Organisme

Biologiedefinitie van organisme: een levend wezen dat een georganiseerde structuur heeft, op prikkels kan reageren, zich kan voortplanten, kan groeien, zich kan aanpassen en de homeostase kan handhaven

Inhoudsopgave

Definitie van organisme

Een organisme wordt gedefinieerd als een entiteit met leven. Zowel levende als niet-levende dingen zijn in wezen opgebouwd uit moleculen. Een levend wezen kan echter worden onderscheiden van een levenloos voorwerp door zijn onderscheidende kenmerken. Zo bestaat een organisme bijvoorbeeld uit een of meer cellen. Deze structuur is opgebouwd uit moleculen die biologisch worden geproduceerd en in de natuur voorkomen. Dergelijke moleculen worden biomoleculen genoemd. Voorbeelden zijn eiwitten, nucleïnezuren, lipiden en koolhydraten. Deze biomoleculen kunnen zich organiseren tot complexe deeltjes, die op hun beurt subcellulaire structuren kunnen vormen. Deze subcellulaire structuren bevinden zich in een cel. De cel wordt beschouwd als de fundamentele biologische eenheid, aangezien elk levend wezen uit ten minste één cel bestaat.

Aanbevolen: Biochemi Macromolecule Speelkaarten, van Digitalworldbiology.com. Een leuke activiteit om te leren over de vier grote groepen biomoleculen: vetten, koolhydraten, nucleïnezuren en eiwitten.

Een van de belangrijkste subcellulaire onderdelen van een cel is het chromosoom. Het chromosoom bevat het genetisch materiaal. Bij bacteriën en archaea is het chromosoom een cirkelvormige streng DNA. Bij de mens en andere hogere vormen van organismen is het een draadvormige, lineaire streng DNA.

Het deel van het DNA dat verantwoordelijk is voor de fysieke en erfelijke eigenschappen van een organisme wordt een gen genoemd. De genen coderen voor aminozuren, eiwitten en RNA-moleculen. Eiwitten zijn een van de meest alomtegenwoordige groepen biomoleculen. Veel van hen zijn enzymen die veel biologische processen katalyseren.

Veranderingen in een gen kunnen leiden tot mutaties. Als gevolg daarvan kunnen nieuwe eigenschappen ontstaan. Hoewel sommige mutaties dodelijk kunnen zijn of schadelijke effecten kunnen hebben, zijn er ook bepaalde mutaties die tot gunstige resultaten kunnen leiden. Mutaties kunnen de evolutie en natuurlijke selectie aanjagen. De verwerving van nieuwe eigenschappen door deze mutaties kan gunstig zijn voor het voortbestaan van een soort. Zo kan een bacteriestam die aanvankelijk gevoelig was voor antibiotica, transformeren en resistent worden tegen antibiotica wanneer zij nieuwe genen verwerft. In dit opzicht is een organisme dus in staat tot verandering (door mutatie) en aanpassing.

Naast enzymen is voor veel biologische reacties energie nodig. De meest voorkomende vorm van energie die door een levend wezen wordt gebruikt is ATP, d.w.z. chemische energie die wordt gebruikt als brandstof voor diverse biologische reacties. In planten en andere fotosynthetische organismen wordt lichtenergie omgezet in chemische energie via het proces van fotosynthese. Een andere manier om energie te produceren is door cellulaire ademhaling. Cellulaire ademhaling is een cellulair proces waarbij koolhydraten worden verwerkt om chemische energie te produceren.

