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생명공학

생명

by 이덕휴-dhleepaul 2022. 9. 21.

생명Origin of Life

 
 
Archaea, Cyanobacteria, Bacillus, Campylobacteria, Enterobacteria, Diplococcus 및 Spirochete를 포함하는 Prokaryota의 다양성.
 
회색 늑대, 자이언트 세쿼이아, 엔토디늄, 아마니타 케자리아 (Amanita caesarea), 프테로이스 안테나타, 조류 꽃, 크리소톡쿰 버랄리, 잔토팔렐리아 이끼, 딕토 스토 스테륨 및 기둥 산호를 포함하는 유카리오타의 다양성.
지구상의 삶 :
우주에서의 삶우주생물학태양계의 거주성태양계 밖의 삶

생명은 신호 전달 및 자기 유지 과정과 같은 생물학적 과정을 가진 물질과 그렇지 않은 물질을 구별하는 품질이며 성장, 자극에 대한 반응, 신진 대사, 에너지 변환 및 번식 능력에 의해 정의됩니다. [1][2] 식물, 동물, 곰팡이, 원생 동물, 고세균 및 박테리아와 같은 다양한 형태의 생명체가 존재합니다. 생물학은 삶을 연구하는 과학입니다.

유전자는 유전의 단위인 반면, 세포는 생명의 구조적, 기능적 단위이다. [3][4] 원핵생물과 진핵생물의 두 종류의 세포가 있는데, 둘 다 막 내에 둘러싸인 세포질로 이루어져 있으며 단백질과 핵산과 같은 많은 생체 분자를 포함하고 있다. 세포는 세포 분열 과정을 통해 번식하며, 부모 세포는 두 개 이상의 딸 세포로 나뉘어 유전자를 새로운 세대로 전달하고 때로는 유전 적 변이를 일으 킵니다.

유기체 또는 생명의 개별 실체는 일반적으로 항상성을 유지하고, 세포로 구성되고, 수명주기를 가지며, 신진 대사를 겪고, 성장할 수 있고, 환경에 적응하고, 자극에 반응하고, 번식하고 여러 세대에 걸쳐 진화하는 개방형 시스템으로 생각됩니다. 다른 정의에는 때때로 바이러스 및 바이로이드와 같은 비 세포 생명체가 포함되지만 자체적으로 기능하지 않기 때문에 일반적으로 제외됩니다. 오히려, 그들은 숙주의 생물학적 과정을 이용합니다. [5][6]

생명의 기원(Origin of Life)이라고도 알려진 생물발생은 단순한 유기 화합물과 같은 비생명체로부터 발생하는 자연적인 생명 과정이다. 원초적 인 시작 이래로, 지구상의 생명은 지질 학적 시간 척도로 환경을 변화 시켰지만 대부분의 생태계와 조건에서 생존하기 위해 적응했습니다. 새로운 생명체는 공통 조상에서 유전 적 변화와 자연 선택을 통해 진화했으며, 오늘날 구별 된 종의 수에 대한 추정치는 3 백만에서 100 백만 이상에 이릅니다. [7][8]

죽음은 유기체를 지탱하는 모든 생물학적 과정의 영구적 인 종결이며, 따라서 그 삶의 끝입니다. 멸종은 집단이나 분류군, 보통 종의 죽어가는 것을 묘사하는 용어입니다. 화석은 보존된 유적 또는 유기체의 흔적이다.

정의

삶의 정의는 오랫동안 과학자와 철학자들에게 도전이었습니다. [9][10][11] 이것은 부분적으로 생명이 물질이 아니라 과정이기 때문이다. [12][13][14] 이것은 지구 밖에서 발전했을 수도 있는 생명체의 특성에 대한 지식이 부족하여 복잡하다. [15][16] 생명에 대한 철학적 정의도 제시되었으며, 생물과 비생물을 구별하는 방법에 대해서도 비슷한 어려움이 있다. [17] 삶에 대한 법적 정의도 설명되고 논의되었지만, 이들은 일반적으로 인간 사망자를 선언하는 결정과이 결정의 법적 파급 효과에 초점을 맞추고 있습니다. [18] 생명에 대한 123개의 정의가 작성되었다. [19] NASA가 선호하는 한 가지 정의는 "다윈의 진화가 가능한 자립적 인 화학 시스템". [20][21][22][23] 더 간단히 말해서, 생명은 "생존이 지시하는 대로 스스로 번식하고 진화할 수 있는 물질"이다. [24][25][26]

생물학

또한 보십시오: 유기체

생명에 대한 명확한 정의가 없기 때문에 생물학의 현재 정의는 설명적입니다. 인생은 주어진 환경에서 그 존재를 보존, 증진 또는 강화하는 무언가의 특성으로 간주됩니다. 이 특성은 다음의 특성의 전부 또는 대부분을 나타낸다:[11][27][28][29][30][31][32]

  1. 항상성 : 일정한 상태를 유지하기 위해 내부 환경의 조절; 예를 들어, 온도를 낮추기 위해 땀을 흘리는 것
  2. 조직 : 구조적으로 하나 이상의 세포로 구성되어 있음 - 삶의 기본 단위
  3. 신진 대사 : 화학 물질과 에너지를 세포 구성 요소 (단백 동화)로 변환하고 유기물을 분해하여 에너지를 변환합니다 (이화 작용). 생명체는 내부 조직 (항상성)을 유지하고 삶과 관련된 다른 현상을 일으키기 위해 에너지를 필요로합니다.
  4. 성장 : 이화 작용보다 동화 작용의 높은 비율의 유지. 성장하는 유기체는 단순히 물질을 축적하기보다는 모든 부분에서 크기가 증가합니다.
  5. 적응 : 유기체가 서식지 나 서식지에서 더 잘 살 수있게되는 진화 과정. [33][34][35]
  6. 자극에 대한 반응 : 반응은 단세포 유기체의 수축에서 외부 화학 물질에 이르기까지 다세포 유기체의 모든 감각을 포함하는 복잡한 반응에 이르기까지 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 응답은 종종 움직임으로 표현됩니다. 예를 들어, 식물의 잎이 태양쪽으로 향하는 (광tropism) 및 화학주성.
  7. 번식 : 단일 부모 유기체에서 무성적으로 또는 두 부모 유기체로부터 성적으로 새로운 개별 유기체를 생산할 수있는 능력.

생리적 기능이라고 불리는 이러한 복잡한 과정에는 근본적인 물리적, 화학적 기반뿐만 아니라 생명을 유지하는 데 필수적인 신호 전달 및 제어 메커니즘이 있습니다.

