Vida

La definición de vida ha sido durante mucho tiempo un desafío para científicos y filósofos. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Esto se debe en parte a que la vida es un proceso, no una sustancia. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Esto se complica por la falta de conocimiento de las características de las entidades vivas, si las hubiera, que pudieran haberse desarrollado fuera de la Tierra. ^{[ 11 ] [ 12 ]} También se han propuesto definiciones filosóficas de vida, con dificultades similares sobre cómo distinguir los seres vivos de los no vivos. ^{[ 13 ]} Se han debatido definiciones legales de vida, aunque estas generalmente se centran en la decisión de declarar muerto a un ser humano y las ramificaciones legales de esta decisión. ^{[ 14 ]} Se han recopilado al menos 123 definiciones de vida. ^{[ 15 ]}

Una biota es el conjunto de seres vivos, especialmente animales y plantas, que habitan un lugar y un tiempo específicos, ^{[ 16 ]} como un ecosistema o bioma ; por lo tanto, el objetivo de la conservación de la naturaleza es preservar la biota de un ecosistema. ^{[ 17 ]}

Dado que no existe consenso sobre la definición de vida, la mayoría de las definiciones actuales en biología , el estudio científico de la vida, son descriptivas. La vida se considera una característica de algo que preserva, promueve o refuerza su existencia en un entorno determinado. Esto implica todos o la mayoría de los siguientes rasgos: ^{[ 7 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

1. Homeostasis : regulación del ambiente interno para mantener un estado constante; por ejemplo, la sudoración para reducir la temperatura.
2. Organización : estar compuesto estructuralmente de una o más células  , que son las unidades básicas de la vida.
3. Metabolismo : transformación de la energía, utilizada para convertir sustancias químicas en componentes celulares ( anabolismo ) y para descomponer la materia orgánica ( catabolismo ). Los seres vivos requieren energía para la homeostasis y otras actividades.
4. Crecimiento: mantenimiento de una tasa de anabolismo superior a la de catabolismo. Un organismo en crecimiento aumenta de tamaño y estructura.
5. Adaptación : el proceso evolutivo mediante el cual un organismo se vuelve más capaz de vivir en su hábitat . ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}
6. Respuesta a estímulos : como la contracción de un organismo unicelular en respuesta a sustancias químicas externas, las reacciones complejas que involucran todos los sentidos de los organismos multicelulares , o el movimiento de las hojas de una planta que se orientan hacia el sol ( fototropismo ), y la quimiotaxis .
7. Reproducción : la capacidad de producir nuevos organismos individuales, ya sea asexualmente a partir de un solo organismo progenitor o sexualmente a partir de dos organismos progenitores.

Desde una perspectiva física , un organismo es un sistema termodinámico con una estructura molecular organizada que puede reproducirse y evolucionar según lo dicte la supervivencia. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Termodinámicamente, la vida se ha descrito como un sistema abierto que utiliza gradientes en su entorno para crear copias imperfectas de sí mismo. ^{[ 28 ]} Otra forma de expresarlo es definir la vida como "un sistema químico autosostenible capaz de experimentar evolución darwiniana ", una definición adoptada por un comité de la NASA que intentaba definir la vida para los fines de la exobiología , basándose en una sugerencia de Carl Sagan . ^{[ 29 ] [ 30 ]} Sin embargo, esta definición ha sido ampliamente criticada porque, según ella, un solo individuo que se reproduce sexualmente no está vivo, ya que es incapaz de evolucionar por sí mismo. ^{[ 29 ]}

Otros adoptan una perspectiva de la teoría de sistemas vivos que no depende necesariamente de la química molecular. Una definición sistémica de la vida es que los seres vivos son autoorganizados y autopoiéticos (autoproductores). Variaciones de esta definición incluyen la de Stuart Kauffman como un agente autónomo o un sistema multiagente capaz de reproducirse y de completar al menos un ciclo de trabajo termodinámico . ^{[ 31 ]} Esta definición se amplía con la evolución de nuevas funciones a lo largo del tiempo. ^{[ 32 ]} Los sistemas vivos se caracterizan por una organización jerárquica y multiescala , que abarca desde máquinas moleculares hasta células, órganos, tejidos, organismos, poblaciones, ecosistemas, e incluso la biosfera completa. ^{[ 33 ]}

