, ilk olarak termodinamik dengeden uzak basit bir biyolojik olmayan sistemde makroskopik düzenin nasıl oluşturulduğu göz önünde bulundurularak ve daha sonra bu düşünce kısa, çoğalan RNA moleküllerine genişletilerek formüle edilmiştir. Altta yatan düzen oluşturma sürecinin her iki sistem türü için de temelde benzer olduğu sonucuna varılmıştır.
Operatör teorisi
Operatör teorisi olarak adlandırılan bir başka sistemik tanım, yaşamın organizmalarda bulunan tipik kapanışların varlığı için genel bir terim olduğunu; tipik kapanışların hücrede bir zar ve bir otokatalitik küme olduğunu ve bir organizmanın en az hücre kadar karmaşık bir operatör tipine uyan bir organizasyona sahip herhangi bir sistem olduğunu öne sürer. Yaşam, genişleme ve üreme potansiyelinin oluşturduğu üstün bir pozitif geri beslemeye tabi olan düzenleyici mekanizmaların aşağı negatif geri besleme ağı olarak da modellenebilir.
Çalışmanın tarihçesi
Materyalizm
Hoh Yağmur Ormanı'nda bitki büyümesiMasai Mara ovasında toplanan zebra ve impala sürüleriYellowstone Ulusal Parkı'ndaki Büyük Prizmatik Kaynak çevresindeki mikrobiyal örtülerin havadan çekilmiş bir fotoğrafıEn eski yaşam teorilerinden bazıları materyalistti; var olan her şeyin madde olduğunu ve yaşamın da maddenin karmaşık bir biçimi ya da düzenlemesi olduğunu savunuyorlardı. Empedokles evrendeki her şeyin dört ebedi "elementin" ya da "her şeyin kökünün" birleşiminden oluştuğunu savunmuştur: toprak, su, hava ve ateş. Tüm değişimler bu dört unsurun düzenlenmesi ve yeniden düzenlenmesiyle açıklanır. Çeşitli yaşam biçimleri, elementlerin uygun bir karışımından kaynaklanır.
Demokritos (MÖ 460) yaşamın temel özelliğinin bir ruha (psyche) sahip olmak olduğunu düşünüyordu. Diğer antik yazarlar gibi o da bir şeyi canlı yapan şeyin ne olduğunu açıklamaya çalışıyordu. Onun açıklaması, ateşli atomların, tıpkı atomların ve boşluğun başka herhangi bir şeyi açıkladığı gibi bir ruh oluşturduğu yönündeydi. O, yaşam ve ısı arasındaki bariz bağlantı ve ateşin hareket etmesi nedeniyle ateş üzerinde ayrıntılı olarak durdu.
Antik Yunan'da ortaya çıkan mekanistik materyalizm, hayvanların ve insanların birlikte bir makine gibi işleyen parçaların bir araya gelmesinden oluştuğunu savunan Fransız filozof René Descartes tarafından yeniden canlandırılmış ve revize edilmiştir. Bu fikir Julien Offray de La Mettrie tarafından L'Homme Machine adlı kitabında daha da geliştirilmiştir.
19. yüzyılda biyoloji biliminde hücre teorisindeki ilerlemeler bu görüşü teşvik etmiştir. Charles Darwin'in evrim teorisi, doğal seçilim yoluyla türlerin kökenine ilişkin mekanistik bir açıklamadır.
Stéphane Leduc 20. yüzyılın başında biyolojik süreçlerin fizik ve kimya açısından anlaşılabileceği ve büyümelerinin sodyum silikat çözeltilerine daldırılmış inorganik kristallerinkine benzediği fikrini destekledi. La biologie synthétique adlı kitabında ortaya koyduğu fikirler, yaşadığı dönemde geniş ölçüde reddedilmiş, ancak Russell, Barge ve meslektaşlarının çalışmalarına olan ilginin yeniden canlanmasına neden olmuştur.
Hilomorfizm
Hilomorfizm ilk olarak Yunan filozof Aristoteles tarafından ifade edilen bir teoridir. Hilomorfizmin biyolojiye uygulanması Aristoteles için önemliydi ve biyoloji onun günümüze ulaşan yazılarında kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. Bu görüşe göre, maddi evrendeki her şeyin hem maddesi hem de formu vardır ve bir canlının formu onun ruhudur (Yunanca psyche, Latince anima). Üç tür ruh vardır: bitkilerin büyümesine, çürümesine ve beslenmesine neden olan ama hareket ve duyuma neden olmayan bitkisel ruh; hayvanların hareket etmesine ve hissetmesine neden olan hayvansal ruh; ve (Aristoteles'e göre) yalnızca insanda bulunan, bilincin ve muhakemenin kaynağı olan rasyonel ruh. Her bir yüksek ruh daha düşük ruhların tüm niteliklerine sahiptir. Aristoteles maddenin form olmadan var olabileceğine, formun ise madde olmadan var olamayacağına ve dolayısıyla ruhun da beden olmadan var olamayacağına inanmıştır.
Bu açıklama, olguları amaç ya da hedefe yöneliklik açısından açıklayan teleolojik yaşam açıklamalarıyla tutarlıdır. Dolayısıyla, kutup ayısının kürkünün beyazlığı kamuflaj amacıyla açıklanmaktadır. Nedenselliğin yönü (gelecekten geçmişe), sonucu önceki bir neden açısından açıklayan doğal seçilime ilişkin bilimsel kanıtlarla çelişmektedir. Biyolojik özellikler, gelecekteki optimal sonuçlara bakılarak değil, söz konusu özelliklerin doğal seçilimine yol açan bir türün geçmiş evrimsel tarihine bakılarak açıklanır. fenomenleri amaç veya hedefe yöneliklik açısından açıklayan teleolojik yaşam açıklamalarıyla tutarlıdır. Dolayısıyla, kutup ayısının kürkünün beyazlığı kamuflaj amacıyla açıklanmaktadır. Nedenselliğin yönü (gelecekten geçmişe), sonucu önceki bir neden açısından açıklayan doğal seçilime ilişkin bilimsel kanıtlarla çelişmektedir. Biyolojik özellikler, gelecekteki optimal sonuçlara bakılarak değil, söz konusu özelliklerin doğal seçilimine yol açan bir türün geçmiş evrimsel tarihine bakılarak açıklanır.