대체 정의

또한 보십시오: 엔트로피와 생활

물리학적 관점에서 볼 때, 생명체는 생존이 지시하는 대로 스스로 번식하고 진화할 수 있는 조직화된 분자 구조를 가진 열역학적 시스템이다. [36][37] 열역학적으로, 생명은 그 주변의 그라디언트를 사용하여 불완전한 복사본을 만드는 열린 시스템으로 묘사되어 왔다. [38] 이것을 두는 또 다른 방법은 생명을 "다윈의 진화를 겪을 수있는 자립적 인 화학 시스템"으로 정의하는 것인데, 이는 칼 세이건 (Carl Sagan)의 제안에 근거하여 외래 생물학의 목적을 위해 생명을 정의하려고 시도하는 NASA 위원회가 채택 한 정의입니다. [39][40][41] 이 정의의 주요 강점은 생명체가 화학적 구성보다는 진화 과정에 의해 생명을 구별한다는 것이다. [42]

다른 사람들은 반드시 분자 화학에 의존하지 않는 체계적인 관점을 취합니다. 삶에 대한 한 가지 체계적인 정의는 생명체가 자기 조직적이고 자율 (자기 생산)이라는 것입니다. 이 정의의 변형에는 Stuart Kauffman이 자율 에이전트 또는 자체 또는 자신을 재현 할 수있는 다중 에이전트 시스템으로서의 정의와 적어도 하나의 열역학적 작업주기를 완료하는 것이 포함됩니다. [43] 이 정의는 시간이 지남에 따라 새로운 기능의 발현에 의해 확장된다. [44]

바이러스

주요 기사: 바이러스 및 바이러스 분류
 
전자 현미경으로 볼 수있는 아데노 바이러스

바이러스가 살아있는 것으로 간주되어야하는지 여부는 논란의 여지가 있습니다. 그들은 삶의 형태보다는 단지 유전자 코딩 복제기로 가장 자주 간주됩니다. [45] 그들은 "생명의 가장자리에 있는 유기체"[46]로 묘사되어 왔는데, 왜냐하면 그들은 유전자를 소유하고, 자연선택에 의해 진화하며,[47][48] 자기 조립을 통해 그들 자신의 여러 사본을 만들어 복제하기 때문이다. 그러나 바이러스는 대사되지 않으며 새로운 제품을 만들기 위해 숙주 세포가 필요합니다. 숙주 세포 내의 바이러스 자기 조립은 생명이 유기 분자를 자체 조립하는 것으로 시작될 수 있다는 가설을 뒷받침 할 수 있기 때문에 생명의 기원에 대한 연구에 영향을 미칩니다. [49][50][51]

생물물리학

주요 기사: 생물 물리학

요구되는 최소한의 현상들을 반영하기 위해, 생명에 대한 다른 생물학적 정의들이 제안되어 왔으며,[52] 이들 중 다수는 화학적 체계에 기초하고 있다. 생물 물리학 자들은 생물이 부정적인 엔트로피에서 기능한다고 논평했다. [53][54] 즉, 살아있는 과정은 생물학적 분자의 내부 에너지가 더 잠재적인 미세 상태를 향한 자발적 확산 또는 분산의 지연으로 볼 수 있다. [9] 더 자세히 설명하자면, 존 베르날, 어윈 슈뢰딩거, 유진 위그너, 존 애버리와 같은 물리학자들에 따르면, 생명은 환경으로부터 취해진 물질이나 자유 에너지를 희생시키면서 내부 엔트로피를 감소시킬 수 있는 개방적이거나 연속적인 시스템인 현상의 부류의 일원이며, 그 후에 타락한 형태로 거부된다. [55][56] 생물 모방 또는 생물 모방 (생물학적 실체 및 과정을 모델로 한 재료, 구조 및 시스템의 설계 및 생산)의 출현과 인기 증가는 자연과 인공 생명 사이의 경계를 재정의 할 가능성이 큽니다. [57]

생활 시스템 이론

주요 기사: 생활 체계

살아있는 시스템은 환경과 상호 작용하는 개방 된 자기 조직 생물입니다. 이러한 시스템은 정보, 에너지 및 물질의 흐름에 의해 유지됩니다.

 
Budisa, Kubyshkin 및 Schmidt에 따른 세포 생활의 정의.

Budisa, Kubyshkin 및 Schmidt는 세포 생활을 네 가지 기둥 / 초석에 놓인 조직 단위로 정의했습니다 : (i) 에너지, (ii) 신진 대사, (iii) 정보 및 (iv) 형태. 이 시스템은 신진대사 및 에너지 공급을 조절하고 제어할 수 있으며 정보 전달체(유전 정보)로서 기능하는 적어도 하나의 서브시스템을 포함한다. 자립 단위로서의 세포는 진화로 알려진 단방향적이고 돌이킬 수없는 개방형 과정에 관여하는 다른 집단의 일부입니다. [58]

일부 과학자들은 지난 수십 년 동안 삶의 본질을 설명하기 위해 일반적인 생활 시스템 이론이 필요하다고 제안했습니다. [59] 그러한 일반적인 이론은 생태 및 생물 과학에서 발생하고 모든 생명 체계가 어떻게 작동하는지에 대한 일반적인 원칙을 매핑하려고 시도 할 것이다. 사물을 구성 요소로 분해하려고 시도함으로써 현상을 조사하는 대신, 일반적인 살아있는 시스템 이론은 유기체와 환경 관계의 역동적 인 패턴의 관점에서 현상을 탐구합니다. [60]

가이아 가설

주요 기사: 가이아 가설

지구가 살아 있다는 생각은 철학과 종교에서 발견되지만, 그것에 대한 최초의 과학적 논의는 스코틀랜드 과학자 제임스 허튼 (James Hutton)에 의한 것이었다. 1785년, 그는 지구는 초생물이며 적절한 연구는 생리학이어야 한다고 말했다. 허튼은 지질학의 아버지로 여겨지지만, 살아있는 지구에 대한 그의 생각은 19세기의 강렬한 환원주의에서 잊혀졌다. [61]: 10 과학자 제임스 러브록(James Lovelock)이 1960 년대에 제안한 가이아 가설(Gaia hypothesis)[62][63]은 지구상의 생명체가 생존에 필요한 환경 조건을 정의하고 유지하는 단일 유기체로서 기능한다는 것을 암시한다. [61] 이 가설은 현대 지구 체계 과학의 기초 중 하나로서 작용하였다.

불분수 가능성

로버트 로젠 (Robert Rosen)은 1958 년부터 자신의 경력의 상당 부분을 헌신했다 [64] 자기 조직 복잡한 시스템으로서의 포괄적 인 삶의 이론을 개발하는 데 전념했다.65) 그는 시스템 구성 요소를 "조직의 단위"로 정의했다. 기능을 가진 부분, 즉 부분과 전체 사이의 명확한 관계." 그는 "유기체에서 구성 요소의 분별 불가능성"을 살아있는 시스템과 "생물학적 기계"의 근본적인 차이로 확인했습니다. 그는 자신의 저서 Life Itself에서 자신의 견해를 요약했습니다. [66] 제임스 그리어 밀러(James Grier Miller)의 『살아있는 시스템들』(Living Systems)[67]에서도 비슷한 생각들이 발견될 수 있다.

생태계의 재산으로서의 삶

삶에 대한 체계적 관점은 환경 흐름과 생물학적 흐름을 함께 "영향력의 상호성"으로 취급하며,[68] 환경과의 상호 관계는 생태계를 이해하는 것만큼이나 삶을 이해하는 데 틀림없이 중요하다. Harold J. Morowitz (1992)가 설명했듯이, 생명은 단일 유기체 나 종이 아닌 생태 시스템의 속성입니다. [69] 그는 생명에 대한 생태계적 정의가 엄격하게 생화학적 또는 물리적 정의보다 바람직하다고 주장한다. Robert Ulanowicz (2009)는 삶과 생태계의 체계적이고 질서를 생성하는 행동을 이해하는 열쇠로 상호주의를 강조합니다. [70]

복잡한 시스템 생물학

또한 보십시오: 수학적 생물학

복합 시스템 생물학 (CSB)은 동적 시스템 이론의 관점에서 기능적 유기체의 복잡성의 출현을 연구하는 과학 분야입니다. [71] 후자는 종종 시스템 생물학이라고도하며 삶의 가장 근본적인 측면을 이해하는 것을 목표로합니다. 관계 생물학이라고 불리는 CSB 및 시스템 생물학에 대한 밀접한 관련 접근법은 주로 유기체의 필수 기능 구성 요소 간의 가장 중요한 관계 및 그러한 관계의 범주와 관련하여 생명 과정을 이해하는 것과 관련이 있습니다. 다세포 유기체의 경우, 이것은 "범주 생물학"또는 생물학적 관계의 범주 이론으로서의 유기체의 모델 표현뿐만 아니라 대사, 유전 및 후성 유전 적 과정 및 신호 전달 경로의 역동적이고 복잡한 네트워크 측면에서 살아있는 유기체의 기능적 조직의 대수 토폴로지로 정의되었습니다. [72][73] 대안적이지만 밀접하게 관련된 접근법은 제약의 상호의존성에 초점을 맞추는데, 여기서 제약은 효소와 같은 분자적일 수 있거나, 또는 뼈 또는 혈관 시스템의 기하학적 기하학과 같은 거시적일 수 있다. [74]

다윈의 역동적

Main article: Evolutionary dynamics

It has also been argued that the evolution of order in living systems and certain physical systems obeys a common fundamental principle termed the Darwinian dynamic.[75][76] The Darwinian dynamic was formulated by first considering how macroscopic order is generated in a simple non-biological system far from thermodynamic equilibrium, and then extending consideration to short, replicating RNA molecules. The underlying order-generating process was concluded to be basically similar for both types of systems.[75]

Operator theory

See also: Operon

Another systemic definition called the operator theory proposes that "life is a general term for the presence of the typical closures found in organisms; the typical closures are a membrane and an autocatalytic set in the cell"[77] and that an organism is any system with an organisation that complies with an operator type that is at least as complex as the cell.[78][79][80][81] Life can also be modelled as a network of inferior negative feedbacks of regulatory mechanisms subordinated to a superior positive feedback formed by the potential of expansion and reproduction.[82]

History of study

Materialism

Main article: Materialism
Plant growth in the Hoh Rainforest
Herds of zebra and impala gathering on the Maasai Mara plain
An aerial photo of microbial mats around the Grand Prismatic Spring of Yellowstone National Park

Some of the earliest theories of life were materialist, holding that all that exists is matter, and that life is merely a complex form or arrangement of matter. Empedocles (430 BC) argued that everything in the universe is made up of a combination of four eternal "elements" or "roots of all": earth, water, air, and fire. All change is explained by the arrangement and rearrangement of these four elements. The various forms of life are caused by an appropriate mixture of elements.[83]

Democritus (460 BC) thought that the essential characteristic of life is having a soul (psyche). Like other ancient writers, he was attempting to explain what makes something a living thing. His explanation was that fiery atoms make a soul in exactly the same way atoms and void account for any other thing. He elaborates on fire because of the apparent connection between life and heat, and because fire moves.[84]

Plato's world of eternal and unchanging Forms, imperfectly represented in matter by a divine Artisan, contrasts sharply with the various mechanistic Weltanschauungen, of which atomism was, by the fourth century at least, the most prominent ... This debate persisted throughout the ancient world. Atomistic mechanism got a shot in the arm from Epicurus ... while the Stoics adopted a divine teleology ... The choice seems simple: either show how a structured, regular world could arise out of undirected processes, or inject intelligence into the system.[85]

— R.J. Hankinson, Cause and Explanation in Ancient Greek Thought

The mechanistic materialism that originated in ancient Greece was revived and revised by the French philosopher René Descartes (1596–1650), who held that animals and humans were assemblages of parts that together functioned as a machine. This idea was developed further by Julien Offray de La Mettrie (1709–1750) in his book L'Homme Machine.[86]

In the 19th century, the advances in cell theory in biological science encouraged this view. The evolutionary theory of Charles Darwin (1859) is a mechanistic explanation for the origin of species by means of natural selection.[87]

At the beginning of the 20th century Stéphane Leduc (1853–1939) promoted the idea that biological processes could be understood in terms of physics and chemistry, and that their growth resembled that of inorganic crystals immersed in solutions of sodium silicate. His ideas, set out in his book La biologie synthétique[88] was widely dismissed during his lifetime, but has incurred a resurgence of interest in the work of Russell, Barge and colleagues.[89]

Hylomorphism

Main article: Hylomorphism
 
The structure of the souls of plants, animals, and humans, according to Aristotle

Hylomorphism is a theory first expressed by the Greek philosopher Aristotle (322 BC). The application of hylomorphism to biology was important to Aristotle, and biology is extensively covered in his extant writings. In this view, everything in the material universe has both matter and form, and the form of a living thing is its soul (Greek psyche, Latin anima). There are three kinds of souls: the vegetative soul of plants, which causes them to grow and decay and nourish themselves, but does not cause motion and sensation; the animal soul, which causes animals to move and feel; and the rational soul, which is the source of consciousness and reasoning, which (Aristotle believed) is found only in man.[90] Each higher soul has all of the attributes of the lower ones. Aristotle believed that while matter can exist without form, form cannot exist without matter, and that therefore the soul cannot exist without the body.[91]

This account is consistent with teleological explanations of life, which account for phenomena in terms of purpose or goal-directedness. Thus, the whiteness of the polar bear's coat is explained by its purpose of camouflage. The direction of causality (from the future to the past) is in contradiction with the scientific evidence for natural selection, which explains the consequence in terms of a prior cause. Biological features are explained not by looking at future optimal results, but by looking at the past evolutionary history of a species, which led to the natural selection of the features in question.[92]

Spontaneous generation

Main article: Spontaneous generation

Spontaneous generation was the belief that living organisms can form without descent from similar organisms. Typically, the idea was that certain forms such as fleas could arise from inanimate matter such as dust or the supposed seasonal generation of mice and insects from mud or garbage.[93]