Organismen metaboliseren. Dit betekent dat zij processen uitvoeren die hen in leven houden. Metabolische processen zijn groei, reactie op prikkels, voortplanting, afvalverwijdering en biosynthese. Twee vormen van metabolisme zijn anabolisme en katabolisme. Anabolisme omvat de energievragende reacties die leiden tot de opbouw van biomoleculen. Omgekeerd omvat katabolisme processen waarbij deeltjes worden afgebroken tot eenvoudiger moleculen. Levende wezens voeren deze metabolische processen uit op een georkestreerde, gesystematiseerde manier. Ze beschikken over diverse regulerende mechanismen om ervoor te zorgen dat de homeostatische omstandigheden gehandhaafd blijven.
Organismen zijn in staat prikkels waar te nemen en erop te reageren. Zij kunnen veranderingen in hun omgeving waarnemen. Mensen en andere dieren hebben zintuigen om prikkels waar te nemen. De vijf fundamentele zintuigen zijn zicht, reuk, tast, smaak en gehoor. De reactie is van cruciaal belang om te overleven. Een individueel organisme kan zich bijvoorbeeld verwijderen van de bron van de prikkels. Anderen kunnen er naar toe bewegen.

Organismen kunnen zich voortplanten. Zij kunnen een soortgenoot doen ontstaan. Er zijn in wezen twee manieren om dit te doen: (1) door geslachtelijke voortplanting, d.w.z. met gameten, of (2) door ongeslachtelijke voortplanting, d.w.z. een voortplanting waarbij geen gameten betrokken zijn. Bij ongeslachtelijke voortplanting is de nakomeling een kloon van de ouder. Bij geslachtelijke voortplanting is het nageslacht een nieuw individu, gevormd door de vereniging van de geslachtscellen.

Organismen maken levensfasen door. Het nageslacht groeit uit tot volwassenheid, dat wil zeggen tot de fase waarin het ook in staat is zich voort te planten. Op cellulair niveau betekent groei een toename in grootte of een toename in aantal. Een toename in celgrootte is een toename in omtrek van de cel naarmate hij biomoleculen synthetiseert en opslaat. Een toename in aantal houdt een toename in van het aantal cellen door celdeling.

Soorten organismen

Prokaryoten vs. eukaryoten

De kern is een organel met een membraan (kernenvelop genoemd) dat is geperforeerd met gaten (kernporiën genoemd). Binnenin de kern bevinden zich genetisch materiaal en kernlichaampjes die in het nucleoplasma hangen. Nucleoplasma is het protoplastmateriaal binnen de kern. Deze kernstructuren zijn afwezig in een prokaryote cel.

De kern van een eukaryote cel is de plaats waar DNA-replicatie (het proces waarbij een DNA-segment wordt gedupliceerd) en transcriptie (een proces waarbij een mRNA-transcript wordt geproduceerd) plaatsvindt. Omgekeerd vinden deze processen plaats in het cytoplasma van een prokaryote cel. Door de aanwezigheid van een kern worden het genetisch materiaal en deze processen gecompartimenteerd. Het omhulsel van de kern voorkomt dat moleculen gemakkelijk de kern kunnen binnendringen en regelt zo de doorgang van moleculen in en uit de kern. Er is echter een geval waarin de celkern ogenschijnlijk verdwijnt. Tijdens de celdeling valt de celkern uiteen, zodat de chromosomen zich kunnen scheiden en naar tegenovergestelde polen kunnen bewegen, en vervolgens opnieuw worden opgebouwd om het genetisch materiaal in elk van de twee nieuwe cellen te compartimenteren.

Naast de celkern zijn er in een eukaryote cel nog andere membraangebonden organellen die in een prokaryote cel niet aanwezig zijn: mitochondriën, plastiden, endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat, lysosomen, en endosomen. Door de aanwezigheid van grotere cytoplasmatische structuren is een eukaryote cel aanmerkelijk groter dan een prokaryote cel.

Wat een prokaryote cel en een eukaryote cel gemeen hebben is de aanwezigheid van genen die genetische informatie opslaan. Ribosomen (cytoplasmatische structuren die dienen als plaats van eiwitsynthese) zijn ook aanwezig in beide celtypen. De prokaryote ribosomen zijn echter 70S (bestaande uit 50S en 30S), terwijl de eukaryote ribosomen 80S zijn (bestaande uit 60S en 40S). En terwijl de ribosomen van de prokaryoten in het cytoplasma worden gemaakt, is bij het proces van ribosoomsynthese bij eukaryoten zowel het cytoplasma als de nucleolus van de kern betrokken.

