Kehidupan

Kehidupan adalah bentuk materi yang memiliki proses biologis, seperti pensinyalan dan kemampuan untuk mempertahankan keberadaannya sendiri. Secara deskriptif, kehidupan ditandai oleh kemampuan menjalankan homeostasis, memiliki tingkat organisasi yang teratur, melakukan metabolisme, bertumbuh, adaptasi, menanggapi rangsangan, serta reproduksi. Setiap bentuk kehidupan pada akhirnya akan mencapai tahap kematian, dan tidak ada satu pun yang benar-benar abadi. Beragam definisi filosofis mengenai sistem kehidupan telah dikemukakan, termasuk gagasan tentang sistem yang mengatur dirinya sendiri. Pendefinisian kehidupan semakin kompleks karena keberadaan virus, yang hanya dapat bereplikasi di dalam sel inang, serta kemungkinan adanya kehidupan luar bumi, yang mungkin sangat berbeda dari kehidupan di Bumi. Kehidupan tersebar di seluruh Bumi, di udara, air, dan tanah, membentuk berbagai ekosistem yang bersama-sama membangun biosfer. Beberapa di antaranya merupakan lingkungan ekstrem yang hanya dihuni oleh ekstremofil. Kehidupan yang terdapat dalam suatu ekosistem tertentu disebut biota.

Kajian tentang kehidupan telah dimulai sejak zaman kuno. Filsuf seperti Empedokles melalui pandangan materialisme beranggapan bahwa segala sesuatu tersusun atas empat unsur abadi, sedangkan Aristoteles melalui konsep hilomorfisme berpendapat bahwa makhluk hidup memiliki jiwa dan mencerminkan kesatuan antara bentuk dan materi. Kehidupan diyakini muncul sedikitnya 3,5 miliar tahun yang lalu, yang menandai keberadaan leluhur bersama universal. Dari sana, kehidupan berevolusi menjadi seluruh spesies yang ada saat ini melalui berbagai bentuk yang telah punah, sebagian di antaranya meninggalkan jejak berupa fosil. Upaya untuk mengklasifikasikan makhluk hidup juga dimulai oleh Aristoteles, dan sistem penggolongan modern kemudian dirintis oleh Carl Linnaeus pada tahun 1740-an melalui metode tata nama binomial.

Segala makhluk hidup tersusun atas molekul biokimia, yang sebagian besar dibentuk dari sejumlah kecil unsur kimia utama. Semua makhluk hidup memiliki dua jenis makromolekul, yakni protein dan asam nukleat, biasanya berupa DNA dan RNA, yang menyimpan informasi genetik yang diperlukan oleh setiap spesies, termasuk instruksi untuk membentuk berbagai jenis protein. Protein, pada gilirannya, berfungsi sebagai mesin biologis yang menjalankan beragam proses kimiawi kehidupan. Sel merupakan satuan struktural dan fungsional kehidupan. Organisme berukuran kecil, termasuk prokariota seperti bakteri dan arkaea, terdiri atas satu sel tunggal. Organisme yang lebih besar, terutama eukariota, dapat berupa sel tunggal atau multiseluler dengan struktur yang lebih kompleks. Hingga kini, kehidupan hanya diketahui ada di Bumi, tetapi keberadaan kehidupan luar bumi dianggap mungkin terjadi. Di sisi lain, kehidupan buatan kini tengah disimulasikan dan dikaji oleh para ilmuwan serta insinyur.

Definisi

Tantangan

Upaya untuk mendefinisikan hakikat kehidupan telah lama menjadi tantangan bagi para ilmuwan dan filsuf. Sebagian kesulitannya terletak pada kenyataan bahwa kehidupan bukanlah suatu zat, melainkan suatu proses yang berlangsung terus-menerus. Kesulitan ini semakin diperumit oleh keterbatasan pengetahuan manusia tentang kemungkinan ciri-ciri kehidupan yang mungkin berkembang di luar Bumi (jika memang ada).

Beragam definisi filosofis tentang kehidupan pun telah diajukan, namun tetap menghadapi kesulitan serupa dalam membedakan apa yang hidup dan yang tidak hidup. Bahkan dalam ranah hukum, definisi legal mengenai kehidupan turut diperdebatkan, umumnya dalam konteks menentukan kapan seseorang secara hukum dianggap telah meninggal dunia, beserta implikasi yuridis yang menyertainya. Hingga kini, sedikitnya terdapat 123 definisi kehidupan yang telah dikumpulkan dari berbagai sumber ilmiah.