The theory of spontaneous generation was proposed by Aristotle,[94] who compiled and expanded the work of prior natural philosophers and the various ancient explanations of the appearance of organisms; it was considered the best explanation for two millennia. It was decisively dispelled by the experiments of Louis Pasteur in 1859, who expanded upon the investigations of predecessors such as Francesco Redi.[95][96] Disproof of the traditional ideas of spontaneous generation is no longer controversial among biologists.[97][98][99]

Vitalism

Main article: Vitalism

Vitalism is the belief that the life-principle is non-material. This originated with Georg Ernst Stahl (17th century), and remained popular until the middle of the 19th century. It appealed to philosophers such as Henri Bergson, Friedrich Nietzsche, and Wilhelm Dilthey,[100] anatomists like Xavier Bichat, and chemists like Justus von Liebig.[101] Vitalism included the idea that there was a fundamental difference between organic and inorganic material, and the belief that organic material can only be derived from living things. This was disproved in 1828, when Friedrich Wöhler prepared urea from inorganic materials.[102] This Wöhler synthesis is considered the starting point of modern organic chemistry. It is of historical significance because for the first time an organic compound was produced in inorganic reactions.[101]

During the 1850s, Hermann von Helmholtz, anticipated by Julius Robert von Mayer, demonstrated that no energy is lost in muscle movement, suggesting that there were no "vital forces" necessary to move a muscle.[103] These results led to the abandonment of scientific interest in vitalistic theories, especially after Buchner's demonstration that alcoholic fermentation could occur in cell-free extracts of yeast.[104] Nonetheless, the belief still exists in pseudoscientific theories such as homoeopathy, which interprets diseases and sickness as caused by disturbances in a hypothetical vital force or life force.[105]

Origin

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Main article: Abiogenesis

The age of Earth is about 4.54 billion years.[106][107][108] Evidence suggests that life on Earth has existed for at least 3.5 billion years,[109][110][111][112][113][114][115][116][117] with the oldest physical traces of life dating back 3.7 billion years;[118][119][120] however, some hypotheses, such as Late Heavy Bombardment, suggest that life on Earth may have started even earlier, as early as 4.1–4.4 billion years ago,[109][110][111][112][113] and the chemistry leading to life may have begun shortly after the Big Bang, 13.8 billion years ago, during an epoch when the universe was only 10–17 million years old.[121][122][123]

More than 99% of all species of life forms, amounting to over five billion species,[124] that ever lived on Earth are estimated to be extinct.[125][126]

Although the number of Earth's catalogued species of lifeforms is between 1.2 million and 2 million,[127][128] the total number of species in the planet is uncertain. Estimates range from 8 million to 100 million,[127][128] with a more narrow range between 10 and 14 million,[127] but it may be as high as 1 trillion (with only one-thousandth of one per cent of the species described) according to studies realised in May 2016.[129][130] The total number of related DNA base pairs on Earth is estimated at 5.0 x 1037 and weighs 50 billion tonnes.[131] In comparison, the total mass of the biosphere has been estimated to be as much as 4 TtC (trillion tons of carbon).[132] In July 2016, scientists reported identifying a set of 355 genes from the Last Universal Common Ancestor (LUCA) of all organisms living on Earth.[133]

All known life forms share fundamental molecular mechanisms, reflecting their common descent; based on these observations, hypotheses on the origin of life attempt to find a mechanism explaining the formation of a universal common ancestor, from simple organic molecules via pre-cellular life to protocells and metabolism. Models have been divided into "genes-first" and "metabolism-first" categories, but a recent trend is the emergence of hybrid models that combine both categories.[134]

생명이 어떻게 기원되었는지에 대한 현재의 과학적 합의는 없다. 그러나 대부분의 인정되는 과학적 모델은 밀러-우레이(Miller-Urey) 실험과 시드니 폭스(Sidney Fox)의 연구에 기초하고 있는데, 이는 원시적 지구의 조건이 무기 전구체로부터 아미노산과 다른 유기 화합물을 합성하는 화학 반응을 선호한다는 것을 보여주며,[135] 인지질은 자발적으로 세포막의 기본 구조인 지질 이중층을 형성한다.

살아있는 유기체는 데옥시리보핵산(DNA)에 의해 코딩되는 지시어를 사용하여 아미노산의 폴리머인 단백질을 합성한다. 단백질 합성은 중간체 리보핵산(RNA) 중합체를 수반한다. 생명이 어떻게 시작되었는지에 대한 한 가지 가능성은 유전자가 먼저 유래하고 단백질이 뒤따른다는 것입니다. [136] 대안은 단백질이 먼저 왔고 그 다음에 유전자가 나왔다는 것이다. [137]

그러나 유전자와 단백질이 모두 다른 것을 생산하기 위해 필요하기 때문에 먼저 나온 것을 고려하는 문제는 닭이나 달걀의 문제와 같습니다. 대부분의 과학자들은 이것 때문에 유전자와 단백질이 독립적으로 생겨날 가능성은 거의 없다는 가설을 채택했다. [138]

따라서 프랜시스 크릭(Francis Crick)이 처음 제안한 가능성은[139] 첫 번째 생명체가 정보 저장의 DNA와 유사한 특성과 일부 단백질의 촉매 특성을 갖는 RNA[138]에 기초했다는 것이다. 이것은 RNA 세계 가설이라고하며, 세포의 가장 중요한 구성 요소 (가장 느리게 진화하는 구성 요소)가 대부분 또는 전체적으로 RNA로 구성되어 있다는 관찰에 의해 뒷받침됩니다. 또한 많은 중요한 보조 인자 (ATP, 아세틸 - CoA, NADH 등)는 뉴클레오티드 또는 물질과 명확하게 관련되어 있습니다. RNA의 촉매 특성은 가설이 처음 제안되었을 때 아직 입증되지 않았지만,[140] 1986년 토마스 세흐에 의해 확인되었다. [141]

RNA 세계 가설의 한 가지 문제점은 단순한 무기 전구체로부터 RNA를 합성하는 것이 다른 유기 분자보다 더 어렵다는 것입니다. 그 이유 중 하나는 RNA 전구체가 매우 안정적이며 주변 조건 하에서 서로 매우 느리게 반응하기 때문이며, 살아있는 유기체가 RNA 이전에 다른 분자로 구성되었다는 것도 제안되었습니다. [142] 그러나, 지구상의 생명체 이전에 존재했던 조건 하에서 특정 RNA 분자의 성공적인 합성은 반응 전반에 걸쳐 존재하는 전구체 포스페이트와 함께 특정 순서로 대체 전구체를 추가함으로써 달성되었다. [143] 이 연구는 RNA 세계 가설을 더욱 그럴듯하게 만든다. [144]

