List the defining characteristics of biological life
Biologie is de wetenschap die het leven bestudeert, maar wat is leven precies? Dit klinkt misschien als een domme vraag met een voor de hand liggende reactie, maar het is niet altijd gemakkelijk om het leven te definiëren. Bijvoorbeeld, een tak van biologie genoemd virologie studies virussen, die sommige kenmerken van levende entiteiten tentoonstellen maar anderen missen., Het blijkt dat hoewel virussen levende organismen kunnen aanvallen, ziekten kunnen veroorzaken en zich zelfs kunnen voortplanten, ze niet voldoen aan de criteria die biologen gebruiken om het leven te definiëren. Bijgevolg zijn virologen strikt genomen geen biologen. Op dezelfde manier bestuderen sommige biologen de vroege moleculaire evolutie die tot leven heeft geleid; aangezien de gebeurtenissen die aan het leven voorafgingen geen biologische gebeurtenissen zijn, zijn deze wetenschappers ook uitgesloten van de biologie in de strikte zin van het woord.,
vanaf het prille begin worstelde de biologie met deze vragen: Wat zijn de gedeelde eigenschappen die iets “levend”maken? En als we eenmaal weten dat iets leeft, hoe vinden we dan betekenisvolle niveaus van organisatie in zijn structuur?,
leerdoelstellingen
- lijst de eigenschappen van het leven
- orde de niveaus van organisatie van levende dingen
eigenschappen van het leven
alle levende organismen hebben verschillende belangrijke kenmerken of functies: orde, gevoeligheid of reactie op het milieu, voortplanting, groei en ontwikkeling, Regulatie, homeostase en energieverwerking. Samen bekeken dienen deze kenmerken om het leven te definiëren.
volgorde
figuur 1., Een pad vertegenwoordigt een hoogst georganiseerde structuur die uit cellen, weefsels, organen, en orgaansystemen bestaat.
organismen zijn sterk georganiseerde, gecoördineerde structuren die uit één of meer cellen bestaan. Zelfs zeer eenvoudige, eencellige organismen zijn opmerkelijk complex: in elke cel vormen atomen moleculen; deze vormen op hun beurt celorganellen en andere cellulaire insluitsels.
in meercellige organismen (figuur 1) vormen soortgelijke cellen weefsels. Weefsels werken op hun beurt samen om organen te creëren (lichaamsstructuren met een aparte functie). Organen werken samen om orgaansystemen te vormen.,
gevoeligheid of respons op Stimuli
organismen reageren op diverse stimuli. Bijvoorbeeld, planten kunnen buigen naar een bron van licht, klimmen op hekken en muren, of reageren op aanraking (Figuur 2).
Figuur 2.De bladeren van deze gevoelige plant (Mimosa pudica) zullen direct hangen en vouwen bij aanraking. Na enkele minuten is de plant weer normaal. (credit: Alex Lomas)
zelfs kleine bacteriën kunnen zich verplaatsen naar of weg van chemicaliën (een proces genaamd chemotaxis) of licht (fototaxis)., Beweging naar een stimulus wordt beschouwd als een positieve reactie, terwijl beweging weg van een stimulus wordt beschouwd als een negatieve reactie.
bekijk deze video om te zien hoe planten reageren op een stimulus—van opening tot licht, tot het omwikkelen van een rank om een tak, tot het vangen van prooien.
reproductie
eencellige organismen reproduceren zich door eerst hun DNA te dupliceren en het vervolgens gelijkelijk te delen terwijl de cel zich voorbereidt om twee nieuwe cellen te vormen. De meercellige organismen produceren vaak gespecialiseerde reproductieve kiemlijncellen die nieuwe individuen zullen vormen., Wanneer voortplanting plaatsvindt, worden genen die DNA bevatten doorgegeven aan de nakomelingen van een organisme. Deze genen zorgen ervoor dat de nakomelingen tot dezelfde soort behoren en vergelijkbare kenmerken hebben, zoals grootte en vorm.
groei en ontwikkeling
Figuur 3. Hoewel er geen twee lijken op elkaar, deze pups hebben genen geërfd van beide ouders en delen veel van dezelfde kenmerken.
organismen groeien en ontwikkelen volgens specifieke instructies die door hun genen worden gecodeerd., Deze genen geven instructies die de cellulaire groei en ontwikkeling zullen leiden, ervoor te zorgen dat de jongen van een soort (figuur 3) zal opgroeien om veel van dezelfde kenmerken als zijn ouders vertonen.
