Leven

Leven is een eigenschap van organismen die, naast hieronder nader uitgewerkte eigenschappen, in ieder geval de mogelijkheid hebben zich voort te planten.

Een gebruikelijke definitie van leven is de volgende^[1]

Leven is een open fysico-chemisch systeem dat door middel van uitwisseling van energie en materie met de omgeving en door een inwendig metabolisme in staat is om zich in stand te houden, te groeien, zich voort te planten en zich aan te passen aan veranderingen in de omgeving, zowel op korte (fysiologische en morfologische adaptatie) als op lange termijn (evolutie).

Leven staat enerzijds tegenover dood: een voorheen levend wezen dat zichzelf niet meer in stand heeft kunnen houden, en anderzijds tegenover levenloos: een voorwerp dat nooit leven heeft gekend.

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 wèl 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 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.
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), hoewel dit niet geldt voor bacteriën: deze vermenigvuldigen zich door binaire deling. Een organisme heeft een 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 wel eens 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 omdat ze hierdoor geen behoefte hebben aan zaken die normaal essentieel 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 biota van de Aarde komen voor in de biosfeer. Als er wordt gesproken over non-cellulair leven wordt de term acytota wel eens 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.

Oorsprong van het leven

Alhoewel het moeilijk vast te stellen is hoe oud het leven op Aarde precies is, gaat de wetenschap er vanuit dat het leven ongeveer 3,7 miljard jaar oud is. De vraag die men dan zich stelt is uiteraard Waar komt al dat leven vandaan?. Wetenschappelijke hypothesen over het ontstaan van het leven zijn talrijk. "Schepping" behoort echter hier niet bij.

Abiogenese

In de theorie van de abiogenese wordt verondersteld dat het leven op Aarde ontstaan is uit levenloos materiaal. Dit moet men niet verwarren met de spontane generatie-theorie. 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-theorie:

1. Fosfolipiden vormen spontaan lipiden-bilagen, 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 theorie 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 verlopen. Er wordt daarom verondersteld dat DNA ontstaan is uit RNA. RNA kan namelijk relatief makkelijk spontaan ontstaan, en kan als enzym dienen.

Panspermia

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.

Schepping

Volgens scheppingsverhalen is het leven ontworpen en gemaakt door een hogere macht. Het in Nederland en België bekendste scheppingsverhaal is dat van het jodendom en christendom. Volgens dit verhaal zou God het heelal en het leven in 6 al dan niet symbolische dagen hebben geschapen. De mens werd gemaakt naar Gods beeld en als heerser over de Schepping. Een scheppingsverhaal in de plaats stellen van wetenschappelijke verklaringen wordt wel creationisme genoemd. Enkele stromingen binnen het creationisme zijn Intelligent Design, het oudeaardecreationisme en het jongeaardecreationisme.^[2] Een combinatie van religieuze opvattingen en wetenschappelijke verklaringen over het ontstaan en de ontwikkeling van leven wordt theïstisch evolutionisme genoemd.

Indeling van het leven op Aarde

Binnen de biologie (=leer van het leven) zijn de vele levensvormen die men op Aarde vindt, opgedeeld in groepen. De taxonomie houdt zich bezig met het indelen van organismen. Vroeger werden alle organismen ingedeeld binnen de zogenoemde "Vijf rijken": bacteriën, schimmels, planten, dieren en protisten. Een voordeel van deze opdeling was dat men snel de verschillen tussen de levensvormen kan zien. De protisten vormden een restgroep van eencellige organismen. Een nadeel is echter dat de indeling enkel berust op de verschillen in cellulaire opbouw.

Door nieuwe inzichten delen we organismen tegenwoordig in drie hoofdgroepen, ook wel domeinen genoemd; De Archaea, de Bacteria en de Eukarya. De Archaea en de Bacteria vormden oorspronkelijk de prokaryoten, terwijl de schimmels, planten, dieren en protisten behoren tot de eukaryoten. De eukaryoten zijn tegenwoordig onderverdeel in vijf of zes supergroepen, die oppervlakkig maar weinig herkenbaar zijn. De protisten zijn verdeeld over alle supergroepen en de schimmels den dieren komen samen in de supergroep Unikonta.

Daarnaast zijn de virussen, viroïden en prionen niet opgenomen in de vijf klassieke rijken maar ook in de nieuwe indeling zijn deze niet ingedeeld, omdat ze niet gerekend worden tot de levende organismen. Zodoende worden de virussen vaak gerekend tot een extra "domein".

Linnaeus (1735) 2 rijken	Haeckel (1894) 3 rijken	Whittaker (1969) 5 rijken	Woese (1977) 6 rijken	Woese (1990)[3] 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 drie domeinen

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

Archaea

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

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

Eukarya

Eukaryotische organismen Eukarya hebben cellen met een volledige celbouw. Zij bezitten - in tegenstelling tot prokaryotische cellen - een celkern waarin het DNA is verpakt. Bij prokaryoten ligt het DNA vrij in het cytoplasma. 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.^[4]

Virussen en prionen

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 genetisch materiaal vrijkomt. De gastheercel gaat vervolgens, aan de hand van het genetisch materiaal, nieuw virusmateriaal maken. Vervolgens valt de cel uiteen (lysis), wat vaak tot de dood van de cel leidt. De nieuwe virusdeeltjes kunnen dan 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 heeft zelf 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.

Ook prionen: eiwitten die niet eens eigen erfelijk materiaal bevatten, kunnen voortgeplant worden, 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 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.

Het rijk der bacteriën

Er worden tegenwoordig twee 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.

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' bladgroenkorrels. Schimmels doen niet aan fotosynthese.

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 zo ver bekend het enige dier dat aan fotosynthese doet.

Het rijk der planten

De Archaeplastida of Primoplantae (planten in wijdere zin, dus inclusief groenwieren en kranswieren) vormen een supergroep. Ze 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.
• Mitochondria en andere organellen.

Het rijk van de protisten

Het rijk van de Protista was een verzameling van eukaryote soorten die niet goed pasten bij de vorige drie rijken. De protisten vormen een zeer diverse groep. Een gemeenschappelijk kenmerk is, 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.

Leven binnen de filosofie

Afgezien van de wetenschappelijke definitie van leven, wordt leven ook bestudeerd door de filosofie. Waar leven in de biologie veelal op grond van materialistische feiten gebaseerd is, wordt leven binnen de filosofie veelal gedefinieerd op grond van het geestelijke. Vrijwel alle religies en filosofische stromingen hebben een eigen kijk op het leven.

Zie ook

• Biologie, de studie van het leven P:BIO
• Buitenaards leven, Exo- of Astrobiologie
• Dagelijks leven P:DL
• Eeuwig leven
• Honger, Lust en Angst, de drie levenskrachten die het evolutieproces manipuleren (Ch'i)
• Leven na de dood
• Leven op aarde (taxonomie)
• Levenscyclus
• Levensbewijs
• Oorsprong van het leven
• Stilleven
• Levenswiel
• Zin van het leven