Elämä on biologian käsite. Kyse on ominaisuuksista ja tilasta, joka erottaa elävän olennon kuolleesta aineesta. Sana voi viitata yksittäiseen elävään olentoon, elämään ilmiönä tai prosesseihin, joiden osia elävät olennot ovat. Elämä voi myös tarkoittaa ajanjaksoa, jolloin olento on toimintakykyinen (esim. syntymän ja kuoleman välinen aika).

Elämän tutkimista kutsutaan biologiaksi, ja elämää tutkivia ihmisiä kutsutaan biologeiksi. Elinikä on lajin keskimääräinen elinikä, mutta yksilöiden elinaika voi vaihdella huomattavasti.

Perusominaisuudet ja kriteerit

Elämälle ei ole yksiselitteistä, kaikkia tapauksia kattavaa määritelmää, mutta käytännössä eläväksi luokitellaan yleensä sellaiset järjestelmät, jotka täyttävät useita seuraavista ehdoista:

  • Solurakenne: Elävät organismit koostuvat yhdestä tai useammasta solusta, jotka ovat usein eristettyjä kalvojen avulla.
  • Metabolia: Kemialliset reaktiot, joiden avulla organismi ottaa vastaan ja muuntaa energiaa sekä rakennusaineita ylläpitääkseen toimintojaan.
  • Kasvu ja kehitys: Organismit voivat kasvaa ja kehittyä perimänsä ohjeiden mukaisesti.
  • Reagointi ympäristöön: Kyky havaita ja reagoida ulkoisiin ärsykkeisiin.
  • Reproduktio: Kyky tuottaa jälkeläisiä joko suvullisesti tai suvuttomasti.
  • Homeostaasi: Sisäisten olosuhteiden säätely vakauden ylläpitämiseksi.
  • Evoluutio: Populaatiotasolla perinnöllinen muuntelu ja luonnonvalinta johtavat sopeutumiseen ja lajirakenteen muutoksiin ajan mittaan.

Energia, kemia ja rakenne

Suurin osa elämästä maapallolla saa energiansa auringosta fotosynteesin kautta, mutta tunnetaan myös poikkeuksia: esimerkiksi merenpohjan hydrotermisten aukkojen ympäristöissä elävät kemosynteettiset bakteerit käyttävät kemiallista energiaa. Kaikki tunnettu elämä maapallolla perustuu hiiliyhdisteiden kemiaan, erityisesti pitkäketjuihin molekyyleihin kuten proteiineihin ja nukleiinihappoihin.

Vettä pidetään välttämättömänä ympäristönä suurimmalle osalle elämää; vesiliuos tarjoaa sopivan ympäristön biokemiallisille reaktioille. Pitkät molekyylit ja kalvot mahdollistavat erilaisten aineiden erottamisen ympäristöstä, ja niiden avulla muodostuu toimivia yksiköitä eli solut (katso myös soluiksi ja kalvojen merkitys).

On myös mahdollista, että muualla maailmankaikkeudessa voisi esiintyä elämänmuotoja, joiden kemia, liuotin tai energianlähde poikkeaa maapallon elämästä. Tällaiset hypoteettiset elämänmuodot voivat olla rakenteeltaan ja toiminnaltaan erilaisia, mutta nykyinen tieto perustuu ainoastaan maapallon esimerkkeihin.

Solut, organismit ja poikkeukset

Elolliset yksiköt vaihtelevat yhdestä solusta monisoluisiksi organismeiksi. Solut voidaan jakaa karkeasti prokaryotteihin (esim. bakteerit ja arkit) ja eukaryootteihin (kasvit, eläimet, sienet ja protistit), joilla on sisäisiä soluelimiä ja usein monimutkaisempi rakenne. Monisoluisuus mahdollistaa solujen erilaistumisen ja laajemman toiminnallisen moninaisuuden.

Joidenkin biologisten entiteettien, kuten virusten, luokittelu eläväksi on kiistanalainen: virukset eivät suorita omaa metaboliaa eivätkä yleensä lisääntyä ilman isäntäsolua, mutta ne kantavat perintöainesta ja voivat evoluution kautta muuntua. Myös prionit ja muut ei-perinteiset "infektiiviset" aineet haastavat elämän määrittelyä.

Elämän alku ja evoluutio

Elämän syntyyn liittyvät kysymykset (abiogeneesi) ja varhaisimmat vaiheensa eivät ole täysin selvillä. Tieteellisiä ehdotuksia ovat esimerkiksi yksinkertaisten orgaanisten molekyylien muodostuminen ja organisointi kohti itseään toistavia ja aineenvaihduntaa suorittavia järjestelmiä. Kaikki nykyiset elämänmuodot maapallolla ovat peräisin yhteisestä kantamuodosta tai kantapopulaatiosta, jota joskus kutsutaan LUCAksi (Last Universal Common Ancestor). Evoluutio luonnonvalinnan, geneettisen muutoksen ja populaatiodynamiikan kautta selittää elämän monimuotoisuuden.

Nykybiologia yhdistää nämä käsitteet ymmärtääkseen, miten yksittäiset organismit toimivat ja miten lajien ominaisuudet ovat kehittyneet ajan kuluessa.