Voorbeelden van prokaryoten zijn bacteriën en archaea, terwijl tot de eukaryoten protisten, fungi, planten en dieren behoren.

Eencellig versus meercellig

Organismen kunnen worden omschreven als eencellig (eencellig) of meercellig. Eencelligen zijn organismen die uit slechts één cel bestaan. Meercellige organismen daarentegen bestaan uit vele cellen die als een eenheid een bepaalde functie vervullen. Voorbeelden van eencellige prokaryoten zijn bacteriën en archaea, en eencellige eukaryoten zijn protisten en bepaalde schimmels. Meercellige organismen zijn planten en dieren.

In meercellige organismen vormt een groep cellen een weefsel. De cellen in een weefsel hebben een vergelijkbare structuur en functie. Voorbeelden van dierlijke weefsels zijn zenuwweefsel, spierweefsel, vaatweefsel en bindweefsel. Wat planten betreft, zijn de voorbeelden van weefsels de meristeemweefsels, de permanente weefsels en de voortplantingsweefsels. Een groep weefsels die tot een anatomische eenheid zijn georganiseerd, wordt een biologisch orgaan genoemd. Voorbeelden van dierlijke organen zijn: hart, longen, hersenen, maag, huid, pancreas, lever, darmen, nieren, en geslachtsorganen. Bij planten zijn de organen: wortels, stengels, bladeren, bloemen, vruchten en zaden.

Bij dieren kunnen de organen zich verder organiseren tot een orgaansysteem. Bij de mens en andere gewervelde dieren zijn dat de volgende stelsels: het integumentaire stelsel, het lymfatische stelsel, het spierstelsel, het zenuwstelsel, het voortplantingsstelsel, het ademhalingsstelsel, het skeletstelsel, het endocriene stelsel, het immuunsysteem en het urinewegstelsel. Elk van deze systemen vervult een specifieke functie. Het spijsverteringsstelsel is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de vertering van voedsel. Het cardiovasculaire systeem zorgt voor het transport van biomoleculen en stoffen door het lichaam. Terwijl een meercellig levend wezen afzonderlijke systemen heeft om specifieke taken uit te voeren, zou een eencellig organisme deze levensprocessen als een enkele onafhankelijke eenheid uitvoeren.

Taxonomische classificatie

Levende wezens worden ingedeeld in drie grote domeinen, zoals voorgesteld door Carl Woese. Deze domeinen zijn de Archaea, de Eubacteria (echte bacteriën), en de Eucarya. Onder het domein bevinden zich andere belangrijke taxonomische niveaus: koninkrijk, fyla, klasse, orde, familie, geslacht en soort.

Domein Archaea en Domein Eubacteria

De Archaea en de Eubacteria zijn beide prokaryoten, terwijl Eucarya de eukaryoten omvat. Zowel bij de Archaea als bij de Eubacteria ontbreken dus de afzonderlijke membraangebonden organellen. Er zijn echter subtiele verschillen tussen de twee die hebben geleid tot hun scheiding in verschillende domeinen. Archaea hebben genen en bepaalde metabolische routes die nauwer verwant zijn met eukaryoten dan met eubacteriën. De enzymen in transcriptie en translatie bijvoorbeeld lijken meer op die van eukaryoten dan op die van eubacteriën. Als zodanig krijgen zij een eigen domein omdat zij kenmerken hebben die verschillen van de echte bacteriën.

Domein Eucarya

De lijst van levende organismen die tot Domein Eucarya behoren, ziet er als volgt uit:

Protisten

Protisten zijn levende wezens die gekenmerkt worden door een relatief eenvoudige organisatie. Sommige zijn eencellig, andere meercellig. Een andere groep protisten is koloniaal, dat wil zeggen dat zij een kolonie vormen van onafhankelijke cellen. Zij leven in aquatische habitats en hebben geen gespecialiseerde weefselorganisatie. Voorbeelden zijn de dierlijke protozoën, de plantachtige algen, de schimmelachtige protisten, de slijmzwammen en de waterzwammen.