Istilah biota merujuk pada himpunan seluruh makhluk hidup, terutama hewan dan tumbuhan, yang menempati suatu tempat dan masa tertentu, seperti suatu ekosistem atau bioma. Dengan demikian, tujuan utama konservasi alam ialah menjaga keberlangsungan biota dalam suatu ekosistem.

Deskriptif

Karena belum ada kesepakatan universal mengenai definisi kehidupan, sebagian besar definisi yang digunakan dalam biologi bersifat deskriptif. Kehidupan dipandang sebagai suatu ciri dari entitas yang mampu mempertahankan, mengembangkan, atau memperkuat keberadaannya dalam suatu lingkungan tertentu. Pandangan ini biasanya mencakup sebagian besar atau seluruh ciri berikut:

1. Homeostasis: pengaturan lingkungan internal untuk mempertahankan keadaan yang stabil; misalnya, berkeringat guna menurunkan suhu tubuh.
2. Organisasi: tersusun secara teratur atas satu atau lebih sel, unit dasar kehidupan.
3. Metabolisme: proses transformasi energi yang digunakan untuk mengubah zat kimia menjadi komponen seluler (anabolisme) serta menguraikan materi organik (katabolisme). Setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk mempertahankan homeostasis dan melakukan berbagai aktivitas biologis.
4. Pertumbuhan: terjadi ketika laju anabolisme melebihi katabolisme. Organisme yang tumbuh akan bertambah ukuran dan kompleksitas strukturnya.
5. Adaptasi: proses evolusioner di mana suatu organisme menjadi lebih mampu bertahan hidup dalam habitatnya.
6. Respons terhadap rangsangan: misalnya kontraksi organisme uniseluler untuk menghindari zat kimia eksternal; reaksi kompleks yang melibatkan seluruh indra pada organisme multiseluler; atau gerak daun tumbuhan yang mengarah ke cahaya matahari (fototropisme) serta kemotaksis.
7. Reproduksi: kemampuan untuk menghasilkan individu baru, baik secara aseksual dari satu induk tunggal maupun secara seksual dari dua induk berbeda.

Fisika

Dari sudut pandang fisika, suatu organisme dapat dipahami sebagai sebuah sistem termodinamika dengan struktur molekuler yang terorganisasi, yang mampu mereplikasi dirinya sendiri serta berevolusi sesuai dengan tuntutan kelangsungan hidup.

Secara termodinamika, kehidupan kerap digambarkan sebagai suatu sistem terbuka yang memanfaatkan perbedaan atau gradien energi di lingkungannya untuk menciptakan salinan dirinya sendiri yang tidak sempurna.

Dengan kata lain, kehidupan dapat pula didefinisikan sebagai "suatu sistem kimia yang mampu menopang dirinya sendiri dan mengalami evolusi Darwin", sebagaimana dirumuskan oleh sebuah komite NASA yang berupaya mendefinisikan kehidupan untuk keperluan eksobiologi, berdasarkan usulan dari Carl Sagan.

Namun demikian, definisi tersebut menuai kritik luas, karena secara ketat ia menyiratkan bahwa satu individu yang bereproduksi secara seksual tidak dapat dianggap hidup, sebab ia tidak mampu mengalami proses evolusi secara mandiri.

Sistem kehidupan

Sebagian ilmuwan mengambil sudut pandang teori sistem kehidupan yang tidak sepenuhnya bergantung pada kimia molekuler. Dalam pendekatan sistemik ini, kehidupan didefinisikan sebagai sesuatu yang mengatur diri sendiri (self-organizing) dan autopoietik (self-producing atau mampu memproduksi dirinya sendiri).

Salah satu variasinya dikemukakan oleh Stuart Kauffman, yang memandang kehidupan sebagai suatu agen otonom atau sistem multiagen yang mampu mereplikasi dirinya dan menyelesaikan setidaknya satu siklus kerja termodinamika. Definisi ini kemudian diperluas dengan gagasan bahwa sistem hidup berevolusi melalui munculnya fungsi-fungsi baru seiring waktu.

Sistem hidup dicirikan oleh organisasi yang bertingkat (hierarki multiskala), yang mencakup seluruh tingkatan, mulai dari mesin molekuler, sel, jaringan, organ, organisme, populasi, dan ekosistem, hingga keseluruhan biosfer.