Regulatie
zelfs de kleinste organismen zijn complex en vereisen meerdere reguleringsmechanismen om interne functies te coördineren, op prikkels te reageren en om te gaan met omgevingsstress. Twee voorbeelden van interne functies geregeld in een organisme zijn nutriëntentransport en bloedstroom., Organen (groepen weefsels die samenwerken) voeren specifieke functies uit, zoals het vervoeren van zuurstof door het hele lichaam, het verwijderen van afval, het leveren van voedingsstoffen aan elke cel en het koelen van het lichaam.
homeostase
Figuur 4. Ijsberen (Ursus maritimus) en andere zoogdieren die in met ijs bedekte gebieden leven, behouden hun lichaamstemperatuur door warmte op te wekken en warmteverlies te verminderen door dikke vacht en een dichte laag vet onder hun huid., (credit: “longhorndave” / Flickr)
om goed te kunnen functioneren, moeten cellen de juiste omstandigheden hebben, zoals de juiste temperatuur, pH en de juiste concentratie van diverse chemische stoffen. Deze voorwaarden kunnen echter van het ene op het andere moment veranderen. Organismen zijn in staat om interne omstandigheden binnen een smal gebied bijna constant te handhaven, ondanks milieuveranderingen, door middel van homeostase (letterlijk, “steady state”)—het vermogen van een organisme om constante interne omstandigheden te handhaven., Een organisme moet bijvoorbeeld de lichaamstemperatuur regelen door middel van een proces dat bekend staat als thermoregulatie. Organismen die in koude klimaten leven, zoals de ijsbeer (Figuur 4), hebben lichaamsstructuren die hen helpen lage temperaturen te weerstaan en lichaamswarmte te behouden. Structuren die helpen bij dit type isolatie omvatten bont, veren, blubber en vet. In warme klimaten, organismen hebben methoden (zoals transpiratie bij mensen of hijgen bij honden) die hen helpen om overtollige lichaamswarmte af te werpen.
Energieverwerking
alle organismen gebruiken een energiebron voor hun metabole activiteiten., Sommige organismen vangen energie van de zon op en zetten die om in chemische energie in voedsel (fotosynthese); anderen gebruiken chemische energie in moleculen die ze als voedsel opnemen (cellulaire ademhaling).
Figuur 5. De California condor (Gymnogyps californianus) gebruikt chemische energie afgeleid van voedsel om te vliegen. California condors zijn een bedreigde soort; deze vogel heeft een vleugellabel dat biologen helpt het individu te identificeren.,
niveaus van organisatie van levende dingen
levende dingen zijn zeer georganiseerd en gestructureerd, volgens een hiërarchie die kan worden onderzocht op een schaal van klein tot groot. Het atoom is de kleinste en meest fundamentele eenheid van materie. Het bestaat uit een kern omgeven door elektronen. Atomen vormen moleculen. Een molecuul is een chemische structuur die bestaat uit ten minste twee atomen die door een of meer chemische bindingen bij elkaar worden gehouden., Vele molecules die biologisch belangrijk zijn zijn macromoleculen, grote molecules die typisch door polymerisatie worden gevormd (een polymeer is een grote molecule die door kleinere eenheden genoemd monomeren wordt gemaakt te combineren, die eenvoudiger zijn dan macromoleculen). Een voorbeeld van een macromolecule is deoxyribonucleïnezuur (DNA) (Figuur 6), dat de instructies voor de structuur en het functioneren van alle levende organismen bevat.
