3. Mitä elämä on?
Luvun sisältö
- 3. Johdanto
- 3.1 Järjestäytyneisyys
- 3.2 Aineenvaihdunta
- 3.3 Solut ja niiden kemiallinen rakenne
- 3.4 Yksilöllisyys
- 3.5 Elämänkaari
- 3.6 Ärtyvyys ja itsesäätelykyky
- 3.7 Lisääntyminen ja perinnöllisyys
- 3.8 Evoluutio
- 3.9 Elämän määritelmä
3. Johdanto
Biologiassa tutkitaan eläviä eliöitä eli organismeja. Kaikilla eliöillä ja elämällä on tietyt yhteiset tunnuspiirteet, jotka erottavat ne elottomasta luonnosta.Eliöillä on samankaltainen solurakenne ja niissä tapahtuvat kemialliset reaktiot muistuttavat toisiaan.
Eliöt pystyvät lisääntymään ja siirtämään perinnöllisiä ominaisuuksia jälkeläisilleen. Lisäksi kaikki elävät eliöt kehittyvät osana evoluutiota.
3.1. Järjestyneisyys
Biologisen tutkimuksen eri organisaatiotasot voidaan järjestää pienimmästä tutkimuskohteesta atomista yhä suurempiin kokonaisuuksiin.
Atomeista muodostuvat molekyylit, joita on soluelimissä. Soluelimet toimivat soluissa, joista taas puolestaan rakentuvat solukot ja kudokset.
Seuraavat järjestyneet tasot ovat elin, elimistö ja yksilö. Yksilöt elävät populaatioissa ja populaatiot muodostavat yhdessä alueen eliöyhteisön.
Elottoman luonnon kanssa eliöyhteisöistä muodostuu ekosysteemit. Suurin taso on biosfääri eli elokehä.
3.2 Aineenvaihdunta
Eliöille yhteisiä perustoimintoja ovat aineenvaihdunta, ympäristöön sopeutuminen, kasvu ja lisääntyminen. Aineenvaihdunnalla tarkoitetaan eliön soluissa tapahtuvaa aineiden valmistamista, energian vapauttamista ja jäteaineiden poistamista. Kaikki eliöt tarvitsevat energiaa elintoimintoihinsa. Vihreät kasvit, levät ja syanobakteerit valmistavat itse tarvitsemansa aineet fotosynteesin avulla eli yhteyttämällä käyttäen valoenergiaa. Joillakin esitumaisilla eliöillä yhteyttämisen muotona on kemosynteesi. Sekä fotosynteesiä että kemosynteesiä hyödyntävät eliöt ovat omavaraisia eli autotrofisia eliöitä. Muut eliöt saavat ravintonsa syömällä muita eliöitä tai niiden poistamaa jätettä. Tällaisia toisenvaraisia eli heterotrofisia eliöitä ovat esimerkiksi eläimet ja sienet.
Aineenvaihduntaan kuuluvat eliössä tapahtuvat kemialliset reaktiot, joissa valmistetaan eliön tarvitsemia aineita. Lisäksi aineenvaihdunnan avulla vapautetaan energiaa eliön käyttöön. Eliöt ottavat ympäristöstään aineenvaihdunnassa tarvitsemiaan aineita: esimerkiksi kasvi tarvitsee ympäristöstään vettä ja hiilidioksidia. Vastaavasti ne poistavat elimistöstään aineenvaihdunnan tuottamat tuotteet, joita eliö ei voi enää hyödyntää omassa käytössään: esimerkiksi kasvit poistavat hapen, mutta niiden tuottama sokeri jää kasvien oman aineenvaihdunnan käyttöön.
Esimerkki aineiden otosta ja aineenvaihdunnasta. Kasvit tarvitsevat muun muassa vettä ja Auringon valoa. Eläimet tarvitsevat mm. vettä ja kasveista saatavia aineita ja energiaa.
