Organizm
Definicja biologiczna organizmu: istota żywa, która ma zorganizowaną strukturę, może reagować na bodźce, rozmnażać się, rosnąć, przystosowywać się i utrzymywać homeostazę
Spis treści
Organizm odnosi się do istoty żywej, która ma zorganizowaną strukturę, może reagować na bodźce, rozmnażać się, rosnąć, przystosowywać się i utrzymywać homeostazę. Organizmem byłoby zatem każde zwierzę, roślina, grzyb, protist, bakteria lub archeon na Ziemi. Organizmy te mogą być klasyfikowane na różne sposoby. Jeden z nich opiera się na liczbie komórek, które je tworzą. Dwie główne grupy to jednokomórkowce (np. bakterie, archaidy i protisty) oraz wielokomórkowce (zwierzęta i rośliny). Organizmy można również klasyfikować według ich struktury subkomórkowej. Te, które mają dobrze wykształcone jądro, nazywamy eukariotami, a te, które go nie mają – prokariotami. Oba posiadają materiał genetyczny, ale jego lokalizacja jest różna. U eukariotów materiał genetyczny znajduje się wewnątrz jądra, natomiast u prokariotów w specjalnym regionie zwanym nukleoidem. Współczesny system klasyfikacji dzieli organizmy żywe na trzy odrębne dziedziny: (1) Archaea (archaebakterie), (2) bakterie (eubakterie) i (3) Eucarya (eukarionty). Zarówno archaea, jak i bakterie są organizmami prokariotycznymi, natomiast Eucarya, jak sama nazwa wskazuje, obejmuje wszystkie eukarionty. Naukowe badanie wszystkich organizmów nazywane jest biologią. Biologia jest dziedziną nauki, która ma na celu badanie struktury, funkcji, dystrybucji i ewolucji istot żywych.
Etymologia
Termin organizm pochodzi od greckiego organon, co oznacza „instrument”. Synonimy: forma życia; rzecz żywa; istota żywa.
Definicja organizmu
Organizm jest definiowany jako jednostka posiadająca życie. Zarówno istoty żywe, jak i nieożywione składają się zasadniczo z cząsteczek. Jednakże, żywa istota może być zidentyfikowana od nieożywionego obiektu przez ich charakterystyczne cechy. Na przykład, organizm składa się z jednej lub więcej komórek. Struktura ta składa się z molekuł, które są biologicznie wytwarzane i naturalnie występujące. Cząsteczki takie określa się mianem biomolekuł. Przykładami są białka, kwasy nukleinowe, lipidy i węglowodany. Biomolekuły te mogą organizować się w złożone cząsteczki, które z kolei mogą tworzyć struktury subkomórkowe. Te struktury subkomórkowe są zawarte w komórce. Komórka jest uważana za podstawową jednostkę biologiczną, ponieważ każda żywa istota składa się z co najmniej jednej komórki.
Polecane: Karty do gry Biochemi Macromolecule Playing Cards, z Digitalworldbiology.com. Świetne ćwiczenie do nauki o czterech głównych grupach biomolekuł: tłuszczach, węglowodanach, kwasach nukleinowych i białkach.
Jednym z najważniejszych komponentów subkomórkowych komórki jest chromosom. Chromosom jest nośnikiem materiału genetycznego. U bakterii i archaii chromosom jest kolistą nicią DNA. U ludzi i innych wyższych form organizmów jest to nitkowata, liniowa nić DNA.
Część DNA, która odpowiada za fizyczne i dziedziczne cechy organizmu, nazywana jest genem. Geny kodują aminokwasy, białka i cząsteczki RNA. Białka są jedną z najbardziej wszechobecnych grup biomolekuł. Wiele z nich to enzymy, które katalizują wiele procesów biologicznych.
