Organisme

Met betrekking tot de biologie, is een organisme of levend wezen een materiële entiteit die leven heeft en met behulp van biologische processen, zoals een eigen stofwisseling, in stand wordt gehouden. Voorbeelden van organismen zijn dieren, planten, schimmels, protisten, bacterien en archaea.

Organismen kunnen bestaan uit één of meerdere cellen: bacteriën zijn eencellig en veel planten en dieren zijn meercellig. In elke levende cel bevindt zich het genetisch materiaal dat bepaalt hoe een organisme eruit ziet en functioneert. Organismen worden ingedeeld in taxonomische groepen, zoals soorten en geslachten, op basis van hun gemeenschappelijke genetische of uiterlijke kenmerken.

In de context van natuurwetenschappen wordt de term organisme gebruikt om de mechanica van leven aan te duiden: een levend wezen wordt beschouwd als een systeem van chemische reacties en fysische verschijningen. Levende wezens worden onderzocht binnen de biologie, zoals op het gebied van hun structuur (morfologie), functionaliteit (fysiologie), hun ontwikkeling en evolutie, evenals hun relaties met de omgeving (ecologie).

Ongeveer 1,7 miljoen soorten organismen zijn tot nu toe beschreven, maar vele andere miljoenen worden verwacht dat ze nog niet ontdekt zijn. In de loop van de evolutie hebben organismen zich ontwikkeld en gediversifieerd. Meer dan 99% van alle soorten die ooit hebben geleefd, zijn uiteindelijk uitgestorven. Wetenschappers maken gebruik van tientallen soorten modelorganismen om de biologische principes waarmee organismen in leven blijven, te onderzoeken.

Definities

Definitie

Een organisme kan beschouwd worden als een open systeem van organische stoffen dat een zo stabiel mogelijk resultaat behaalt en de eigenschappen van leven vertoont. Levende wezens houden zichzelf in stand door biologische processen en functies, zoals stofwisseling, voortplanting en fysiologische regulerende eigenschappen. De structuur, de werking en de ontwikkeling worden vastgelegd in genetische informatie (in de vorm van DNA) die door de ouders wordt doorgegeven. Doorheen miljarden jaren zijn er levensvormen op aarde ontstaan en veranderd. De manier waarop organismen zich in vele generaties aan hun omgeving aanpassen, wordt verklaard met behulp van de evolutietheorie.

Er is geen consensus over de definitie van het concept ‘organisme’. Er zijn veel verschillende definities voorgesteld, maar geen daarvan wordt algemeen geaccepteerd. Er is zelfs discussie over of de biologie wel een dergelijk concept nodig heeft. Omdat het verschil tussen levend en levenloos steeds kleiner wordt, zoeken biologen naar kenmerken die beschrijven wat een organisme doet en hoe het zich in leven houdt.

Organismen kunnen worden gezien als thermodynamische systemen. Ze nemen energie en materie uit hun omgeving om in leven te blijven. Een levende cel of meercellig organisme heeft een geordende structuur, terwijl de omgeving minder geordend is. Om de levende staat te behouden, moet het organisme energie opnemen uit zijn omgeving en het beschikbaar maken via stofwisseling.

Toestand van Virussen

Volgens Andre Michael Lwoff, een microbioloog die de Nobelprijs ontving, is een organisme opgebouwd uit cellen. Virussen worden echter niet als organismen beschouwd, omdat ze een aantal van de essentiële functies van zelfstandig leven lijken te missen, waaronder de vermenigvuldiging, die afhankelijk is van gastcellen. Ze worden daarom beschouwd als niet meer dan los genetisch materiaal dat de juiste chemie heeft om zich binnen cellen te vermenigvuldigen.

In 2000, de International Committee on Taxonomy of Viruses maakte officieel bekend dat virussen geen organismen zijn. Dit standpunt is sindsdien veelvuldig ter discussie gesteld door virologen, en door sommigen verworpen. Met de komst van verschillende nieuwe virale verschijnselen, zoals het grote mimivirus, kleine virussen die grotere infecteren, en virussen die een bijna even rijk DNA bezitten als sommige bacterien, lijkt het onderscheid tussen virussen en organismen minder duidelijk te zijn dan verondersteld werd.

