Ein Organismus ist jedes Lebewesen , das als Individuum funktioniert . [ 1 ] Eine solche Definition wirft mehr Probleme auf, als sie löst, nicht zuletzt, weil der Begriff des Individuums selbst schwierig zu fassen ist. Es wurden verschiedene Kriterien vorgeschlagen, um zu definieren, was einen Organismus ausmacht, von denen nur wenige allgemein anerkannt sind. Zu den gebräuchlichsten Kriterien gehört die autonome Fortpflanzung , das autonome Wachstum und der autonome Stoffwechsel . Dies würde Viren ausschließen , obwohl sie sich ähnlich wie Organismen entwickeln .

Weitere problematische Fälle betreffen koloniale Organismen . Eine Kolonie eusozialer Insekten ist adaptiv organisiert und weist eine Keim-Soma-Spezialisierung auf , wobei sich einige Insekten fortpflanzen, andere nicht – ähnlich wie die Zellen im Körper eines Tieres. Der Körper einer Staatsqualle , eines gallertartigen Meerestiers, besteht aus organismenähnlichen Zooiden , doch die gesamte Struktur ähnelt in Aussehen und Funktion einem Tier wie einer Qualle , wobei die einzelnen Teile zusammenarbeiten, um die Funktionen des kolonialen Organismus zu gewährleisten.

Die Evolutionsbiologen David Queller und Joan Strassmann vermuten, dass sich die „Organismalität“, also die Eigenschaften, die ein Lebewesen als Organismus definieren, sozial entwickelt hat, indem Gruppen einfacherer Einheiten (von Zellen aufwärts) begannen, konfliktfrei zu kooperieren. Sie schlagen vor, Kooperation als das „definierende Merkmal“ eines Organismus zu verwenden. Dies würde viele Formen der Zusammenarbeit, wie die Partnerschaft zwischen verschiedenen Pilz- und Algenarten in einer Flechte oder die dauerhafte sexuelle Partnerschaft eines Tiefseeanglerfisches , als Organismus einstufen.

Etymologie

Der Begriff „Organismus“ (vom altgriechischen ὀργανισμός , abgeleitet von órganon , was so viel wie „Instrument, Werkzeug, Sinnesorgan“ oder „Erkenntnisorgan“ bedeutet ) [ 2 ] [ 3 ] tauchte in den 1660er Jahren erstmals im Englischen auf , damals noch mit der heute veralteten Bedeutung einer organischen Struktur oder Organisation. [ 3 ] Er ist verwandt mit dem Verb „organisieren“. [ 3 ] In seiner 1790 erschienenen Kritik der Urteilskraft definierte Immanuel Kant einen Organismus als „sowohl ein organisiertes als auch ein sich selbst organisierendes Wesen“. [ 4 ] [ 5 ]

Ob Kriterien existieren oder benötigt werden

Ein Kriterium besagt, dass ein Organismus nicht geteilt werden kann, ohne seine Funktionalität zu verlieren. [ 6 ] Dieser Basilikumsteckling bildet jedoch aus einem kleinen Stängelstück neue Adventivwurzeln und formt so eine neue Pflanze.

Zu den Kriterien, die vorgeschlagen wurden, um als Organismus zu gelten, gehören:

  • autonome Reproduktion , Wachstum und Stoffwechsel [ 7 ]
  • Nichtkompartimentierbarkeit – eine Struktur kann nicht geteilt werden, ohne ihre Funktionalität zu verlieren. [ 6 ] Richard Dawkins beschrieb dies als „die Eigenschaft, in ihrer Form ausreichend heterogen zu sein, um funktionsunfähig zu werden, wenn sie halbiert wird“. [ 8 ] Viele Organismen können jedoch in Stücke geschnitten werden, aus denen dann wieder vollständige Organismen entstehen. [ 8 ]
  • Individualität – die Entität verfügt gleichzeitig über genetische Einzigartigkeit, genetische Homogenität und Autonomie [ 9 ].
  • eine Immunantwort , die zwischen Eigenem und Fremdem unterscheidet [ 10 ].
  • „Anti- Entropie “, die Fähigkeit, Ordnung aufrechtzuerhalten, ein Konzept, das zuerst von Erwin Schrödinger vorgeschlagen wurde ; [ 11 ] oder in anderer Form, dass Claude Shannons Informationstheorie verwendet werden kann, um Organismen zu identifizieren, die in der Lage sind, ihren Informationsgehalt selbst zu erhalten [ 12 ].