2013 년 지질 학적 발견에 따르면 반응성 인 종 (포스파이트와 같은)은 3.5 Ga가 이전에 바다에서 풍부했으며 Schreibersite는 수성 글리세롤과 쉽게 반응하여 포스파이트와 글리세롤 3- 인산염을 생성합니다. [145] 후기 중폭격에서 슈라이베르사이트 함유 운석이 초기에 환원된 인을 제공할 수 있었을 것이라는 가설이 있는데, 이는 프리바이오틱 유기 분자와 반응하여 RNA와 같은 인산화된 생체분자를 형성할 수 있다. [145]

2009년, 실험은 시험관 내에서 RNA 효소(리보자임)의 2-성분 시스템의 다윈주의적 진화를 입증했다. [146] 이 연구는 제럴드 조이스(Gerald Joyce)의 실험실에서 수행되었는데, 그는 "이것은 생물학 이외에, 분자 유전 체계에서의 진화적 적응의 첫 번째 예"라고 말했다. [147]

프리바이오틱 화합물은 외계에서 유래했을 수 있다. 2011년 NASA의 연구 결과는 지구상에서 발견된 운석을 이용한 연구를 바탕으로 DNA 및 RNA 성분(아데닌, 구아닌 및 관련 유기 분자)이 우주 공간에서 형성될 수 있음을 시사한다. [148][149][150][151]

2015년 3월, NASA 과학자들은 운석에서 발견되는 피리미딘과 같은 시작 화학물질을 사용하여 우주 조건 하에서 우라실, 시토신, 티민을 포함한 생명체의 복잡한 DNA 및 RNA 유기 화합물이 실험실에서 처음으로 형성되었다고 보고했다. 과학자들에 따르면 피리미딘은 우주에서 발견되는 가장 탄소가 풍부한 화학 물질 인 다환식 방향족 탄화수소 (PAHs)와 마찬가지로 적색 거성 또는 성간 먼지 및 가스 구름에서 형성되었을 수 있습니다. [152]

팬스페르미아 가설에 따르면, 운석, 소행성 및 다른 작은 태양계 몸체에 의해 분포 된 현미경 생명체는 우주 전역에 존재할 수 있습니다. [153][154]

환경 조건

 
시아 노 박테리아는 산소에 내성이없는 유기체의 거의 멸종으로 이어짐으로써 지구상의 생명체 형태의 구성을 극적으로 변화 시켰습니다.

지구상의 생명의 다양성은 유전 적 기회, 신진 대사 능력, 환경 적 도전,[155] 및 공생 사이의 역동적 인 상호 작용의 결과입니다. [156][157][158] 지구의 거주 가능한 환경은 대부분 미생물에 의해 지배되어 왔으며 신진 대사와 진화를 거쳤습니다. 이러한 미생물 활동의 결과로, 지구상의 물리적-화학적 환경은 지질학적 시간 척도로 변화하고 있으며, 그럼으로써 후속생명의 진화 경로에 영향을 미치고 있다. [155] 예를 들어, 광합성의 부산물로서 시아노박테리아에 의한 분자 산소의 방출은 지구 환경의 지구 변화를 유도하였다. 산소는 당시 지구상의 대부분의 생명체에게 유독했기 때문에, 이것은 새로운 진화론 적 도전을 제기했고, 궁극적으로 지구의 주요 동식물 종의 형성을 초래했다. 유기체와 환경 사이의 이러한 상호 작용은 살아있는 시스템의 고유 한 특징입니다. [155]

생물권

주요 기사: 생물권

생물권은 모든 생태계의 세계적인 합계입니다. 그것은 또한 지구상의 삶의 영역, 폐쇄 된 시스템 (태양과 우주 방사선과 지구 내부의 열을 제외하고), 그리고 크게 자기 조절이라고 불릴 수 있습니다. [159] 가장 일반적인 생물 생리학적 정의에 의해, 생물권은 석권, 지구권, 수구 및 대기권의 요소와의 상호 작용을 포함하여 모든 생명체와 그들의 관계를 통합하는 지구 생태 시스템이다.

생명체는 토양, 온천, 지하 19km (12 마일) 깊이, 바다의 가장 깊은 부분, 대기에서 적어도 64km (40 마일) 높이의 암석 내부를 포함하여 지구 생물권의 모든 부분에 산다. [160][161][162] 어떤 시험 조건 하에서, 생명체들은 공간의 거의 무중력 속에서 번성하고 우주공간의 진공 속에서 생존하는 것으로 관찰되었다[163][164]. [165][166] 생명체는 지구의 바다에서 가장 깊은 곳인 마리아나 해구에서 번성하는 것처럼 보인다. [167][168] 다른 연구자들은 미국 북서부 연안의 2,590 m (8,500 ft; 1.61 mi) 아래의 해저 아래 580 m (1,900 ft; 0.36 mi)의 암석 내부에서 생명체가 번성한다는 관련 연구를보고했다.[167][169] 뿐만 아니라 일본 해저 아래 2,400 m (7,900 ft; 1.5 mi). [170] 2014년 8월, 과학자들은 남극 대륙의 얼음 아래 800m(2,600ft; 0.50mi)에 사는 생명체의 존재를 확인했다. [171][172] 한 연구자에 따르면, "미생물은 어디에서나 발견될 수 있으며, 미생물은 조건에 매우 잘 적응할 수 있고, 어디에 있든 생존할 수 있다." [167]

생물권은 적어도 약 3.5 억 년 전에 생물 포 (단순한 유기 화합물과 같은 비 생명체로부터 자연적으로 생성 된 생명) 또는 생물 발생 (생명체로부터 창조 된 생명)의 과정으로 시작하여 진화 한 것으로 추정됩니다. [173][174] 지구상의 생명체에 대한 가장 초기의 증거는 서부 그린란드의 3.7 억 년 된 메타 퇴적암에서 발견 된 생물 생성 흑연과 서호주의 3.48 억 년 된 사암에서 발견 된 미생물 매트 화석을 포함한다. [119][120] 더 최근에, 2015년에, "생물 생물의 유적"은 서호주의 4.1 십억 년 된 암석에서 발견되었다. [110][111] 2017년에, 추정적인 화석화된 미생물 (또는 미세화석)은 4.28 억 년, 지구상의 생명의 가장 오래된 기록인 캐나다 퀘벡의 Nuvvuagittuq 벨트에 있는 수열 통풍구 침전물에서 발견되었다고 발표되었으며, 이는 4.4 억 년 전 해양 형성 후 "거의 순간적으로 생명의 출현"을 암시한다. 4.54 억 년 전에 지구가 형성 된 지 얼마 지나지 않았습니다. [175][176][177][178] 생물학자 스티븐 블레어 헤지스(Stephen Blair Hedges)에 따르면, "생명체가 지구상에서 비교적 빨리 생겨난다면... 그러면 그것은 우주에서 흔히 볼 수 있습니다. " [110]

일반적인 의미에서, 생물권은 생태계를 포함하는 폐쇄적이고 자기 조절적인 시스템이다. 여기에는 생물권 2 및 BIOS-3과 같은 인공 생물권과 잠재적으로 다른 행성이나 달에있는 생물권이 포함됩니다. [179]

허용 오차 범위

 
Deinococcus radiodurans는 추위, 탈수, 진공, 산 및 방사선 노출의 극한에 저항 할 수있는 극단 성애자입니다.