Kendiliğinden oluşum
Kendiliğinden oluşum, canlı organizmaların benzer organizmalardan türemeden oluşabileceği inancıydı. Tipik olarak, pire gibi belirli formların toz gibi cansız maddelerden ya da farelerin ve böceklerin çamur veya çöpten sözde mevsimsel olarak oluşabileceği düşünülüyordu.
Kendiliğinden oluşum teorisi, önceki doğa filozoflarının çalışmalarını ve organizmaların ortaya çıkışına ilişkin çeşitli antik açıklamaları derleyen ve genişleten Aristoteles tarafından önerilmiş ve iki bin yıl boyunca en iyi açıklama olarak kabul edilmiştir. Francesco Redi gibi öncüllerin araştırmalarını genişleten Louis Pasteur'ün 1859'daki deneyleriyle kesin olarak çürütülmüştür. Kendiliğinden oluşuma ilişkin geleneksel fikirlerin çürütülmesi biyologlar arasında artık tartışmalı değildir.
Vitalizm
Vitalizm, yaşam ilkesinin maddesel olmadığı inancıdır. Bu görüş Georg Ernst Stahl ile ortaya çıkmış ve 19. yüzyılın ortalarına kadar popülerliğini korumuştur. Henri Bergson, Friedrich Nietzsche ve Wilhelm Dilthey gibi filozoflara, Xavier Bichat gibi anatomistlere ve Justus von Liebig gibi kimyagerlere hitap etmiştir. Vitalizm, organik ve inorganik maddeler arasında temel bir fark olduğu fikrini ve organik maddelerin yalnızca canlılardan elde edilebileceği inancını içeriyordu. Bu görüş 1828 yılında Friedrich Wöhler'in inorganik maddelerden üre hazırlamasıyla çürütülmüştür. Bu Wöhler sentezi modern organik kimyanın başlangıç noktası olarak kabul edilir. Tarihsel bir öneme sahiptir çünkü ilk kez inorganik reaksiyonlarda organik bir bileşik üretilmiştir.
1850'lerde Julius Robert von Mayer tarafından öngörülen Hermann von Helmholtz, kas hareketinde enerji kaybı olmadığını göstererek bir kası hareket ettirmek için gerekli "vital güçler" olmadığını öne sürdü. Bu sonuçlar, özellikle Buchner'in mayanın hücresiz özütlerinde alkolik fermantasyonun gerçekleşebileceğini göstermesinden sonra, vitalist teorilere olan bilimsel ilginin terk edilmesine yol açmıştır. Yine de bu inanç, hastalıkları ve rahatsızlıkları varsayımsal bir yaşamsal güç veya yaşam gücündeki bozukluklardan kaynaklandığı şeklinde yorumlayan homeopati gibi sözdebilimsel teorilerde hala varlığını sürdürmektedir.
Köken
Dünya'nın yaşı yaklaşık 4,54 milyar yıldır. Kanıtlar, Dünya'daki yaşamın en az 3,5 milyar yıldır var olduğunu ve en eski fiziksel yaşam izlerinin 3,7 milyar yıl öncesine dayandığını göstermektedir; ancak Geç Dönem Ağır Bombardıman gibi bazı hipotezler, Dünya'daki yaşamın 4,1-4,4 milyar yıl kadar önce daha da erken başlamış olabileceğini ve yaşama yol açan kimyanın Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra, 13,8 milyar yıl önce, evrenin sadece 10-17 milyon yaşında olduğu bir dönemde başlamış olabileceğini öne sürmektedir. TimeTree'de özetlendiği gibi moleküler saatlerden elde edilen zaman tahminleri, yaşamın kökenini genellikle 4 milyar yıl önce veya daha öncesine yerleştirmektedir.
Dünya üzerinde yaşamış beş milyardan fazla canlı türünün %99'undan fazlasının neslinin tükenmiş olduğu tahmin edilmektedir.
Dünya'nın kataloglanmış yaşam formu türlerinin sayısı 1,2 milyon ile 2 milyon arasında olmasına rağmen, gezegendeki toplam tür sayısı belirsizdir. Tahminler 8 milyon ile 100 milyon arasında değişmekte olup, daha dar bir aralıkta 10 ile 14 milyon arasında değişmektedir, ancak Mayıs 2016'da gerçekleştirilen çalışmalara göre bu sayı 1 trilyon kadar yüksek olabilir (tanımlanan türlerin yalnızca yüzde birinin binde biri ile). Dünya üzerindeki birbiriyle ilişkili DNA baz çiftlerinin toplam sayısının 5 x 1037 olduğu ve 50 milyar ton ağırlığında olduğu tahmin edilmektedir. Buna karşılık biyosferin toplam kütlesinin 4 TtC (trilyon ton karbon) kadar olduğu tahmin edilmektedir. Temmuz 2016'da bilim insanları, Dünya üzerinde yaşayan tüm organizmaların Son Evrensel Ortak Atası'na (LUCA) ait 355 genden oluşan bir set tespit ettiklerini bildirmişlerdir.
Bilinen tüm yaşam formları, ortak kökenlerini yansıtan temel moleküler mekanizmaları paylaşmaktadır; bu gözlemlere dayanarak, yaşamın kökenine ilişkin hipotezler, basit organik moleküllerden hücre öncesi yaşam yoluyla protosellere ve metabolizmaya kadar evrensel bir ortak atanın oluşumunu açıklayan bir mekanizma bulmaya çalışmaktadır. Modeller "önce genler" ve "önce metabolizma" kategorilerine ayrılmıştır, ancak son zamanlardaki bir eğilim, her iki kategoriyi birleştiren hibrit modellerin ortaya çıkmasıdır.