Andere Wissenschaftler halten den Organismusbegriff in der Biologie für unzureichend [ 13 ] , den Individualitätsbegriff für problematisch [ 14 ] und stellen aus philosophischer Sicht die Notwendigkeit einer solchen Definition in Frage. [ 15 ] [ 16 ] [ 8 ]

Problematische Fälle umfassen koloniale Organismen : Beispielsweise erfüllt eine Kolonie eusozialer Insekten Kriterien wie adaptive Organisation und Keim-Soma- Spezialisierung. [ 17 ] In diesem Fall würde dasselbe Argument oder ein Kriterium hoher Kooperation und geringer Konflikte auch einige mutualistische (z. B. Flechten) und sexuelle Partnerschaften (z. B. Anglerfische ) als Organismen einschließen. [ 18 ] Findet Gruppenselektion statt, könnte eine Gruppe als Superorganismus betrachtet werden , der durch Gruppenanpassung optimiert ist . [ 19 ]

Eine andere Auffassung besagt, dass Merkmale wie Autonomie, genetische Homogenität und genetische Einzigartigkeit getrennt voneinander untersucht werden sollten, anstatt zu fordern, dass ein Organismus alle diese Merkmale besitzt. Nach dieser Auffassung besitzt die biologische Individualität mehrere Dimensionen, was zu verschiedenen Organismentypen führt. [ 20 ]

Organismen auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation

Eine Flechte besteht aus einem hauptsächlich von Pilzen gebildeten Körper , in den einzellige Algen oder Cyanobakterien (grün) eingebettet sind, sowie einem bakteriellen Mikrobiom . Die Arten sind voneinander abhängig, ähnlich wie die Zellen in einem vielzelligen Organismus. [ 21 ]

Unterschiedliche Ebenen der biologischen Organisation führen zu potenziell unterschiedlichen Verständnissen der Natur von Organismen. Ein einzelliger Organismus ist ein Mikroorganismus wie ein Protist , ein Bakterium oder ein Archaebakterium , der aus einer einzigen Zelle besteht , die funktionelle Strukturen, sogenannte Organellen , enthalten kann . [ 22 ] Ein vielzelliger Organismus wie ein Tier , eine Pflanze , ein Pilz oder eine Alge besteht aus vielen Zellen, die oft spezialisiert sind. [ 22 ] Ein kolonialer Organismus wie eine Staatsqualle ist ein Lebewesen, das wie ein Individuum funktioniert, aber aus kommunizierenden Individuen besteht. [ 8 ] Ein Superorganismus ist eine Kolonie, wie beispielsweise eine Ameisenkolonie , die aus vielen Individuen besteht, die als eine einzige funktionelle oder soziale Einheit zusammenarbeiten . [ 23 ] [ 17 ] Eine Mutualismus ist eine Partnerschaft zwischen zwei oder mehr Arten , die jeweils einen Teil der Bedürfnisse der anderen erfüllen. Eine Flechte besteht aus Pilzen und Algen oder Cyanobakterien mit einem bakteriellen Mikrobiom ; Gemeinsam können sie als eine Art Organismus gedeihen, wobei die einzelnen Komponenten unterschiedliche Funktionen erfüllen, beispielsweise in Lebensräumen wie trockenem Gestein, wo sie allein nicht wachsen könnten. [ 18 ] [ 21 ] Die Evolutionsbiologen David Queller und Joan Strassmann argumentieren, dass sich „Organismizität“ sozial entwickelt hat, indem Gruppen einfacherer Einheiten (von Zellen aufwärts) konfliktfrei kooperierten. Sie schlagen vor, Kooperation als das „definierende Merkmal“ eines Organismus zu verwenden. [ 18 ]