생태계의 불활성 구성 요소는 생명에 필요한 물리적, 화학적 요인, 즉 에너지 (햇빛 또는 화학 에너지), 물, 열, 대기, 중력, 영양소 및 자외선 태양 복사 보호입니다. [180] 대부분의 생태계에서 조건은 낮과 계절에 따라 다릅니다. 대부분의 생태계에서 살기 위해서는 유기체가 "관용의 범위"라고 불리는 다양한 조건에서 생존 할 수 있어야합니다. [181] 외부는 생존과 번식이 가능하지만 최적이 아닌 "생리적 스트레스의 영역"입니다. 이 구역 너머에는 그 유기체의 생존과 번식이 불가능하거나 불가능한 "편협함의 영역"이 있습니다. 넓은 범위의 내성을 가진 유기체는 좁은 범위의 관용을 가진 유기체보다 더 널리 분포되어 있습니다. [181]

극단 성애자

추가 정보: 극단 성애자

생존을 위해 선택된 미생물은 동결, 완전한 건조, 기아, 높은 수준의 방사선 노출 및 기타 물리적 또는 화학적 도전을 견딜 수있는 형태를 가정 할 수 있습니다. 이러한 미생물은 몇 주, 몇 달, 몇 년 또는 수세기 동안 그러한 조건에 노출되어 생존 할 수 있습니다. [155] 극단주의자들은 생명체가 흔히 발견되는 범위 밖에서 번성하는 미생물 생명체이다. [182] 그들은 흔치 않은 에너지원을 이용하는 데 탁월하다. 모든 유기체는 거의 동일한 분자로 구성되어 있지만, 진화는 그러한 미생물이이 광범위한 물리적 및 화학적 조건에 대처할 수있게 해주었습니다. 이러한 극한 환경에서 미생물 군집의 구조와 대사 다양성의 특성화는 진행 중이다. [183]

미생물 생명체는 지구 해양에서 가장 깊은 곳인 마리아나 해구에서도 번성합니다. [167][168] 미생물은 또한 해저 아래 8,500 피트 (2,600 m)의 바다 밑에서 최대 1,900 피트 (580 m)의 암석 내부에서 번성한다. [167][169] 국제 해양 발견 프로그램의 탐험은 난카이 트로프 침하 지역의 해저 아래 1.2km 떨어진 120 ° C 퇴적물에서 단세포 생물을 발견했다. [184]

지구상의 생명체의 끈기와 다양성에 대한 조사,[182] 그리고 일부 유기체가 그러한 극단에서 살아남기 위해 사용하는 분자 시스템에 대한 이해는 지구 너머의 생명체를 찾는 데 중요합니다. [155] 예를 들어, 이끼류는 시뮬레이션된 화성 환경에서 한 달 동안 생존할 수 있다. [185][186]

화학 원소

모든 생명체는 생화학 적 기능에 필요한 특정 핵심 화학 원소를 필요로합니다. 여기에는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인 및 황 (모든 유기체의 원소 다량 영양소 [187])이 포함되며 종종 약어 CHNOPS로 대표됩니다. 이들은 함께 핵산, 단백질 및 지질, 살아있는 물질의 대부분을 구성합니다. 이 여섯 원소 중 다섯 개는 DNA의 화학 성분을 구성하며, 예외는 유황입니다. 후자는 아미노산 시스테인 및 메티오닌의 성분이다. 이들 원소 중 생물학적으로 가장 풍부한 것은 탄소이며, 이는 다중의 안정한 공유 결합을 형성하는 바람직한 특성을 갖는다. 이것은 탄소 기반 (유기) 분자가 엄청나게 다양한 화학 배열을 형성 할 수있게합니다. [188] 이들 원소 중 하나 이상을 제거하거나, 목록에 없는 원소를 교체하거나, 필요한 키랄성 또는 다른 화학적 성질을 변경하는 대안적인 가설적 유형의 생화학이 제안되었다. [189][190]

DNA

주요 기사: DNA

Deoxyribonucleic acid는 모든 알려진 살아있는 유기체와 많은 바이러스의 성장, 발달, 기능 및 번식에 사용되는 대부분의 유전 적 지시 사항을 전달하는 분자입니다. DNA 및 RNA는 핵산이고; 단백질과 복합 탄수화물과 함께, 그들은 모든 알려진 형태의 삶에 필수적인 세 가지 주요 유형의 거대 분자 중 하나입니다. 대부분의 DNA 분자는 이중 나선을 형성하기 위해 서로 감겨진 두 개의 바이오 폴리머 가닥으로 구성됩니다. 두 DNA 가닥은 뉴클레오티드라고 불리는 더 단순한 단위로 구성되어 있기 때문에 폴리뉴클레오티드로 알려져 있습니다. [191] 각 뉴클레오티드는 질소 함유 핵염기(시토신(C), 구아닌(G), 아데닌(A) 또는 티민(T))과 데옥시리보스(deoxyribose)라고 불리는 당과 인산염 그룹으로 구성된다. 뉴클레오티드는 하나의 뉴클레오티드의 당과 다음 뉴클레오티드의 인산염 사이의 공유 결합에 의해 사슬에서 서로 결합되어, 교대하는 당-인산염 골격을 초래한다. 염기 짝짓기 규칙 (A와 T, C와 G)에 따르면, 수소 결합은 두 개의 분리된 폴리뉴클레오티드 가닥의 질소 염기를 결합하여 이중 가닥 DNA를 만든다. 지구상의 관련 DNA 염기 쌍의 총량은 5.0 x 1037로 추정되며 무게는 500 억 톤입니다. [131] 이에 비해, 생물권의 총 질량은 4TtC(탄소 수조 톤)로 추정되었다. [132]

DNA는 생물학적 정보를 저장합니다. DNA 백본은 절단에 내성이 있으며, 이중 가닥 구조의 두 가닥 모두 동일한 생물학적 정보를 저장합니다. 생물학적 정보는 두 가닥이 분리됨에 따라 복제된다. DNA의 상당 부분 (인간의 경우 98 % 이상)은 비 코딩이며, 이는 이러한 섹션이 단백질 서열의 패턴으로 작용하지 않는다는 것을 의미합니다.

DNA의 두 가닥은 서로 반대 방향으로 움직이므로 반평행합니다. 각 설탕에 부착 된 것은 네 가지 유형의 핵염기 (비공식적으로, 염기) 중 하나입니다. 그것은 생물학적 정보를 인코딩하는 백본을 따라이 네 개의 핵염기의 서열입니다. 유전자 코드 하에서, RNA 가닥은 단백질 내의 아미노산의 서열을 지정하도록 번역된다. 이러한 RNA 가닥은 초기에 전사라고 불리는 과정에서 DNA 가닥을 주형으로 사용하여 만들어집니다.

