Un organismo vivente è un'entità, unicellulare o pluricellulare, soggetta alle leggi del mondo fisico e al controllo da parte dei sistemi che esprimono l'informazione in esso contenuta. Tale informazione è codificata primariamente nel genoma e nel materiale genetico altrimenti veicolato, per esempio negli organuli cellulari, ed è sottoposta a tutti i meccanismi tipici dell'espressione, compresi quelli evidenziati nell'epigenetica. Tale informazione, come descritto dalla genetica, viene ereditata verticalmente dagli organismi discendenti, o trasferita orizzontalmenteGraham Lawton, Why Darwin was wrong about the tree of life , New Scientist magazine - 24 gennaio 2009.
Definizioni
Gli organismi risultano imparentati tra di loro. Ogni organismo vivente a oggi conosciuto deriva da una rete, in prima approssimazione assimilabile a una linea filogenetica arborescente, comune a tutti gli altri organismi, indipendentemente dal tempo di separazione fra le linee evolutive. Ogni forma di vita esistente deriva da uno o pochi antenati comuni, comparsi sulla Terra miliardi di anni fa, possiede vie metaboliche, si riproduce, trasmette informazioni alla propria discendenza e organizza le proprie strutture. Queste caratteristiche costituiscono il nucleo del concetto biologico di vita, peculiarità emergente che la distingue dalle entità non viventi.
Tali peculiarità per convenzione sono rappresentate da alcuni aspetti comuni a tutti gli organismi viventi: Evoluzione: evolve, risultando imparentato con tutti gli altri organismi viventi. Ordine: risulta strutturato. Codifica: contiene al proprio interno l'informazione e le istruzioni che controllano e definiscono la sua struttura e funzione. Regolazione: risulta in grado di mantenere autonomamente l'omeostasiAlcuni organismi sono in grado di mantenerla per quasi 10000 anni di vita, ciò è confermato per l'organismo più antico conosciuto, su national-geographic. Crescita e sviluppo: risulta autonomamente in grado di accrescersi. Energia: rappresenta un sistema termodinamico aperto, in grado di assimilare energia, incamerarla, trasformarla, e cederla all'ambiente. Irritabilità, Sensibilità o Motilità: risulta autonomamente in grado di rispondere agli stimoli esterni. In senso più ampio, gli organismi possono essere considerati capaci di possedere, e collettivamente possiedono, un'ampia gamma di caratteristiche, come la capacità di crescere, riprodursi, adattarsi al loro ambiente e mantenere la stabilità interna attraverso processi regolatori. Capacità di riprodursi: in grado di dare origine a prole fertile la quale darà origine a organismi simili all'adulto. Capacità evolutiva: può variare il proprio genotipo e fenotipo, dando origine a strutture anatomiche, vie fisiologiche e combinazioni genomiche nuove, mai comparse in precedenza all'interno della linea filogenetica alla quale appartiene (divergenza evolutiva) o già comparse all'interno di linee filogenetiche precedentemente separate (convergenza evolutiva).
Queste caratteristiche sono la base della visione sufficientemente condivisa di essere vivente, in quanto organismo noto del biota terrestre. Altre definizioni si discostano in uno o più punti dalla precedente, generata dallo studio delle scienze naturali.
La biologia di sintesi che può portare alla genesi di organismi dotati di vita cosiddetta sintetica, come il Mycoplasma laboratoriumD. G. Gibson, J. I. Glass, C. Lartigue, V. N. Noskov, R.-Y. Chuang, M. A. Algire, G. A. Benders, M. G. Montague, Li Ma, M. M. Moodie, C. Merryman, S. Vashee, R. Krishnakumar, N. Assad-Garcia, C. Andrews-Pfannkoch, E. A. Denisova, L. Young, Z.-Q. Qi, T. H. Segall-Shapiro, C. H. Calvey, P. P. Parmar, C. A. Hutchison, III, H. O. Smith, J. C. Venter, Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome, Science DOI: 10.1126/science.1190719 (2010). Intero articolo (pdf) .Elizabeth Pennisi, Synthetic Genome Brings New Life to Bacterium., e i temi della esobiologia e delle biochimiche ipotetiche possono portare a definire il concetto di organismo vivente in maniera più generale.
