Sự sống

Sự sống, hay sinh mệnh/mạng, là một đặc điểm phân biệt các thực thể vật chất có cơ chế sinh học (ví dụ như khả năng tự duy trì, hay truyền tín hiệu), tách biệt chúng với các vật thể không có những cơ chế đó hoặc đã ngừng hoạt động, những vật đó được gọi là vô sinh hay vô tri giác. Nhiều dạng sự sống tồn tại như thực vật, động vật, nấm, nguyên sinh vật, vi khuẩn cổ và vi trùng. Các tiêu chí đôi khi có thể mơ hồ và có thể hoặc không thể xác định vi-rút, viroid, hoặc sự sống nhân tạo tiềm ẩn là "sống" và nói chung thì gọi là sinh mệnh. Sinh học là môn khoa học chính liên quan đến nghiên cứu về sự sống, mặc dù có nhiều khoa học khác cũng tham gia vào việc này.
Khái niệm của sự sống rất phức tạp. Hiện nay sinh vật được định nghĩa là có khả năng cân bằng nội môi, tạo nên bởi các tế bào, thực hiện các quá trình trao đổi chất, phát triển và thích ứng với môi trường, phản ứng với tác động và sinh sản. Nhưng một số các cách định nghĩa khác cũng được đề cập vì những điều kiện trên không áp dụng cho một số loài như vi-rút. Qua nhiều thời kì lịch sử, đã có nhiều nỗ lực để tìm ra định nghĩa của "sự sống" và nhiều lý thuyết về các đặc tính và sự xuất hiện của các sinh vật, như chủ nghĩa duy vật, niềm tin rằng mọi thứ đều được tạo ra từ vật chất và cuộc sống chỉ đơn thuần là một hình thức phức tạp của nó; Thuyết kỳ dị, niềm tin rằng tất cả mọi thứ là sự kết hợp của vật chất và hình thái, và hình dạng của một sinh vật là linh hồn của nó; Thế hệ tự phát, niềm tin rằng cuộc sống liên tục xuất hiện từ sự sống còn; Và thuyết sức sống, một giả thuyết hiện đại đã mất uy tín, cho rằng phần lớn các sinh vật sống có một "lực lượng sống" hoặc một "tia lửa". Định nghĩa của "sự sống" trong thời hiện đại phức tạp hơn, với sự đóng góp từ sự đa dạng của các định nghĩa khoa học. Các nhà lý sinh học đã đưa ra nhiều định nghĩa thông qua các hệ thống hóa học, ngoài ra còn có các định nghĩa dựa trên các lí thuyết về hệ thống sống, ví dụ như giả thuyết Gaia, phát biểu rằng Trái Đất cũng là một vật thể sống. Một ý tưởng khác cho rằng sự sống là một đặc tính của hệ sinh thái, và một số khác dựa trên cơ sở của Toán sinh học. Nguồn gốc sự sống (Abiogenesis) diễn tả sự sống tự nhiên được hình thành từ các vật chất vô sinh, ví dụ như là các hợp chất hữu cơ đơn giản. Tính chất chung của tất cả các sinh vật bao gồm nhu cầu biến đổi các nguyên tố hóa học cốt lõi nhất định để duy trì các chức năng sinh hóa.
Sự sống trên Trái Đất xuất hiện lần đầu vào khoảng 4.28 tỉ năm trước, ngay sau sự hình thành của biển vào khoảng 4.41 tỉ năm trước đây và cũng không lâu sau sự hình thành của Trái Đất 4.54 tỉ năm trước. Sự sống trên Trấi đất có thể bắt nguồn từ các tế bào RNA, mặc dù sự sống với tế bào RNA có thể không phải là đầu tiên. Cơ chế hình thành sự sống trên Trái Đất chưa được giải thích, nhưng một số tin vào thí nghiệm Miller–Urey. Những dạng sống sớm nhất được phát hiện là hóa thạch của một số loài vi khuẩn. Vào tháng 7 năm 2016, các nhà khoa học báo cáo rằng đã xác định được một bộ 355 gien tin rằng bắt nguồn từ "tổ tiên chung gần nhất của mọi loài" (viết tắt: LUCA).