Yaşamın nasıl ortaya çıktığı konusunda şu anda bilimsel bir fikir birliği yoktur. Ancak kabul gören bilimsel modellerin çoğu Miller-Urey deneyi ve Sidney Fox'un çalışmaları üzerine kuruludur; bu çalışmalar ilkel Dünya'daki koşulların inorganik öncüllerden amino asitleri ve diğer organik bileşikleri sentezleyen kimyasal reaksiyonları desteklediğini ve fosfolipitlerin kendiliğinden hücre zarının temel yapısı olan çift katlı lipit katmanlarını oluşturduğunu göstermektedir.
Canlı organizmalar, deoksiribonükleik asit (DNA) tarafından kodlanan talimatları kullanarak amino asit polimerleri olan proteinleri sentezler. Protein sentezi aracı ribonükleik asit (RNA) polimerleri gerektirir. Yaşamın nasıl başladığına dair bir olasılık, önce genlerin, ardından proteinlerin ortaya çıktığıdır; alternatif ise önce proteinlerin, ardından da genlerin ortaya çıktığıdır.
Ancak, genler ve proteinlerin her ikisi de diğerini üretmek için gerekli olduğundan, hangisinin önce geldiğini düşünme sorunu tavuk mu yumurtadan çıkar yoksa yumurta mı tavuktan çıkar sorununa benzemektedir. Çoğu bilim insanı, bu nedenle genlerin ve proteinlerin bağımsız olarak ortaya çıkmasının olası olmadığı hipotezini benimsemiştir.
Bu nedenle, ilk olarak Francis Crick tarafından öne sürülen bir olasılık, ilk yaşamın DNA benzeri bilgi depolama ve bazı proteinlerin katalitik özelliklerine sahip olan RNA'ya dayandığıdır. Buna RNA dünyası hipotezi denir ve hücrelerin en kritik bileşenlerinin (en yavaş evrimleşenlerin) çoğunun çoğunlukla ya da tamamen RNA'dan oluştuğu gözlemiyle desteklenir. Ayrıca, birçok kritik kofaktör (ATP, Asetil-CoA, NADH, vb.) ya nükleotittir ya da bunlarla açıkça ilişkili maddelerdir. Hipotez ilk ortaya atıldığında RNA'nın katalitik özellikleri henüz kanıtlanmamıştı, ancak 1986 yılında Thomas Cech tarafından doğrulandı.
RNA dünyası hipoteziyle ilgili bir sorun, RNA'nın basit inorganik öncüllerden sentezlenmesinin diğer organik moleküllerden daha zor olmasıdır. Bunun bir nedeni, RNA öncüllerinin çok kararlı olması ve ortam koşullarında birbirleriyle çok yavaş reaksiyona girmesidir ve ayrıca canlı organizmaların RNA'dan önce başka moleküllerden oluştuğu da öne sürülmüştür. Bununla birlikte, Dünya'da yaşamdan önce var olan koşullar altında belirli RNA moleküllerinin başarılı bir şekilde sentezlenmesi, reaksiyon boyunca mevcut olan öncü fosfat ile belirli bir sırayla alternatif öncülerin eklenmesiyle elde edilmiştir. Bu çalışma RNA dünyası hipotezini daha akla yatkın hale getirmektedir.
2013'teki jeolojik bulgular, reaktif fosfor türlerinin (fosfit gibi) 3.5 Ga'dan önce okyanusta bol miktarda bulunduğunu ve Schreibersite'in fosfit ve gliserol 3-fosfat üretmek için sulu gliserol ile kolayca reaksiyona girdiğini göstermiştir. Geç Dönem Ağır Bombardıman'dan gelen Schreibersite içeren meteoritlerin, RNA gibi fosforlanmış biyomoleküller oluşturmak için prebiyotik organik moleküllerle reaksiyona girebilecek erken indirgenmiş fosfor sağlamış olabileceği varsayılmaktadır.
2009 yılında yapılan deneyler, iki bileşenli bir RNA enzim sisteminin (ribozimler) Darwinci evrimini in vitro olarak göstermiştir. Çalışma Gerald Joyce'un laboratuvarında gerçekleştirilmiş ve Joyce "Bu, biyoloji dışında, moleküler bir genetik sistemde evrimsel adaptasyonun ilk örneğidir." demiştir.
Prebiyotik bileşikler dünya dışı kaynaklı olabilir. NASA'nın 2011 yılında Dünya'da bulunan meteorlarla yapılan çalışmalara dayanarak elde ettiği bulgular, DNA ve RNA bileşenlerinin (adenin, guanin ve ilgili organik moleküller) uzayda oluşmuş olabileceğini göstermektedir.
Mart 2015'te NASA bilim insanları, urasil, sitozin ve timin de dahil olmak üzere yaşamın karmaşık DNA ve RNA organik bileşiklerinin, meteorlarda bulunan pirimidin gibi başlangıç kimyasalları kullanılarak uzay koşulları altında laboratuvarda ilk kez oluşturulduğunu bildirdi. Bilim insanlarına göre, evrende bulunan karbon bakımından en zengin kimyasal olan polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) gibi pirimidin de kırmızı devlerde ya da yıldızlararası toz ve gaz bulutlarında oluşmuş olabilir.
Panspermia hipotezine göre, meteorar, asteroitler ve diğer küçük Güneş Sistemi cisimleri tarafından dağıtılan mikroskobik yaşam, evrenin her yerinde var olabilir.
Çevre koşulları
Dünya üzerindeki yaşamın çeşitliliği, genetik fırsat, metabolik kapasite, çevresel zorluklar ve simbiyoz arasındaki dinamik etkileşimin bir sonucudur. Dünya'nın yaşanabilir ortamı, varlığının büyük bir bölümünde mikroorganizmaların hakimiyetinde olmuş ve onların metabolizmasına ve evrimine maruz kalmıştır. Bu mikrobik faaliyetlerin bir sonucu olarak, Dünya'daki fiziksel-kimyasal ortam jeolojik zaman ölçeğinde değişmekte ve böylece sonraki yaşamın evrim yolunu etkilemektedir. Örneğin, fotosentezin bir yan ürünü olarak siyanobakteriler tarafından moleküler oksijenin salınması, Dünya'nın ortamında küresel değişikliklere neden olmuştur. Oksijen o dönemde Dünya'daki yaşamın çoğu için zehirli olduğundan, bu durum yeni evrimsel zorluklara yol açmış ve nihayetinde Dünya'nın başlıca hayvan ve bitki türlerinin oluşumuyla sonuçlanmıştır. Organizmalar ve çevreleri arasındaki bu karşılıklı etkileşim, canlı sistemlerin doğasında var olan bir özelliktir.
