życie
 
Encyklopedia
życie,
biol. zjawisko biologiczne złożone i wielowymiarowe, którego nie można opisać za pomocą jednej prostej definicji. Znane dotychczas wyłącznie z Ziemi i w tym kontekście definiowane w odniesieniu do 2 podstawowych znaczeń: 1) na określenie stanu materii (nazywanej organizmem) trwającego od pojawienia się organizmu do zakończenia jego bytu osobniczego, w większości kończącego się śmiercią (biol.); 2) na określenie dynamicznego procesu, który pojawił się na Ziemi ok. 3,8 mld lat temu, obejmującego pochodzące od jednej formy wyjściowej wszystkie istniejące w przeszłości i żyjące obecnie organizmy wraz z wszelkimi wzajemnymi relacjami i zależnościami oraz ich wpływem na środowisko.
Zdefiniowanie życia jest problemem towarzyszącym człowiekowi od zarania naszej myśli i ujmowane było w różnych formach przez wielkie religie i systemy filozoficzne. Fenomen życia dotyczy bowiem nas ludzi — my sami jesteśmy istotami ożywionymi i szukamy swojego miejsca w świecie; będąc cząstką życia, odbieramy jego istotę fenomenologicznie, rozumiemy — na różnych poziomach czym jest życie, ale i nie do końca umiemy ów fenomen zdefiniować.
Zrozumienie podstawowych procesów życiowych nastąpiło już w 2. połowie XIX w., będąc zwieńczeniem wysiłku poznawczego trwającego od renesansu i oświecenia. Nagromadzone dotychczas fakty pozwalają na podanie kilku (nie wykluczających się) definicji życia, oddających różne spojrzenie na to zjawisko. Względnie niedawno uważano, że życie można zdefiniować przez wyliczenie cech fizjologicznych organizmów; są nimi zdolność do odżywiania się, przemiany materii, odpowiedzi na bodźce zewnętrzne, wydzielanie, oddychanie, wzrost, rozmnażanie się; wiele tych cech mogą jednak spełniać też złożone układy mechaniczne, toteż biolodzy często definiują życie jako proces metaboliczny. Zgodnie z tą definicją, układ żywy to system wydzielony przestrzennie, posiadający zdolność utrzymania przez określony czas swojej struktury, ciągle wymieniający swoje składniki z otoczeniem; również i ta definicja może dotyczyć określonych martwych układów fizykochemicznych. Jej pogłębieniem jest definicja termodynamiczna, zgodnie z którą układ żywy to system termodynamicznie otwarty, w którym stały dopływ energii z zewnątrz pozwala na trwałe utrzymanie uporządkowania, bez lokalnego wzrostu entropii; dzieje się tak kosztem wzrostu entropii na zewnątrz układu; jeśli system otwarty znajduje się w warunkach progowych tworzyć może pozornie niezgodne z termodynamiką, lokalne uporządkowania. I. Prigogine zwraca uwagę, że układy biologiczne nie tylko utrzymują swoje uporządkowanie (pozornie sprzeczne z II zasadą termodynamiki), ale też w drodze ewolucji dążą do wzrostu komplikacji; nie wiadomo czy wynika to wprost z cech termodynamicznych układów otwartych, czy też jest pochodną swoistego dla życia procesu ewolucji. Zasadnicze znaczenie zjawiska ewolucji w rozumieniu życia ujęte jest w jego definicji genetycznej, obecnie często uważanej za najpełniejszą; zgodnie z nią, podstawową cechą organizmów żywych jest zdolność do autoreplikacji, tj. samoodtwarzania się, zgodna z również odtwarzalnym zapisem genetycznym zawartym w genach, zbudowanych z kwasów nukleinowych; cechą tego zapisu jest także zdolność do nikłych, rzadko zachodzących punktowych zmian (mutacji), powodujących zwykle niekorzystne zjawiska, ale czasem kreujących zapis genetyczny korzystniejszy dla organizmu. Mutacje są substratem ewolucji. Selekcja naturalna, wynikająca z presji środowiska na organizmy w nim bytujące, eliminuje organizmy, które