Từ thuở sơ khai của lịch sử Trái Đất, hệ sinh thái luôn thay đổi theo thời gian. Để sinh tồn, mọi loài sinh vật phải thích nghi được với các tác động khác nhau của môi trường. Một vài loài vi sinh vật, gọi là Extremophile (vi sinh chịu cực hạn), những loài đó có thể sống sót trong các môi trường đạt giới hạn về vật lí cũng như địa lí, các môi trường cực hạn không có khả năng duy trì sự sống cho các loài khác.
Nguồn gốc.
Các bằng chứng cho thấy rằng sự sống trên Trái Đất đã tồn tại cách đây khoảng 3,7 tỉ năm, với những dấu vết về sự sống cổ nhất được tìm thấy trong các hóa thạch có tuổi 3,4 tỉ năm. Tất cả các dạng sống đã được biết đến có chung các cơ chế phân tử cơ bản, phản ánh sự thành tạo từ cùng nguồn gốc của chúng; dựa trên các quan sát, giả thiết về nguồn gốc của sự sống để tìm ra một cơ chế nhằm giải thích cho sự thình thành của cùng một nguồn gốc trong vũ trụ, từ các phân tử hữu cơ đơn giản ở các dạng sống tiền tế bào đến các tế bào nguyên thủy và có quá trình trao đổi chất. Các mô hình đã được chia ra thành các nhóm "genes-first" và "metabolism-first", nhưng xu hướng hiện nay là sự xuất hiện của việc lồng ghép 2 nhóm trên.
Hiện nay, không có kết luận khoa học về sự sống có nguồn gốc như thế nào. Tuy nhiên, các mô hình khoa học được chấp nhận nhiều nhất được xây dựng dựa trên các quan sát sau:
Các sinh vật sống tổng hợp protein, là các polymer của các axit amim sử dụng các thông tin được mã hóa bởi các DNA. Quá trình tổng hợp protein đòi hỏi các polymer RNA trung gian. Khả năng sự sống bắt đầu như thế nào là từ các gen có nguồn gốc đầu tiên, tiếp theo là bởi các protein; một giả thiết khác là protein có trước và sau đó là gene.
Tuy nhiên, do gen và protein đều là cơ sở để sản xuất qua lại, do đó vấn đề đặt ra là cái nào có trước và cái nào có sau giống như câu chuyện con gà và quả trứng. Hầu hết các nhà khoa học áp dụng giả thiết này vì không chắc rằng gene và protein phát sinh một cách độc lập.
Mặc khác, một khả năng có thể khác đã được Francis Crick đề xuất đầu tiên, rằng lúc đầu sự sống dựa trên RNA, có các đặc điểm giống như DNA trong việc lưu trữ thông tin và các tính chất xúc tác của một số protein. Giải thích này được gọi là giả thiết trong thế giới RNA, và nó được chứng minh thông qua sự quan sát nhiều thành phần quan trọng nhất của các tế bào (các thành phần của tế bào tiến hóa chậm nhất) được cấu tạo chủ yếu hoặc toàn bộ là RNA. Cũng như những đồng yếu tố ("cofactor") (ATP, Acetyl-CoA, NADH...) là các nucleotid hoặc chất có quan hệ một cách rõ ràng với chúng. Các tính chất xúc tác của RNA vẫn chưa được minh họa khi giả thiết này được đề xuất lần đầu tiên, nhưng chúng đã được Thomas Cech xác nhận năm 1986.
Một vấn đề còn tồn tại của giả thiết thế giới RNA là nó xuất phát từ các tiền chất vô cơ đơn giản thì khó khăn hơn so với từ các phân tử hữu cơ khác. Một lý do để giải thích nó là các tiền thân RNA rất ổn định và phản ứng với nhau một cách rất chậm chạp trong các điều kiện môi trường xung quanh, và người ta cũng từ đề xuất rằng các sinh vật sống được cấu thành từ các phân tử khác trước khi có RNA. Dù vậy, sự tổng hợp thành công các phân tử RNA nhất định trong các điều kiện môi trường đã từng tồn tại trước khi có sự sống trên Trái Đất đã đạt được bằng cách thêm vào các tiền chất có thể thay thế theo một thứ tự đặc biệt với các tiền chất-phosphat có mặt trong suốt quá trình phản ứng. Nghiên cứu này làm cho giả thiết thế giới RNA trở nên hợp lý hơn.
Năm 2009, người ta thực hiện các thí nghiệm minh họa tiến hóa Darwin của hệ hai hợp phần gồm các enzyme RNA (ribozymes) "trong ống nghiệm". Công trình được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Gerald Joyce, ông cho rằng "Đây là ví dụ đầu tiên, ngoài sinh học và ngoài thích nghi tiến hóa trong một hệ thống di truyền phân tử."
Các phát hiện của NASA năm 2011 dựa trên những nghiên cứu về thiên thạch được phát hiện trên Trái Đất cho thấy rằng các thành phần của RNA và DNA (adenine, guanine và các phân tử hữu cơ liên quan) có thể được hình thành trong không gian bên ngoài Trái Đất.
Các môi trường sống.
Sự đa dạng của sự sống trên Trái Đất là kết quả của sự tương tác năng động giữa cơ hội di truyền, khả năng trao đổi chất, những thách thức của môi trường vật lý, và sự cộng sinh. Đối với hầu hết sự tồn tại của nó, các môi trường sống trên Trái Đất bị chiếm lĩnh chủ yếu bởi các vi sinh vật và là môi trường cho quá trình trao đổi chất và tiến hóa của chúng. Hệ quả là, môi trường vật lý-hóa học trên Trái Đất đã và đang thay đổi theo thời gian địa chất, do đó nó ảnh hưởng đến con đường tiến hóa của các sự sống kế tục. Ví dụ, hoạt động quang hợp của vi khuẩn lam thải ra khí oxy gây ra các thay đổi trong môi trường toàn cầu. Vì oxy là chất độc đối với hầu hết sự sống trên Trái Đất thời buổi đầu. Điều này đặt ra những thách thức tiến hóa mới, và cuối cùng đó là sự hình hành nên các loài động và thực vật trên Trái Đất. Sự tác động qua lại giữa các sinh vật và môi trường là một đặc điểm vốn có của các hệ sống.
Hình dạng và chức năng.
Tế bào là đơn vị cơ bản cấu thành nên mỗi cơ thể sống, và tất cả các tế bào phát triển từ những tế bào có trước bằng phương thức phân bào. Học thuyết tế bào được các tác giả Henri Dutrochet, Theodor Schwann, Rudolf Virchow và những người khác đưa ra vào đầu thế kỷ 19, và sau đó được chấp nhận rộng rãi. Hoạt động của các cơ quan phụ thuộc vào tất cả hoạt động của tế bào của chúng, với dòng năng lượng xuất hiện bên trong và giữa chúng. Các tế bào chứa thông tin di truyền chúng truyền tải mã di truyền trong quá trình phân bào.
Sự sống ngoài Trái Đất.
Hầu hết các nhà khoa học cho rằng sự sống ngoài Trái Đất nếu có tồn tại thì sự tiến hóa của nó đã xuất hiện độc lập ở nhiều nơi khác nhau trong vũ trụ. Có giả thuyết khác cho rằng sự sống ngoài Trái Đất có thể có nguồn gốc ban đầu chung, và sau đó phân tán khắp vũ trụ, từ hành tinh có thể sống được này tới hành tinh có thể sống được khác. Lại có đề xuất cho rằng nếu chúng ta tìm thấy được sự sống và nền văn minh ngoài Trái Đất gần chúng ta thì sự sống và nền văn minh đó hoặc đã phát triển hơn chúng ta rất nhiều hoặc vẫn còn sơ khai hơn chúng ta rất nhiều.