Biyosfer
Biyosfer, tüm ekosistemlerin küresel toplamıdır. Dünya üzerindeki yaşam alanı olarak da adlandırılabilir, kapalı bir sistemdir (güneş ve kozmik radyasyon ve Dünya'nın iç kısmından gelen ısı dışında) ve büyük ölçüde kendi kendini düzenler. En genel biyofizyolojik tanımıyla biyosfer, tüm canlı varlıkları ve bunların litosfer, jeosfer, hidrosfer ve atmosfer unsurlarıyla etkileşimleri de dahil olmak üzere ilişkilerini bütünleştiren küresel ekolojik sistemdir.
Yaşam formları toprak, sıcak su kaynakları, yeraltında en az 19 km (12 mil) derinlikteki kayaların içi, okyanusun en derin kısımları ve atmosferde en az 64 km yükseklik dahil olmak üzere Dünya'nın biyosferinin her yerinde yaşamaktadır. Belirli test koşulları altında, yaşam formlarının uzayın neredeyse ağırlıksız ortamında geliştiği ve uzay boşluğunda hayatta kaldığı gözlemlenmiştir. Yaşam formları Dünya okyanuslarının en derin noktası olan Mariana Çukuru'nda gelişiyor gibi görünmektedir. Diğer araştırmacılar, yaşam formlarının Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzeybatı kıyılarında okyanusun 2590 metre altındaki deniz tabanının 580 metre altındaki kayaların içinde ve Japonya açıklarında deniz tabanının 2400 metre altında geliştiğine dair ilgili çalışmalar bildirmiştir. Ağustos 2014'te bilim insanları Antarktika'da buzun 800 m altında yaşayan yaşam formlarının varlığını doğruladı. Bir araştırmacıya göre, "Mikropları her yerde bulabilirsiniz - koşullara son derece uyum sağlayabilirler ve nerede olurlarsa olsunlar hayatta kalabilirler."
Biyosferin en az 3,5 milyar yıl önce biyopoesis (basit organik bileşikler gibi cansız maddelerden doğal olarak yaratılan yaşam) veya biyogenez (canlı maddelerden yaratılan yaşam) süreci ile başlayarak evrimleştiği varsayılmaktadır. Dünya üzerindeki yaşama dair en eski kanıtlar arasında Batı Grönland'daki 3,7 milyar yıllık metasedimenter kayalarda bulunan biyojenik grafit ve Batı Avustralya'daki 3,48 milyar yıllık kumtaşında bulunan mikrobiyal mat fosilleri yer almaktadır. Daha yakın bir tarihte, 2015 yılında, Batı Avustralya'daki 4,1 milyar yıllık kayalarda "biyotik yaşam kalıntıları" bulunmuştur. 2017 yılında, Kanada'nın Quebec eyaletindeki Nuvvuagittuq Kuşağı'ndaki hidrotermal menfez çökeltilerinde, 4,28 milyar yıl gibi Dünya'daki en eski yaşam kaydı olan ve 4,4 milyar yıl önce okyanus oluşumundan sonra ve 4,54 milyar yıl önce Dünya'nın oluşumundan kısa bir süre sonra "yaşamın neredeyse anlık olarak ortaya çıktığını" düşündüren varsayılan fosilleşmiş mikroorganizmaların (veya mikrofosillerin) keşfedildiği açıklandı. Biyolog Stephen Blair Hedges'e göre, "Eğer yaşam Dünya'da nispeten hızlı bir şekilde ortaya çıktıysa... o zaman evrende de yaygın olabilir."
Genel anlamda, biyosferler ekosistemler içeren herhangi bir kapalı, kendi kendini düzenleyen sistemlerdir. Buna Biyosfer 2 ve BIOS-3 gibi yapay biyosferler ve potansiyel olarak diğer gezegenlerde veya uydularda bulunanlar da dahildir.
Ttolerans aralığı
Bir ekosistemin hareketsiz bileşenleri, yaşam için gerekli olan fiziksel ve kimyasal faktörlerdir - enerji (güneş ışığı veya kimyasal enerji), su, ısı, atmosfer, yerçekimi, besinler ve ultraviyole güneş radyasyonundan korunma. Çoğu ekosistemde bu koşullar gün içinde ve bir mevsimden diğerine değişiklik gösterir. O halde, çoğu ekosistemde yaşamak için organizmaların "tolerans aralığı" olarak adlandırılan bir dizi koşulda hayatta kalabilmeleri gerekir. Bunun dışında, hayatta kalmanın ve üremenin mümkün olduğu ancak optimal olmadığı "fizyolojik stres bölgeleri" yer alır. Bu bölgelerin ötesinde ise organizmanın hayatta kalmasının ve üremesinin mümkün olmadığı ya da imkansız olduğu "toleranssızlık bölgeleri" yer alır. Geniş bir tolerans aralığına sahip olan organizmalar, dar bir tolerans aralığına sahip olan organizmalara göre daha geniş bir alana yayılmıştır.
Ekstremofiller
Seçilen mikroorganizmalar hayatta kalmak için donmaya, tamamen kurumaya, açlığa, yüksek düzeyde radyasyona maruz kalmaya ve diğer fiziksel veya kimyasal zorluklara dayanmalarını sağlayan formlar alabilirler. Bu mikroorganizmalar haftalar, aylar, yıllar, hatta yüzyıllar boyunca bu tür koşullara maruz kalarak hayatta kalabilirler. Ekstremofiller, yaşamın yaygın olarak bulunduğu aralıkların dışında gelişen mikrobiyal yaşam formlarıdır. Alışılmadık enerji kaynaklarını kullanmakta çok başarılıdırlar. Tüm organizmalar neredeyse aynı moleküllerden oluşurken, evrim bu tür mikropların bu çok çeşitli fiziksel ve kimyasal koşullarla başa çıkmasını sağlamıştır. Bu tür ekstrem ortamlardaki mikrobiyal toplulukların yapısının ve metabolik çeşitliliğinin karakterizasyonu devam etmektedir.