Kematian

Kematian merupakan berakhirnya seluruh fungsi vital atau proses kehidupan pada suatu organisme atau sel.

Salah satu tantangan dalam mendefinisikan kematian terletak pada upaya membedakannya dari kehidupan itu sendiri. Kematian dapat dipahami sebagai momen ketika kehidupan berakhir, atau ketika fase setelah kehidupan berakhir. Namun, menentukan kapan kematian benar-benar terjadi bukanlah perkara mudah, sebab penghentian fungsi-fungsi kehidupan tidak selalu berlangsung serentak di semua sistem organ. Karena itu, diperlukan batas konseptual yang jelas antara kehidupan dan kematian. Namun, hal ini menjadi persoalan tersendiri, mengingat tidak ada kesepakatan yang bulat tentang bagaimana kehidupan seharusnya didefinisikan. Hakikat kematian telah menjadi pusat perhatian tradisi keagamaan dan pemikiran filsafat selama ribuan tahun. Banyak agama berpegang pada keyakinan akan adanya kehidupan setelah kematian, reinkarnasi jiwa, atau kebangkitan tubuh pada waktu tertentu di masa depan.

Virus

Status virus, apakah dapat dianggap sebagai makhluk hidup atau tidak, masih menjadi bahan perdebatan yang panjang dan kompleks. Sebagian besar ilmuwan menganggap virus bukanlah bentuk kehidupan sejati, melainkan sekadar pengode gen dan replikator DNA yang memperbanyak diri.

Virus kerap digambarkan sebagai "organisme di ambang kehidupan" karena mereka memiliki gen, mampu berevolusi melalui seleksi alam, serta mampu menggandakan diri melalui proses perakitan mandiri (self-assembly).

Namun, berbeda dengan organisme hidup sejati, virus tidak melakukan metabolisme apa pun; mereka sepenuhnya bergantung pada sel inang untuk menghasilkan komponen baru. Perakitan diri virus di dalam sel inang ini menjadi bahan kajian penting dalam studi tentang asal-usul kehidupan, karena mendukung hipotesis bahwa kehidupan mungkin berawal dari molekul-molekul organik yang mampu menyusun dirinya sendiri.

Sejarah kajian

Materialisme

Beberapa teori paling awal tentang kehidupan berakar pada pandangan materialistis, keyakinan bahwa segala sesuatu yang ada hanyalah materi, dan bahwa kehidupan tidak lebih dari bentuk atau susunan kompleks dari materi itu sendiri. Empedokles (430 SM) berpendapat bahwa seluruh alam semesta tersusun dari kombinasi empat unsur abadi, atau "akar segala sesuatu": tanah, air, udara, dan api. Segala perubahan di alam dijelaskan melalui pengaturan dan perombakan keempat unsur ini, sementara beragam bentuk kehidupan dianggap muncul dari perpaduan unsur yang tepat.

Demokritos (460 SM) adalah seorang atomis; ia berpendapat bahwa ciri utama dari kehidupan adalah keberadaan jiwa (psyche), dan bahwa jiwa itu sendiri, seperti halnya segala sesuatu di alam semesta, tersusun dari atom-atom yang berpijar. Ia menekankan sifat api karena hubungannya yang tampak dengan kehidupan dan panas, serta karena api memiliki kemampuan untuk bergerak.

Sebaliknya, Plato berpendapat bahwa dunia diatur oleh bentuk-bentuk abadi (forms), yang tercermin secara tidak sempurna dalam materi; bentuk-bentuk tersebut memberikan arah dan kecerdasan, menjelaskan keteraturan yang tampak di dunia.

Materialisme mekanistik yang berakar di Yunani Kuno dihidupkan kembali dan diperbarui oleh filsuf Prancis René Descartes (1596–1650), yang memandang hewan dan manusia sebagai kumpulan bagian yang tersusun sedemikian rupa sehingga berfungsi layaknya mesin. Gottfried Wilhelm Leibniz menekankan organisasi hierarkis pada "mesin hidup", dengan mencatat dalam karyanya Monadolgi (1714) bahwa "...mesin-mesin alam, yakni tubuh-tubuh hidup, tetaplah mesin bahkan dalam bagian-bagiannya yang paling kecil, hingga tanpa batas."

Gagasan ini dikembangkan lebih lanjut oleh Julien Offray de La Mettrie (1709–1750) dalam karyanya yang terkenal, Manusia sebagai Mesin. Pada abad ke-19, kemajuan Teori sel dalam ilmu biologi semakin memperkuat pandangan ini. Teori Evolusi yang dikemukakan oleh Charles Darwin (1859) memberikan penjelasan mekanistik tentang asal-usul spesies melalui Seleksi alam.

Pada awal abad ke-20, Stéphane Leduc (1853–1939) mengemukakan gagasan bahwa proses biologis dapat dipahami sepenuhnya melalui prinsip-prinsip fisika dan kimia, dan bahwa pertumbuhan organisme menyerupai pembentukan kristal anorganik dalam larutan natrium silikat. Pemikirannya, yang dituangkan dalam buku Biologi Sintetis, sempat diabaikan pada masanya, tetapi kini menarik minat baru melalui penelitian yang dilakukan oleh Russell, Barge, dan rekan-rekan mereka.

Hilomorfisme

Hilomorfisme adalah suatu teori yang pertama kali dikemukakan oleh filsuf Yunani Aristoteles (322 SM). Penerapan konsep ini dalam biologi memiliki arti penting bagi Aristoteles, dan pembahasan tentang biologi menempati porsi besar dalam karya-karyanya yang masih lestari hingga kini. Menurut pandangan ini, segala sesuatu di alam semesta material terdiri atas dua prinsip dasar: materi dan bentuk. Bentuk dari makhluk hidup adalah jiwa (Yunani: psyche, Latin: anima).

Aristoteles membedakan tiga jenis jiwa. Pertama, jiwa vegetatif yang dimiliki tumbuhan, yang memungkinkan mereka tumbuh, meremajakan diri, dan memperoleh nutrisi, tetapi tidak memiliki kemampuan bergerak atau merasakan. Kedua, jiwa hewani, yang memberi kemampuan bergerak dan merasakan pada hewan. Dan ketiga, jiwa rasional, yang merupakan sumber kesadaran dan nalar, suatu kemampuan yang, menurut Aristoteles, hanya terdapat pada manusia.

Setiap tingkat jiwa yang lebih tinggi mengandung seluruh sifat yang dimiliki oleh tingkat jiwa di bawahnya. Aristoteles berpendapat bahwa meskipun materi dapat eksis tanpa bentuk, bentuk tidak dapat ada tanpa materi. Oleh karena itu, jiwa tidak dapat eksis tanpa tubuh.

Pandangan ini sejalan dengan penjelasan teleologis tentang kehidupan, yang menafsirkan fenomena alam berdasarkan tujuan atau arah yang dicapai. Misalnya, warna putih bulu beruang kutub dijelaskan sebagai bentuk adaptasi yang bertujuan untuk menyamarkan diri di lingkungan bersalju. Namun, arah kausalitas semacam ini, yang berpangkal dari tujuan di masa depan menuju sebab di masa lalu, bertentangan dengan bukti ilmiah yang dikemukakan oleh teori seleksi alam, yang menjelaskan hasil-hasil biologis berdasarkan penyebab yang mendahuluinya. Dalam biologi modern, sifat-sifat makhluk hidup tidak dijelaskan dengan meninjau tujuan akhirnya, melainkan dengan menelusuri sejarah evolusioner spesies tersebut, yang melalui proses seleksi alam menghasilkan ciri-ciri yang ada sekarang.

Generasi spontan

Generasi spontan atau pembentukan spontan adalah keyakinan bahwa makhluk hidup dapat muncul tanpa keturunan dari makhluk serupa sebelumnya. Secara tradisional, diyakini bahwa bentuk-bentuk kehidupan tertentu, seperti kutu, dapat muncul dari benda mati seperti debu, atau bahwa tikus dan serangga dapat terbentuk secara musiman dari lumpur atau tumpukan sampah.

Teori generasi spontan pertama kali dikemukakan oleh Aristoteles, yang menyusun dan memperluas pemikiran para filsuf alam terdahulu serta berbagai penjelasan kuno tentang kemunculan makhluk hidup. Selama hampir dua milenium, teori ini dianggap sebagai penjelasan terbaik yang tersedia.

Keyakinan tersebut akhirnya dipatahkan oleh serangkaian percobaan Louis Pasteur pada tahun 1859, yang membangun dan menyempurnakan penelitian dari pendahulunya seperti Francesco Redi.

