Mi az élet?

A Bevezetés a biológiába videóban a biológiát úgy határoztuk meg, mint az a tudományág, amely az élőlények, avagy élő szervezetek (organizmusok) tanulmányozásával foglalkozik. Ez a meghatározás elég egyértelmű, viszont cserébe felvet néhány nehezebb és egyúttal érdekesebb kérdést: mi az élet? Mit jelent az, hogy valami él?

Te élsz, én is élek. A kutya is él, aminek ugatását hallom, csakúgy mint a fa az ablakom alatt. A felhőkből hulló hó azonban nem él. A számítógép, amelynek segítségével ezt a leckét olvasod, szintén nem él, sem pedig a szék vagy az asztal. A szék fából készült részei egykor éltek, de már nem élnek. Ha a fát el akarnád égetni, a tűz sem volna élő.

Mi határozza meg tehát az életet? MI alapján mondhatjuk el, hogy az egyik dolog él, a másik pedig nem? A legtöbben ösztönösen ráéreznek arra, hogy mikor élő valami. Meglepően nehéz azonban pontosan definiálni az élet fogalmát. Ez az oka annak, hogy az életnek nagyon sok definíciója ún. működési definíció – ezek lehetővé teszik, hogy elválasszuk az élő dolgokat az élettelenektől, de valójában nem határolják be, mi az az élet. Hogy be tudjuk határolni, számba kell vennünk azokat a jellemzőket, amelyek együttesen kizárólag az élő organizmusokra igazak.

A biológusok számos olyan ismertetőjegyet fedeztek fel, amelyek az általunk ismert összes élő organizmusra jellemzőek. Bár élettelen dolgok is bírhatnak ezen ismertetőjegyek némelyikével, az összessel csak az élő dolgok rendelkeznek.

Az élő dolgok magasan szervezettek, ami azt jelenti, hogy specializálódott és egymással együttműködő részekből állnak. Az összes élőlény egy vagy több ún. sejtből áll, amelyet az élet legalapvetőbb egységének tekintünk.

Még az egysejtű élőlények is összetettek! Minden egyes sejtben atomokból felépülő molekulák vannak, amelyek sejtszervecskéket és egyéb struktúrákat alkotnak. A többsejtű élőlényekben a sejtek szöveteket alkotnak. A szövetek pedig – nagy együttműködésben – szerveket (meghatározott szerepkörrel bíró testi struktúrákat) hoznak létre. A szervek együttműködéséből pedig szervrendszerek születnek.

A többsejtű élőlények – amilyen az ember is – sok sejtből épülnek fel. A többsejtű élőlények sejtjei különféle feladatok elvégzésére specializálódhatnak, és olyan szövetekbe szerveződhetnek, mint például a kötőszövet, a hámszövet, az izom- vagy idegszövet. A szövetek szervekké állnak össze, mint például a szív vagy a tüdő, amelyek olyan meghatározott funkciókat töltenek be, amelyek a szervezet egésze számára szükségesek.

Az élet hatalmas mennyiségű, egymáshoz kapcsolódó kémiai reakción alapszik. Ezen reakciók teszik lehetővé a szervezet működését – például, hogy tudjon mozogni, vagy zsákmányt ejteni –, csakúgy mint a növekedését, a szaporodását, vagy egyáltalán, hogy fenntartsák testük struktúráját. Az életet fenntartó kémiai reakciók lebonyolításához az élőlények energiát használnak fel, ehhez pedig tápanyagot kell magukhoz venniük. Egy élőlény anyagcseréjének nevezzük a benne lezajló biokémiai reakciók összességét.

Az anyagcsere lehet felépítő (anabolikus) vagy lebontó (katabolikus). A felépítő anyagcsere (anabolizmus) során az élőlény egyszerű molekulákból hoz létre összetetteket, míg a lebontó anyagcsere (katabolizmus) esetén ennek fordítottja történik. A felépítő folyamatok általában energiát használnak fel, míg a lebontó folyamatok során az elraktározott energia felszabadul.