Schimmels

Schimmels zijn eukaryoten die bekend staan om hun heterotrofe voedingswijze omdat ze geen chlorofyl hebben (een pigment dat essentieel is voor fotosynthese). Veel schimmels zijn draadvormig. De filamenten, hyphen genoemd, zijn meercellige structuren die een mycelium vormen. Ze gebruiken hun schimmeldraden om voedsel op te nemen. Ze hebben net als planten een celwand. Hun voortplantingswijze is sporenvorming. Het soort sporen dat zij produceren (ongeslachtelijk of seksueel) wordt gebruikt als basis om hen verder in te delen in perfecte schimmels (produceren zowel ongeslachtelijke als seksuele sporen) of onvolmaakte schimmels (produceren alleen ongeslachtelijke sporen). Voorbeelden van schimmels zijn gisten, roesten, stinkzwammen, schimmels, pofzwammen, meeldauwen en paddestoelen.

Planten

Planten zijn meercellige fotosynthetische levensvormen. Een van de belangrijkste onderscheidende kenmerken van planten is de aanwezigheid van chloroplasten met chlorofylsystemen die lichtenergie van een lichtbron verzamelen om via fotosynthese in chemische energie te worden omgezet. Het zijn autotrofe eukaryoten. Zij zijn in staat om suikers (als hun voedsel) te produceren uit kooldioxide, water en lichtenergie. Bij de fotosynthese is zuurstof een bijproduct. Via de stomaten geeft de plant zuurstof af aan de omgeving. Naast de chloroplasten zijn er nog andere plastiden aanwezig, namelijk chromoplasten (plastiden die pigmenten opslaan) en leucoplasten (niet-gepigmenteerde plastiden die hoofdzakelijk worden gebruikt om voedsel op te slaan). De grootste cytoplasmatische structuur in een plantencel is de vacuole, die wordt gebruikt voor de osmoregulatie en de regulering van de turgordruk. Planten planten zich voort langs ongeslachtelijke en langs geslachtelijke weg. Aseksuele voortplanting gebeurt door knopvorming, sporenvorming, fragmentatie en knopvorming. Bij de geslachtelijke voortplanting gaat het om mannelijke en vrouwelijke geslachtscellen. Met name tracheofyten hebben een levenscyclus van afwisselende fasen van sporofyt en gametofyt.

Dieren

Dieren zijn meercellige eukaryoten. De cellen in een weefsel zijn met elkaar verbonden door celverbindingen (bv. tight junctions, gap junctions en desmosomen). Door hun gebrek aan chloroplasten (en het groene pigment chlorofyl) zijn zij niet in staat tot fotosynthese. Zij zijn dus voor hun levensonderhoud afhankelijk van andere organismen. Net als schimmels zijn ook de dieren dus heterotroof. Ze hebben dan wel geen celwand, maar ze hebben een skeletsysteem dat voor structurele ondersteuning zorgt. Zij bezitten ook zintuigelijke organen, zoals ogen, neus, huid, oren en tong om prikkels waar te nemen. De zintuiglijke informatie wordt doorgegeven aan de hersenen voor verwerking. De reactie kan worden doorgegeven aan de doelcel, bv. een andere zenuw of een spier om een actie uit te voeren. De meeste dieren planten zich voort door middel van geslachtelijke voortplanting. Een haploïde mannelijke gameet verenigt zich met een haploïde vrouwelijke gameet om een diploïde zygote te vormen. Dieren ademen door zuurstof op te nemen door inademing en kooldioxide af te geven door uitademing.