Zmiany zachodzące w genach mogą prowadzić do mutacji. W wyniku tego mogą powstać nowe cechy. Podczas gdy niektóre mutacje mogą być śmiertelne lub mogą powodować szkodliwe skutki, istnieją również pewne mutacje, które mogą prowadzić do korzystnych rezultatów. Mutacje mogą być motorem ewolucji i doboru naturalnego. Nabycie nowych cech w wyniku tych mutacji może być korzystne dla przetrwania gatunku. Na przykład, szczep bakterii, które początkowo były podatne na antybiotyki, mogą przekształcić się i stać się odporne na antybiotyki, gdy zdobędą nowe geny. W związku z tym organizm jest zdolny do zmian (przez mutację) i adaptacji.
Oprócz enzymów wiele reakcji biologicznych wymaga energii. Najczęstszą formą energii wykorzystywaną przez żywą istotę jest ATP, czyli energia chemiczna, która służy do napędzania różnych reakcji biologicznych. W roślinach i innych organizmach fotosyntetyzujących, energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną w procesie fotosyntezy. Innym sposobem wytwarzania energii jest oddychanie komórkowe. Oddychanie komórkowe jest procesem komórkowym, w którym węglowodany są przetwarzane w celu wytworzenia energii chemicznej.
Organizmy metabolizują. Oznacza to, że przeprowadzają procesy, które utrzymują je przy życiu. Procesy metaboliczne obejmują wzrost, odpowiedź na bodźce, reprodukcję, usuwanie odpadów i biosyntezę. Dwie formy metabolizmu to anabolizm i katabolizm. Anabolizm obejmuje reakcje wymagające energii, które prowadzą do budowy biomolekuł. I odwrotnie, katabolizm obejmuje procesy rozpadu cząsteczek na prostsze. Organizmy żywe przeprowadzają te procesy metaboliczne w sposób uporządkowany i usystematyzowany. Posiadają różnorodne mechanizmy regulacyjne, które zapewniają utrzymanie i podtrzymanie warunków homeostatycznych.
Organizmy są zdolne do wykrywania i reagowania na bodźce. Potrafią wykrywać zmiany w swoim środowisku. Ludzie i inne zwierzęta mają zmysły do wykrywania bodźców. Pięć podstawowych zmysłów to wzrok, węch, dotyk, smak i słuch. Reakcja jest kluczowa dla przetrwania. Na przykład, pojedynczy organizm może oddalić się od źródła bodźca. Inne mogą ruszyć w jego kierunku.
Organizmy mogą się rozmnażać. Mogą dać początek innym organizmom tego samego rodzaju (gatunkom). Istnieją zasadniczo dwa sposoby, aby to zrobić: (1) przez rozmnażanie płciowe, tj. z udziałem gamet lub (2) przez rozmnażanie bezpłciowe, tj. rozmnażanie, które nie angażuje gamet. W rozmnażaniu bezpłciowym, potomstwo jest klonem rodzica. W rozmnażaniu płciowym, potomstwo jest nowym osobnikiem powstałym w wyniku połączenia komórek płciowych.
Organizmy przechodzą przez etapy życia. Potomstwo będzie rosnąć do dorosłości, co oznacza fazę, w której jest również zdolny do reprodukcji. Na poziomie komórkowym, wzrost pociąga za sobą wzrost w wielkości lub wzrost w liczbie. Wzrost wielkości komórki to taki, w którym komórka zwiększa swój obwód, ponieważ syntetyzuje i magazynuje biomolekuły. Wzrost liczby pociąga za sobą zwiększenie liczby komórek poprzez podziały komórkowe.
Typy organizmów
Prokaryoty vs. eukariota
Jądro jest organellą, która posiada błonę (zwaną otoczką jądrową) podziurawioną otworami (zwanymi porami jądrowymi). Wewnątrz jądra znajduje się materiał genetyczny i ciała jądrowe zawieszone w nukleoplazmie. Nukleoplazma to materiał protoplastów znajdujący się wewnątrz jądra. Te struktury jądrowe są nieobecne w komórce prokariotycznej.