Mikrobiyal yaşam formları, Dünya okyanuslarının en derin noktası olan Mariana Çukuru'nda bile gelişmektedir. Mikroplar ayrıca 2600 m okyanus altında deniz tabanının 580 m altına kadar kayaların içinde de gelişmektedir. Uluslararası Okyanus Keşif Programı'nın keşif gezileri, Nankai Yalağı yitim zonu bölgesinde deniz tabanının 1,2 km altındaki 120 C'lik tortuda tek hücreli yaşam buldu.
Dünya'daki yaşamın dayanıklılığı ve çok yönlülüğünün araştırılmasının yanı sıra bazı organizmaların bu tür aşırı uçlarda hayatta kalmak için kullandıkları moleküler sistemlerin anlaşılması, Dünya'nın ötesinde yaşam arayışı için önemlidir. Örneğin liken, simüle edilmiş bir Mars ortamında bir ay boyunca hayatta kalabilir.
Kimyasal elementler
Tüm yaşam formları, biyokimyasal işleyiş için gereken bazı temel kimyasal elementlere ihtiyaç duyar. Bunlar arasında karbon, hidrojen, azot, oksijen, fosfor ve kükürt - tüm organizmalar için temel makro besinler - genellikle CHNOPS kısaltmasıyla temsil edilir. Bunlar birlikte nükleik asitleri, proteinleri ve lipitleri, yani canlı maddenin büyük kısmını oluşturur. Bu altı elementten beşi DNA'nın kimyasal bileşenlerini oluşturmaktadır, bunun istisnası ise kükürttür. Kükürt, sistein ve metiyonin amino asitlerinin bir bileşenidir. Bu elementlerden biyolojik olarak en bol bulunanı, çoklu, kararlı kovalent bağlar oluşturma gibi arzu edilen bir özelliğe sahip olan karbondur. Bu da karbon bazlı (organik) moleküllerin muazzam çeşitlilikte kimyasal düzenlemeler oluşturmasına olanak tanır. Bu elementlerden bir veya daha fazlasını ortadan kaldıran, listede olmayan bir elementle değiştiren veya gerekli kiraliteleri veya diğer kimyasal özellikleri değiştiren alternatif varsayımsal biyokimya türleri önerilmiştir.
DNA
Deoksiribonükleik asit, bilinen tüm canlı organizmaların ve birçok virüsün büyüme, gelişme, işleyiş ve üremesinde kullanılan genetik talimatların çoğunu taşıyan bir moleküldür. DNA ve RNA nükleik asitlerdir; proteinler ve kompleks karbonhidratlarla birlikte, bilinen tüm yaşam formları için gerekli olan üç ana makromolekül türünden biridir. Çoğu DNA molekülü, çift sarmal oluşturmak üzere birbiri etrafında sarılmış iki biyopolimer iplikten oluşur. İki DNA ipliği, nükleotit adı verilen daha basit birimlerden oluştukları için polinükleotit olarak bilinir. Her bir nükleotid azot içeren bir nükleobazdan (sitozin (C), guanin (G), adenin (A) veya timin (T)), deoksiriboz adı verilen bir şekerden ve bir fosfat grubundan oluşur. Nükleotidler, bir nükleotidin şekeri ve diğerinin fosfatı arasındaki kovalent bağlarla bir zincir halinde birbirine bağlanır ve bu da dönüşümlü bir şeker-fosfat omurgası ile sonuçlanır. Baz eşleştirme kurallarına göre (A ile T ve C ile G), hidrojen bağları iki ayrı polinükleotid ipliğinin azotlu bazlarını bağlayarak çift iplikli DNA oluşturur. Dünya üzerindeki ilgili DNA baz çiftlerinin toplam miktarının 5 x 1037 olduğu ve 50 milyar ton ağırlığında olduğu tahmin edilmektedir. Buna karşılık, biyosferin toplam kütlesinin 4 TtC (trilyon ton karbon) kadar olduğu tahmin edilmektedir.
DNA biyolojik bilgi depolar. DNA omurgası bölünmeye karşı dirençlidir ve çift sarmallı yapının her iki ipliği de aynı biyolojik bilgiyi depolar. Biyolojik bilgi, iki iplik ayrıldıkça çoğaltılır. DNA'nın önemli bir kısmı (insanlar için %98'den fazlası) kodlama yapmaz, yani bu bölümler protein dizileri için kalıp görevi görmez.
DNA'nın iki ipliği birbirine zıt yönlerde ilerler ve bu nedenle antiparaleldir. Her bir şekere dört tip nükleobazdan (gayriresmi olarak bazlar) biri bağlanır. Biyolojik bilgiyi kodlayan, omurga boyunca uzanan bu dört nükleobazın dizilimidir. Genetik kod altında, RNA iplikleri proteinler içindeki amino asitlerin sırasını belirtmek üzere çevrilir. Bu RNA iplikleri başlangıçta transkripsiyon adı verilen bir süreçte şablon olarak DNA iplikleri kullanılarak oluşturulur.
Hücreler içinde DNA, kromozom adı verilen uzun yapılar halinde düzenlenmiştir. Hücre bölünmesi sırasında bu kromozomlar DNA replikasyonu sürecinde çoğaltılır ve her hücreye kendi tam kromozom setini sağlar. Ökaryotik organizmalar (hayvanlar, bitkiler, mantarlar ve protistler) DNA'larının çoğunu hücre çekirdeğinde, bir kısmını da mitokondri veya kloroplast gibi organellerde depolar. Buna karşılık prokaryotlar (bakteriler ve arkealar) DNA'larını yalnızca sitoplazmada depolar. Kromozomların içinde, histon gibi kromatin proteinleri DNA'yı sıkıştırır ve düzenler. Bu kompakt yapılar DNA ve diğer proteinler arasındaki etkileşimlere rehberlik ederek DNA'nın hangi kısımlarının kopyalanacağını kontrol etmeye yardımcı olur.
DNA ilk olarak 1869 yılında Friedrich Miescher tarafından izole edilmiştir. Moleküler yapısı 1953 yılında James Watson ve Francis Crick tarafından tanımlanmış ve model oluşturma çabalarına Rosalind Franklin tarafından elde edilen X-ışını kırınım verileri rehberlik etmiştir.
Sınıflandırma
Antik Çağlar
Organizmaları sınıflandırmaya yönelik bilinen ilk girişim Yunan Filozof Aristoteles tarafından gerçekleştirilmiş ve o dönemde bilinen tüm canlı organizmaları esas olarak hareket etme kabiliyetlerine göre bitki ya da hayvan olarak sınıflandırmıştır. Ayrıca, sırasıyla omurgalılar ve omurgasızlar kavramlarıyla karşılaştırılabilecek şekilde, kanlı hayvanları kansız (ya da en azından kırmızı kansız) hayvanlardan ayırmış ve kanlı hayvanları beş gruba ayırmıştır: canlı dört ayaklılar (memeliler), yumurtlayan dört ayaklılar (sürüngenler ve amfibiler), kuşlar, balıklar ve balinalar. Kansız hayvanlar da beş gruba ayrılmıştır: kafadanbacaklılar, kabuklular, böcekler (günümüzde böcek olarak tanımladıklarımıza ek olarak örümcekler, akrepler ve çıyanları da içerir), kabuklu hayvanlar (yumuşakçalar ve echinodermlerin çoğu gibi) ve "zoofitler" (bitkilere benzeyen hayvanlar). Aristoteles'in zooloji alanındaki çalışmaları hatasız olmasa da zamanının en büyük biyolojik senteziydi ve ölümünden sonraki yüzyıllar boyunca nihai otorite olarak kaldı.
Linnaean
Amerika kıtasının keşfi, tanımlanması ve sınıflandırılması gereken çok sayıda yeni bitki ve hayvanı ortaya çıkarmıştır. Hayvanların dikkatli bir şekilde incelenmesine 16. yüzyılın sonlarında ve 17. yüzyılın başlarında başlandı ve sınıflandırma için anatomik bir temel oluşturmaya yetecek kadar bilgi birikimi oluşana kadar bu çalışmalar kademeli olarak genişletildi.
1740'ların sonlarında Carl Linnaeus, türlerin sınıflandırılması için binomial isimlendirme sistemini tanıttı. Linnaeus, gereksiz retoriği ortadan kaldırarak, yeni tanımlayıcı terimler getirerek ve anlamlarını tam olarak tanımlayarak kompozisyonu iyileştirmeye ve daha önce kullanılan çok kelimeli isimlerin uzunluğunu azaltmaya çalıştı. Linnaean sınıflandırmasının sekiz seviyesi vardır: üst alem, alem, şube, sınıf, takım, familya, cins ve tür.
Mantarlar başlangıçta bitki olarak değerlendirilmiştir. Linnaeus kısa bir süre için onları Animalia'da Vermes taksonunda sınıflandırmış, ancak daha sonra tekrar Plantae'ye yerleştirmiştir. Copeland, mantarları protista içinde sınıflandırmış, böylece kısmen sorundan kaçınmış ancak özel statülerini kabul etmiştir. Sorun en sonunda Whittaker tarafından, onlara beş alem sisteminde kendi alemlerini verdiğinde çözülmüştür. Evrimsel tarih, mantarların bitkilerden ziyade hayvanlarla daha yakın akraba olduğunu göstermektedir.
Yeni keşifler hücrelerin ve mikroorganizmaların detaylı incelenmesine olanak sağladıkça, yeni yaşam grupları ortaya çıkmış ve hücre biyolojisi ve mikrobiyoloji alanları oluşmuştur. Bu yeni organizmalar başlangıçta protozoa olarak hayvanlar ve protophyta/thallophyta olarak bitkiler şeklinde ayrı ayrı tanımlanmış, ancak Haeckel tarafından protista aleminde birleştirilmiştir; daha sonra prokaryotlar monera aleminde ayrılmış ve bu alem de sonunda bakteriler ve arkealar olmak üzere iki ayrı gruba bölünmüştür. Bu durum altı alem sistemine ve nihayetinde evrimsel ilişkilere dayanan mevcut üç üst alem sistemine yol açmıştır. Bununla birlikte, ökaryotların, özellikle de protistlerin sınıflandırılması hala tartışmalıdır.
Mikrobiyoloji, moleküler biyoloji ve viroloji geliştikçe, virüsler ve viroidler gibi hücresel olmayan üreyen ajanlar keşfedilmiştir. Bunların canlı olarak kabul edilip edilmeyeceği tartışma konusu olmuştur; virüsler hücre zarları, metabolizma ve büyüme ya da çevrelerine tepki verme yeteneği gibi yaşam özelliklerinden yoksundur. Virüsler biyolojileri ve genetiklerine göre hala "türler" olarak sınıflandırılabilir, ancak böyle bir sınıflandırmanın birçok yönü tartışmalıdır.
Mayıs 2016'da bilim insanları, şu anda Dünya'da 1 trilyon türün bulunduğunun tahmin edildiğini ve bunların sadece binde birinin tanımlandığını bildirdi.
Orijinal Linnaean sistemi zaman içinde aşağıdaki şekilde değiştirilmiştir:
Hücreler
Hücreler her canlının temel yapı birimidir ve tüm hücreler bölünme yoluyla önceden var olan hücrelerden meydana gelir. Hücre teorisi Henri Dutrochet, Theodor Schwann, Rudolf Virchow ve diğerleri tarafından on dokuzuncu yüzyılın başlarında formüle edilmiş ve daha sonra yaygın olarak kabul görmüştür. Bir organizmanın faaliyeti, hücrelerinin toplam faaliyetine bağlıdır ve enerji akışı hücrelerin içinde ve arasında gerçekleşir. Hücreler, hücre bölünmesi sırasında genetik kod olarak ileriye taşınan kalıtsal bilgiler içerir.