niosą mutacje niekorzystne, a utrzymuje te które niosą cechy korzystniejsze. A zatem układem ożywionym nazywa się taki układ, który jest zdolny do autoreplikacji, z jednoczesną ewolucją wynikającą z darwinowskiej selekcji naturalnej. Takie ujęcie definicji życia wiąże rozumienie tego zjawiska z cechami środowiska naszej planety, a rozwój i powstanie życia na Ziemi zespala z historią jej rozwoju. Samo powstanie życia (biogeneza) jest również przedmiotem dyskusji, choć ogólne zasady tego procesu wydają się być poznane. Z punktu widzenia genetyki i biologii zakłada się, że wszystkie współczesne organizmy pochodzą od jednego przodka — pierwotnej komórki; przemawia za tym fakt, że we wszystkich znanych organizmach kod genetyczny jest w zasadzie identyczny, identyczne są składniki budulcowe (np. spośród kilkuset znanych w chemii aminokwasów, białka w różnych organizmach tworzone są z zestawu tych samych dwudziestu aminokwasów i to wyłącznie lewoskrętnych), identycznie jest też zbudowana podstawowa cząsteczka magazynująca i przenosząca energię chemiczną (ATP — adenozynotrifosforan). Podobieństwa struktur chemicznych zasadniczych składników różnych komórek są bardzo liczne, obecnie wiadomo, że wiele genów człowieka wykazuje homologie z genami np. drożdży. Pogląd, według którego wszystkie organizmy pochodzą od jednego przodka nosi nazwę monofiletyzmu; pogląd przeciwny polifiletyzm, zakłada, że w historii powstawania życia doszło kilkakrotnie (w sposób niezależny) do pojawienia się pierwotnej komórki, a podobieństwa między wielkimi grupami systematycznymi wynikają z użycia przez kolejne twory podobnych mechanizmów fizykochemicznych. Przyjmuje się, że pojawienie się owej pierwotnej komórki (komórek), czyli powstanie życia zaszło 3 mld lat temu (wiek naszej planety wynosi ok. 4 mld lat). Komórki są jednak niezwykle złożonymi tworami, niosącymi dziesiątki tysięcy genów, wyposażonymi w złożone cząstki białkowe i otoczonymi swoistymi błonami półprzepuszczalnymi — powstanie takich tworów winno być poprzedzone powstawaniem w środowisku pierwotnej planety zespołu związków organicznych, które następnie ulegały udoskonaleniu i ukonstytuowały pierwotną komórkę. Istnienie takiej fazy syntez oraz pojawiania się mechanizmów replikacji i selekcji odpowiednich makrocząstek, czyli ewolucja prebiotyczna, jest przedmiotem spekulacji, opartych jednakże na ciekawych doświadczeniach modelowych. W przeprowadzanych w retorcie eksperymentach, w mieszaninie gazów o składzie zbliżonym do piewotnej atmosfery ziemskiej, wyładowania elektryczne prowadzą do syntezy składników budulcowych białek, kwasów nukleinowych i nawet ATP (H.C. Urey, S.L. Miller 1953). Z tych cząsteczek tworzyć się mogą w odpowiednich warunkach nawet krótkie odcinki kwasów rybonukleinowych. Obecnie wiadomo, że kwasy te potrafią wykazać zdolności katalityczne — mogłyby więc być pierwotnymi enzymami, zdolnymi być może do autoreplikacji. Stosunkowo wcześnie biogenetyczny system związków organicznych zawierających cząsteczki RNA uległ najpewniej rozdziałowi pomiędzy protokomórki zdolne do replikacji i współzawodnictwa o znajdujące się w  „bulionie pierwotnym” składniki organiczne. W ten sposób powstać miał „świat RNA” (W. Gilbert, 1986), ewoluujący poprzez wytworzenie mechanizmów kodowanej syntezy białek ku „światu DNA”. Zapis genetyczny wszystkich współczesnych komórek występuje w postaci DNA, jednakże istnieją wirusy, których zapis genetyczny występuje właśnie w formie RNA. Być może wirusy te są pakietami genów pochodzących z protokomórek o genomie RNA.
