生命

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生命
生物存活於石山之上
生物存活於石山之上
科學分類
總域: 生命
植物也有生命

生命泛指一類具有穩定的物質能量代謝現象能回應刺激、能進行自我複製(繁殖)的半開放物質系統,簡單來說,也就是有生物機制的物體[1][2]。生命個體通常都要經歷出生成長死亡。生命種群則在一代代個體的更替中經過自然選擇發生進化以適應環境。生物學則是以研究生命為中心的科學

生命的最小單位是生物,生物是由一個或多個細胞組成,有新陳代謝,維持恆定性,可以成長,回應刺激,可以繁殖甚至演化,以適應外界環境,繼續產生後代[1]。在地球的生物圈內可以找到許多不同的生物,在這些生物中(包括植物動物真菌原生生物古菌細菌),都有共同的特徵,都是由以英語carbon-based life為基礎的細胞構成,有其組織以及可以遺傳的基因資訊。

地球約在45.4億年前形成。最早的生命至少約在35億年產生[3][4][5]當時是始太古代冥古宙熔化的地殼已經固化。地球上最早的生物證據是在西格陵蘭發現的37億年前變質岩中的生物物質英語Biogenic substance石墨[6],及西澳洲34.8億年前砂岩中的老鼠化石[7][8]。不過很多研究推測地球在更早之前就已有生命[9],根據其中一種研究,可能在42.5億年前就已有生命[10],另一個研究則認為是44億年前[11]。目前仍不確定地球上產生生命的機制,不過已有許多的生命起源假說。生命形成後,變成許多不同的形式,生物學家則將其分類成許多分類單元的體系。生命可以在許多不同的條件下生存。

生命現象[編輯]

另外,新陳代謝和自我複製的能力有時被視判斷生命的根本條件,稱之為生命現象病毒在有寄主可寄生的時候,會表現出生命現象;但在沒有寄主可寄生的時候,不會表現生命現象,所以病毒是介於生命與無生命之間的一種奇妙的生物。

定義[編輯]

生命沒有公認定義,不同的科學家曾提出過各種定義。[12][13]

傳統定義[編輯]

科學家經常認為只有生物體會展現以下全部現象:

  1. 體內平衡:能夠調節體內環境以維持身體處於一個相對恆定的狀態,例如恆溫動物能發汗來降低過熱的體溫,也能靠發抖來產生額外的熱量以保持體溫。
  2. 組織性:由一個或以上的生物基本單位──細胞所組成。
  3. 新陳代謝:能夠轉換非生物為細胞成分(組成代謝)以及分解有機物(分解代謝)來獲取和轉化能量。生物體需要能量來維持體內平衡及產生其他生命現象。
  4. 生長:使組成代謝的速率高於分解代謝的速率來讓細胞體積增大,並在細胞分裂後使細胞成長。一個生長中的有機體增加其細胞的數量和體積,而不止是將得到的物質積存起來。某些物種的個體可以長得很巨大,例如藍鯨。
  5. 適應:對環境變化作出反應的能力,與生物當前的身體構造、生活習性及遺傳有關。這種能力對生存是很重要的。生物可以通過進化適應環境。
  6. 對刺激作出反應:反應可以以很多方式進行,從單細胞變形蟲被觸碰時的收縮到高等生物在不同情況下的複雜反射。最常見的反應是運動,例如植物的葉片轉向太陽以及動物追捕其獵物。
  7. 繁殖:能夠產生新的個體。包括只需一個親本的無性生殖和需要至少兩個親本的有性生殖

大部分科學家稱這樣的現象為生命的表現方式。通常必須具備全部七個特徵才能被視作生命。

但是,這個定義也有局限性[14]。例如:有些生物體不能繁殖,因為它們是正常物種中自然形成的生殖器官發育不全的類型(例如工蟻、工蜂),或者它們的生殖器官受到了破壞(比如宦官),或者它們是種間雜種而不能產生後代(例如獅虎獸)。這些生物體仍是生命。有些人說生命的特性是可遺傳的;因此,這些不能繁殖的有機體也還是有生命的,它們仍可以通過親屬選擇等機理來產生新個體。

有些人認為病毒和朊毒體(能夠進行自我複製的蛋白質)是可以自行複製的毒素而不是生命體,因為它們不能在沒有其他細胞的情況下表現出生命現象。但是,立克次體衣原體等有類似細菌的細胞結構的生物也不能獨立執行很多重要的生化過程,它們也要進入真核生物宿主細胞的細胞質內進行生長和自我複製。另外,幾乎所有的生命都倚賴其他物種提供食物,並且歸根結底需要地球上某些細胞的特殊化學作用來提供能量源,如光合作用和海底熱泉細菌的硫化作用。

系統性的生命定義是,生物是自我組織並自我製造的。這些物質不與耗散結構混淆(如:火)。

這個定義變種包括了斯圖亞特·考夫曼(Stuart Kauffman)定義生命為能夠複製自己或他人的一種自主主體(autonomous agent)或一種多主體系統(multi-agent system),並最少完成一次熱力學循環[15]

其他定義包括:

  1. 生命是具自我組織、自相殘殺的系統的特徵,而其中包含了可以突變的族群。這定義不包括某些哲學定義為有生命的火焰,但包括了工蟻、病毒。自我複製以及能量消耗只是系統要保持延續的方法之一。這解釋了為何蜂有生命但又會為了保護蜂巢而自殺。在這個個案中整個群體運作的方式與生物無異。[來源請求]
  2. 一種製造不同且可變複雜性的互動物質組織,透過利用物質和能量複製「接近完美」的個體。這個定義中的「接近完美」便是複製中有利於使生物適應環境的突變。[來源請求]