Queller und Strassmanns Ansicht, dass Organismen auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation kooperierende Einheiten sind [ 18 ].
Ebene Beispiel Zusammensetzung Zusammenarbeit
VirusTabakmosaikvirusNukleinsäure , ProteinKein Stoffwechsel, also nicht lebendig, kein Organismus, sagen viele Biologen; [ 7 ] aber sie entwickeln sich weiter, ihre Gene arbeiten zusammen, um den Wirt zu manipulieren [ 18 ].
Einzelliger OrganismusPantoffeltierchenEine Zelle mit Organellen , z. B. Zilien , für spezifische FunktionenInterzelluläre (interorganismische) Signalübertragung [ 22 ]
Schwärmende ProtistenDictyostelium (zellulärer Schleimpilz)Einzellige AmöbenLeben die meiste Zeit ihres Lebens als freilebende, einzellige Amöben; schwärmen aus und aggregieren zu einem vielzelligen Knäuel, wobei sich die Zellen spezialisieren, um einen toten Stiel und einen Fruchtkörper zu bilden [ 18 ].
Vielzelliger OrganismusPilzbildender PilzZellen, die zu Organen für spezifische Funktionen (z. B. Fortpflanzung) gruppiert sindZellspezialisierung, Kommunikation [ 22 ]
Feste sexuelle Partnerschaft AnglerfischMann und Frau dauerhaft miteinander verbundenDas Männchen liefert die männlichen Gameten ; das Weibchen übernimmt alle anderen Funktionen [ 18 ].
MutualismusFlechteOrganismen verschiedener ArtenPilze sorgen für Struktur, absorbieren Wasser und Mineralien; Algen betreiben Photosynthese [ 18 ].
Beigetretene KolonieSiphonophoreZooiden schlossen sich zusammenSpezialisierung von Organismen; Signalübertragung zwischen Organismen [ 8 ]
SuperorganismusAmeisenkolonie​Zusammenlebende PersonenSpezialisierung von Organismen (viele Ameisen pflanzen sich nicht fort); Kommunikation zwischen Organismen [ 23 ]

Samuel Díaz-Muñoz und Kollegen (2016) stimmen Queller und Strassmann zu, dass Organismizität ausschließlich anhand des Ausmaßes von Kooperation und Konflikt gemessen werden kann. Sie argumentieren, dass dies Organismen in die evolutionäre Zeit einordnet, sodass Organismizität kontextabhängig ist. Sie vermuten, dass hochintegrierte Lebensformen, die nicht kontextabhängig sind, sich über kontextabhängige Stadien hin zu einer vollständigen Vereinheitlichung entwickeln können. [ 24 ]

Grenzfälle

Viren

Ein Virus wie das Tabakmosaikvirus ist keine Zelle; es enthält nur sein genetisches Material und eine Proteinhülle.

Viren werden üblicherweise nicht als Organismen betrachtet, da sie sich weder selbstständig vermehren , noch wachsen , Stoffwechsel betreiben oder Homöostase aufrechterhalten können . Obwohl Viren einige Enzyme und Moleküle besitzen, die denen lebender Organismen ähneln, haben sie keinen eigenen Stoffwechsel; sie können die organischen Verbindungen, aus denen sie bestehen, nicht synthetisieren. In diesem Sinne ähneln sie unbelebter Materie. [ 7 ] Viren besitzen eigene Gene und entwickeln sich weiter . Ein Argument für die Einstufung von Viren als Lebewesen ist daher ihre Fähigkeit zur Evolution und Replikation durch Selbstassemblierung. Einige Wissenschaftler argumentieren jedoch, dass Viren weder evolvieren noch sich selbst reproduzieren. Vielmehr würden Viren von ihren Wirtszellen evolviert, was auf eine Koevolution von Viren und Wirtszellen hindeutet. Gäbe es keine Wirtszellen, wäre die virale Evolution unmöglich. Zur Vermehrung sind Viren auf die Mechanismen ihrer Wirte angewiesen. Die Entdeckung von Viren mit Genen, die für den Energiestoffwechsel und die Proteinsynthese kodieren, befeuerte die Debatte darüber, ob Viren Lebewesen sind, doch diese Gene haben einen zellulären Ursprung. Höchstwahrscheinlich wurden sie durch horizontalen Gentransfer von viralen Wirten erworben. [ 7 ]

Vergleich von zellulären Organismen und Viren [ 7 ]
Fähigkeit Zellulärer Organismus Virus
StoffwechselJa Nein, verlassen Sie sich ausschließlich auf die Wirtszelle.
WachstumJa Nein, nur Selbstmontage
ReproduktionJa Nein, verlassen Sie sich ausschließlich auf die Wirtszelle.
Speichern genetische Informationen über sich selbst DNADNA oder RNA
Fähig zur WeiterentwicklungJa : Mutation , Rekombination , natürliche SelektionJa : hohe Mutationsrate, natürliche Selektion

Evolutionäre Entstehung von Organismen

Die RNA-Welt ist eine hypothetische Phase in der Evolutionsgeschichte des Lebens auf der Erde, in der sich selbst replizierende RNA-Moleküle vor der Entwicklung von DNA und Proteinen vermehrten. [ 25 ] Dieser Hypothese zufolge entstanden „Organismen“, als sich RNA-Ketten selbst zu replizieren begannen und damit die drei Mechanismen der Darwinschen Selektion in Gang setzten: Vererbbarkeit , Variation des Genomtyps und unterschiedliche Reproduktionsrate. Die Fitness eines RNA-Replikators (seine individuelle Wachstumsrate) wäre vermutlich eine Funktion seiner intrinsischen Anpassungsfähigkeit, bestimmt durch seine Nukleotidsequenz , und der Verfügbarkeit externer Ressourcen gewesen. [ 26 ] [ 27 ] Die drei primären Anpassungsfähigkeiten dieser frühen „Organismen“ könnten gewesen sein: (1) Replikation mit mäßiger Genauigkeit, die sowohl Vererbbarkeit ermöglichte als auch Variationen des Typs zuließ, (2) Resistenz gegen Zerfall und (3) Aufnahme und Verarbeitung von Ressourcen [ 26 ] [ 27 ] Die Fähigkeiten dieser „Organismen“ hätten durch die gefalteten Konfigurationen der RNA-Replikatoren, die sich aus ihren Nukleotidsequenzen ergaben, funktioniert.

Organismenähnliche Kolonien

Apolemia , eine koloniale Staatsqualle , die als einzelnes Individuum fungiert

Der Philosoph Jack A. Wilson untersucht einige Grenzfälle, um zu zeigen, dass der Organismusbegriff nicht eindeutig definiert ist. [ 8 ] Seiner Ansicht nach befinden sich Schwämme , Flechten , Staatsquallen , Schleimpilze und eusoziale Kolonien wie die von Ameisen oder Nacktmullen allesamt in der Grenzzone zwischen eindeutigen Kolonien und eindeutigen Organismen (oder Superorganismen). [ 8 ]

Jack A. Wilsons Analyse der organismenähnlichen Natur von Staatsquallen und Quallen [ 8 ]
Funktion Koloniale StaatsqualleQualle
Auftrieb Die Spitze der Kolonie ist gasgefülltGelee
Antrieb Nektophoren koordinieren das Pumpen von WasserDer Körper pulsiert, um Wasser zu pumpen
Fütterung Palpons und Gastrozoiden verschlingen Beute und füttern andere Zooiden.Tentakel fangen Beute und befördern sie zum Mund
Funktionelle Struktur Einzelnes funktionsfähiges IndividuumEinzelnes funktionsfähiges Individuum
Zusammensetzung Viele Zooide , möglicherweise IndividuenViele Zellen

Synthetische Organismen

Insekten- Cyborg

Wissenschaftler und Bioingenieure experimentieren mit verschiedenen Arten synthetischer Organismen , von Chimären , die aus Zellen zweier oder mehrerer Arten bestehen, über Cyborgs mit elektromechanischen Gliedmaßen und Hybride , die sowohl elektronische als auch biologische Elemente enthalten, bis hin zu anderen Kombinationen von Systemen, die sich auf unterschiedliche Weise entwickelt und designt haben. [ 28 ]

Ein entwickelter Organismus nimmt seine Form durch die teilweise verstandenen Mechanismen der evolutionären Entwicklungsbiologie an , in denen das Genom eine komplexe Kette von Interaktionen steuert, um sukzessive komplexere Strukturen hervorzubringen. Die Existenz von Chimären und Hybriden beweist, dass diese Mechanismen angesichts radikal veränderter Umstände auf allen Ebenen – von der molekularen bis zur organismischen – „intelligent“ robust sind. [ 28 ]

Synthetische Organismen weisen bereits vielfältige Formen auf, und ihre Diversität wird zunehmen. Gemeinsam ist ihnen allen ein teleonomisches oder zielgerichtetes Verhalten, das es ihnen ermöglicht, Fehler verschiedenster Art zu korrigieren, um das angestrebte Ergebnis zu erzielen. Dieses Verhalten erinnert an intelligentes Handeln von Organismen; Intelligenz wird als verkörperte Form der Kognition betrachtet . [ 28 ]

Referenzen

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