Leven

CB

Kenmerken van leven

Een sluitende of bevredigende definitie van leven is moeilijk te geven. Het belangrijkste probleem daarbij is, dat het nog niet is gelukt, kunstmatig leven te produceren. Toepassing van onze kennis van de samenstellende delen en stoffen en hun interactie binnen een organisme, stelt ons nog niet in staat naar believen iets te vervaardigen dat leeft. Daarnaast is er het probleem van de overgangen van levenloos naar levend: zo is de positie van virussen hier op de grens.

Er bestaan in de verschillende wetenschappelijke disciplines - zoals de filosofie en de biologie - uiteenlopende definities van leven, zodat voor zinvolle gedachtenwisselingen altijd eerst duidelijk de daarbij geldende context moet worden vastgesteld. Het schrijven van een goede definitie van het begrip 'leven' is niet eenvoudig. Volgens veel definities zou vuur ook voldoen aan de definitie, omdat het een metabolisme kent, kan groeien, zich kan aanpassen aan de omgeving en zich voortplanten. Dat is de reden dat in bovenstaande definitie wordt geschreven over een 'inwendig metabolisme'. Het is de kunst om de definitie zo te formuleren dat mogelijke vormen van buitenaards leven wél binnen de definitie vallen, hoewel wij nu niet op de hoogte zijn van de mogelijke verschijningsvormen.

In de biologie wordt een lijst van kenmerken (ook wel levensfuncties of levensverrichtingen genoemd) gebruikt om aan te geven wanneer men spreekt van leven. Daarbij wordt iets dan als levend beschouwd als het alle of de meeste van deze levensfuncties heeft:

1. Homeostase: het vermogen van een organisme om het interne milieu constant te houden.
2. Leven vertoont organisatie en structuur: er is een verband tussen vorm (anatomie, histologie, morfologie) en functie (fysiologie, gedrag). De basale bouwstenen van het leven zijn cellen, deze kunnen weer weefsels vormen en deze op hun beurt weer de organen van een organisme.
3. Metabolisme of stofwisseling: het opnemen van energie van het geheel van biochemische processen die plaatsvinden in cellen en organismen ten behoeve van de activiteit, groei, voortplanting en instandhouding. Energie wordt van de ene vorm in de andere vorm getransformeerd.
4. Groei: het proces van toename van grootte en complexiteit.
5. Er vinden aanpassingen plaats in structuren of gedrag, die de organismen beter in staat stellen te overleven of voor nageslacht te zorgen. Dit principe van adaptatie aan het milieu is fundamenteel voor de evolutie van populaties.
6. Prikkelbaarheid: het kunnen reageren op stimuli, op veranderingen in het uitwendige of inwendige milieu van het organisme.
7. Voortplanting: het proces waarbij een organisme voor nakomelingen en voor het voortbestaan van de soort zorgt. Voor geslachtelijke voortplanting zijn twee individuen nodig. De nakomelingen hebben kenmerken van beide ouders in nieuwe combinaties.

Verdere toelichting

Van leven kan gesproken worden als er zich ook een proces afspeelt van begin (bevruchting) tot eind (dood). Er zijn echter ook organismen, zoals bacteriën, die zich vermenigvuldigen door binaire deling die ook niet "sterven". Een organisme heeft een stofwisseling (metabolisme) en werkt autonoom. Om deze reden worden virussen veelal niet tot het "rijk der levenden" gerekend.

De eis van autonomie zou sommige parasitaire en andere symbiotische organismen uitsluiten die toch door iedereen als levend worden beschouwd. Meestal beschouwt men die dan ook als uitzonderingen (zoals ook onvruchtbare organismen als het muildier). Men zegt ook weleens dat iets levends zich enkel kan voortplanten door celdeling of door binaire deling en niet bijvoorbeeld door zelfassemblage, hetgeen virussen andermaal uitsluit. Er zijn uiterst kleine bacteriën die, net als virussen, voor hun reproductie afhankelijk zijn van een gastheercel. Ze zijn zo klein dat de gewoonlijk essentieel geachte zaken afwezig zijn. Het grootst bekende virus, het Mimivirus, is zelf in staat eiwitten aan te maken, hetgeen mogelijk wijst op een evolutionair verleden waarin virussen voor hun reproductie nog niet zo afhankelijk waren van andere organismen.