İki temel hücre tipi vardır. Prokaryotlar, dairesel DNA ve ribozomlara sahip olmalarına rağmen çekirdek ve diğer zarlı organellerden yoksundur. Bakteriler ve arkealar prokaryotların iki üst alemidir. Diğer birincil hücre türü, zarla kaplı çekirdeklere ve mitokondri, kloroplast, lizozom, kaba ve düz endoplazmik retikulum ve kofullar dahil olmak üzere zarlı organellere sahip olan ökaryotlardır. Ayrıca, genetik materyali depolayan organize kromozomlara sahiptirler. Çoğu ökaryot türü protist mikroorganizmalar olsa da hayvanlar, bitkiler ve mantarlar da dahil olmak üzere büyük kompleks organizmaların tüm türleri ökaryottur. Geleneksel model, ökaryotların prokaryotlardan evrimleştiği ve ökaryotların ana organellerinin bakteriler ve progenitör ökaryotik hücre arasında endosimbiyoz yoluyla oluştuğu yönündedir.
Hücre biyolojisinin moleküler mekanizmaları proteinlere dayanır. Bunların çoğu ribozomlar tarafından protein biyosentezi adı verilen enzim katalizli bir süreçle sentezlenir. Bir dizi amino asit, hücrenin nükleik asidinin gen ifadesine dayalı olarak bir araya getirilir ve birleştirilir. Ökaryotik hücrelerde, bu proteinler daha sonra varış yerlerine gönderilmeye hazırlanmak üzere Golgi aygıtı aracılığıyla taşınabilir ve işlenebilir.
Hücreler, ana hücrenin iki veya daha fazla yavru hücreye bölündüğü bir hücre bölünmesi süreciyle çoğalır. Prokaryotlar için hücre bölünmesi, DNA'nın kopyalandığı bir fisyon süreciyle gerçekleşir, ardından iki kopya hücre zarının parçalarına bağlanır. Ökaryotlarda ise daha karmaşık bir mitoz süreci izlenir. Ancak sonuç aynıdır; ortaya çıkan hücre kopyaları birbirleriyle ve orijinal hücreyle aynıdır (mutasyonlar hariç) ve her ikisi de bir interfaz dönemini takiben daha fazla bölünme yeteneğine sahiptir.
Çok hücreli organizmalar ilk olarak özdeş hücrelerin koloniler oluşturması yoluyla evrimleşmiş olabilir. Bu hücreler hücre adezyonu yoluyla grup organizmaları oluşturabilir. Bir koloninin bireysel üyeleri kendi başlarına hayatta kalabilirken, gerçek birçok hücreli organizmanın üyeleri uzmanlık geliştirerek hayatta kalmak için organizmanın geri kalanına bağımlı hale gelmiştir. Bu tür organizmalar klonal olarak ya da yetişkin organizmayı oluşturan çeşitli uzmanlaşmış hücreleri oluşturabilen tek bir germ hücresinden oluşur. Bu uzmanlaşma, çok hücreli organizmaların kaynakları tek hücrelilere göre daha verimli bir şekilde kullanmasını sağlar. Ocak 2016'da bilim insanları, yaklaşık 800 milyon yıl önce, GK-PID adı verilen tek bir moleküldeki küçük bir genetik değişikliğin, organizmaların tek hücreli bir organizmadan çok hücreli bir organizmaya geçmesine izin vermiş olabileceğini bildirdi.
Hücreler, mikroçevrelerini algılamak ve bunlara yanıt vermek için yöntemler geliştirmiş, böylece uyum yeteneklerini artırmışlardır. Hücre sinyalizasyonu hücresel faaliyetleri koordine eder ve dolayısıyla çok hücreli organizmaların temel işlevlerini yönetir. Hücreler arasındaki sinyalleşme, jukstakrin sinyalizasyonu kullanılarak doğrudan hücre teması yoluyla veya endokrin sistemde olduğu gibi ajanların değişimi yoluyla dolaylı olarak gerçekleşebilir. Daha karmaşık organizmalarda, faaliyetlerin koordinasyonu özel bir sinir sistemi aracılığıyla gerçekleşebilir.
Dünya dışı
Yaşam sadece Dünya'da teyit edilmiş olsa da pek çok kişi Dünya dışı yaşamın sadece makul değil, muhtemel ya da kaçınılmaz olduğunu düşünmektedir. Güneş Sistemi'ndeki ve diğer gezegen sistemlerindeki diğer gezegenler ve uydular, bir zamanlar basit yaşamı desteklediklerine dair kanıtlar için incelenmekte ve SETI gibi projeler olası yabancı uygarlıklardan gelen radyo yayınlarını tespit etmeye çalışmaktadır. Güneş Sistemi'nde mikrobik yaşama ev sahipliği yapabilecek diğer yerler arasında Mars'ın yeraltı, Venüs'ün üst atmosferi ve dev gezegenlerin bazı uydularındaki yeraltı okyanusları bulunmaktadır. Güneş Sistemi'nin ötesinde, Dünya benzeri bir gezegende Dünya benzeri yaşamı destekleyebilecek başka bir anakol yıldızının etrafındaki bölge yaşanabilir bölge olarak bilinir. Bu bölgenin iç ve dış yarıçapları yıldızın parlaklığına ve bölgenin hayatta kaldığı zaman aralığına göre değişir. Güneş'ten daha büyük kütleli yıldızlar daha geniş bir yaşanabilir bölgeye sahiptir, ancak daha kısa bir zaman aralığı boyunca yıldız evriminin Güneş benzeri "ana dizisi" üzerinde kalırlar. Küçük kırmızı cücelerde ise tam tersi bir sorun vardır; daha küçük bir yaşanabilir bölge daha yüksek düzeyde manyetik aktiviteye ve yakın yörüngelerden kaynaklanan kütleçekim kilitlenmesinin etkilerine maruz kalır. Bu nedenle, Güneş gibi orta kütle aralığındaki yıldızlar Dünya benzeri yaşamın gelişmesi için daha büyük bir olasılığa sahip olabilir. Yıldızın bir galaksi içindeki konumu da yaşamın oluşma olasılığını etkileyebilir. Gezegen oluşturabilecek daha ağır elementlerin daha fazla bulunduğu bölgelerdeki yıldızların, potansiyel olarak habitata zarar veren süpernova olaylarının düşük oranıyla birlikte, karmaşık yaşama sahip gezegenlere ev sahipliği yapma olasılığının daha yüksek olduğu tahmin edilmektedir. Drake denkleminin değişkenleri, medeniyetin var olma olasılığının en yüksek olduğu gezegen sistemlerindeki koşulları tartışmak için kullanılır. Ancak denklemin dünya dışı yaşam miktarını tahmin etmek için kullanılması zordur; değişkenlerin çoğu bilinmediğinden, denklem daha çok kullanıcısının halihazırda ne düşündüğünün bir aynası olarak işlev görür. Sonuç olarak, galaksideki uygarlıkların sayısı 9,1 x 10−13 kadar düşük tahmin edilebilir, bu da minimum değerin 1 olduğunu veya 15,6 milyon (1,56 x 108) kadar yüksek olduğunu gösterir.