Figuur 6. Alle moleculen, inclusief dit DNA-molecuul, zijn samengesteld uit atomen., (credit: “brian0918″/Wikimedia Commons)
sommige cellen bevatten aggregaten van macromoleculen omgeven door membranen; deze worden organellen genoemd. Organellen zijn kleine structuren die binnen cellen bestaan. De voorbeelden van organellen omvatten mitochondria en chloroplasten, die onmisbare functies uitvoeren: mitochondria produceren energie om de cel aan te drijven, terwijl chloroplasten groene installaties toelaten om de energie in zonlicht te gebruiken om suikers te maken. Alle levende dingen zijn gemaakt van cellen; de cel zelf is de kleinste fundamentele eenheid van structuur en functie in levende organismen., (Deze eis is waarom virussen niet worden beschouwd als levend: ze zijn niet gemaakt van cellen. Om nieuwe virussen te maken, moeten ze het voortplantingsmechanisme van een levende cel binnendringen en kapen; alleen dan kunnen ze de materialen verkrijgen die ze nodig hebben om te reproduceren. Sommige organismen bestaan uit een enkele cel en andere zijn meercellig. De cellen worden geclassificeerd als prokaryotic of eukaryotic. Prokaryotes zijn eencellige of koloniale organismen die geen membraan-gebonden kernen of organellen hebben; in tegenstelling, hebben de cellen van eukaryotes membraan-gebonden organellen en een membraan-gebonden kern.,
in grotere organismen worden cellen gecombineerd om weefsels te maken, dat zijn groepen van vergelijkbare cellen die soortgelijke of verwante functies vervullen. Organen zijn verzamelingen van weefsels die samen een gemeenschappelijke functie uitvoeren. Organen zijn niet alleen aanwezig in dieren, maar ook in planten. Een orgaansysteem is een hoger niveau van organisatie dat bestaat uit functioneel gerelateerde organen. Zoogdieren hebben veel orgaansystemen. Bijvoorbeeld, de bloedsomloop transporteert bloed door het lichaam en van en naar de longen; het omvat organen zoals het hart en de bloedvaten. Organismen zijn individuele levende wezens., Elke boom in een bos is bijvoorbeeld een organisme. Eencellige prokaryoten en eencellige eukaryoten worden ook beschouwd als organismen en worden typisch bedoeld als micro-organismen.
alle individuen van een soort die in een bepaald gebied leven, worden gezamenlijk een populatie genoemd. Een bos kan bijvoorbeeld veel pijnbomen bevatten. Al deze pijnbomen vertegenwoordigen de populatie van pijnbomen in dit bos. Verschillende populaties kunnen in hetzelfde specifieke gebied leven., Bijvoorbeeld, het bos met de pijnbomen omvat populaties van bloeiende planten en ook insecten en microbiële populaties. Een gemeenschap is de som van de bevolkingen in een bepaald gebied. Bijvoorbeeld, alle bomen, bloemen, insecten en andere populaties in een bos vormen de gemeenschap van het bos. Het bos zelf is een ecosysteem. Een ecosysteem bestaat uit alle levende dingen in een bepaald gebied samen met de abiotische, niet-levende delen van die omgeving zoals stikstof in de bodem of regenwater., Op het hoogste niveau van organisatie (Figuur 7), de biosfeer is de verzameling van alle ecosystemen, en het vertegenwoordigt de zones van het leven op aarde. Het omvat land, water, en zelfs de atmosfeer tot op zekere hoogte.
oefenvraag
van een enkele organel tot de gehele biosfeer zijn levende organismen onderdeel van een zeer gestructureerde hiërarchie.
Figuur 7. De biologische niveaus van organisatie van levende dingen worden getoond., Van één organel tot de hele biosfeer, levende organismen zijn onderdelen van een zeer gestructureerde hiërarchie., (credit “organellen”: wijziging van het werk van Umberto Salvagnin; credit “cellen”: wijziging van het werk van Bruce Wetzel, Harry Schaefer/ National Cancer Institute; credit “weefsels”: wijziging van het werk door Kilbad; Fama Clamosa; Mikael Häggström; credit “organen”: wijziging van het werk door Mariana Ruiz Villareal; credit “organismen”: wijziging van het werk door het “Crystal”/Flickr; credit “ecosystemen”: wijziging van het werk van de AMERIKAANSE Fish and Wildlife Service Hoofdkantoor; credit “biosfeer”: wijziging van het werk door NASA)
Welke van de volgende beweringen is onjuist?,
- weefsels bestaan binnen organen, die binnen orgaansystemen bestaan.
- gemeenschappen bestaan binnen populaties, die bestaan binnen ecosystemen.
- organellen bestaan in cellen, die in weefsels voorkomen.
- gemeenschappen bestaan binnen ecosystemen, die in de biosfeer voorkomen.
Controleer uw begrip
beantwoord de vraag(en) hieronder om te zien hoe goed u de onderwerpen begrijpt die in de vorige sectie behandeld werden. Deze korte quiz telt niet mee voor je cijfer in de klas, en je kunt het opnieuw een onbeperkt aantal keer.
Gebruik deze quiz om uw begrip te controleren en te beslissen of (1) de vorige sectie verder te bestuderen of (2) verder te gaan naar de volgende sectie.