Az élő szervezetek szabályozzák belső környezetüket annak érdekében, hogy fenntarthassák azokat a viszonylag szűk feltételeket, melyek a sejtműködéshez szükségesek. Példának okáért, a testhőmérsékletedet viszonylag közel kell tartani a 37$^\circ$degreesC (98,6$^\circ$degreesF) értékhez. A stabil belső környezetnek – a változó külső környezettel szembeni – fenntartását nevezzük homeosztázisnak.

Az élő szervezetek szabályos növekedést mutatnak. Az önálló sejtek mérete növekszik, a többsejtű élőlények pedig sok sejtet halmoznak fel a sejtosztódás révén. Te magad is egyetlen sejtként kezdted, most pedig már több tízbilliónyi sejt van a testedben!$^1$start superscript, 1, end superscript A növekedés felépítő (anabolikus) anyagcsere-folyamatoktól függ, amelyek során nagy, összetett molekulák keletkeznek, mint például a fehérjék, vagy a DNS, a genetikai örökítőanyag.

Az élő szervezetek képesek szaporodni, azaz önmagukból új szervezeteket létrehozni. A szaporodás lehet aszexuális, amelyhez elegendő egyetlen szülőszervezet, vagy szexuális, amelyhez két szülő szükséges. Az egysejtű organizmusok, mint a jobb oldali kép bal oldalán látható osztódó baktérium, képesek egyszerűen kettéosztódni és így szaporodni!

Szexuális szaporodás esetén a két szülői organizmus egyike hímivarsejteket, a másik pedig petesejteket termel, amelyek a szülőegyedek genetikai információjának felét tartalmazzák. Ezen két sejt egyesüléséből születik egy teljes genetikai készlettel bíró új egyed. Ez a megtermékenyítésnek hívott folyamat látható a kép jobb oldalán.

Az élőlények „ingerelhetők”, ami az jelenti, hogy válaszolnak az ingerekre vagy a környezetükben bekövetkezett változásokra. Például az emberek elhúzzák a kezüket – mégpedig gyorsan! – a tűz lángjától; sok növény a Nap felé fordul; egysejtű organizmusok egy tápanyagforrás felé közeledhetnek, vagy eltávolodhatnak egy ártalmas vegyi anyagtól.

Az élőlények populációi képesek az evolúcióra. Ez azt jelenti, hogy egy populáció genetikai állománya idővel változhat. Egyes esetekben az evolúció természetes kiválasztódással jár együtt, amely során egy örökölhető jegy – mint például a sötétebb szőr, vagy keskenyebb csőrforma – megkönnyíti az élőlények túlélését és szaporodását egy bizonyos környezetben. Sok generációnyi idő alatt egy beilleszkedési előnyt nyújtó, örökölhető jegy egyre általánosabbá válhat egy populáción belül, lehetővé téve, hogy az adott populáció jobban alkalmazkodjon a környezetéhez. Ezt a folyamatot hívjuk adaptációnak.

Az élőlényeknek sokféle olyan sajátosságuk van, amelyek élő mivoltukra vonatkoznak, ezért nem könnyű ezekből azokat kiválogatni, amelyek a legmegfelelőbbek az „élet” meghatározására. Ennélfogva egyes gondolkodók különböző, az élet jellemzőit összegző listákat állítottak össze. Van például olyan lista, amelyben a mozgás szerepel az élet egyik fő jellemzőjeként, míg másokban az áll, hogy az élőlények DNS formájában hordják magukkal a genetikai információjukat. Olyan is van, amely azt hangsúlyozza, hogy az élet szén alapú.

Az is igaz, hogy a fenti lista nem mindenre terjed ki. Jó példa erre az öszvér, ami egy nőstény lónak és egy hím szamárnak az utódja, és nem tud szaporodni. A legtöbb biológus – vagy bárki más – a fenti képen látható öszvért mégis az élő dolgok közé sorolná. Erről szól a következő vicces kis történet is: egy tudóscsoport nagy viták után végre eldöntötte, hogy a szaporodás képessége az élet leglényegesebb jellemzője. Nagy bánatukra egyikük rámutatott, hogy egy magányos nyúl sajnos nem felel meg ennek a követelménynek$^2$squared.

Mindezek ellenére a fenti lista használható mennyiségű és minőségű olyan jellemzőt tartalmaz, amelyek segítségével talán különbséget tudunk tenni élő és élettelen dolgok közt.