生命的起源[編輯]

圍繞黃石公園大棱鏡泉的嗜熱生物

儘管不能準確地找到確實時間,但有證據表現地球上的生命已存在了大約37[16]

雖然沒有標準表示生命起源的模型,但現時最為公認的科學模型[17]建立於一個或更多包括下面的發現之上,可以粗略地列出有以下假設:

  1. 模擬真實的史前生物環境以製造形成生命的基本細小分子。這已由米勒-尤里實驗以及Sidney W. Fox的工作所證明。
  2. 磷脂自發地形成脂雙分子層,而脂雙層是細胞膜的基本結構。
  3. 製造隨機核糖核酸分子的過程可能製造出核酶,而可以在非常特殊的環境下製造更多核糖核酸。

很多不同的假說認為早期地球上的簡單有機分子能夠轉變為原始細胞並進行新陳代謝。很多模型可分為「先有基因」或「先有新陳代謝」兩類,但最近流行的混合模型並不屬於任何一類[18]。現時所推測的生命歷史還有很多疑點,生命的起源對科學家而言仍是一個很大的謎團。

外星生命[編輯]

宇宙中,地球是人類已知的唯一存有生命的星球。德雷克公式可以估算其他地方出現生命的機率,但科學家不同意很多公式中變量的值(嚴格地說,德雷克公式計算的是處於銀河系中且我們可能接觸的外星生物的數量,而不是有生命的機率)。取決於不同的值,方程式可以暗示生命的形成是頻繁或稀少的。德雷克計算我們在任何時間可能接觸的外星生命只有1個。

有關地球生命的起源,胚種論也被稱為外源性起源認為生命來自宇宙,通過隕石彗星宇宙塵等天體到達地球。但是這些理論對解釋生命的起源沒有幫助。

生命的終結[編輯]

即生命體之死亡階段或狀態。以人類為例,一般以呼吸心臟跳動停止和腦部完全停止活動(非暫時性的停止)為判定死亡的標準。

生命體的死亡可以是因為細胞分裂的次數達到極限而衰亡,也可以是被毒素、自然災害或其他生物殺死。

任何一個個體的死亡並不會威脅物種的存在,反而是維持物種延續的重要環節。如果年老的個體永遠不死,新的個體會失去生存空間和生存必需的資源。但個體大量死亡至難以維持繁殖時,物種就可能滅絕。

已經死亡的細胞不能重建生命活動。已經死亡的生物個體不能復活。這是生命的基本特徵之一。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Koshland, Jr., Daniel E. The Seven Pillars of Life. Science. March 22, 2002, 295 (5563): 2215–2216 [2009-05-25]. doi:10.1126/science.1068489. PMID 11910092. 
  2. ^ The American Heritage Dictionary of the English Language, 4th edition, published by Houghton Mifflin Company, via Answers.com:
    • "The property or quality that distinguishes living organisms from dead organisms and inanimate matter, manifested in functions such as metabolism, growth, reproduction, and response to stimuli or adaptation to the environment originating from within the organism."
    • "The characteristic state or condition of a living organism."
  3. ^ Schopf, JW, Kudryavtsev, AB, Czaja, AD, and Tripathi, AB. (2007). Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils. Precambrian Research 158:141-155.
  4. ^ Schopf, JW (2006). Fossil evidence of Archaean life. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 29;361(1470) 869-85.
  5. ^ Hamilton Raven, Peter; Brooks Johnson, George. Biology. McGraw-Hill Education. 2002: 68 [2013-07-07]. ISBN 978-0-07-112261-0. 
  6. ^ Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi; Nagase, Toshiro; Rosing, Minik T. Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks. Nature Geoscience. 8 December 2013. doi:10.1038/ngeo2025. 
  7. ^ Borenstein, Seth. Oldest fossil found: Meet your microbial mom. AP News. 13 November 2013. 
  8. ^ Noffke, Nora; Christian, Daniel; Wacey, David; Hazen, Robert M. Microbially Induced Sedimentary Structures Recording an Ancient Ecosystem in the ca. 3.48 Billion-Year-Old Dresser Formation, Pilbara, Western Australia. Astrobiology (journal). 8 November 2013, 13 (12): 1103–24. Bibcode:2013AsBio..13.1103N. doi:10.1089/ast.2013.1030. PMC 3870916. PMID 24205812. 
  9. ^ Tenenbaum, David. When Did Life on Earth Begin? Ask a Rock. Astrobiology Magazine. October 14, 2002 [April 13, 2014]. 
  10. ^ Courtland, Rachel. Did newborn Earth harbour life?. New Scientist. July 2, 2008 [April 13, 2014]. 
  11. ^ Steenhuysen, Julie. Study turns back clock on origins of life on Earth. Reuters. May 20, 2009 [April 13, 2014]. 
  12. ^ http://www.astrobio.net/news/article226
  13. ^ http://www.nbi.dk/~emmeche/cePubl/97e.defLife.v3f.html
  14. ^ http://forums.hypography.com/biology/6702-what-exactly-constitutes-life.html  實際上是甚麼構成生命?
  15. ^ Kaufmann, Stuart. Autonomous agents. (編) Barrow, John D.; Davies, P. C. W.; Harper Jr., C. L. Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosmology, and Complexity (Cambridge University Press). 2004: 654–666. ISBN 052183113X. 
  16. ^ http://www.ucmp.berkeley.edu/exhibits/historyoflife.php
  17. ^ http://www.scribd.com/doc/1569/Origin-of-Life-in-Universe
  18. ^ http://www.journals.royalsoc.ac.uk/openurl.asp?genre=article&id=doi:10.1098/rsif.2005.0045

外部連結[編輯]

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