La muerte es la terminación de todas las funciones vitales o procesos de vida en un organismo o célula. ^{[ 34 ] [ 35 ]} Uno de los desafíos al definir la muerte es distinguirla de la vida. La muerte parecería referirse al momento en que termina la vida o cuando comienza el estado que sigue a la vida. ^{[ 35 ]} Sin embargo, determinar cuándo ha ocurrido la muerte es difícil, ya que el cese de las funciones vitales a menudo no es simultáneo en todos los sistemas orgánicos. ^{[ 36 ]} Por lo tanto, dicha determinación requiere trazar límites conceptuales entre la vida y la muerte. Esto es problemático porque hay poco consenso sobre cómo definir la vida. La naturaleza de la muerte ha sido durante milenios una preocupación central de las tradiciones religiosas del mundo y de la investigación filosófica. Muchas religiones mantienen la fe en una especie de vida después de la muerte o reencarnación para el alma , o en la resurrección del cuerpo en una fecha posterior. ^{[ 37 ]}

La consideración de los virus como seres vivos es controvertida. ^{[ 38 ] [ 39 ]} Generalmente se les considera simplemente replicadores que codifican genes, en lugar de formas de vida. ^{[ 40 ]} Se les ha descrito como "organismos al borde de la vida" ^{[ 41 ]} porque poseen genes , evolucionan por selección natural ^{[ 42 ] [ 43 ]} y se replican mediante la autoorganización, creando múltiples copias de sí mismos. Sin embargo, los virus no metabolizan y requieren una célula huésped para producir nuevos productos. La autoorganización de los virus dentro de las células huésped tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida , ya que podría respaldar la hipótesis de que la vida pudo haber comenzado como moléculas orgánicas autoorganizadas . ^{[ 44 ] [ 45 ]}

Algunas de las primeras teorías sobre la vida eran materialistas, sosteniendo que todo lo que existe es materia y que la vida es simplemente una forma o disposición compleja de la materia. Empédocles (430 a. C.) argumentó que todo en el universo está compuesto por una combinación de cuatro "elementos" eternos o "raíces de todo": tierra, agua, aire y fuego. Todo cambio se explica por la disposición y reordenación de estos cuatro elementos. Las diversas formas de vida son causadas por una mezcla apropiada de elementos. ^{[ 46 ]} Demócrito (460 a. C.) era atomista ; pensaba que la característica esencial de la vida era tener un alma ( psique ) y que el alma, como todo lo demás, estaba compuesta de átomos ígneos. Elaboró ​​el tema del fuego debido a la aparente conexión entre la vida y el calor, y porque el fuego se mueve. ^{[ 47 ]} Platón , en cambio, sostenía que el mundo estaba organizado por formas permanentes , reflejadas imperfectamente en la materia; las formas proporcionaban dirección o inteligencia, explicando las regularidades observadas en el mundo. ^{[ 48 ]}

El materialismo mecanicista que se originó en la antigua Grecia fue revivido y revisado por el filósofo francés René Descartes (1596-1650), quien sostenía que los animales y los humanos eran conjuntos de partes que funcionaban juntas como una máquina. Gottfried Wilhelm Leibniz enfatizó la organización jerárquica de las máquinas vivientes, señalando en su libro Monadología (1714) que «...las máquinas de la naturaleza, es decir, los cuerpos vivos, siguen siendo máquinas en sus partes más pequeñas, hasta el infinito». ^{[ 49 ]} Esta idea fue desarrollada más adelante por Julien Offray de La Mettrie (1709-1750) en su libro El hombre máquina . ^{[ 50 ]} En el siglo XIX, los avances en la teoría celular en la ciencia biológica fomentaron esta visión. La teoría evolutiva de Charles Darwin (1859) es una explicación mecanicista del origen de las especies por medio de la selección natural . ^{[ 51 ]} A principios del siglo XX, Stéphane Leduc (1853-1939) promovió la idea de que los procesos biológicos podían entenderse en términos de física y química, y que su crecimiento se asemejaba al de cristales inorgánicos inmersos en soluciones de silicato de sodio. Sus ideas, expuestas en su libro La biologie synthétique , ^{[ 52 ]} fueron ampliamente rechazadas durante su vida, pero han generado un resurgimiento del interés en el trabajo de Russell, Barge y sus colegas. ^{[ 53 ]}

El hilemorfismo es una teoría formulada por primera vez por el filósofo griego Aristóteles (322 a. C.). La aplicación del hilemorfismo a la biología fue importante para Aristóteles, y la biología se aborda ampliamente en sus escritos conservados . Según esta perspectiva, todo en el universo material posee materia y forma, y ​​la forma de un ser vivo es su alma (en griego , psyche ; en latín, anima ). Existen tres tipos de almas: el alma vegetativa de las plantas, que las hace crecer, descomponerse y nutrirse, pero no produce movimiento ni sensación; el alma animal , que hace que los animales se muevan y sientan; y el alma racional , que es la fuente de la conciencia y el razonamiento , la cual (según Aristóteles) se encuentra únicamente en el ser humano. ^{[ 54 ]} Cada alma superior posee todos los atributos de las inferiores. Aristóteles creía que, si bien la materia puede existir sin forma, la forma no puede existir sin materia, y que, por lo tanto, el alma no puede existir sin el cuerpo. ^{[ 55 ]}

Esta explicación es coherente con las explicaciones teleológicas de la vida , que dan cuenta de los fenómenos en términos de propósito o dirección de objetivos. Así, la blancura del pelaje del oso polar se explica por su función de camuflaje. La dirección de la causalidad (del futuro al pasado) contradice la evidencia científica de la selección natural, que explica la consecuencia en términos de una causa previa. Las características biológicas se explican no observando los resultados óptimos futuros, sino la historia evolutiva pasada de una especie, que condujo a la selección natural de las características en cuestión. ^{[ 56 ]}

La generación espontánea era la creencia de que los organismos vivos pueden formarse sin descender de organismos similares. Típicamente, la idea era que ciertas formas, como las pulgas, podían surgir de materia inanimada como el polvo o la supuesta generación estacional de ratones e insectos a partir del barro o la basura. ^{[ 57 ]}

La teoría de la generación espontánea fue propuesta por Aristóteles , ^{[ 58 ]} quien recopiló y amplió la obra de filósofos naturales anteriores y las diversas explicaciones antiguas sobre la aparición de los organismos; durante dos milenios se consideró la mejor explicación. Fue refutada decisivamente por los experimentos de Louis Pasteur en 1859, quien amplió las investigaciones de predecesores como Francesco Redi . ^{[ 59 ] [ 60 ]} La refutación de las ideas tradicionales de la generación espontánea ya no genera controversia entre los biólogos. ^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}

El vitalismo es la creencia en la existencia de un principio vital no material. Esta idea se originó con Georg Ernst Stahl (siglo XVII) y se mantuvo popular hasta mediados del siglo XIX. Atrajo a filósofos como Henri Bergson , Friedrich Nietzsche y Wilhelm Dilthey , ^{[ 64 ]} anatomistas como Xavier Bichat y químicos como Justus von Liebig . ^{[ 65 ]} El vitalismo incluía la idea de que existía una diferencia fundamental entre la materia orgánica e inorgánica, y la creencia de que la materia orgánica solo puede derivarse de seres vivos. Esto fue refutado en 1828, cuando Friedrich Wöhler preparó urea a partir de materiales inorgánicos. ^{[ 66 ]} Esta síntesis de Wöhler se considera el punto de partida de la química orgánica moderna . Tiene importancia histórica porque, por primera vez, se produjo un compuesto orgánico en reacciones inorgánicas . ^{[ 65 ]}

Durante la década de 1850, Hermann von Helmholtz , anticipado por Julius Robert von Mayer , demostró que no se pierde energía en el movimiento muscular, sugiriendo que no existían "fuerzas vitales" necesarias para mover un músculo. ^{[ 67 ]} Estos resultados llevaron al abandono del interés científico en las teorías vitalistas, especialmente después de la demostración de Eduard Buchner de que la fermentación alcohólica podía ocurrir en extractos libres de células de levadura. ^{[ 68 ]} No obstante, aún persiste la creencia en teorías pseudocientíficas como la homeopatía , que interpreta las enfermedades como causadas por alteraciones en una hipotética fuerza vital o fuerza de vida. ^{[ 69 ]}

La edad de la Tierra es de aproximadamente 4.54 mil millones de años . ^{[ 70 ]} La vida en la Tierra ha existido durante al menos 3.5 mil millones de años, ^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]} con los rastros físicos más antiguos de vida que datan de hace 3.7  mil millones de años. ^{[ 75 ] [ 76 ]} Las estimaciones de los relojes moleculares, como se resume en la base de datos pública TimeTree , sitúan el origen de la vida hace unos 4 mil millones de años. ^{[ 77 ]} Las hipótesis sobre el origen de la vida intentan explicar la formación de un último ancestro común universal a partir de moléculas orgánicas simples a través de la vida precelular hasta las protocélulas y el metabolismo. ^{[ 78 ]} En 2016, se identificó tentativamente un conjunto de 355 genes del último ancestro común universal. ^{[ 79 ]}

Se postula que la biosfera se desarrolló, desde el origen de la vida en adelante,  hace al menos unos 3.500 millones de años. ^{[ 80 ]} La evidencia más antigua de vida en la Tierra incluye grafito biogénico encontrado en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años de antigüedad del oeste de Groenlandia ^{[ 75 ]} y fósiles de tapetes microbianos encontrados en arenisca de 3.480 millones de años de antigüedad del oeste de Australia . ^{[ 76 ]} Más recientemente, en 2015, se encontraron "restos de vida biótica " en rocas de 4.100 millones de años de antigüedad en el oeste de Australia. ^{[ 71 ]} En 2017, se anunció el descubrimiento de supuestos microorganismos fosilizados (o microfósiles ) en precipitados de fuentes hidrotermales en el Cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá, con una antigüedad de hasta 4280 millones de años, el registro más antiguo de vida en la Tierra, lo que sugiere "una aparición casi instantánea de la vida" después de la formación del océano hace 4400 millones de años , y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4540 millones de años. ^{[ 81 ]}      

La evolución es el cambio en las características hereditarias de las poblaciones biológicas a lo largo de generaciones sucesivas. Da como resultado la aparición de nuevas especies y, a menudo, la desaparición de las antiguas. ^{[ 82 ] [ 83 ]} La evolución ocurre cuando procesos evolutivos como la selección natural (incluida la selección sexual ) y la deriva genética actúan sobre la variación genética, lo que provoca que ciertas características aumenten o disminuyan en frecuencia dentro de una población a lo largo de generaciones sucesivas. ^{[ 84 ]} El proceso de evolución ha dado lugar a la biodiversidad en todos los niveles de organización biológica . ^{[ 85 ] [ 86 ]}

Los fósiles son los restos o huellas conservadas de organismos del pasado remoto. La totalidad de los fósiles, tanto descubiertos como por descubrir, y su ubicación en capas ( estratos ) de roca sedimentaria se conoce como registro fósil . Un espécimen conservado se denomina fósil si es anterior a la fecha arbitraria de 10 000 años atrás. ^{[ 87 ]} Por lo tanto, los fósiles abarcan edades desde los más jóvenes del inicio del Holoceno hasta los más antiguos del Eón Arcaico , con hasta 3400 millones de años de antigüedad. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

La extinción es el proceso por el cual una especie desaparece. ^{[ 90 ]} El momento de la extinción es la muerte del último individuo de esa especie. Debido a que el rango potencial de una especie puede ser muy amplio, determinar este momento es difícil y generalmente se hace retrospectivamente después de un período de aparente ausencia. Las especies se extinguen cuando ya no pueden sobrevivir en un hábitat cambiante o frente a una competencia superior. Más del 99% de todas las especies que han vivido están ahora extintas. ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]} Las extinciones masivas pueden haber acelerado la evolución al brindar oportunidades para que nuevos grupos de organismos se diversifiquen. ^{[ 95 ]}

La biosfera es la suma global de todos los ecosistemas. También puede denominarse la zona de vida en la Tierra, un sistema cerrado (aparte de la radiación solar y cósmica y el calor del interior de la Tierra), y en gran medida autorregulado. ^{[ 101 ]} Los organismos existen en cada parte de la biosfera, incluyendo el suelo , las aguas termales , dentro de las rocas a al menos 19 km (12 mi) de profundidad bajo tierra, las partes más profundas del océano y al menos 64 km (40 mi) de altura en la atmósfera. ^{[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]} Por ejemplo, se han detectado esporas de Aspergillus niger en la mesosfera a una altitud de 48 a 77 km. ^{[ 105 ]} En condiciones de prueba, se ha observado que las formas de vida sobreviven en el vacío del espacio. ^{[ 106 ] [ 107 ]} Las formas de vida prosperan en la profunda Fosa de las Marianas , ^{[ 108 ]} y dentro de rocas hasta 580 m (1900 pies; 0,36 millas) por debajo del lecho marino bajo 2590 m (8500 pies; 1,61 millas) de océano frente a la costa del noroeste de los Estados Unidos, ^{[ 109 ] [ 110 ]} y 2400 m (7900 pies; 1,5 millas) por debajo del lecho marino frente a Japón. ^{[ 111 ]} En 2014, se encontraron formas de vida viviendo a 800 m (2600 pies; 0,50 millas) por debajo del hielo de la Antártida. ^{[ 112 ] [ 113 ]} Las expediciones del Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico encontraron vida unicelular en sedimentos de 120 °C a 1,2 km por debajo del lecho marino en la zona de subducción de la Fosa de Nankai . ^{[ 114 ]} Según un investigador, "Se pueden encontrar microbios en todas partes; son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven dondequiera que estén". ^{[ 109 ]}                   

Los componentes inertes de un ecosistema son los factores físicos y químicos necesarios para la vida: energía (luz solar o energía química ), agua, calor, atmósfera , gravedad , nutrientes y protección contra la radiación ultravioleta solar . ^{[ 115 ]} En la mayoría de los ecosistemas, las condiciones varían durante el día y de una estación a otra. Para sobrevivir en estos ecosistemas, los organismos deben ser capaces de tolerar un rango de condiciones definido como el "rango de tolerancia". ^{[ 116 ]} Fuera de este rango se encuentran las "zonas de estrés fisiológico", donde la supervivencia y la reproducción son posibles, pero no óptimas. Más allá de estas zonas se encuentran las "zonas de intolerancia", donde la supervivencia y la reproducción de ese organismo son improbables o imposibles. Los organismos que tienen un amplio rango de tolerancia están más ampliamente distribuidos que los organismos con un rango de tolerancia estrecho. ^{[ 116 ]}

Para sobrevivir, algunos microorganismos han evolucionado para resistir la congelación , la desecación completa , la inanición , altos niveles de exposición a la radiación y otros desafíos físicos o químicos. Estos microorganismos extremófilos pueden sobrevivir a la exposición a tales condiciones durante largos períodos. ^{[ 96 ] [ 117 ]} Se destacan por explotar fuentes de energía poco comunes. La caracterización de la estructura y la diversidad metabólica de las comunidades microbianas en tales ambientes extremos está en curso. ^{[ 118 ]}