In de biologische taxonomie wordt soms als superdomein biota of vitae gebruikt om al het leven te omvatten. De term biota wordt in de ecologie weleens gebruikt om al het leven in een bepaalde regio of een bepaald tijdvak te omvatten. De biosfeer is het deel van de Aarde waar leven mogelijk is, dus waar de biota voorkomen.

Als er wordt gesproken over non-cellulair leven wordt de term acytota weleens gehanteerd, met daar tegenover de term cytota voor het cellulair leven.

Ook kan er sprake zijn van kunstmatig of artificieel leven, de studie van leven door het gebruik van door de mens gemaakte analogieën van levende systemen. Hierbij stelt men zich de vraag of deze analoge creaties wel als leven beschouwd kunnen worden.

Indeling van het leven op Aarde

Zie Systematiek en Taxonomie voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Systematiek is de biologische studie ("leer van het leven") van de verscheidenheid van organismen op aarde, van de verwantschap tussen de organismen en de verklaring van het ontstaan van deze verscheidenheid. De vele organismen die men op Aarde vindt zijn opgedeeld in groepen. De taxonomie houdt zich bezig met het indelen van organismen. In de 20e eeuw werden alle organismen ingedeeld binnen de zogenoemde "vijf rijken": bacteriën, schimmels, planten, dieren en protisten. Deze indeling is lang op de scholen onderwezen. Zo kon men op eenvoudige wijze een globaal overzicht krijgen van de verscheidenheid aan levensvormen. De protisten vormden daarbij een zeer heterogene restgroep van organismen, waarvan het gemeenschappelijke kenmerk is dat ze eencellig zijn.

De indeling in "vijf rijken" berust niet op evolutionaire verwantschappen maar enkel op de globale verschillen in cellulaire organisatie. Door nieuwe inzichten delen we organismen tegenwoordig in drie domeinen: de Bacteria, de Archaea en de Eukaryota. De Bacteria en de Archaea zijn prokaryoot, wat wil zeggen dat ze geen celkern hebben, terwijl de eukaryoten gevormd worden door de oude rijken van de schimmels, dieren, planten en protisten. De eukaryoten worden onderverdeeld in vijf of zes supergroepen, die oppervlakkig maar weinig herkenbaar zijn. De schimmels en dieren komen samen met de amoeben in de supergroep Unikonta (één flagel). De diverse groep van de protisten is daarbij verspreid over alle overige supergroepen, die gezamenlijk soms Bikonta (twee flagellen) worden genoemd.

Linnaeus (1735) 2 rijken	Haeckel (1894) 3 rijken	Whittaker (1969) 5 rijken	Woese (1977) 6 rijken	Woese (1990) 3 domeinen	Cavalier-Smith (1998) 2 domeinen en 6 rijken		Keeling (2004) 3 domeinen en 5 supergroepen
Animalia	Animalia	Animalia	Animalia	Eucarya	Eukaryota	Animalia	Eukaryota	Unikonta
Vegetabilia	Plantae	Fungi	Fungi			Fungi		Excavata
		Plantae	Plantae			Plantae		Archaeplastida
		Protista	Protista			Chromista		Chromalveolata
niet behandeld	Protista					Protozoa		Rhizaria
		Monera	Archaebacteria	Archaea	Prokaryota	Bacteria	Archaea
			Eubacteria	Bacteria			Bacteria

De virussen, viroïden en prionen zijn niet opgenomen in de vijf klassieke rijken maar ook in de nieuwe indeling zijn deze niet ingedeeld, omdat ze niet gerekend worden tot het leven. Hoewel de onderlinge verwantschappen nog niet zijn opgehelderd worden de virussen vaak gerekend tot een extra "domein".

De drie domeinen

Zie domein (biologie) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In 1937 heeft men alle organismen ingedeeld in 2 domeinen: de eukaryoten (met een celkern) en de prokaryoten (zonder een celkern). De laatste decennia worden de prokaryoten in twee groepen gedeeld: Archaea en Bacteria, omdat het om parafyletische groepen gaat. Hierdoor ontstaat een indeling: Archaea, Bacteria, Eukarya, die voornamelijk is gebaseerd op genetische gronden. De oorspronkelijke rijken waren hier weer een onderdeel van.

Fylogenetische stamboom domeinen, supergroepen en rijken

LUCA Domein Eubacteria (Ehrenberg 1828) (→ prokaryoten) Domein Archaea (Woese et al. 1990) (→ prokaryoten) Domein Eukaryota Supergroep Unikonta (Cavalier-Smith 2002) Rijk Animalia (Linnaeus 1758) Rijk Fungi (Linnaeus 1753) Rijk Amoebozoae (Lühe 1913, em. Corliss 1984) (→ protisten) Supergroep Excavata (Cavalier-Smith 2002) (→ protisten) Rijk Euexcavatae (Holt & Iudica) Rijk Discicristatae (Cavalier-Smith 2002) Bikonta (Cavalier-Smith 2002) Supergroep Chromalveolata (Adl et al. 2005) (→ protisten) Rijk Hacrobiae (Cavalier-Smith 2010) Harosa (Cavalier-Smith 2010) (SAR, RAS) Rijk Rhizariae (Cavalier-Smith 1993) (Rhizaria) Rijk Alveolatae (Cavalier-Smith 1991) Rijk Heterokontae (Cavalier-Smith 1986) (Stramenopiles) Supergroep Archaeplastida (Adl et al. 2005) Rijk Viridiplantae (Cavalier-Smith 1981) Rijk Rhodoplantae (Saunders & Hommersand 2004) (→ protisten)

(→ behoort tot de ...) wordt ook gerekend tot een polyfyletische groep

Archaea

Zie Archaea voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Archaea zijn een groep bacteriën die ook wel "oerbacteriën" genoemd worden. Archaea onderscheiden zich van alle andere bacteriën doordat ze zich in extreme milieus kunnen handhaven: van uiterst zure en vulkanische, tot in het permanent bevroren permafrost. Daardoor denken vele wetenschappers dat deze bacteriën een van de eerste organismen op Aarde geweest moeten zijn. Ook wordt gedacht dat, als er buitenaards leven bestaat, dit hoogstwaarschijnlijk zal bestaan uit variaties op de Archaea.

Bacteria

Zie Bacteriën voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Bacteriën zijn prokaryoten: eenvoudige eencellige organismen zonder celkern. Het DNA van bacteriën bestaat meestal uit een enkel ringvormig chromosoom, vaak vergezeld van één of meerdere kleine plasmiden die aanvullende genetische informatie bevatten.

Eukaryoten

Zie Eukaryoten voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Eukaryotische organismen (Eukaryota) hebben cellen met een volledige celbouw. Zij bezitten - in tegenstelling tot prokaryotische cellen - een celkern waarin het DNA is verpakt. Daarnaast bevinden zich in de cel nog een aantal organellen. Bij prokaryoten ligt het DNA vrij in het cytoplasma en zijn er geen organellen. Dieren (zoals zoogdieren, insecten, kwallen), schimmels en planten zijn eukaryoot. In een moderne onderverdeling bestaan de eukaryoten uit 5 supergroepen die gezamenlijk weer 11 stammen omvatten.