Jądro komórki eukariotycznej jest miejscem replikacji DNA (proces, w którym powielany jest odcinek DNA) i transkrypcji (proces, w którym wytwarzany jest transkrypt mRNA). Odwrotnie, procesy te zachodzą w cytoplazmie komórki prokariotycznej. Obecność jądra kompartmentalizuje materiał genetyczny i te procesy. Otoczka jądrowa zapobiega łatwemu wnikaniu cząsteczek i w ten sposób reguluje ich przechodzenie do i z jądra. Istnieje jednak przypadek, kiedy jądro pozornie znika. Podczas podziału komórkowego otoczka jądrowa rozpada się, aby umożliwić chromosomom rozdzielenie się i przemieszczenie się do przeciwległych biegunów, a następnie reformuje się w celu przedzielenia materiału genetycznego w każdej z dwóch nowych komórek.
Oprócz jądra, inne organelle związane z błoną znajdujące się w komórce eukariotycznej, które nie są obecne w komórce prokariotycznej, to mitochondria, plastyd, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, lizosomy i endosomy. Ze względu na obecność większych struktur cytoplazmatycznych, komórka eukariotyczna jest znacznie większa niż komórka prokariotyczna.
To, co jest wspólne między komórką prokariotyczną a eukariotyczną, to obecność genów, które przechowują informację genetyczną. Rybosomy (struktury cytoplazmatyczne, które służą jako miejsce syntezy białek) są również obecne w obu typach komórek. Niemniej jednak rybosomy prokariotyczne są rybosomami 70S (składającymi się z 50S i 30S), podczas gdy rybosomy eukariotyczne są rybosomami 80S (składającymi się z 60S i 40S). I o ile rybosomy prokariotów powstają w cytoplazmie, o tyle u eukariotów proces syntezy rybosomów obejmuje zarówno cytoplazmę, jak i jądro komórkowe.
Przykładami prokariotów są bakterie i archaea, podczas gdy eukariota obejmuje protisty, grzyby, rośliny i zwierzęta.
Jednokomórkowe vs. wielokomórkowe
Organizmy mogą być opisane jako jednokomórkowe (unicellular) lub wielokomórkowe. Jednokomórkowe organizmy to takie, które składają się tylko z jednej komórki. I odwrotnie, organizmy wielokomórkowe składają się z wielu komórek, które działają jako jednostka wykonująca określoną funkcję. Przykładami jednokomórkowych prokariotów są bakterie i archaidy, a jednokomórkowych eukariotów protisty i niektóre grzyby. Do organizmów wielokomórkowych należą rośliny i zwierzęta.
W organizmach wielokomórkowych grupa komórek tworzy tkankę. Komórki w tkance mają podobną budowę i funkcję. Przykłady tkanek zwierzęcych to tkanka nerwowa, tkanka mięśniowa, tkanka naczyniowa i tkanka łączna. W przypadku roślin, przykładami tkanek są tkanki merystematyczne, tkanki trwałe i tkanki rozrodcze. Grupa tkanek, które są zorganizowane w jednostkę anatomiczną nazywa się organem biologicznym. Przykłady narządów zwierzęcych są następujące: serce, płuca, mózg, żołądek, skóra, trzustka, wątroba, jelita, nerki i narządy płciowe. W roślinach, narządy są korzenie, łodygi, liście, kwiaty, owoce i nasiona.
W zwierząt, narządy mogą dalej organizować się w system narządów. U ludzi i innych kręgowców systemy są następujące: układ integracyjny, układ limfatyczny, układ mięśniowy, układ nerwowy, układ rozrodczy, układ oddechowy, układ kostny, układ endokrynny, układ odpornościowy i układ moczowy. Każdy z tych układów pełni określoną funkcję. Na przykład, układ pokarmowy jest odpowiedzialny za trawienie pokarmu. Układ sercowo-naczyniowy służy do transportu biomolekuł i substancji w całym organizmie. Podczas gdy wielokomórkowa istota żywa ma odrębne systemy do wykonywania określonych zadań, organizm jednokomórkowy wykonywałby te procesy życiowe jako pojedyncza niezależna jednostka.
Klasyfikacja taksonomiczna
Istoty żywe są sklasyfikowane w trzech głównych domenach, jak zaproponował Carl Woese. Domeny te to Archaea, Eubacteria (prawdziwe bakterie) i Eucarya. Poniżej domeny znajdują się inne główne poziomy taksonomiczne: królestwo, fylla, klasa, rząd, rodzina, rodzaj i gatunek.