La primera clasificación de los organismos la realizó el filósofo griego Aristóteles (384-322 a. C.), quien agrupó a los seres vivos en plantas y animales, basándose principalmente en su capacidad de movimiento. Distinguió entre animales con sangre y animales sin sangre, lo que puede compararse con los conceptos de vertebrados e invertebrados , respectivamente, y dividió a los animales con sangre en cinco grupos: cuadrúpedos vivíparos ( mamíferos ), cuadrúpedos ovíparos (reptiles y anfibios ), aves, peces y ballenas . Los animales sin sangre se dividieron en cinco grupos: cefalópodos , crustáceos , insectos (que incluían arañas , escorpiones y ciempiés ), animales con concha (como la mayoría de los moluscos y equinodermos ) y zoófitos (animales que se asemejaban a las plantas). Esta teoría se mantuvo dominante durante más de mil años. ^{[ 119 ]}

En la medicina india antigua , el Sushruta Samhita (tradicionalmente datado alrededor del siglo VI a. C.) clasificó los venenos, y por extensión las sustancias en general, en sthavara ("inmóvil"), de origen vegetal o mineral, y jangama ("móvil" o animado), de origen animal. ^{[ 120 ]} El propio reino vegetal fue subdividido por el texto en categorías como vriksha (árboles frutales y florales) y virudha (enredaderas y arbustos). ^{[ 121 ]} El Charaka Samhita, texto complementario , utilizó una división triple comparable de las categorías sthavara , jangama y artificiales ( samyogaja ). ^{[ 122 ]}

En la antigua China, el Erya , el diccionario chino más antiguo que se conserva, posiblemente compilado durante la dinastía Qin o principios de la Han a partir de material que data de la dinastía Zhou, organiza sus entradas en 19 categorías semánticas, incluyendo secciones separadas sobre hierbas, árboles, insectos, peces, aves y bestias. ^{[ 123 ]} Obras posteriores de materia médica china , que culminan en el Bencao Gangmu (1578) de Li Shizhen , organizaron las sustancias por uso medicinal en categorías asociadas a plantas y animales. ^{[ 124 ]}

A finales de la década de 1740, Carl Linnaeus introdujo su sistema de nomenclatura binomial para la clasificación de especies. Linnaeus intentó mejorar la composición y reducir la longitud de los nombres polisómicos utilizados anteriormente, eliminando la retórica innecesaria, introduciendo nuevos términos descriptivos y definiendo con precisión su significado. ^{[ 125 ]}

Los hongos fueron tratados originalmente como plantas. Durante un breve período, Linneo los clasificó en el taxón Vermes de Animalia, pero posteriormente los volvió a ubicar en Plantae. Herbert Copeland clasificó los Fungi en su Protoctista , incluyéndolos con los organismos unicelulares y, por lo tanto, evitando parcialmente el problema, pero reconociendo su estatus especial. ^{[ 126 ]} El problema fue finalmente resuelto por Whittaker , cuando les otorgó su propio reino en su sistema de cinco reinos . La historia evolutiva muestra que los hongos están más estrechamente relacionados con los animales que con las plantas. ^{[ 127 ]}

A medida que los avances en microscopía permitieron el estudio detallado de células y microorganismos, se descubrieron nuevos grupos de vida y se crearon los campos de la biología celular y la microbiología . Estos nuevos organismos se describieron originalmente por separado en protozoos como animales y protófitas/talofitas como plantas, pero Ernst Haeckel los unificó en el reino Protista ; posteriormente, los procariotas se separaron en el reino Monera , que finalmente se dividiría en dos grupos distintos: las bacterias y las arqueas . Esto condujo al sistema de seis reinos y, finalmente, al sistema actual de tres dominios , que se basa en relaciones evolutivas. ^{[ 128 ]} Sin embargo, la clasificación de los eucariotas, especialmente de los protistas, sigue siendo controvertida. ^{[ 129 ]}

Con el desarrollo de la microbiología, se descubrieron los virus, organismos no celulares. Si se les considera seres vivos ha sido objeto de debate; los virus carecen de características propias de la vida, como membranas celulares, metabolismo y la capacidad de crecer o responder a su entorno. Los virus se han clasificado en "especies" según su genética , pero muchos aspectos de dicha clasificación siguen siendo controvertidos. ^{[ 130 ]}