Gli organismi noti abbracciano un'estensione dimensionale e temporale che va dagli anni e le oltre tonnellate di un singolo, millenario genet di pioppi, ai minuscoli micoplasmi di 200 nanometri di diametro, che "vivono" (tempo di duplicazione) alcuni minuti, di massa inferiore al miliardesimo di grammo.
Caratteristiche generali
Sulla Terra i cicli vitali sinora conosciuti si sviluppano intorno agli elementi chimici carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo (indicabili con l'acronimo CHNOPS, formato dai simboli dei vari elementi).
Ciò non implica, in linea di principio, che non possano esistere altre serie di elementi attorno alle quali possano crearsi sistemi di vita alternativi. Per esempio la scoperta nel 2010 nel Lago Mono, in California, di un batterio in grado di utilizzare l'arsenico al posto del fosforo avrebbe mostrato l'esistenza di organismi con una biochimica completamente diversa da quella finora conosciuta, in particolare relativamente agli acidi nucleiciA Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus - Wolfe-Simon F, Blum JS, Kulp TR, Gordon GW, Hoeft SE, Pett-Ridge J, Stolz JF, Webb SM, Weber PK, Davies PC, Anbar AD, Oremland RS - Science. 2010 Dec 2. PMID 21127214, ma studi successivi ne hanno smentito i risultati. Gli esobiologi ipotizzano organismi basati sulla chimica del silicio al posto del carbonio.
Per quanto riguarda il concetto biologico di vivente, gli studiosi ritengono che gli organismi viventi condividano alcune caratteristiche fondamentali comuniCos'è la vita? Torino scienza:
Dalla proprietà di Ordine derivano le caratteristiche di:
Cellularità: tutti gli esseri viventi sono costituiti da unità strutturali e funzionali elementari, chiamate cellule capaci di svolgere tutte le funzioni proprie dei viventi. Le cellule, infatti, nascono, si nutrono, crescono, si riproducono e muoiono. I più semplici organismi viventi sono costituiti da una singola cellula microscopica; così, per esempio, i batteri, molte specie di alghe e i lieviti. Altri organismi, come le piante, gli animali e quasi tutti i funghi, sono formati da un elevato numero di cellule. Le cellule che costituiscono un organismo pluricellulare possono essere strettamente saldate le une alle altre o essere relativamente libere e indipendenti. In ogni caso sono in comunicazione chimica tra di loro, possono essere esse stesse a costituire l'organismo o possono essere aggregate a costituire una comunità di cellule definita organismoGli organismi pluricellulari sono comunità di cellule. Complessità: i viventi sono esseri complessi e altamente integrati. Un batterio, che è una delle forme di vita più piccole, è fatto da circa sostanze chimiche diverse. Ognuna ha una sua funzione biologica ben precisa e deve essere sempre presente nella quantità “giusta” per il buon funzionamento del batterio. Se poi si considera l'uomo, si scopre che è costituito da almeno miliardi di cellule; queste, a loro volta, sono composte da decine di migliaia di sostanze chimiche diverse distribuite in numerose strutture microscopiche (organuli cellulari). Nel corpo umano le cellule sono differenziate in circa 200 tipi diversi. I vari tipi di cellule sono organizzati in tessuti che, a loro volta, formano gli organi. Gli organi costituiscono i sistemi e gli apparati e questi si integrano a formare l'organismo. Dalla proprietà di Codifica derivano le caratteristiche di: Informazione: il mantenimento e la trasmissione di generazione in generazione della complessità dei viventi richiedono una quantità di informazioni che, anche per il più semplice di essi, è superiore a quella contenuta in una voluminosa enciclopedia. Ogni struttura e ogni attività, dalla singola molecola all'intero organismo, dalla nascita alla morte, sono codificate nel genoma. I primi elementi del genoma scoperti furono i geni che sono formati dalla molecola di DNA racchiusa nei cromosomi