3.3 Solut ja niiden kemiallinen rakenne
Solurakenne
Kaikki eliöt muodostuvat soluista. Osa eliöistä koostuu vain yhdestä solusta, toiset jopa miljardeista. Tohvelieläin, hiiva ja bakteeri ovat esimerkkejä yksisoluisista eliöistä. Monisoluisia eliöitä ovat esimerkiksi eläimet ja kasvit.Erilaisten solujen perusrakenne ja kemiallinen koostumus ovat hyvin samanlaisia, vaikka solut voivat olla erikoistuneita eri tehtäviin. Esimerkiksi norsun ja hiiren solut ovat kooltaan, rakenteeltaan ja toiminnaltaan toistensa kaltaisia. Norsua ja hiirtä erottaa ainoastaan solujen lukumäärä: norsulla on paljon enemmän soluja kuin hiirellä.
Kemiallinen rakenne
Soluissa on sekä epäorgaanisia että orgaanisia yhdisteitä. Tärkeimpiä solun alkuaineita ovat hiili, vety, typpi ja happi. Hiili on näistä merkittävin, koska hiileen perustuvat orgaaniset yhdisteet ovat solun keskeisimpiä yhdisteitä.Epäorgaaniset alkuaineet ja yhdisteet ovat elottoman luonnon aineita, joissa ei ole hiiltä. Epäorgaanisista aineista eliöissä on määrällisesti eniten vettä. Orgaaniset yhdisteet ovat hiiltä sisältäviä kemiallisia yhdisteitä. Solun orgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi hiilihydraatit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot (DNA ja RNA).
Hiilihydraatit muodostuvat enimmäkseen vedystä, hiilestä ja hapesta. Ne toimivat soluissa esimerkiksi energian varastoaineina ja solun rakenteen tukemisessa. Hiilihydraatteja ovat esimerkiksi sokerit, tärkkelys ja selluloosa.
Lipideihin kuuluu monenlaisia aineita, jotka eivät ole liukoisia veteen. Rasva-aineisiin kuuluvat esimerkiksi triasyyliglyserolit eli rasvat, solukalvojen rakennusaineet eli kalvolipidit ja kolesteroli. Solut voivat varastoida lipideihin paljon energiaa.
Proteiinit ovat solun toiminnan kannalta keskeisiä rakennusosia. Monet proteiinit ovat entsyymejä, jotka mahdollistavat nopeat biologiset reaktiot. Lisäksi monet proteiinit toimivat rakenteen ja liikkumisen kannalta tärkeissä tehtävissä. Ihmisen elinaikana elimistössä valmistetaan satojatuhansia erilaisia proteiineja.
Nukleiinihapot DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo) varastoivat ja siirtävät perinnöllistä informaatiota.
Ne koostuvat sokeri-, fosfaatti- ja emäsosasta. Solujen perimä koostuu DNA:sta, joka sijaitsee kromosomeissa.
Esimerkki aterian koostumuksesta.
3.4 Elämänkaari
Elämänkaarella 
tarkoitetaan eliön elämään kuuluvia kehitysvaiheita. Eliö syntyy saman lajin yksilöistä, kasvaa, lisääntyy, vanhenee ja kuolee. Eliöiden elinikä vaihtelee suuresti lajin mukaan. Joidenkin päivänkorentolajien aikuisvaihe (ks. kuva) kestää vain muutamia tunteja. Tässä ajassa sen on pariteltava ja munittava. Toisaalta jättiläiskilpikonna voi saavuttaa reilusti yli sadan vuoden iän.
Eliöiden kasvu perustuu solujen jakautumiseen ja solujen suurenemiseen. Vanhenemisen ajatellaan johtuvan siitä, että solujen ja perimän korjaaminen on sitä vaikeampaa, mitä kauemmin eliö kasvaa. Eliöiden resurssit ovat rajallisia, joten ne eivät voi panostaa samanaikaisesti kasvuun, lisääntymiseen ja ylläpitoon. Koska eliöt kasvavat ja lisääntyvät, niiden solut väistämättä vähitellen kuluvat ja lopulta eliöt kuolevat.