세포 내에서 DNA는 염색체라고 불리는 긴 구조로 조직됩니다. 세포 분열 동안이 염색체는 DNA 복제 과정에서 복제되어 각 세포에 자체 완전한 염색체 세트를 제공합니다. 진핵 생물 (동물, 식물, 곰팡이 및 원생 동물)은 대부분의 DNA를 세포 핵 내부에 저장하고 일부 DNA는 미토콘드리아 또는 엽록체와 같은 소기관에 저장합니다. [192] 대조적으로, 원핵생물 (박테리아 및 고세균)은 DNA를 세포질에만 저장합니다. 염색체 내에서 히스톤과 같은 크로마틴 단백질은 DNA를 압축하고 조직합니다. 이러한 소형 구조는 DNA와 다른 단백질 간의 상호 작용을 안내하여 DNA의 어느 부분이 전사되는지를 제어하는 데 도움이됩니다.

DNA는 1869년 프리드리히 미셔에 의해 처음 분리되었다. [193] 그것의 분자 구조는 1953년에 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해 확인되었다, 그의 모형 건축 노력은 Rosalind Franklin에 의해 취득된 X선 회절 자료에 의해 지도되었다. [194]

분류

주요 기사: 생물 분류
 
The hierarchy of biological classification's eight major taxonomic ranks. Life is divided into domains, which are subdivided into further groups. Intermediate minor rankings are not shown.

고대

The first known attempt to classify organisms was conducted by the Greek philosopher Aristotle (384–322 BC), who classified all living organisms known at that time as either a plant or an animal, based mainly on their ability to move. He also distinguished animals with blood from animals without blood (or at least without red blood), which can be compared with the concepts of vertebrates and invertebrates respectively, and divided the blooded animals into five groups: viviparous quadrupeds (mammals), oviparous quadrupeds (reptiles and amphibians), birds, fishes and whales. The bloodless animals were also divided into five groups: cephalopods, crustaceans, insects (which included the spiders, scorpions, and centipedes, in addition to what we define as insects today), shelled animals (such as most molluscs and echinoderms), and "zoophytes" (animals that resemble plants). Though Aristotle's work in zoology was not without errors, it was the grandest biological synthesis of the time and remained the ultimate authority for many centuries after his death.[195]

Linnaean

The exploration of the Americas revealed large numbers of new plants and animals that needed descriptions and classification. In the latter part of the 16th century and the beginning of the 17th, careful study of animals commenced and was gradually extended until it formed a sufficient body of knowledge to serve as an anatomical basis for classification.

In the late 1740s, Carl Linnaeus introduced his system of binomial nomenclature for the classification of species. Linnaeus attempted to improve the composition and reduce the length of the previously used many-worded names by abolishing unnecessary rhetoric, introducing new descriptive terms and precisely defining their meaning.[196] The Linnaean classification has eight levels: domains, kingdoms, phyla, class, order, family, genus, and species.

The fungi were originally treated as plants. For a short period Linnaeus had classified them in the taxon Vermes in Animalia, but later placed them back in Plantae. Copeland classified the Fungi in his Protoctista, thus partially avoiding the problem but acknowledging their special status.[197] The problem was eventually solved by Whittaker, when he gave them their own kingdom in his five-kingdom system. Evolutionary history shows that the fungi are more closely related to animals than to plants.[198]

As new discoveries enabled detailed study of cells and microorganisms, new groups of life were revealed, and the fields of cell biology and microbiology were created. These new organisms were originally described separately in protozoa as animals and protophyta/thallophyta as plants, but were united by Haeckel in the kingdom Protista; later, the prokaryotes were split off in the kingdom Monera, which would eventually be divided into two separate groups, the Bacteria and the Archaea. This led to the six-kingdom system and eventually to the current three-domain system, which is based on evolutionary relationships.[199] However, the classification of eukaryotes, especially of protists, is still controversial.[200]

As microbiology, molecular biology and virology developed, non-cellular reproducing agents were discovered, such as viruses and viroids. Whether these are considered alive has been a matter of debate; viruses lack characteristics of life such as cell membranes, metabolism and the ability to grow or respond to their environments. Viruses can still be classed into "species" based on their biology and genetics, but many aspects of such a classification remain controversial.[201]

In May 2016, scientists reported that 1 trillion species are estimated to be on Earth currently with only one-thousandth of one per cent described.[129]

The original Linnaean system has been modified over time as follows:

Linnaeus1735[202]Haeckel1866[203]Chatton1925[204]Copeland1938[205]Whittaker1969[206]Woese et al.1990[199]Cavalier-Smith1998[207]Cavalier-Smith2015[208]
2 kingdoms 3 kingdoms 2 empires 4 kingdoms 5 kingdoms 3 domains 2 empires, 6 kingdoms 2 empires, 7 kingdoms
(not treated) Protista Prokaryota Monera Monera Bacteria Bacteria Bacteria
Archaea Archaea
Eukaryota Protoctista Protista Eucarya Protozoa Protozoa
Chromista Chromista
Vegetabilia Plantae Plantae Plantae Plantae Plantae
Fungi Fungi Fungi
Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia

Cladistic

In the 1960s cladistics emerged: a system arranging taxa based on clades in an evolutionary or phylogenetic tree.[209]

Cells

Main article: Cell (biology)

Cells are the basic unit of structure in every living thing, and all cells arise from pre-existing cells by division. Cell theory was formulated by Henri Dutrochet, Theodor Schwann, Rudolf Virchow and others during the early nineteenth century, and subsequently became widely accepted.[210] The activity of an organism depends on the total activity of its cells, with energy flow occurring within and between them. Cells contain hereditary information that is carried forward as a genetic code during cell division.[211]

There are two primary types of cells. Prokaryotes lack a nucleus and other membrane-bound organelles, although they have circular DNA and ribosomes. Bacteria and Archaea are two domains of prokaryotes. The other primary type of cells are the eukaryotes, which have distinct nuclei bound by a nuclear membrane and membrane-bound organelles, including mitochondria, chloroplasts, lysosomes, rough and smooth endoplasmic reticulum, and vacuoles. In addition, they possess organised chromosomes that store genetic material. All species of large complex organisms are eukaryotes, including animals, plants and fungi, though most species of eukaryote are protist microorganisms.[212] The conventional model is that eukaryotes evolved from prokaryotes, with the main organelles of the eukaryotes forming through endosymbiosis between bacteria and the progenitor eukaryotic cell.[213]

The molecular mechanisms of cell biology are based on proteins. Most of these are synthesised by the ribosomes through an enzyme-catalyzed process called protein biosynthesis. A sequence of amino acids is assembled and joined together based upon gene expression of the cell's nucleic acid.[214] In eukaryotic cells, these proteins may then be transported and processed through the Golgi apparatus in preparation for dispatch to their destination.[215]