De vajon mennyire segítenek a fenti jellemzők annak eldöntésében, hogy valami élő-e? Vegyük ismét sorra a bevezető részben említett élő és élettelen dolgokat, és próbáljuk ki!

A bevezetőben felhozott élő dolgok – az emberek, kutyák és fák – könnyedén eleget tesznek az élet hét kritériumának. Mi, emberek, négylábú barátainkhoz és az udvarunkban levő növényekhez hasonlóan sejtekből épülünk fel, van anyagcserénk, homeosztázis jellemző ránk, növekszünk, válaszolunk az ingerekre. Az emberek, kutyák és fák képesek szaporodni is, populációik pedig keresztülmennek a biológiai evolúció folyamatán.

Az élettelen dolgokra jellemző lehet az életnek egyik-másik, de semmiképpen sem az összes sajátossága. A hókristályok például szervezettek – bár nincsenek sejtjeik – és növekednek, de az élet többi kritériumának nem tesznek eleget. Hasonló példa lehet a tűz, amely növekedhet, szaporodhat azáltal, hogy új tüzeket gyújtunk belőle, reagálhat az ingerekre és talán még azt is elmondhatjuk, hogy van „anyagcseréje”. Azonban a tűz nem szerveződött, nincs homeosztázisa, és nem rendelkezik semmilyen, az evolúcióhoz szükséges genetikai információval.

Az élő dolgok megtarthatják az életnek egyes jellemzőit, amikor élettelenné válnak, más jellemzőket viszont elveszítenek. Például ha mikroszkóp alatt megnéznéd egy széknek a fáját, láthatnád a sejteket, amelyek egykor az élő fát alkották. A fa azonban már nem él, és miután széket készítettek belőle, már nem növekszik, nincs anyagcseréje, sem homeosztázisa, nem reagál az ingerekre és nem szaporodik.

A kérdés, hogy mit jelent az, hogy valami él, még mindig válaszra vár. Vegyük például a vírusokat: ezek a piciny, fehérjéből és nukleinsavakból álló szerkezetek – amelyek csak gazdasejtekben képesek szaporodni – az élet több jellemzőjével is bírnak. Ellenben nincs sejtszerkezetük, és gazdaszervezet nélkül nem képesek szaporodni. Hasonlóképpen, saját anyagcseréjük sincsen, és az sem világos, hogy rendelkeznek-e homeosztázissal.

Ezen okok miatt a vírusokat általában nem tekintik élő szervezeteknek. Nem mindenki ért azonban egyet ezzel a megítéléssel, így vita tárgyát képezi, hogy az élőlények csoportjába tartoznak-e. Vannak olyan, még náluk is egyszerűbb molekulák, mint az önreprodukáló fehérjék (például a kergemarhakórt okozó „prionok”) és az önreprodukáló RNS enzimek, melyek szintén rendelkeznek az élet néhány, de nem összes jellemzőjével.

Hovatovább az élet összes jellemzője, amelyről eddig beszéltünk, a földi életre vonatkozik. Ha létezik is Földön kívüli élet, nem lehet tudni, hogy ugyanezekkel a sajátosságokkal rendelkezik-e. A NASA definíciója, amely szerint „az élet a darwini evolúcióra képes önfenntartó rendszer”, már sokkal több lehetőségnek ad teret, mint a fent meghatározott kritériumok.$^3$cubed Ez a definíció mindazonáltal megnehezíti annak gyors eldöntését, hogy valami élő-e vagy sem.

Ahogy egyre többféle biológiai entitást fedezünk fel a Földön, vagy azon túl, egyre inkább rákényszerülhetünk, hogy újragondoljuk, mit is jelent az, hogy valami él. A jövő felfedezései nyomán elképzelhető, hogy újra és újra felül kell majd vizsgálnunk, és ki kell bővítenünk az élet definícióját.

Te hogy határoznád meg az életet? Hozzáadnál valamit a jellemzők fenti listájához, kihúznál valamit onnan, vagy valami egészen más definíciót használnál? Eszedbe jutnak kivételek vagy speciális esetek, amelyeket a lista nem fed le? Oszd meg az ötleteidet az alábbi hozzászólások szekcióban!