Virussen en viroïden

Of virussen organismen zijn of niet, is een punt van discussie. Net als een levend wezen hebben virussen genetisch materiaal. Maar ze zijn blijkbaar alleen levend als ze zich in de gastheer bevinden. Anders zijn ze biologisch inactief. Wanneer zij actief zijn, maken zij gebruik van de biologische machinerie van de gastheer, met name voor de replicatie. Naast virussen zijn viroïden een ander voorbeeld van een acellulaire entiteit. Zij lijken te leven omdat zij pathogeen zijn. Zij bevatten ook genetisch materiaal (b.v. een korte streng RNA).

Structuur van een organisme

Een eencellig of meercellig organisme bestaat uit de fundamentele eenheid van het leven, de cel. Zoals eerder gezegd, is de cel de fundamentele eenheid van alle levende wezens. Het is een membraangebonden structuur met verschillende cytoplasmatische structuren. De prokaryoten en de eencellige eukaryoten kunnen als een functionele onafhankelijke levenseenheid voorkomen. Omgekeerd hebben meercellige eukaryoten meerdere cellen die als een eenheid optreden en een bepaalde functie vervullen.

Een levende cel bevat een protoplast omgeven door een plasmamembraan. De protoplast bevat het cytosol en de cytoplasmatische structuren, zoals organellen en insluitsels. Bij eukaryoten omvatten de belangrijkste organellen de kern, het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, de mitochondriën en de chloroplasten. Elk van deze organellen is gespecialiseerd in een bepaalde taak. De celkern bijvoorbeeld is het controlecentrum van de cel. De genen in de celkern dragen de codes die de volgorde van aminozuren en eiwitten bepalen.

Wanneer een cel een specifiek eiwit nodig heeft, opent het gen dat daarvoor codeert zich om de aanmaak van een transcript (mRNA) mogelijk te maken. Het transcript wordt later vertaald in het ribosoom dat aan het endoplasmatisch reticulum is bevestigd, zodat het nieuw geproduceerde eiwit in het endoplasmatisch reticulum kan worden gerijpt. Wanneer het eiwit klaar is, wordt het naar het Golgi-apparaat gebracht voor etikettering. Het label bepaalt waar het eiwit vervolgens naartoe gaat, d.w.z. voor transport buiten of binnen de cel.

Het mitochondrium (meervoud: mitochondriën) is een semi-autonoom organel dat verantwoordelijk is voor het genereren van ATP (via de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforyleringsroutes). Het is een semi-autonoom organel omdat het zijn eigen genetisch materiaal heeft. Evenzo is de chloroplast, die grotendeels voor de fotosynthese zorgt, eveneens semi-autonoom omdat hij zijn eigen DNA heeft. Deze extranucleaire DNA’s zijn verschillend van nucleair DNA. In feite wordt het gebruikt als basis in de endosymbiotische theorie. Volgens deze theorie zijn deze semi-autonome organellen waarschijnlijk de vroege prokaryoten die werden opgeslokt door een grotere cel. Uiteindelijk paste de prokaryoot in de grote cel zich aan en leefde in symbiose met zijn gastheer.

Evolutie van organismen

De evolutionaire boom (ook wel de “levensboom” genoemd) is een diagram dat wordt gebruikt bij het bestuderen van fylogenetische verwantschappen. Deze boom geeft aan dat er drie domeinen zijn: Archaea, Eubacteria, en Eucarya.

De Ediacaran periode is een van de meest opmerkelijke geologische periodes. In deze periode vond een uitbarsting van leven plaats, bestaande uit eencellige en meercellige organismen.

Tot op heden is het nog steeds onduidelijk hoe het leven begon. Er zijn verschillende theorieën die suggereren hoe het leven op aarde is ontstaan. Zo wordt in Abiogenesis gesuggereerd dat het leven is ontstaan uit niet-levende materie en dat het proces dat dit heeft laten gebeuren waarschijnlijk enkele miljarden jaren heeft geduurd.

De primitieve aarde wordt afgebeeld als oersoep. Het wordt vergeleken met de soep omdat de aarde een waterige habitat zou kunnen zijn geweest die verschillende verbindingen bevatte, vooral RNA.