Dünya dışında yaşam olduğuna dair kanıtların raporlanması için bir "Yaşam Tespitinin Güvenirliği" ölçeği (YTG) önerilmiştir.
Yapay
Yapay yaşam; bilgisayarlar, robotik veya biyokimya aracılığıyla yaşamın herhangi bir yönünün simülasyonudur. Yapay yaşam çalışmaları, biyolojik olayların bazı yönlerini yeniden yaratarak geleneksel biyolojiyi taklit eder. Bilim insanları yapay ortamlar yaratarak canlı sistemlerin mantığını inceler ve bu tür sistemleri tanımlayan karmaşık bilgi işlemeyi anlamaya çalışır. Yaşam, tanımı gereği canlı olsa da yapay yaşam genellikle dijital bir ortama ve varoluşa hapsedilmiş veri olarak adlandırılır.
Sentetik biyoloji, bilim ve biyomühendisliği birleştiren yeni bir biyoteknoloji alanıdır. Ortak amaç, doğada bulunmayan yeni biyolojik işlevlerin ve sistemlerin tasarlanması ve inşa edilmesidir. Sentetik biyoloji, bilgiyi işleyen, kimyasalları manipüle eden, malzeme ve yapılar üreten, enerji üreten, gıda sağlayan, insan sağlığını ve çevreyi koruyan ve geliştiren mühendislik ürünü biyolojik sistemler tasarlayabilme ve inşa edebilme nihai hedefleriyle biyoteknolojinin geniş çapta yeniden tanımlanmasını ve genişletilmesini içerir.
Ölüm
Ölüm, bir organizma veya hücredeki tüm hayati fonksiyonların veya yaşam süreçlerinin sona ermesidir. Kaza, şiddet, tıbbi koşullar, biyolojik etkileşim, yetersiz beslenme, zehirlenme, yaşlanma veya intihar sonucu meydana gelebilir. Ölümden sonra, bir organizmanın kalıntıları biyojeokimyasal döngüye yeniden girer. Organizmalar bir avcı veya leş yiyici tarafından tüketilebilir ve arta kalan organik madde detritivorlar, yani detritusu geri dönüştüren organizmalar tarafından daha fazla ayrıştırılarak besin zincirinde yeniden kullanılmak üzere çevreye geri gönderilebilir.
Ölümü tanımlarken karşılaşılan zorluklardan biri de onu yaşamdan ayırmaktır. Ölüm ya yaşamın sona erdiği anı ya da yaşamı takip eden durumun başladığı zamanı ifade ediyor gibi görünmektedir. Ancak, yaşam fonksiyonlarının sona ermesi genellikle organ sistemleri arasında eşzamanlı olmadığından, ölümün ne zaman gerçekleştiğini belirlemek zordur. Dolayısıyla böyle bir belirleme, yaşam ve ölüm arasında kavramsal çizgiler çizmeyi gerektirir. Ancak bu, sorunludur çünkü yaşamın nasıl tanımlanacağı konusunda çok az fikir birliği vardır. Ölümün doğası binlerce yıldır dünyadaki dini geleneklerin ve felsefi araştırmaların temel meselesi olmuştur. Pek çok din ya bir tür öbür dünyaya ya da ruhun reenkarnasyonuna veya bedenin daha sonraki bir tarihte dirilişine inanmaktadır.
Soy tükenmesi
Soy tükenmesi, bir grup takson veya türün yok olarak biyolojik çeşitliliği azaltması sürecidir. Yok olma anı genellikle o türün son bireyinin ölümü olarak kabul edilir. Bir türün potansiyel menzili çok geniş olabileceğinden, bu anı belirlemek zordur ve genellikle belirgin bir yokluk döneminden sonra geriye dönük olarak yapılır. Türlerin soyu, değişen habitatlarda veya üstün rekabet karşısında artık hayatta kalamadıkları zaman tükenir. Şimdiye kadar yaşamış tüm türlerin %99'undan fazlasının nesli tükenmiştir. Kitlesel yok oluşlar, yeni organizma gruplarının çeşitlenmesi için fırsatlar sağlayarak evrimi hızlandırmış olabilir.
Fosiller
Fosiller, hayvanların, bitkilerin ve diğer organizmaların uzak geçmişe ait korunmuş kalıntıları veya izleridir. Hem keşfedilmiş hem de keşfedilmemiş fosillerin toplamı ve bunların fosil içeren kaya oluşumları ve tortul katmanlardaki (tabakalar) yerleşimi fosil kaydı olarak bilinir. Korunmuş bir örnek, 10.000 yıl önceki keyfi tarihten daha eskiyse fosil olarak adlandırılır. Dolayısıyla, fosillerin yaşları Holosen döneminin başlangıcındaki en genç fosillerden Arkeen dönemindeki en eski fosillere, yani 3,4 milyar yıl öncesine kadar değişmektedir.