Als organismen worden soorten onderscheiden

Er is geen helder onderscheid tussen organismen en soorten. Dit is het geval bij organismen die zich splitsen, waarbij de afzonderlijke componenten een eigen leven leiden (ongeslachtelijke voortplanting). Er wordt een grotere problematiek om de definitie te bepalen wanneer de scheiding maar tijdelijk is en de componenten na verloop van tijd terug samenkomen voor de volgende fase in de levenscyclus, zoals bij slijmzwammen. De Amerikaanse filosoof David Hull heeft aangetoond waarom sommige entiteiten die gewoonlijk als soorten worden beschouwd, eigenlijk als organismen gezien moeten worden.

Hull wilde geen volledige afschaffing van het begrip soort (of taxon), maar een herziening van de relatie tussen organismen en soorten. Samen met bioloog Michael Ghiselin stelde hij dat een soort niet bestaat uit een verzameling organismen, maar eerder uit een organisme van een hogere orde. De relatie tussen een organisme en zijn soort is niet die van een element in een verzameling, maar van een onderdeel tot een geheel .

De interne processen van organismen en hun cellen worden voor een groot deel gedreven door chemische reacties. Deze bestaan, naast relatief eenvoudige anorganische verbindingen, ook uit grote hoeveelheden polymeren en complexe organische moleculen die gebaseerd zijn op koolstof. Daarom wordt het vakgebied van de scheikunde dat zich met koolstofverbindingen bezighoudt, organische chemie genoemd. Daarnaast bevatten cellen van organismen de biologisch-relevante elementen waterstof, stikstof, zuurstof, calcium en fosfor. Deze zes elementen vormen de basis van alle cellen.

De stoffen die in cellen voorkomen, kunnen worden ingedeeld in vier categorieën

• Proteïnen: ketens samengesteld uit aminozuren die de cellen en hun componenten vormen;
• Koolhydraten: ketens van monosachariden die dienen als energiebron of bouwmateriaal;
• Lipiden: moleculen gebouwd uit vetzuren die als energiebron of bouwmateriaal worden gebruikt;
• Nucleïnezuren: DNA en RNA, ketens van nucleotiden en dragers en vertalers van genetische informatie.

Metabolisme

Levende organismen hebben stofwisseling als basis. Dit proces verwerkt organische verbindingen binnen een cel omgeving, die onderverdeeld worden in katabolisme en anabolisme. Glucose is de belangrijkste energiebron voor meeste organismen, met ATP die als chemische energie drager dient. Autotrofe organismen zoals planten en cyanobacterien produceren complexe moleculen op basis van licht en simpele verbindingen. Heterotrofe organismen, zoals dieren, halen de complexe organische verbindingen uit hun omgeving.

Proteïne

De biochemische activiteiten van organismen zijn gebaseerd op eiwitten (oftewel proteïnen). Eiwitten vervullen verschillende functies die bijdragen aan de structuur en het functioneren van de cel. Veel eiwitten zijn biokatalysatoren die de processen van chemische reacties vergemakkelijken en worden enzymen genoemd. Daarnaast hebben eiwitten ook een structurele rol en bouwen celcomponenten op, zoals het cytoskelet. Daarnaast kunnen eiwitten ook een regulerende functie hebben, zoals transcriptiefactoren die de genexpressie beïnvloeden, of zelfs een verdedigende functie vervullen zoals antilichamen tegen ziekteverwekkers.

De functie van een eiwit binnen een organisme wordt voor een groot deel bepaald door zijn structuur. Deze structuur is afhankelijk van de volgorde van aminozuren waaruit het eiwit bestaat. Deze volgorde wordt gecodeerd in het genetische materiaal. De informatie uit het genetisch materiaal wordt vervolgens overgezet naar een boodschappermolecuul (mRNA). Dit proces wordt genexpressie genoemd en is een van de basisprincipes van de moleculaire biologie.