Cells reproduce through a process of cell division in which the parent cell divides into two or more daughter cells. For prokaryotes, cell division occurs through a process of fission in which the DNA is replicated, then the two copies are attached to parts of the cell membrane. In eukaryotes, a more complex process of mitosis is followed. However, the end result is the same; the resulting cell copies are identical to each other and to the original cell (except for mutations), and both are capable of further division following an interphase period.[216]

Multicellular organisms may have first evolved through the formation of colonies of identical cells. These cells can form group organisms through cell adhesion. The individual members of a colony are capable of surviving on their own, whereas the members of a true multi-cellular organism have developed specialisations, making them dependent on the remainder of the organism for survival. Such organisms are formed clonally or from a single germ cell that is capable of forming the various specialised cells that form the adult organism. This specialisation allows multicellular organisms to exploit resources more efficiently than single cells.[217] In January 2016, scientists reported that, about 800 million years ago, a minor genetic change in a single molecule, called GK-PID, may have allowed organisms to go from a single cell organism to one of many cells.[218]

Cells have evolved methods to perceive and respond to their microenvironment, thereby enhancing their adaptability. Cell signalling coordinates cellular activities, and hence governs the basic functions of multicellular organisms. Signaling between cells can occur through direct cell contact using juxtacrine signalling, or indirectly through the exchange of agents as in the endocrine system. In more complex organisms, coordination of activities can occur through a dedicated nervous system.[219]

Extraterrestrial

Though life is confirmed only on Earth, many think that extraterrestrial life is not only plausible, but probable or inevitable.[220][221] Other planets and moons in the Solar System and other planetary systems are being examined for evidence of having once supported simple life, and projects such as SETI are trying to detect radio transmissions from possible alien civilisations. Other locations within the Solar System that may host microbial life include the subsurface of Mars, the upper atmosphere of Venus,[222] and subsurface oceans on some of the moons of the giant planets.[223][224] Beyond the Solar System, the region around another main-sequence star that could support Earth-like life on an Earth-like planet is known as the habitable zone. The inner and outer radii of this zone vary with the luminosity of the star, as does the time interval during which the zone survives. Stars more massive than the Sun have a larger habitable zone, but remain on the Sun-like "main sequence" of stellar evolution for a shorter time interval. Small red dwarfs have the opposite problem, with a smaller habitable zone that is subject to higher levels of magnetic activity and the effects of tidal locking from close orbits. Hence, stars in the intermediate mass range such as the Sun may have a greater likelihood for Earth-like life to develop.[225] The location of the star within a galaxy may also affect the likelihood of life forming. Stars in regions with a greater abundance of heavier elements that can form planets, in combination with a low rate of potentially habitat-damaging supernova events, are predicted to have a higher probability of hosting planets with complex life.[226] The variables of the Drake equation are used to discuss the conditions in planetary systems where civilisation is most likely to exist.[227] Use of the equation to predict the amount of extraterrestrial life, however, is difficult; because many of the variables are unknown, the equation functions as more of a mirror to what its user already thinks. As a result, the number of civilisations in the galaxy can be estimated as low as 9.1 x 10−13, suggesting a minimum value of 1, or as high as 15.6 million (0.156 x 109); for the calculations, see Drake equation.

A "Confidence of Life Detection" scale (CoLD) for reporting evidence of life beyond Earth has been proposed.[228][229]

Artificial

Main articles: Artificial life and Synthetic biology

Artificial life is the simulation of any aspect of life, as through computers, robotics, or biochemistry.[230] The study of artificial life imitates traditional biology by recreating some aspects of biological phenomena. Scientists study the logic of living systems by creating artificial environments—seeking to understand the complex information processing that defines such systems. While life is, by definition, alive, artificial life is generally referred to as data confined to a digital environment and existence.

Synthetic biology is a new area of biotechnology that combines science and biological engineering. The common goal is the design and construction of new biological functions and systems not found in nature. Synthetic biology includes the broad redefinition and expansion of biotechnology, with the ultimate goals of being able to design and build engineered biological systems that process information, manipulate chemicals, fabricate materials and structures, produce energy, provide food, and maintain and enhance human health and the environment.[231]

Death

Main article: Death
 
Animal corpses, like this African buffalo, are recycled by the ecosystem, providing energy and nutrients for living creatures

Death is the termination of all vital functions or life processes in an organism or cell.[232][233] It can occur as a result of an accident, violence, medical conditions, biological interaction, malnutrition, poisoning, senescence, or suicide. After death, the remains of an organism re-enter the biogeochemical cycle. Organisms may be consumed by a predator or a scavenger and leftover organic material may then be further decomposed by detritivores, organisms that recycle detritus, returning it to the environment for reuse in the food chain.

One of the challenges in defining death is in distinguishing it from life. Death would seem to refer to either the moment life ends, or when the state that follows life begins.[233] However, determining when death has occurred is difficult, as cessation of life functions is often not simultaneous across organ systems.[234] Such determination therefore requires drawing conceptual lines between life and death. This is problematic, however, because there is little consensus over how to define life. The nature of death has for millennia been a central concern of the world's religious traditions and of philosophical inquiry. Many religions maintain faith in either a kind of afterlife or reincarnation for the soul, or resurrection of the body at a later date.[235]

Extinction

Main article: Extinction

Extinction is the process by which a group of taxa or species dies out, reducing biodiversity.[236] The moment of extinction is generally considered the death of the last individual of that species. Because a species' potential range may be very large, determining this moment is difficult, and is usually done retrospectively after a period of apparent absence. Species become extinct when they are no longer able to survive in changing habitat or against superior competition. In Earth's history, over 99% of all the species that have ever lived are extinct;[237][124][125][126] however, mass extinctions may have accelerated evolution by providing opportunities for new groups of organisms to diversify.[238]

Fossils

Main article: Fossils

Fossils are the preserved remains or traces of animals, plants, and other organisms from the remote past. The totality of fossils, both discovered and undiscovered, and their placement in fossil-containing rock formations and sedimentary layers (strata) is known as the fossil record. A preserved specimen is called a fossil if it is older than the arbitrary date of 10,000 years ago.[239] Hence, fossils range in age from the youngest at the start of the Holocene Epoch to the oldest from the Archaean Eon, up to 3.4 billion years old.[240][241]

See also

Notes

  1. ^ The "evolution" and classification of viruses and other similar forms is still uncertain. Therefore, this listing may be paraphyletic if cellular life evolved from non-cellular life, or polyphyletic if the most recent common ancestor were not included.
  2. ^ Infectious protein molecules prions are not considered living organisms, but can be described as "organism-comparable organic structures".
  3. ^ Certain specific organism-comparable organic structures may be considered subviral agents, including virus-dependent entities: satellites and defective interfering particles, both of which require another virus for their replication.

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