tarkoitetaan eliön elämään kuuluvia kehitysvaiheita. Eliö syntyy saman lajin yksilöistä, kasvaa, lisääntyy, vanhenee ja kuolee. Eliöiden elinikä vaihtelee suuresti lajin mukaan. Joidenkin päivänkorentolajien aikuisvaihe (ks. kuva) kestää vain muutamia tunteja. Tässä ajassa sen on pariteltava ja munittava. Toisaalta jättiläiskilpikonna voi saavuttaa reilusti yli sadan vuoden iän.Eliöiden kasvu perustuu solujen jakautumiseen ja solujen suurenemiseen. Vanhenemisen ajatellaan johtuvan siitä, että solujen ja perimän korjaaminen on sitä vaikeampaa, mitä kauemmin eliö kasvaa. Eliöiden resurssit ovat rajallisia, joten ne eivät voi panostaa samanaikaisesti kasvuun, lisääntymiseen ja ylläpitoon. Koska eliöt kasvavat ja lisääntyvät, niiden solut väistämättä vähitellen kuluvat ja lopulta eliöt kuolevat.
3.5 Yksilöllisyys
Saman lajin yksilöt muodostavat populaatioita, ja niistä muodostuu eliöyhteisöjä, mutta tästä huolimatta jokainen eliö on yksilöllinen. Jokaisella eliöllä on yksilöllinen perimä, joka tuottaa yhdessä ympäristöolosuhteiden kanssa yksilölle tietynlaisen ilmiasun.Monet eliöt elävät yhdessä, mutta ovat silti yksilöitä. Koralliriutasta, sammaleläinten runkokunnista ja yhdyskunnista voi kuitenkin olla vaikea erottaa yksilöitä toisistaan. Juurien avulla lisääntyvät kasvit voivat säilyttää fysiologisen yhteyden, jolloin yksilön määrittely on vaikeaa. Muurahaiset puolestaan järjestäytyvät yhteiskunniksi, joissa kaikki eliöt toimivat yhdessä ikään kuin yksi, iso toiminnallinen yksikkö.
Katso kuvaparia: Vaikka valkovuokkojen kasvusto näyttää kaukaa katsottuna yhdeltä kokonaisuudelta, se koostuu lukuisista erillisistä yksilöistä. Koralliriutalta voi olla vaikeaa erottaa eri koralliyksilöitä toisistaan.
3.6 Ärtyvyys ja itsesäätelykyky
Eliöt keräävät ja tarvitsevat tietoa ympäristöstään. Eliöt reagoivat ympäristönsä ärsykkeisiin tarkoituksenmukaisella tavalla. Tällaisia ärsykkeitä ovat muun muassa valo, ääni ja kosteus. Kasvit kääntävät lehtensä valoa kohden saadakseen mahdollisimman paljon säteilyenergiaa fotosynteesiin. Myös yksinkertaiset eliöt reagoivat ärsykkeisiin: esimerkiksi bakteeri pystyy suuntaamaan kulkunsa kohti ravinnonlähdettä ja poispäin myrkyllisistä aineista.Eliö pystyy myös säätelemään elintoimintojaan olosuhteiden muuttuessa. Tätä kutsutaan itsesäätelykyvyksi. Esimerkiksi kylmällä säällä eläimet hakeutuvat suojaan.
Auringonkukat kääntyvät valoa kohden. Tämä on esimerkki eliön ärtyvyydestä ja itsesäätelykyvystä.
3.7 Lisääntyminen ja perinnöllisyys
Kaikki eliöt pystyvät lisääntymään. Osa eliöistä lisääntyy suvullisesti, osa suvuttomasti. Yhteistä lisääntymisessä on kuitenkin se, että vanhemmat siirtävät jälkeläisilleen perimäänsä.Suvuton lisääntyminen tapahtuu ilman sukusoluja. Tällöin jälkeläisen perimä on peräisin kokonaisuudessaan yhdeltä vanhemmalta. Esimerkiksi jotkin kasvit lisääntyvät kasvullisesti rönsyjen avulla. Lisäksi uusia soluja syntyy emosoluista jakautumalla.
Suvullinen lisääntyminen tapahtuu sukusolujen avulla, jolloin koiraspuolinen sukusolu (siittiö tai siitepölyhiukkanen) hedelmöittää naaraspuolisen sukusolun, munasolun. Tästä hedelmöittyneestä munasolusta kehittyneellä yksilöllä on ainutkertainen yhdistelmä vanhemmilta saatuja perintötekijöitä. Suvullisessa lisääntymisessä jälkeläiset muistuttavat molempia vanhempiaan, mutta ovat silti perimältään ainutlaatuisia yksilöitä.