del nucleo cellulare. Ciascun gene “contiene” un'informazione che, di volta in volta, può essere modulata e coordinata con quella di altri geni. Ne risulta un armonico e complesso sistema che dirige le attività svolte dalle varie cellule non solo nell'organismo adulto, ma anche durante la sua crescita e il suo sviluppo. Dalla proprietà di Energia derivano le caratteristiche di: Metabolismo: “Metabolismo” significa trasformazione. Infatti, ogni organismo va incontro a continue trasformazioni rese necessarie dal mantenimento della sua complessa struttura, dalla crescita e dai continui adattamenti all'ambiente. Più propriamente, per metabolismo si intende quel complesso di ben organizzate reazioni chimiche capaci di sfruttare energia esterna per rinnovare, accrescere o riparare le strutture dell'organismo. Tutto ciò comporta, appunto, una continua trasformazione di numerose molecole. L'alimentazione, la respirazione e l'escrezione sono l'espressione più evidente e manifesta dei processi metabolici che si compiono in un organismo. Dalla proprietà di Capacità riproduttiva derivano le caratteristiche di: Riproduzione: ciascun vivente deve essere in grado di riprodursi almeno in una fase del proprio ciclo vitale, con modalità e tempi spesso differenti e propri di ogni specie, cioè deve poter generare altri organismi simili a se stesso. Un organismo unicellulare duplica il proprio DNA, si accresce e si divide in due cellule figlie che erediteranno una delle due copie del DNA. In alcuni organismi pluricellulari, invece, la riproduzione avviene attraverso la fusione di due cellule (dette gameti), prodotte da due individui di sesso opposto. Il risultato di questa fusione si chiama zigote ed è una cellula che contiene metà del DNA proveniente dal padre, e metà proveniente dalla madre. L'individuo che si sviluppa dallo zigote assomiglia ai genitori, ma sarà diverso da tutti e due. In questo modo, a ogni generazione appariranno sempre nuove varianti della stessa specie.
Dalla proprietà di Crescita derivano le caratteristiche di: Sviluppo: la crescita è una proprietà caratteristica degli organismi viventi. I batteri si ingrandiscono, seppure di poco, dopo una divisione riproduttiva. Di norma, negli organismi a riproduzione sessuata lo zigote si divide più volte fino a formare miliardi di cellule. L'accrescimento può essere accompagnato dalla comparsa di nuovi tipi cellulari, di nuovi tessuti e di nuovi organi, può rappresentare un semplice ingrandimento od anche un drastico cambiamento anatomico e metabolico come nel caso della metamorfosi. Dalla proprietà di Evoluzione derivano le caratteristiche di: Adattamento: gli organismi viventi possono cambiare nel tempo la propria anatomia e fisiologia adattandola all'ambiente. Attraverso la riproduzione, i genitori trasmettono al figlio copia o parte dei propri geni, cioè una copia o una parte del proprio materiale ereditario. Per questo il figlio non risulta del tutto uguale al genitore ma possiede caratteri ereditari diversi. In più potrebbe possedere anche qualche caratteristica nuova che non esisteva nei suoi antenati. Un nuovo carattere, o mutazione, si origina in conseguenza del fatto che il materiale ereditario viene trasmesso lievemente alterato rispetto a quello originale. L'accumulo di tali variazioni nel tempo e nello spazio può condurre alla formazione di organismi con caratteristiche strutturali assai diverse. In tal modo, nel corso delle ere geologiche, hanno avuto origine le nuove specie di organismi viventi. Attente analisi e studi approfonditi testimoniano che l'attuale grande varietà degli organismi viventi si è originata attraverso un processo chiamato evoluzione. Esso altro non è che il risultato delle variazioni genetiche sommatesi nell'arco di tempo che divide le prime forme di vita da quelle attuali. Dalla proprietà di Irritabilità o Motilità derivano le caratteristiche di: