Какво е животът?

В уводното видео въведение в биологията определихме биологията като клон на науката, изучаващ живите същества или организмите. Това определение е доста кратко. Но то отваря врата към нещо по-сложно и интересно – въпросите: Какво е животът? Какво означава да си жив?

Ти си жив или жива, аз също. Кучето, което чувам как лае, е живо, както и дървото пред прозореца ми. Но снегът, който вали от небето, не е жив. Компютърът, който използваш, за да прочетеш тази статия, не е жив, нито пък столът или масата. Дървените части на стола някога са били живи, но вече не са. Ако ги изгориш в огън, огънят също няма да е жив.

Какво определя живота? Как можем да кажем, че едно нещо е живо, а друго не е? Повечето хора имат интуитивно разбиране за това кога дадено нещо е живо. Изненадващо трудно е обаче да се даде точно определение на живота. Поради това много от определенията за него са работни дефиниции – те ни позволяват да разделим живите от неживите неща, но реално не формулират определение за живота. За да направим това разграничение, трябва да създадем списък със свойства, които заедно представляват уникалните характеристики на живите организми.

Биолозите са определили различни черти като общи за всички живи организми, които са ни познати. Въпреки че неживите организми може да проявяват част от тези характерни черти, само живите организми проявяват всички заедно.

Живите същества са високо организирани. Това означава, че те съдържат специализирани и координирани части. Всички живи организми са съставени от една или повече клетки, които се считат за основните градивни единици на живота.

Дори едноклетъчните организми са сложни! Във всяка клетка има атоми, които изграждат молекули, а молекулите образуват клетъчни органели и структури. В многоклетъчните организми подобни клетки образуват тъкани. Тъканите, от своя страна, си сътрудничат за създаване на органи (структури на тялото с определена функция). Органите работят заедно, за да формират органни системи.

Многоклетъчните организми, като хората, са съставени от множество клетки. Клетките в многоклетъчните организми може да са специализирани да извършват различни дейности и са организирани в тъкани, като например съединителна тъкан, епителна тъкан, мускулна и нервна тъкан. Тъканите съставляват органите, като например сърце или бели дробове, които извършват специфични функции, необходими на организмите, за да живеят.

Животът зависи от огромен брой взаимосвързани химични реакции. Тези реакции дават възможност на организмите да извършват работа – като например придвижване или хващане на плячка, както и растеж, възпроизвеждане и поддържане на структурата на телата им. Живите същества трябва да използват енергия и да консумират хранителни вещества, за да извършват химическите реакции, които поддържат живота. Съвкупността от биохимичните реакции, извършващи се във всеки организъм, се нарича метаболизъм.

Метаболизмът може да бъде подразделен на анаболизъм и катаболизъм. При анаболизма организмите създават сложни молекули от по-прости, докато при катаболизма те правят обратното. При анаболитните процеси обикновено се консумира енергия, а при катаболитните се освобождава.

Живите организми регулират вътрешната си среда, за да поддържат относително тесен диапазон от условия, необходими за функционирането на клетките. Например температурата на тялото ти трябва да се поддържа около 37${}^{\circ }$‍C (98,6${}^{\circ }$‍F). Това поддържане на стабилна вътрешна среда, дори при променяща се околна среда, се нарича хомеостаза.

Живите организми претърпяват регулиран растеж. Отделните клетки стават по-големи по размер, а многоклетъчните организми натрупват множество клетки чрез делене на клетките. Самият ти в началото си бил една клетка, а сега имаш десетки трилиони клетки в тялото си${}^1$‍! Растежът зависи от анаболитните пътища, които изграждат сложни молекули, като например белтъците и ДНК, генетичния материал.

Живите организми могат да се възпроизвеждат, за да създават нови организми. Възпроизводството може да бъде или безполово, което изисква един родителски организъм, или полово, което изисква двама родители. Едноклетъчните организми, като например делящата се бактерия, показана на лявата картинка на изображението вдясно, може да се възпроизвежда просто като се раздели на две!

При половото възпроизвеждане два родителски организма произвеждат сперматозоиди и яйцеклетки, съдържащи половината от тяхната генетична информация, и тези клетки се сливат, за да създадат нов индивид с пълен генетичен набор. Този процес, наречен оплождане, е илюстриран на изображението най-вдясно.

Живите организми показват "дразнимост", което означава, че те реагират при стимулиране или промени в околната им среда. Например хората отдръпват – и то бързо! – ръката си от пламъка; много растения се обръщат към слънцето; а едноклетъчните организми могат да се придвижат към източника на хранителни вещества или далече от вреден химикал.