Structureren

De cel is de fundamentele bouwsteen van het leven, zowel vanuit een structuur als een functionaliteitsperspectief. Organismen kunnen worden ingedeeld op basis van het aantal cellen in eencellige en meercellige organismen. Meercellige organismen hebben verschillende soorten cellen die afhankelijk zijn van elkaar en een taakverdeling hebben.

Cellen kunnen variëren in complexiteit. De oudste type organismen op aarde zijn prokaryoten, eencelige levensvormen zonder een duidelijk afgebakende celkern met een kernmembraan. De eerste prokaryoten kwamen minstens 3,5 miljard jaar geleden voor. Ze bestaan nog steeds, maar hun grootte en fysiologische complexiteit is beperkt. De meeste prokaryoten variëren tussen 1 en 10 μm in grootte, alhoewel sommige (zoals Mycoplasma) nog kleiner kunnen worden.

Ongeveer 1,5 miljard jaar geleden ontstonden eukaryotische cellen. Alle bekende meercellige organismen, waaronder planten en dieren, zijn eukaryoten, maar er bestaan ook veel eencellige eukaryoten. De grootte van een eukariotische cel bedraagt tussen de 10 en 100 μm, wat 10 keer groter is dan prokaryoten. Deze cellen bezitten afzonderlijke organellen met een eigen functie, met inbegrip van een celkern die zowel het DNA als RNA bevat.

Celdifferentiatie is het proces waarmee meercelige organismen hun cellen kunnen specialiseren. Meerdere cellen van hetzelfde type worden weefsel genoemd. Een orgaan is een verzameling weefsels die een specifieke functie hebben die belangrijk is voor het organisme. Deze organen worden vervolgens verzameld in orgaansystemen, die een veel complexere functionaliteit hebben. Organismen kunnen op verschillende organisatieniveaus bestudeerd worden.

Classificatie en Verscheidenheid

De complexiteit waarmee een organisme gedefinieerd kan worden, wordt mede bepaald door de uitzonderlijke variëteit aan levensvormen. Dit is onder andere zichtbaar aan de uiteenlopende afmetingen: de meesten zijn microscopisch klein terwijl de grootste organisme een honingzwam is, met een zwamvlok die al 2400 jaar oud is en 900 hectare beslaat, met een geschatte gewicht van 600 ton.

Taxonomie is de wetenschap die organismen in groepen verdeelt en beschrijft. Oude classificaties zoals het werk van Carl Linnaeus of Aristoteles waren gebaseerd op morfologie: soorten werden bij elkaar geplaatst omdat ze gelijkaardige organen of uiterlijke kenmerken deelden. Linnaeus sorteerde soorten in een hiërarchie van geslachten, ordes en klassen. Later kwamen er nieuwe niveaus zoals familie tussen geslacht en orde.

Met de evolutietheorie en de ontcijfering van de genetische code en de ontwikkeling van DNA-sequencing ligt er meer nadruk op cladistiek: organismen die dichter bij elkaar verwant zijn blijken uit hun genetisch materiaal een meer recente gemeenschappelijke voorouder te hebben. Een vroege classificatie daarvan is de bekende Tree of Life door Charles Darwin.

Volgens de taxonomie van Linnaeus bestonden er twee rijken: de planten en de dieren, alsook een derde, de mineralen, voor dode materie. Schimmels en bacteriën werden bij de planten ingedeeld. Echter, sinds de jaren 60 is de classificatie van organismen op het hoogste niveau in een relatief snelle verandering geraakt. In 1959 voerde Robert Harding Whittaker een systeem voor van 5 rijken: Monera, Protista, Fungi (schimmels), Animalia (dieren) en Plantae (planten).

Recent onderzoek naar de genetica van eencelligen heeft geleid tot meer gedetailleerde taxonomische systemen, waarin ook de hogere notie van het domein werd toegevoegd. Er zijn drie domeinen van leven geïdentificeerd, te weten: bacterien, archaea en eukaryoten.

Bekijk ook

De verscheidenheid aan levende organismen, Biodiversiteit, het door levende organismen geproduceerde organische materiaal, Biogeen materiaal, en individuele organismen, Individu, zijn alle bestanddelen van biodiversiteit.