Virussen en prionen

Zie Virus (biologie) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Volgens de meeste definities zijn virussen niet levend. Virussen hebben geen eigen metabolisme en kunnen zichzelf ook niet voortplanten. Ze hebben daar een gastheercel voor nodig. Virussen bestaan uit een stukje genetisch materiaal (dit kan RNA óf DNA zijn), omgeven door een eiwitmantel. Dit virusdeeltje komt een gastheercel binnen, valt binnen de cel uiteen, waarbij het virale genetisch materiaal vrijkomt. De gastheercel gaat vervolgens aan de hand van dit genetisch materiaal nieuw virusmateriaal maken. Vervolgens valt de cel uiteen (lysis), waarbij de nieuwe virusdeeltjes vrijkomen en weer volgende cellen infecteren.

Het zogenoemde Mimivirus heeft eigen genetisch materiaal dat codeert voor stofwisselings-eiwitten. In eerste instantie dacht men dan ook dat dit zeer grote virus (groter dan sommige bacteriën!) een kleine bacterie was. Maar ook dit virus heeft geen ribosomen en geen metabolisme. Het heeft ook een gastheercel nodig om voortgeplant te worden. Of een virus als levend beschouwd wordt of niet hangt dus vooral van de gehanteerde definitie af. De grens tussen leven en levenloos (b)lijkt niet helemaal scherp.

Prionen zijn eiwitten die geen eigen erfelijk materiaal bevatten, ze kunnen worden voortgeplant, maar kunnen niet als levensvorm worden beschouwd.

De vijf rijken

De indeling van de vijf rijken is een van de oudere indelingen van het leven op Aarde. Deze bij veel mensen ingesleten indeling wordt nog wel gebruikt: de ontwikkelingen in de systematiek van het leven gaan zeer snel. Veel mensen kunnen bijvoorbeeld wel een verschil opnoemen tussen dieren en bacteriën, terwijl de termen Archaea en Eukarya onbekend zijn. Ook is de indeling van de vijf rijken eenvoudig zichtbaar: zo is er met het blote oog duidelijk een verschil te zien tussen planten en dieren. Dit gaat echter niet op voor de 'protisten', een restgroep waarvan sommige bij de schimmels, andere bij de dieren, weer andere bij de planten werden ondergebracht, en nog meer soorten in nieuwe eigen groepen.

Salmonellabacteriën

Het rijk der bacteriën

Zie Bacteriën en Archaea voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Er worden tegenwoordig twee prokaryote domeinen onderscheiden, te weten de Bacteria en de Archaea, die in het verleden samen het rijk van de bacteriën vormden. Het gaat om de meest eenvoudig gebouwde levensvormen.

De basiskenmerken van een bacterie zijn als volgt:

• Bacteriën zijn gewoonlijk eencellige organismen.
• Bacteriën hebben een celwand.
• Bacteriën hebben geen kern noch kernmembraan, waardoor de chromosomen los in het cytoplasma voorkomen.
• Bacteriën hebben meestal ringvormige chromosomen.
• Bacteriën hebben geen duidelijke organellen; ze hebben dus geen plastiden en geen mitochondria.
• Blauwalgen, een stam binnen het domein van de Bacteria, hebben bladgroen in het cytoplasma, waardoor ze in staat zijn tot fotosynthese. Blauwalgen kunnen meercellige kolonies vormen.
• Voortplanting gewoonlijk door binaire deling of knopvorming.

Ook zijn er bacteriën die zuurstof gebruiken voor assimilatie. Volgens de endosymbiosetheorie zijn deze bacteriën samen met de cyanobacteriën in een "gewone" bacterie opgenomen waardoor de eerste plantencellen zich vormden.

Een porseleinzwam

Het rijk der schimmels

De schimmels (Fungi) vormen een rijk in de supergroep van de Unikonta, naast de Dieren (Animalia) en de Amoebozoa. Schimmels zijn organismen die veelal eencellig zijn, maar meestal in lange schimmeldraden voorkomen. Paddenstoelen zijn de meercellige vruchtlichamen van bepaalde schimmels. Algemene kenmerken van schimmels zijn:

• Een celwand
• Een celkern
• Een vacuole
• Veel organellen, maar géén plastiden, zoals bladgroenkorrels. Schimmels doen niet aan fotosynthese.