Domena Archaea i domena Eubacteria
Archea i Eubacteria są prokariotami, podczas gdy Eucarya obejmuje eukariotę. Tak więc, zarówno Archaea jak i Eubakterie nie posiadają wyraźnych organelli związanych z błoną. Istnieją jednak między nimi subtelne różnice, które doprowadziły do ich podziału na odrębne domeny. Archaea posiadają geny i pewne szlaki metaboliczne, które są bardziej zbliżone do eukariotów niż eubakterii. Na przykład, enzymy w transkrypcji i translacji są podobne do tych z eukariotów niż z eubakterii. Jako takie, otrzymują one własną domenę, ponieważ mają cechy, które różnią się od prawdziwych bakterii.
Domena Eucarya
Lista organizmów żywych, które należą do domeny Eucarya jest następująca:
Protisty
Protisty to organizmy żywe charakteryzujące się posiadaniem stosunkowo prostej organizacji. Niektóre z nich są jednokomórkowe, a inne wielokomórkowe. Inną grupą protistów są kolonie, co oznacza, że tworzą one kolonię niezależnych komórek. Żyją w środowisku wodnym i brak im wyspecjalizowanej organizacji tkankowej. Przykładami są zwierzęce pierwotniaki, roślinopodobne glony, grzybopodobne protisty, śluzowce i pleśnie wodne.
Grzyby
Grzyby są eukariotami, które są znane z heterotroficznego sposobu odżywiania, ponieważ brakuje im chlorofilu (pigmentu niezbędnego w fotosyntezie). Wiele z nich jest nitkowatych. Włókna, zwane hyphae, są wielokomórkowymi strukturami, które tworzą mycelium. Używają one swoich strzępek do wchłaniania pokarmu. Są podobne do roślin pod względem posiadania ściany komórkowej. Ich sposób rozmnażania polega na tworzeniu zarodników. Rodzaj zarodników, które wytwarzają (tj. bezpłciowe lub płciowe) jest używany jako podstawa do dalszej klasyfikacji na grzyby doskonałe (wytwarzają zarówno bezpłciowe jak i płciowe zarodniki) lub grzyby niedoskonałe (wytwarzają tylko bezpłciowe zarodniki). Przykładami grzybów są drożdże, rdze, cuchnące opieńki, pleśnie, purchawki, pleśniaki i grzyby.
Rośliny
Rośliny są wielokomórkowymi, fotosyntetyzującymi formami życia. Jedną z głównych cech wyróżniających rośliny jest obecność chloroplastów zawierających systemy chlorofilowe, które zbierają energię świetlną ze źródła światła, aby przekształcić ją w energię chemiczną w procesie fotosyntezy. Są to eukarionty autotroficzne. Są zdolne do wytwarzania cukrów (jako swojego pożywienia) z dwutlenku węgla, wody i energii świetlnej. W fotosyntezie tlen jest produktem ubocznym. Roślina uwalnia tlen do środowiska poprzez swoje aparaty szparkowe. Oprócz chloroplastów, inne obecne plastydów to chromoplasty (plastyd, który przechowuje pigmenty) i leukoplasty (niepigmentowane plastyd używane głównie do przechowywania żywności). Zazwyczaj największą strukturą cytoplazmatyczną w komórce roślinnej jest wakuola, która służy do osmoregulacji i regulacji ciśnienia turgorowego. Rośliny rozmnażają się drogą bezpłciową i płciową. Rozmnażanie bezpłciowe odbywa się przez pączkowanie, tworzenie zarodników, fragmentację i pączkowanie. Rozmnażanie płciowe obejmuje gamety męskie i żeńskie. Tracheofity, w szczególności, mają cykl życiowy składający się z naprzemiennych faz sporofitu i gametofitu.