Penolakan terhadap gagasan tradisional generasi spontan kini tidak lagi menjadi perdebatan di kalangan ahli biologi.

Vitalisme

Vitalisme adalah keyakinan bahwa kehidupan memiliki suatu prinsip non-material, suatu daya hidup yang tidak dapat direduksi menjadi sekadar proses fisik atau kimiawi. Gagasan ini pertama kali muncul melalui pemikiran Georg Ernst Stahl pada abad ke-17 dan tetap berpengaruh kuat hingga pertengahan abad ke-19. Konsep tersebut menarik perhatian berbagai pemikir besar, di antaranya para filsuf seperti Henri Bergson, Friedrich Nietzsche, dan Wilhelm Dilthey, para ahli anatomi seperti Xavier Bichat, serta ahli kimia seperti Justus von Liebig. Salah satu pokok utama vitalisme adalah pandangan bahwa terdapat perbedaan mendasar antara materi organik dan anorganik, serta keyakinan bahwa zat organik hanya dapat dihasilkan dari makhluk hidup. Pandangan ini dipatahkan pada tahun 1828 ketika Friedrich Wöhler berhasil mensintesis urea dari bahan-bahan anorganik. Peristiwa ini, yang dikenal sebagai Sintesis Wöhler, menandai awal kelahiran kimia organik modern. Secara historis, hal ini penting karena untuk pertama kalinya sebuah senyawa organik berhasil dihasilkan melalui reaksi anorganik.

Pada dekade 1850-an, Hermann von Helmholtz, yang mengikuti jejak Julius Robert von Mayer, membuktikan bahwa tidak ada energi yang hilang dalam gerakan otot, yang berarti bahwa tidak diperlukan adanya "gaya vital" untuk menggerakkan otot. Hasil-hasil penelitian tersebut mempercepat hilangnya minat ilmiah terhadap teori vitalistik, terlebih setelah Eduard Buchner berhasil menunjukkan bahwa fermentasi alkohol dapat terjadi pada ekstrak ragi yang telah bebas sel hidup. Meskipun demikian, kepercayaan terhadap gagasan vitalistik masih bertahan dalam sejumlah teori pseudosains, seperti homeopati, yang menafsirkan penyakit sebagai gangguan terhadap suatu kekuatan hidup atau daya vital yang bersifat hipotetis.

Perkembangan

Asal-usul kehidupan

Usia Bumi diperkirakan sekitar 4,54 miliar tahun. Kehidupan di Bumi telah ada setidaknya sejak 3,5 miliar tahun yang lalu, dengan fosil jejak tertua dari kehidupan berumur sekitar 3,7 miliar tahun. Berdasarkan estimasi dari jam molekuler yang dirangkum dalam basis data publik TimeTree, asal-usul kehidupan diperkirakan terjadi sekitar 4,0 miliar tahun yang lalu.

Beragam hipotesis tentang asal-usul kehidupan berupaya menjelaskan bagaimana leluhur bersama universal terbentuk dari molekul organik sederhana melalui tahapan kehidupan pra-seluler menuju protosel dan metabolisme. Pada tahun 2016, satu set berisi 355 gen yang diduga berasal dari leluhur bersama universal terakhir telah berhasil diidentifikasi secara tentatif.

Biosfer diperkirakan telah berkembang sejak awal kehidupan, setidaknya sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu. Bukti paling awal tentang kehidupan di Bumi mencakup grafit biogenik yang ditemukan dalam batuan metasedimen berumur 3,7 miliar tahun di Greenland Barat serta fosil lapisan mikroba yang ditemukan pada batu pasir berusia 3,48 miliar tahun dari Australia Barat. Baru-baru ini, pada tahun 2015, ditemukan "sisa-sisa kehidupan biotik" dalam batuan berumur 4,1 miliar tahun di Australia Barat. Pada tahun 2017, fosil mikroorganisme (atau mikrofosil) yang diduga telah terawetkan ditemukan di endapan lubang hidrotermal di Sabuk Nuvvuagittuq, Quebec, Kanada, yang berusia hingga 4,28 miliar tahun, catatan kehidupan tertua di Bumi, yang mengisyaratkan "kemunculan kehidupan yang hampir seketika" setelah pembentukan lautan sekitar 4,4 miliar tahun lalu, dan tak lama setelah pembentukan Bumi sekitar 4,54 miliar tahun yang lalu.