Saman lajin yksilöt kykenevät lisääntymään keskenään ja tuottamaan lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Lisääntymällä eliöt varmistavat lajin jatkuvuuden siirtäen samalla perintötekijänsä (geeninsä) jälkeläisille.
3.8 Evoluutio
Eliöt ovat sopeutuneet ympäristössä tapahtuneisiin muutoksiin. Saman lajin yksilöiden välillä on perinnöllisiä eroja, mikä saa aikaan perinnöllisen muuntelun. Parhaiten ympäristöön sopeutuneet eliöt lisääntyvät tehokkaimmin ja saavat eniten jälkeläisiä. Näiden yksilöiden kelpoisuutta lisäävät geenimuodot eli alleelit ja niiden aiheuttamat ominaisuudet yleistyvät populaation yksilöissä. Näin lajit muuttuvat ajan kuluessa.
Evoluutiota tapahtuu kaikilla lajeilla jatkuvasti, mutta se on yleensä hyvin hidas prosessi. Evoluutiosta on kuitenkin saatu tietoa esimerkiksi fossiilien avulla: muun muassa hevosen evoluutiosta on voitu tehdä melko tarkka kuvaus.
Kaikki tuntemamme elämä on syntynyt evoluution avulla, ja tietääksemme kaikki eliöt ovat sukua toisilleen: ne ovat siis kehittyneet yhdestä tai useammasta samasta alkumuodosta.
Piirroksessa on kuvattu hevosen oletettu kehittyminen suurikokoiseksi kavioeläimeksi. Päätelmät on tehty eri-ikäisten fossiilien perusteella.
Evoluutiota tapahtuu kaikilla lajeilla jatkuvasti, mutta se on yleensä hyvin hidas prosessi. Evoluutiosta on kuitenkin saatu tietoa esimerkiksi fossiilien avulla: muun muassa hevosen evoluutiosta on voitu tehdä melko tarkka kuvaus.
Kaikki tuntemamme elämä on syntynyt evoluution avulla, ja tietääksemme kaikki eliöt ovat sukua toisilleen: ne ovat siis kehittyneet yhdestä tai useammasta samasta alkumuodosta.
Piirroksessa on kuvattu hevosen oletettu kehittyminen suurikokoiseksi kavioeläimeksi. Päätelmät on tehty eri-ikäisten fossiilien perusteella.
Eliön ominaispiirteet
3.9 Elämän määritelmä
Filosofit ovat kautta aikojen pohtineet elämän luonnetta ja alkuperää. Elämä on käsitteenä vaikeasti määriteltävissä. Elämä tarkoittaa aikaa eliön syntymän ja kuoleman välillä. Kuolemankaan määrittely ei ole lääketieteellisesti katsottuna ongelmatonta. Kuolema voidaan määritellä verenkierron ja hengityksen loppumisena tai aivotoiminnan lakkaamisena. Muinaissuomalaisille henki tarkoitti ihmisen elämänvoimaa, joka ilmeni hengityksenä. Kun ihminen menetti henkensä, hän kuoli.
1600-luvulla elänyt Francesco Redi ja 1800-luvulla elänyt Louis Pasteur osoittivat biologisissa kokeissaan, että elämää ei synny elottomasta. Tämä oli mullistavaa, sillä aikaisemmin uskottiin, että elottomasta aineesta voi syntyä elollista.
Louis Pasteur oli ranskalainen mikrobiologi ja kemisti, joka osoitti, että elottomasta ei synny itsekseen elollista. Pasteur osoitti asian kehittämällä uudenlaisen koejärjestelyn. Hänellä oli kahdenlaisia keittoastioita: toisten kaulaosa oli kaareva (joutsenkaulainen, A) ja toisten avoin (B). Molempiin astioihin laitettiin kuumennettua lihalientä, jota bakteerit voivat käyttää ravintonaan.