Zwierzęta
Zwierzęta są wielokomórkowymi eukariotami. Komórki w tkance są połączone przez połączenia komórkowe (np. połączenia ścisłe, połączenia szczelinowe i desmosomy). Brak chloroplastów (i zielonego pigmentu, chlorofilu) czyni je niezdolnymi do fotosyntezy. W związku z tym ich utrzymanie zależy od innych organizmów. Tak więc, podobnie jak grzyby, również zwierzęta są heterotroficzne. Może im brakować ściany komórkowej, ale mają system szkieletowy, który zapewnia im wsparcie strukturalne. Posiadają również narządy zmysłów, takie jak oczy, nos, skóra, uszy i język do wykrywania bodźców. Informacje sensoryczne są przekazywane do mózgu w celu ich przetworzenia. Odpowiedź może być przekazana do komórki docelowej, np. innego nerwu lub mięśnia, w celu wykonania działania. Większość zwierząt rozmnaża się poprzez rozmnażanie płciowe. Haploidalna gameta męska łączy się z haploidalną gametą żeńską, tworząc diploidalną zygotę. Zwierzęta oddychają poprzez pobieranie tlenu przez wdech, a następnie uwalnianie dwutlenku węgla przez wydech.
Wirusy i wiroidy
Czy wirusy są organizmami, czy nie, jest kwestią dyskusyjną. Podobnie jak istota żywa, wirusy posiadają materiał genetyczny. Jednakże, są one najwyraźniej żywe tylko wtedy, gdy znajdują się wewnątrz gospodarza. W przeciwnym razie są biologicznie nieaktywne. Kiedy są aktywne, wykorzystują mechanizmy biologiczne gospodarza, zwłaszcza do replikacji. Oprócz wirusów, wiroidy są kolejnym przykładem bezkomórkowego organizmu. Wydają się być żywe, ponieważ są patogenne. Zawierają również materiał genetyczny (np. krótką nić RNA).
Struktura organizmu
Organizm jednokomórkowy lub wielokomórkowy składa się z podstawowej jednostki życia, komórki. Jak wspomniano wcześniej, komórka jest podstawową jednostką wszystkich żywych istot. Jest to struktura związana z błoną, zawierająca różne struktury cytoplazmatyczne. Prokariota i jednokomórkowy eukariota mogą występować jako funkcjonalna, niezależna jednostka życia. Odwrotnie, wielokomórkowe eukarionty mają kilka komórek, które działają jako jednostka, pełniąc określoną funkcję.
Żywe komórki zawierają protoplast otoczony błoną plazmatyczną. W protoplaście znajduje się cytozol i struktury cytoplazmatyczne, takie jak organelle i inkluzje. U eukariotów do głównych organelli należą: jądro, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, mitochondria i chloroplasty. Każda z tych organelli specjalizuje się w określonym zadaniu. Na przykład, jądro jest centrum sterowania komórką. Geny wewnątrz jądra przenoszą kody, które określają sekwencję aminokwasów i białek.
Gdy komórka potrzebuje konkretnego białka, gen kodujący je otwiera się, aby umożliwić utworzenie transkryptu (mRNA). Transkrypt jest później tłumaczony na rybosomie dołączonym do retikulum endoplazmatycznego, tak aby nowo wyprodukowane białko przechodziło dojrzewanie wewnątrz retikulum endoplazmatycznego. Po zakończeniu tego procesu białko jest transportowane do aparatu Golgiego, gdzie jest znakowane. Etykieta decyduje o tym, dokąd białko trafi w następnej kolejności, tj. do transportu na zewnątrz lub wewnątrz komórki.
Mitochondrium (liczba mnoga: mitochondria) jest półautonomiczną organellą odpowiedzialną za wytwarzanie ATP (poprzez cykl kwasu cytrynowego i szlaki fosforylacji oksydacyjnej). Jest organellą półautonomiczną, ponieważ posiada własny materiał genetyczny. Podobnie chloroplast, który w dużej mierze odpowiada za fotosyntezę, jest również półautonomiczny, ponieważ posiada własne DNA. Te pozajądrowe DNA różni się od DNA jądrowego. W rzeczywistości jest ono wykorzystywane jako podstawa w teorii endosymbiotycznej. Zgodnie z tą teorią, te półautonomiczne organelle są prawdopodobnie wczesnymi prokariotami, które zostały wchłonięte przez większą komórkę. Ostatecznie, prokariota wewnątrz dużej komórki przystosował się i żył w symbiozie ze swoim gospodarzem.