Een Nederlandse koe

Het rijk der dieren

De dieren (Animalia) vormen een rijk in de supergroep van de Unikonta, naast de Schimmels (Fungi) en de Amoebozoa. De mens behoort tot het rijk der dieren. Dieren zijn heterotroof: ze kunnen hun voedingsstoffen niet zelf maken en moeten dus ander organisch materiaal opnemen (eten). De algemene kenmerken van dieren zijn:

• Géén celwand
• Een duidelijke celkern
• Lysosomen (maar geen grote centrale vacuole)
• Veel organellen, maar 'géén' bladgroenkorrels of andere plastiden. Elysia chlorotica (een groene zeeslak) is voor zover bekend het enige dier dat aan fotosynthese doet.

Een tuin met verschillende plantensoorten

Het rijk der planten

De inhoud van de groep planten is in de loop van de tijd sterk veranderd. Het rijk van de Plantae wordt tegenwoordig niet meer erkend. De Archaeplastida of Primoplantae (planten in wijdere zin, dus inclusief groenwieren en kranswieren) vormen een supergroep. Dit kan men als de ruimste omgrenzing van de planten opvatten, maar ook wel zonder de verschillende groepen algen. De Archaeplastida kunnen eencellig en meercellig zijn. Vrijwel alle planten maken hun eigen voedingsstoffen aan, door middel van fotosynthese en andere assimilatie-technieken. De algemene kenmerken van planten zijn:

• Een celwand met als bouwstof cellulose.
• Een duidelijke celkern.
• Meestal een grote vacuole in het midden van de cel.
• Bladgroenkorrels; hierin vindt de fotosynthese plaats.
• Veel andere organellen.

De protisten

Het voormalige rijk van de Protista was een verzameling van eukaryote soorten die niet goed pasten bij de vorige drie rijken. Deze eukaryoten hebben gemeenschappelijk dat ze eencellig zijn, maar verder is het een zeer heterogene groep. Tegenwoordig worden de protisten verdeeld over alle supergroepen.

• Eencellig.
• Een duidelijke celkern.
• Al of niet een celwand.
• Al of niet een of meer vacuolen.
• Al of niet bladgroenkorrels.
• Vaak veel andere organellen.

Oorsprong van het leven

Zie Oorsprong van het leven voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De vraag naar de oorsprong van het leven kan op verschillende manieren benaderd worden.

Meest recente gemeenschappelijke voorouder

De evolutietheorie leidt tot de hypothese dat alle levende en uitgestorven organismen een gemeenschappelijke voorouder moeten hebben. De LUCA (Last Universal Common Ancestor) is het hypothetische organisme dat de meest recente voorouder is van alle hedendaagse organismen. Hoewel virussen evolutie vertonen en verwant zijn met levende organismen worden ze niet als leven beschouwd maar wel verwant. In dit licht is "LUCA" de afkorting voor "Last Universal Cellular Ancestor". De "universele stamboom van het leven" is waarschijnlijk niet universeel zonder de virussen.

Abiogenese

Zie Abiogenese voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Alhoewel het moeilijk vast te stellen is hoe oud het leven op Aarde precies is, gaat de wetenschap ervan uit dat het leven ongeveer 3,7 miljard jaar geleden is ontstaan. In de hypothese van de abiogenese wordt verondersteld dat het leven op Aarde ontstaan is uit levenloos materiaal. Dit moet men niet verwarren met de spontane generatie-hypothese. De abiogenese zou miljoenen jaren geduurd hebben. Hierin zouden organische stoffen zich in de oersoep over verloop van velen miljoenen jaren hebben ontwikkeld tot primitieve cellen. Moleculen als DNA en RNA spelen een belangrijke rol in de abiogenese.

Een aantal waarnemingen ondersteunt de abiogenese-hypothese, waaronder:

1. Fosfolipiden vormen spontaan fosfolipide-dubbellagen, de basisstructuur van een celmembraan.
2. Willekeurige RNA-moleculen kunnen onder bepaalde condities ribozymen produceren, die een enzymatische functie hebben.

Het grootste probleem binnen de hypothese van de abiogenese is dat DNA niet "spontaan" kan worden gevormd. De synthese van DNA is een complex biologisch proces, dat nooit zonder de hulp van vele eiwitten zou kunnen verlopen. Er wordt daarom verondersteld dat DNA ontstaan is uit RNA.

Panspermia

Zie Panspermia voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De hypothese van panspermia gaat ervan uit dat het leven niet op Aarde ontstaan is, maar meegebracht is door meteorieten of kometen uit de ruimte. Hypothetisch is het mogelijk dat bijvoorbeeld Mars of de maan Europa en de Aarde elkaar in het verleden "besmet" zouden hebben met leven; dat zou, indien aangetoond, de panspermia-theorie ondersteunen. Bacteriën en met name archaea (zie verder) zijn overlevers bij uitstek. Veel bacteriën zijn taai genoeg om een reis door de ruimte voor vele jaren (in een soort winterslaap) te overleven, en inmiddels zijn er meerdere aardse organismen bekend die in de omstandigheden op Mars zouden kunnen overleven. Maar dan blijft het vooralsnog de vraag waar, wanneer en hoe het leven uit de ruimte ontstaan is.

Filosofie en levensbeschouwing

De wetenschap (de biologie) onderzocht het leven op empirisch-fysicalistische manier, wat wil zeggen dat slechts onderzocht wordt wat waarneembaar is of waarvoor waarneembaar bewijs bestaat. Metafysische verklaringen van het ontstaan van het leven, zoals die in de tradities van alle godsdiensten voorkomen, zijn niet het terrein van de wetenschap. Naast deze religieuze tradities kan het leven ook op filosofische wijze benaderd worden. Menselijk leven wordt binnen de filosofie veelal gedefinieerd op grond van het geestelijke aspect.

Vrijwel alle religies en filosofische stromingen hebben een eigen kijk op het leven.

Schepping

Volgens scheppingsverhalen is het leven ontworpen en gemaakt ("geschapen") door een hogere macht. In de abrahamistische traditie (jodendom, christendom en islam) wordt god gezien als schepper van het heelal en het leven. De schepping zou in zes al dan niet symbolische dagen zijn afgerond. De mens werd gemaakt naar Gods beeld en als heerser over de Schepping.

In de oosterse traditie (hindoeïsme, boeddhisme, taoïsme, enz.) wordt leven als eeuwig beschouwd: elk levend wezen is een eeuwig deeltje van het goddelijke. Leven is volgens de oosterse religies niet geschapen, maar is eeuwig onderdeel van de absolute werkelijkheid.

Charles Darwin verklaarde de evolutie van het leven door natuurlijke selectie, waarbij het ingrijpen van een god of andere metafysische verschijnselen geen rol spelen. Metafysische verklaringen, zoals een schepping, hebben na Darwins werk halverwege de 19e eeuw geen plaats meer in de biologische wetenschap en het natuurwetenschappelijk onderwijs. Met name binnen christelijke en islamitische kringen worstelt men sindsdien met de vraag hoe de biologische wetenschap kan worden verenigd met de traditie. De meeste christelijke denominaties sluiten evolutie niet uit. Er zijn ook religieuze groepen die de evolutiebiologie geheel afwijzen. Een scheppingsverhaal in de plaats stellen van wetenschappelijke verklaringen wordt wel creationisme genoemd. Het combineren van religieuze opvattingen en wetenschappelijke verklaringen over het ontstaan en de ontwikkeling van leven wordt theïstisch evolutionisme genoemd.

Zie ook

• Biologie, de studie van het leven P:BIO
• Buitenaards leven
• Dagelijks leven P:DL
• Eeuwig leven
• Honger, Lust en Angst, de drie levenskrachten die het evolutieproces manipuleren (Ch'i)
• Levensbewijs
• Levenscyclus
• Levenswiel
• Mystiek
• Natuur
• Werkelijkheid
• Zin van het leven

Bronnen, noten en/of referenties