Joutsenkaulaisissa astioissa (A) ei esiintynyt mikrobikasvustoa, koska bakteerit eivät päässeet ilmasta astiaan. Avonaisissa astioissa (B) mikrobit pääsivät laskeutumaan lihaliemeen ja niihin syntyi mikrobikasvustoa, joka pilasi lihaliemen. Näin Pasteur kumosi ajatuksen alkusynnystä ja todisti, että edes bakteereja ei synny elottomasta aineesta itsestään. Lisäksi hän osoitti, että mikrobeja on kaikkialla, myös ilmassa.
Biologit kiistelevät muun muassa siitä, ovatko virukset elollisia vai elottomia. Ne täyttävät osan elämän määritelmistä, mutta niillä ei muun muassa ole aineenvaihduntaa tai samanlaista solurakennetta kuin muilla eliöillä. Toistaiseksi ei myöskään tiedetä, ovatko virukset sukua muille eliöille vai ovatko ne syntyneet itsenäisesti.
1600-luvulla elänyt Francesco Redi ja 1800-luvulla elänyt Louis Pasteur osoittivat biologisissa kokeissaan, että elämää ei synny elottomasta. Tämä oli mullistavaa, sillä aikaisemmin uskottiin, että elottomasta aineesta voi syntyä elollista.
Louis Pasteur oli ranskalainen mikrobiologi ja kemisti, joka osoitti, että elottomasta ei synny itsekseen elollista. Pasteur osoitti asian kehittämällä uudenlaisen koejärjestelyn. Hänellä oli kahdenlaisia keittoastioita: toisten kaulaosa oli kaareva (joutsenkaulainen, A) ja toisten avoin (B). Molempiin astioihin laitettiin kuumennettua lihalientä, jota bakteerit voivat käyttää ravintonaan. Joutsenkaulaisissa astioissa (A) ei esiintynyt mikrobikasvustoa, koska bakteerit eivät päässeet ilmasta astiaan. Avonaisissa astioissa (B) mikrobit pääsivät laskeutumaan lihaliemeen ja niihin syntyi mikrobikasvustoa, joka pilasi lihaliemen. Näin Pasteur kumosi ajatuksen alkusynnystä ja todisti, että edes bakteereja ei synny elottomasta aineesta itsestään. Lisäksi hän osoitti, että mikrobeja on kaikkialla, myös ilmassa.
Biologit kiistelevät muun muassa siitä, ovatko virukset elollisia vai elottomia. Ne täyttävät osan elämän määritelmistä, mutta niillä ei muun muassa ole aineenvaihduntaa tai samanlaista solurakennetta kuin muilla eliöillä. Toistaiseksi ei myöskään tiedetä, ovatko virukset sukua muille eliöille vai ovatko ne syntyneet itsenäisesti.
Tiesitkö: virukset
Viruksia ei ole luokiteltu eliökuntaan. Ne on jätetty kuntaluokittelun ulkopuolelle, koska niiltä puuttuu osa kaikille muille eliöille yhteisistä tunnusmerkeistä. Niillä ei ole solurakennetta eikä omaa aineenvaihduntaa. Ne eivät myöskään pysty lisääntymään itsenäisesti, sillä ne voivat toimia ja lisääntyä vain elävän isäntäsolun sisällä. Virukset siis loisivat elävissä soluissa. Toisaalta niillä on perintötekijöitä ja samantapainen kemiallinen koostumus kuin varsinaisilla eliöillä. Lisäksi niiden perimä muuntuu, eli niissä tapahtuu evoluutiota. Siis osa eliöille yhteisistä ominaispiirteistä on havaittavissa myös viruksissa. Virukset ovat usein taudinaiheuttajia. Vaikka virukset eivät täytä kaikilta osin eliön tunnusmerkkejä, ne ovat kuitenkin perimää sisältäviä partikkeleita, eräänlaisia ”puolieliöitä”.
Virukset voidaan luokitella esimerkiksi bakteeriviruksiin, eläinviruksiin ja kasviviruksiin. Virukset aiheuttavat eliöissä usein sairauksia. Tunnettuja ihmisen taudinaiheuttajaviruksia ovat HI-virus, poliovirus, sikainfluenssavirus, flunssavirukset ja herpesvirus.
Mitä tiedät viruksista?
- Klikkaa ensin mustaa palloa,
- koeta muistella mitä tiedät viruksesta ja
- katso sen jälkeen sinisestä pallosta tietoja.