Ewolucja organizmów
Do chwili obecnej to, jak zaczęło się życie, jest nadal niejasne. Istnieje kilka teorii sugerujących, jak powstało życie na Ziemi. Na przykład w Abiogenesis sugeruje, że życie powstało z materii nieożywionej, a proces, który sprawił, że tak się stało, prawdopodobnie trwał kilka miliardów lat.
Pierwotna ziemia jest przedstawiana jako pierwotna zupa. Została ona przyrównana do zupy, ponieważ ziemia mogła być wodnym siedliskiem zawierającym różne związki, zwłaszcza RNA.
W hipotezie świata RNA zakłada się, że pierwotne życie było oparte na RNA. Dzieje się tak dlatego, że RNA jest cząsteczką, która może działać jako materiał genetyczny i jednocześnie jako katalizator. Ostatnio NASA spekulowała, że meteoryty, które spadły na Ziemię z kosmosu mogły być źródłem budulca RNA (jak również DNA). Przypuszczenie to wynika z nukleobaz, które znaleziono w meteorytach. (Zał. 1) Może to oznaczać, że najwcześniejsze organizmy nie posiadały organelli, a więc były prokariotami.
Organelle powstały prawdopodobnie w wyniku symbiozy mniejszej komórki z większą. Mniejsza komórka mogła przekształcić się w półautonomiczne organelle, takie jak mitochondrium czy chloroplast. Jednym ze znaków rozpoznawczych, że może to być prawda, jest podobieństwo rybosomów 70S mitochondriów do rybosomów prokariotów.
Hipotetyczny organizm pierwotny, z którego wywodzi się całe życie na Ziemi, określany jest jako Ostatni Wspólny Przodek (Last Universal Common Ancestor, LUCA). Ten wspólny przodek mógł istnieć około 3,5 do 3,8 miliarda lat temu (era paleoarchejska). (Ref. 2, 3)
Schemat zwany drzewem ewolucyjnym (znany również jako drzewo życia) może być użytecznym narzędziem w badaniu relacji filogenetycznych. To, w jaki sposób organizmy przeszły od jednej formy do drugiej, przedstawiają gałęzie drzewa. Dzięki temu można również prześledzić i zidentyfikować wspólnych przodków organizmów. Śledzenie przebiegu ewolucji wszystkich istot żywych doprowadziłoby do powstania LUCA. Jednak nie wszyscy naukowcy popierają tę teorię. Na przykład Jean-Baptiste Lamarck obalił tę teorię. Wierzył on w życie powstające nie tylko z jednego, ale z wielu. (Ref. 4)
Wielokomórkowe organizmy mogły pojawić się około 600 milionów lat temu. W historii geologicznej, cykliczne wybuchy życia i masowe wymierania miały miejsce. Jeden z godnych uwagi wybuchów życia nastąpił w okresie ediakarskim. Przypuszcza się, że ediakarska fauna i flora składała się z jednokomórkowych i wielokomórkowych organizmów żywych. Inny wybuch życia nastąpił w okresie kambryjskim (około 541 milionów lat temu). W 2016 roku liczbę gatunków zamieszkujących Ziemię szacuje się na około 1 bilion. (Ref. 5)
Zobacz także
- Życie
- Czystość żywa
- Prokariota
- Eukariota
.
- NASA – NASA Researchers: DNA Building Blocks Can Be Made in Space. (2011, January 1). Retrieved from Link
- Doolittle, W. F. (February 2000). „Uprooting drzewo życia”. Scientific American 282 (2): 90-5.
- 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.
- Bowler, P. J. (2003). Evolution. The History of an Idea”, wydanie trzecie, s.90-91.
- The History of Animal Evolution. (2000, styczeń 1). Retrieved from Link
- Researchers find that Earth may be home to 1 trillion species NSF – National Science Foundation. (2016, January 1). Retrieved from: https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=138446
Further Reading
- System klasyfikacji – Science Learning Hub. (Ten artykuł omawia system klasyfikacji organizmów i ciągłą ewolucję).