El sistema linneano original ha sido modificado muchas veces, por ejemplo de la siguiente manera:

El intento de organizar a los eucariotas en un pequeño número de reinos ha sido cuestionado. Los protozoos no forman un clado ni una agrupación natural , ^{[ 137 ]} ni tampoco los cromistas (cromalveolata). ^{[ 138 ]}

La capacidad de secuenciar un gran número de genomas completos ha permitido a los biólogos adoptar una perspectiva metagenómica de la filogenia de todo el árbol de la vida . Esto ha llevado a la conclusión de que la mayoría de los seres vivos son bacterias y que todos tienen un origen común. ^{[ 128 ] [ 139 ]}

• 
  Árbol filogenético basado en datos de genes de ARNr (Woese et al. , 1990) ^{[ 128 ]} que muestra los 3 dominios de la vida , con el último ancestro común universal (LUCA) en su raíz. 
• 
  Representación metagenómica del árbol de la vida de 2016 , sin raíz, utilizando secuencias de proteínas ribosómicas . Las bacterias se encuentran en la parte superior (izquierda y derecha); las arqueas en la parte inferior; los eucariotas en verde en la parte inferior derecha. ^{[ 139 ]}

Todas las formas de vida requieren ciertos elementos químicos básicos para su funcionamiento bioquímico . Estos incluyen carbono , hidrógeno , nitrógeno , oxígeno , fósforo y azufre , los macronutrientes elementales para todos los organismos. ^{[ 140 ]} Juntos, estos forman los ácidos nucleicos , las proteínas y los lípidos , la mayor parte de la materia viva. Cinco de estos seis elementos constituyen los componentes químicos del ADN, con la excepción del azufre. Este último es un componente de los aminoácidos cisteína y metionina . El más abundante de estos elementos en los organismos es el carbono, que posee la cualidad deseable de formar múltiples enlaces covalentes estables . Esto permite que las moléculas basadas en carbono (orgánicas) formen la inmensa variedad de arreglos químicos descritos en la química orgánica . ^{[ 141 ]} Se han propuesto tipos hipotéticos alternativos de bioquímica que eliminan uno o más de estos elementos, reemplazan un elemento por otro que no está en la lista o cambian las quiralidades requeridas u otras propiedades químicas. ^{[ 142 ] [ 143 ]}

El ácido desoxirribonucleico o ADN es una molécula que contiene la mayor parte de las instrucciones genéticas utilizadas en el crecimiento, desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y muchos virus. El ADN y el ARN son ácidos nucleicos ; junto con las proteínas y los carbohidratos complejos , son uno de los tres tipos principales de macromoléculas esenciales para todas las formas de vida conocidas. La mayoría de las moléculas de ADN constan de dos cadenas de biopolímeros enrolladas entre sí para formar una doble hélice . Las dos cadenas de ADN se conocen como polinucleótidos, ya que están compuestas por unidades más simples llamadas nucleótidos . Cada nucleótido está compuesto por una nucleobase nitrogenada —citosina (C), guanina (G), adenina (A) o timina (T)—, así como por un azúcar llamado desoxirribosa y un grupo fosfato . ^{[ 144 ]}

The nucleotides are joined to one another in a chain by covalent bonds between the sugar of one nucleotide and the phosphate of the next, resulting in an alternating sugar-phosphate backbone. According to base pairing rules (A with T, and C with G), hydrogen bonds bind the nitrogenous bases of the two separate polynucleotide strands to make double-stranded DNA. This has the key property that each strand contains all the information needed to recreate the other strand, enabling the information to be preserved during reproduction and cell division.^[145] Within cells, DNA is organised into long structures called chromosomes. During cell division these chromosomes are duplicated in the process of DNA replication, providing each cell its own complete set of chromosomes. Eukaryotes store most of their DNA inside the cell nucleus.^[146]

