מאפייני החיים

מהם חיים? יחידה גנטית מאורגנת המסוגלת לעשות מטבוליזם, רבייה ואבולוציה.

מטבוליזם - שינויים בחומר ואנרגיה. מטבוליזם הוא כל הפעילות הכימית של אורגניזם חי, כולל אלפי תהליכים כימיים אשר גורמים ללכידת חומר ואנרגיה והפיכתם לצורות שונות.

· כדי שאורגניזם יוכל לתפקד התהליכים הללו, רובם מתרחשים בו זמנית, חייבים להיות מתואמים. חלבונים, מספקים את הבקרה הזו.

· סביבה חיצונית יכולה להשתנות במהירות ובאופן בלתי צפוי מעבר לשליטת האורגניזם. אורגניזם ישאר בריא רק אם הסביבה הפנימית שלו נשארת בטווח נתון של תנאים פיזיקאליים וכימיים. אורגניזמים שומרים על סביבה פנימית יציבה יחסית על ידי התאמות מטבוליות לתנאים כמו שינויים בטמפרטורה, הנוכחות או החוסר באור, או נוכחות של חומרים זרים בתוך הגוף. שמירה על סביבה פנימית יציבה יחסית, כמו טמפרטורת הגוף של האדם, נקראת הומיאוסטזיס.

· יצור חי שעושה מטבוליזם משתמש באנרגיה חופשית שהוא מקבל מהסביבה ומשתמש בה כדי לשמור על מערכת המבודדת באופן חלקי – זו מערכת מקומית. גם הגוף שלנו הוא מערכת מקומית המבודדת מהסביבה באופן חלקי, שומרת על עצמה במצב מסודר.

יש אפשרות לקיים אבולוציה במחשב או במולקולות RNA במבחנה – האם זה חיים? לא, כי מי שמספק את המטבוליזם ואת האנרגיה והאנזימים שעושים את העבודה – הוא החוקר במקרה של ה-RNA במבחנה, התא המודבק במקרה של הוירוס ובניסוי החישובי, האנרגיה מגיעה מהחשמל בקיר.

הִתרבות ממשיכה את החיים ומאפשרת אבולוציה. התרבות עם שונות היא מאפיין עיקרי של החיים. ללא התרבות, החיים היו מסתיימים מהר.

· האורגניזמים החד תאיים הראשונים התרבו על ידי הכפלת החומר הגנטי שלהם וחלוקה לשניים. שני תאי הבת היו זהים זה לזה ולתא ההורה, מלבד מוטציות שהתרחשו במהלך ההכפלה הגנטית. טעויות אלו סיפקו את חומר הגלם של האבולוציה הביולוגית. שילוב של התרבות וטעויות בשכפול החומר הגנטי גרמו לאבולוציה ביולוגית, שינוי בהרכב הגנטי של אוכלוסיית אורגניזמים במשך הזמן (דורות).

· הגיוון באורגניזמים החיים נגרם בחלקו כתוצאה משינויים בסביבה הפיסיקאלית. ישנם מקומות קרים וחמים, או מקומות שקר בהם בחלקים מסויימים של השנה וחם בחלקים אחרים. יש מקומות רטובים (אוקיאנוסים, אגמים ונחלים) ומקומות יבשים מאד (מדבריות). אין יצור חי אחד שיכול לתפקד טוב בכל הסביבות הללו.

· ההבדלים בין היצורים החיים המאפשרים להם לחיות בסביבות מסוגים שונים ולאמץ אורח חיים שונה נקראים התאמות adaptations. הגיוון הגדול ביצורים החיים תורם לעניין שיש בביולוגיה כמדע מרתק ולכדוה"א כמקום עשיר ומספק לחיות בו.

תקופה ארוכה לא היו חיים על כדוה"א. ולאחר מכן לתקופה ארוכה היו רק חיים חד תאיים, ולאחר מכן שיגשוג של חיים רב תאיים. כלומר, טבע החיים וגיוונם השתנה במשך הזמן. זיהוי התהליכים הגורמים לאבולוציה ביולוגית, היווה את אחת ההתקדמויות המדעיות הגדולות של המאה ה-19.

אבולוציה ביולוגית: שינויים במשך מיליארדי שנה. הרבה לפני שמנגנוני האבולוציה התבררו, היו אנשים שהבינו שאורגניזמים השתנו במשך הזמן ושאורגניזמים חיים התפתחו מאורגניזמים שלא חיו יותר בכד"הא. בשנות ה- 1760 חוקר הטבע הצרפתי הרוזן ג'ורג'-לואיס לקלרק דה בופון.

· Buffon שם לב שעצמות הגפיים של כל היונקים היו דומות מאד בפרטים רבים. הוא גם שם לב שברגליים של יונקים כמו חזירים הם יש אצבעות שלא נוגעות באדמה ושנראה שאין בהן שימוש. אי אפשר היה להסביר זאת על ידי יצירת אורגניזמים בצורתם הנוכחית לפני 5000 שנה. בופון הציע שכל עצמות הגפיים של יונקים התפתחו מאב קדמון משותף, ושלחזירים יש אצבעות חסרות תפקוד משום שהם ירשו אותם מאבות קדמונים שהיו להם אצבעות גדולות ותפקודיות.

· תלמידו ז'אן בפטיסט למארק (1744-1829) הציע שיש שושלת של אורגניזמים המשתנה בהדרגה לאורך דורות רבים וצאצאים ירשו מבנים שנעשו גדולים ומפותחים כתוצאה משימוש מתמשך, או קטנו ונעשו מפותחים פחות עקב חוסר שימוש. כיום מדענים לא מאמינים ששינויים אבולוציונים נוצרים במנגנונים אלו. אבל למארק עשה מאמץ חשוב להסביר כיצד משתנים יצורים חיים במשך הזמן.

דרווין הציע מנגנון המסביר את האבולוציה הביולוגית. הגיאולוגים צברו עדויות שכדוה"א קיים והשתנה במשך מיליוני שנים, ולא רק מספר אלפים, כפי שרוב האנשים עד אז האמינו.

בשנת 1858, צ'ארלס דארווין ואלפרד ראסל וולאס. פרסמו את התיאוריה של הברירה הטבעית. התיאוריה של דארווין אודות האבולוציה באמצעות הברירה הטבעית הם פשוטים ומתבססים על שלוש הבחנות:

1. בכל סוג אורגניזם, יש הבדלים בין פרטים

2. קצב התמותה של אורגניזמים גבוה שכן אוכלוסיות היו מגיעות למספרים גדולים יותר ממה שרואים בטבע.

3. הצאצאים דומים להוריהם משום שהם יורשים את המאפיינים של הוריהם.

המסקנה: ההבדלים בין אינדיבידואלים משפיעים על יכולתם לשרוד ולהתרבות. כל תכונה שמגבירה את ההסתברות שנושאיה ישרדו ויתרבו מועברת לצאצאיהם ולצאצאים של צאצאיהם.

דארווין כינה את ההישרדות הדיפרנציאלית וההצלחה הרבייתית – ברירה טבעית.

Sadava, Life - the science of biology. 7th ed.