In de RNA-wereld hypothese wordt verondersteld dat het oerleven op RNA was gebaseerd. RNA is namelijk een molecule die als genetisch materiaal en tegelijkertijd als katalysator kan fungeren. Onlangs heeft de NASA gespeculeerd dat de meteorieten die vanuit de ruimte op aarde zijn gevallen, de bron zouden kunnen zijn geweest van de bouwstenen van RNA (evenals DNA). Dit vermoeden is te danken aan de nucleobasen die zij in meteorieten aantroffen. (Ref. 1) Dit zou kunnen betekenen dat de vroegste organismen geen organellen hadden en dus prokaryoten waren.

Organellen zijn waarschijnlijk ontstaan uit een symbiose tussen een kleinere cel en een grotere cel. De kleinere cel zou zich kunnen hebben omgevormd tot semi-autonome organellen, zoals een mitochondrium of een chloroplast. Een van de tekenen dat dit waar zou kunnen zijn, is de gelijkenis van de 70S ribosomen van mitochondriën met die van de prokaryoten.

Het hypothetische oerorganisme waarvan al het leven op aarde afstamt, wordt de Laatste Universele Gemeenschappelijke Voorouder (LUCA) genoemd. Deze gemeenschappelijke voorouder zou zo’n 3,5 tot 3,8 miljard jaar geleden (Paleoarcheïsch tijdperk) hebben kunnen bestaan. (Ref. 2, 3)
Een diagram dat evolutionaire boom wordt genoemd (ook bekend als de boom des levens) kan een nuttig hulpmiddel zijn bij het bestuderen van fylogenetische verwantschappen. Hoe organismen van de ene vorm naar de andere zijn gedivergeerd, wordt weergegeven door de takken van de boom. En daarmee kan ook de gemeenschappelijke afstamming tussen organismen worden opgespoord en geïdentificeerd. Het opsporen van het evolutieverloop van alle levende wezens zou leiden tot LUCA. Niet alle wetenschappers zijn het echter met deze theorie eens. Jean-Baptiste Lamarck bijvoorbeeld weerlegde deze theorie. Hij geloofde in het ontstaan van leven niet slechts uit één maar uit vele. (Ref. 4)

Multicellulaire organismen zouden zo’n 600 miljoen jaar geleden kunnen zijn ontstaan. In de geologische geschiedenis deden zich cyclische uitbarstingen van leven en massa-uitstervingen voor. Een van de opmerkelijke explosies van leven vond plaats tijdens de Ediacaran periode. Aangenomen wordt dat de Ediacaran biota bestond uit eencellige en meercellige levende wezens. Een andere uitbarsting van leven vond plaats tijdens het Cambrium (ongeveer 541 miljoen jaar geleden). In 2016 wordt het aantal soorten dat op aarde leeft, geschat op ongeveer 1 triljoen. (Ref. 5)

Zie ook

• Leven
• Levend ding
• Prokaryoot
• Eukaryoot

1. NASA – NASA-onderzoekers: DNA-bouwstenen kunnen in de ruimte worden gemaakt. (2011, 1 januari). Opgehaald van Link
2. Doolittle, W. F. (februari 2000). “De boom des levens ontwortelen”. Scientific American 282 (2): 90-5.
3. Glansdorff, N., Xu, Y., & Labedan, B. (2008). “The last universal common ancestor: emergence, constitution and genetic legacy of an elusive forerunner”. Biology Direct 3: 29.
4. Bowler, P. J. (2003). ‘Evolutie. The History of an Idea’, derde editie, p.90-91.
5. The History of Animal Evolution. (2000, 1 januari). Retrieved from Link
6. Onderzoekers vinden dat aarde mogelijk 1 biljoen soorten herbergt NSF – National Science Foundation. (2016, 1 januari). Retrieved from: https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=138446

Further Reading

• Classificatiesysteem – Science Learning Hub. (Dit artikel gaat dieper in op het classificatiesysteem van organismen en de constante evolutie).