Cells are the basic unit of structure in every living thing, and all cells arise from pre-existing cells by division.^[147][148]Cell theory was formulated by Henri Dutrochet, Theodor Schwann, Rudolf Virchow and others during the early nineteenth century, and subsequently became widely accepted.^[149] The activity of an organism depends on the total activity of its cells, with energy flow occurring within and between them. Cells contain hereditary information that is carried forward as a genetic code during cell division.^[150]

Existen dos tipos principales de células, que reflejan sus orígenes evolutivos. Las células procariotas carecen de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana , aunque poseen ADN circular y ribosomas . Las bacterias y las arqueas son dos dominios de procariotas. El otro tipo principal es la célula eucariota , que posee un núcleo bien definido rodeado por una membrana nuclear y orgánulos unidos a la membrana, como mitocondrias , cloroplastos , lisosomas , retículo endoplasmático rugoso y liso , y vacuolas . Además, su ADN está organizado en cromosomas . Todas las especies de organismos complejos de gran tamaño son eucariotas, incluyendo animales, plantas y hongos, aunque existe una amplia diversidad de microorganismos protistas . ^{[ 151 ]} El modelo convencional postula que los eucariotas evolucionaron a partir de procariotas, formándose los principales orgánulos de los eucariotas mediante endosimbiosis entre bacterias y la célula eucariota progenitora. ^{[ 152 ]}

Los mecanismos moleculares de la biología celular se basan en proteínas . La mayoría de ellas son sintetizadas por los ribosomas mediante un proceso catalizado por enzimas llamado biosíntesis de proteínas . Una secuencia de aminoácidos se ensambla y une en función de la expresión génica del ácido nucleico de la célula. ^{[ 153 ]} En las células eucariotas, estas proteínas pueden ser transportadas y procesadas a través del aparato de Golgi para su posterior envío a su destino. ^{[ 154 ]}

Las células se reproducen mediante un proceso de división celular en el que la célula madre se divide en dos o más células hijas. En los procariotas, la división celular se produce mediante un proceso de fisión en el que el ADN se replica y las dos copias se unen a partes de la membrana celular. En los eucariotas , se sigue un proceso más complejo de mitosis . Sin embargo, el resultado es el mismo: las copias celulares resultantes son idénticas entre sí y a la célula original (excepto por mutaciones ), y ambas son capaces de dividirse nuevamente tras un período de interfase . ^{[ 155 ]} La mayoría de las especies de plantas , animales y hongos multicelulares , así como muchos protistas, son capaces de reproducirse sexualmente . Se considera que la reproducción sexual, que implica un proceso meiótico , surgió muy temprano en la evolución de los eucariotas. ^{[ 156 ] [ 157 ]}

Los organismos multicelulares podrían haber evolucionado inicialmente mediante la formación de colonias de células idénticas. Estas células pueden formar grupos de organismos mediante la adhesión celular . Los miembros individuales de una colonia son capaces de sobrevivir por sí mismos, mientras que los miembros de un verdadero organismo multicelular han desarrollado especializaciones, lo que los hace dependientes del resto del organismo para sobrevivir. Dichos organismos se forman clonalmente o a partir de una sola célula germinal capaz de formar las diversas células especializadas que componen el organismo adulto. Esta especialización permite a los organismos multicelulares explotar los recursos de manera más eficiente que las células individuales. ^{[ 158 ]} Hace unos 800 millones de años, un pequeño cambio genético en una sola molécula, la enzima GK-PID , podría haber permitido a los organismos pasar de ser un organismo unicelular a uno de muchas células. ^{[ 159 ]}

Las células han desarrollado métodos para percibir y responder a su microambiente, lo que aumenta su adaptabilidad. La señalización celular coordina las actividades celulares y, por lo tanto, rige las funciones básicas de los organismos multicelulares. La señalización entre células puede ocurrir a través del contacto celular directo mediante la señalización yuxtacrina , o indirectamente a través del intercambio de agentes, como en el sistema endocrino . En organismos más complejos, la coordinación de actividades puede ocurrir a través de un sistema nervioso especializado . ^{[ 160 ]}