Популацията на живите организми може да преживее еволюция, което означава, че съставът на гените на дадена популация може да се променя с времето. В някои случаи еволюцията включва естествен подбор, при който наследствена черта, като например тъмната на цвят козина или по-тясната форма на човката, позволява на организмите да оцелеят и да се възпроизвеждат по-добре в определена среда. През поколенията една наследствена черта, която дава предимство за по-добра издръжливост, може да стане по-често срещана в дадена популация, като по този начин прави популацията по-приспособима към нейната среда. Този процес се нарича приспособяване.

Живите организми имат много различни характеристики, свързани със съществуването им и може да е трудно да се определи точния набор, който най-добре описва живота. Така различните учени определят различни списъци с характеристиките на живота. Например някои списъци може да включват движението като определяща характеристика, други да посочват, че живите същества носят своята генетична информация под формата на ДНК. А трети да твърдят, че животът се основава на въглерода.

Също така е вярно, че списъкът по-горе има слаби страни. Например мулето, което е резултат от кръстоска между кобила и магаре, не може да се възпроизвежда. Но повечето биолози (а и всички хора) биха казали, че мулето на картинката по-горе е живо. Подобно виждане е представено в следната забавна история: след дълги дебати група учени решили, че възможността за възпроизводство е сред водещите характеристики на живота. За тяхно съжаление, някой казал, че самотните зайци не се вписват в определението${}^2$‍.

Въпреки това, списъкът по-горе предлага разумен набор характеристики, който ни помага да разграничим живите от неживите същества.

Колко подходящи са характеристиките по-горе, за да можем да определим дали нещо е живо, или не? Да се върнем отново към живите и неживи същества, които разгледахме в началото.

Живите същества, които видяхме във въведението – хора, кучета и дървета – лесно отговарят на всички седем критерия за живота. Ние, както и нашите четириноги приятели и растенията в двора ни, сме съставени от клетки, извършваме метаболитни процеси, поддържаме хомеостаза, растем и реагираме. Хората, животните и дърветата също така могат да се възпроизвеждат и тяхната популация търпи биологична еволюция.

Неживите същества може да притежават някои, но не всички характеристики на живота. Например снежните кристали са организирани, макар да нямат клетки, и могат да растат, но не отговарят на другите критерии на живота. Също така, огънят може да се разраства, да създава нови огньове и да реагира на стимулиране и дори може привидно да "извършва" метаболитни процеси. Но огънят не е организиран, не поддържа хомеостаза и не притежава генетичната информация, необходима за еволюцията.

Живите същества може да запазват някои характеристики на живота, когато станат неживи, но да губят други. Например ако погледнете дървесината на стола под микроскоп, може да видите следите от клетките, които са съставлявали живото дърво. Но дървото вече не е живо и след като се е превърнало в стол, вече не може да расте, да извършва метаболитни процеси, да поддържа хомеостаза, да реагира или да се възпроизвежда.

Въпросът какво точно означава да си жив остава нерешен. Например вирусите, които представляват миниатюрни структури от протеини и нукленова киселина и могат да се възпроизвеждат само в клетките на гостоприемника, притежават много от характеристиките на живота. Но нямат своя клетъчна структура, нито могат да се възпроизвеждат без гостоприемник. Затова и не е ясно дали поддържат хомеостаза и дали извършват собствен метаболизъм.

Поради тези причини вирусите като цяло не се смятат за живи същества. Но не всички са съгласни с това заключение и този въпрос продължава да поражда дискусии. Някои още по-прости молекули, като например самовъзпроизвеждащите се протеини, каквито са прионите, които причиняват болестта луда крава, както и самовъзпроизвеждащите се ДНК ензими, също притежават някои, макар и не всички, от характеристиките на живота.

Нещо повече, всички характеристики на живота, които обсъдихме, са характеристики на живота на земята. Ако съществува извънземен живот, той може да има същите или други характеристики. В действителност работната дефиниция на НАСА, че "животът е самоподдържаща се система, способна на дарвинова еволюция" отваря вратата за много повече възможности от критериите, определени по-горе${}^3$‍. Но това определение също не позволява лесно да разберем дали дадено нещо е живо!

Тъй като се откриват все нови и нови биологични единици на земята или извън нея, е възможно да се преосмисли какво означава нещо да е живо. Бъдещите открития може да изискват преразглеждане и разширяване на определението за живота.

Как ще определиш живота? Ще добавиш ли, или ще извадиш нещо от списъка със свойства по-горе, или ще използваш напълно ново определение? Можеш ли да се сетиш за изключения или специални случаи, които не се обхващат от списъка? Сподели идеите си в раздела за коментари по-долу!