Zapis genetyczny w postaci DNA jest więc uważany za późniejsze zjawisko w ewolucji, daje on jednak wyraźną przewagę selekcyjną; zapis ten występuje w postaci dwu komplementarnych nici, co pozwala na pełną kontrolę (mechanizmy reperacji) informacji, zmniejszając szansę jej stracenia w wyniku niekorzystnych mutacji. Istnienie fazy syntez prebiotycznych w pierwotnej atmosferze Ziemi wydaje się być pewne. Nie oznacza to, że samo powstanie życia — pierwotnej komórki (komórek) nie jest w dalszym ciągu przedmiotem dyskusji. Istnieje pogląd, że życie pojawiło się w wyniku aktu nadnaturalnego, nie poddającego się analizie w kategoriach nauk pozytywnych; inny pogląd uznaje, że proste formy żywe pojawiają się spontanicznie i bez przerwy, są tylko skutecznie eliminowane przez istniejące organizmy (hipoteza samorództwa w swojej formie zaawansowanej, głoszącej powstawanie dzisiejszych organizmów z materii nieożywionej, wyeliminowana przez doświadczenia L. Pasteura); trzecia hipoteza (S. Arrhenius) przyjmuje, że życie trwa wraz z materią i nie ma początku; na Ziemi pojawiło się z Kosmosu. Logicznie hipoteza ta po prostu przesuwa problem powstania życia z naszej planety ku Kosmosowi, nie rozwiązując tego problemu. Czwarta hipoteza głosi, że życie powstało we wczesnej fazie rozwoju naszej planety w wyniku kolejnych serii reakcji chemicznych; pewne z tych reakcji mogły mieć małe prawdopodobieństwo zajścia lub też wszystkie zajść musiały; dotyczące tej kwestii pytanie postawione przez J. Monoda (Przypadek czy konieczność 1970) nie jest jeszcze rozwiązane; kryje się za nim pytanie ogólniejsze — czy jesteśmy sami w Kosmosie?; obecność życia na innych planetach wskazałaby na to, że jest ono prostym produktem praw fizycznych i chemicznych, jedyność stawiałaby pod znakiem zapytania proste interpretacje fizykochemiczne.
Zagadnienie powstawania życia i jego rozwoju nie może być oderwane od kwestii pojawienia się świadomości. Nie do końca wiadomo dlaczego ewolucja doprowadziła do powstania obdarzonego świadomością swojej osoby człowieka. Jeżeli świadomość, a co za tym idzie cywilizacja jest bezpośrednim produktem ewolucji, to należy się zastanowić nad tzw. paradoksem Fermiego — jeśli ilość planet gdzie zaczęło się życie ma być praktycznie nieograniczona, to cywilizacje kosmiczne winny znajdować się na różnych poziomach rozwoju i powinniśmy z zaawansowanymi móc nawiązać kontakt; jak dotąd podejmowane przez nas próby nie przyniosły pozytywnego rezultatu. Zdaniem wielu biologów, nosicielami życia są indywidualne organizmy, tj. osobniki, z których każdy ma własną historię życia (ontogeneza), a jako przedstawiciele danego gatunku, ukształtowane zostały historycznie przez filogenezę. Część genetyków uważa, że ewolucji podlegają niezależnie poszczególne geny danego gatunku, zaś nacisk ewolucyjny prowadzi do maksymalizacji replikacji danego genu; ujmuje to tzw. hipoteza egoizmu genów; zagadnienie współdziałania poszczególnych genów w procesie ewolucji i podtrzymania czynności organizmów jest obecnie jednym z głównych zagadnień biologii molekularnej. Powstanie autoreplikujących się, ewoluujących układów żywych, gdzie przekaz informacji oparty jest na zapisie genetycznym realizowanym przez permutacje 4 elementów (zasad azotowych), tworzy niezwykłą perspektywę. Przyjmując (W. Arber 1994), że w prostym genie występuje 1000 owych czterech zasad azotowych, to ilość możliwych sekwencji takiego genu wynosi 4100, czyli 10602. W trakcie ewolucji (przyjmując 1 zmianę zasady azotowej co minutę) od powstania życia, t.j. w czasie 3 mld lat „przetestowaniu” mogło ulec 1050 wariantów sekwencyjnych owego współczesnego genu. To znaczy, że 10552 sekwencji owego genu nie zostało jeszcze „wypróbowane” w ewolucji; liczba ta unaocznia, że układy biologiczne mają przed sobą niewyobrażalną przestrzeń ewolucyjną. Wskazuje również na to, że „przetestowanie” olbrzymiej, ale jednak bardzo cząstkowej grupy sekwencji, już doprowadziło do pojawienia się wysoko uorganizowanych form życia. I znów powstaje pytanie czy owe 10552 wariantów reprezentuje wybór statysty, czy też jedyny możliwy narzucony przez „pierwszą decyzję”.
Pojęcie życia, zagadnienie jego powstania i rozwoju nie daje się łatwo ująć w ramy prostych definicji i wydaje się, iż dyskusje na ten temat będą stałym składnikiem myśli ludzkiej.
Włodzimierz Zagórski
Bibliografia
C.A. VILLEE Biologia, Warszawa 1987;
M. EIGEN Steps toward Life. A Perspective on Evolution, Oxford 1992;
B. LEVIN Genes V., Oxford 1994.
Przeglądaj encyklopedię