Evolusi

Evolusi adalah perubahan pada ciri-ciri yang dapat diwariskan dalam populasi biologis yang terjadi dari satu generasi ke generasi berikutnya. Proses ini menyebabkan munculnya spesies baru dan, kerap kali, punahnya spesies lama.

Evolusi terjadi ketika proses-proses evolusioner seperti seleksi alam (termasuk seleksi seksual) dan hanyutan genetik bekerja pada variasi genetik, sehingga menyebabkan peningkatan atau penurunan frekuensi sifat tertentu dalam suatu populasi dari waktu ke waktu.

Proses evolusi inilah yang telah melahirkan keanekaragaman hayati di setiap tingkatan organisasi biologis, mulai dari gen hingga ekosistem.

Fosil

Fosil merupakan sisa-sisa organisme atau jejak aktivitasnya yang terawetkan dari masa lampau yang sangat jauh. Keseluruhan fosil yang telah ditemukan maupun yang belum ditemukan, beserta penempatannya dalam lapisan-lapisan (strata) batuan sedimen, disebut sebagai catatan fosil (fossil record). Suatu spesimen yang terawetkan disebut fosil apabila usianya lebih tua dari batas arbitrer 10.000 tahun yang lalu.

Dengan demikian, fosil dapat berumur mulai dari yang termuda pada awal kala Holosen hingga yang tertua dari Eon Arkaikum, berusia hingga 3,4 miliar tahun.

Kepunahan

Kepunahan adalah proses ketika suatu spesies lenyap dari keberadaannya. Momen kepunahan ditandai dengan kematian individu terakhir dari spesies tersebut. Karena wilayah persebaran suatu spesies dapat sangat luas, menentukan momen kepunahan secara pasti sering kali sulit dilakukan, dan biasanya baru dapat disimpulkan secara retrospektif setelah periode panjang tanpa keberadaan yang teramati.

Suatu spesies menjadi punah ketika ia tidak lagi mampu bertahan hidup dalam habitat yang berubah atau tidak dapat bersaing dengan kompetitor yang lebih unggul. Lebih dari 99% dari seluruh spesies yang pernah hidup di Bumi kini telah punah.

Peristiwa kepunahan massal diduga mempercepat laju evolusi dengan membuka peluang bagi kelompok organisme baru untuk berkembang dan melakukan diversifikasi.

Kondisi lingkungan

Keanekaragaman kehidupan di Bumi merupakan hasil dari interaksi dinamis antara peluang genetik, kemampuan metabolik, tantangan lingkungan, dan simbiosis.

Sepanjang sebagian besar sejarahnya, lingkungan layak huni di Bumi didominasi oleh mikroorganisme dan sangat dipengaruhi oleh metabolisme serta proses evolusi mereka. Sebagai akibat dari aktivitas mikroba tersebut, lingkungan fisik-kimia Bumi telah mengalami perubahan secara berkelanjutan dalam skala waktu geologis, yang pada gilirannya memengaruhi arah evolusi kehidupan berikutnya.

Sebagai contoh, pelepasan oksigen molekuler oleh sianobakteri sebagai produk sampingan fotosintesis menyebabkan perubahan besar pada lingkungan Bumi. Karena oksigen bersifat racun bagi sebagian besar bentuk kehidupan saat itu, peristiwa ini menghadirkan tantangan evolusioner yang baru dan pada akhirnya memunculkan terbentuknya spesies tumbuhan dan hewan utama di Bumi. Hubungan timbal balik antara organisme dan lingkungannya merupakan ciri mendasar dari sistem kehidupan.

Biosfer

Biosfer merupakan keseluruhan gabungan dari semua ekosistem di Bumi. Ia juga dapat disebut sebagai zona kehidupan di planet ini—sebuah sistem tertutup (kecuali terhadap radiasi matahari, radiasi kosmik, dan panas dari interior Bumi)—yang sebagian besar bersifat mengatur diri sendiri.

Makhluk hidup ditemukan di setiap bagian biosfer, termasuk di dalam tanah, mata air panas, di dalam batuan hingga kedalaman sekitar di bawah permukaan bumi, di bagian terdalam samudra, dan bahkan di atmosfer hingga ketinggian sekitar .

Sebagai contoh, spora Aspergillus niger telah ditemukan di mesosfer pada ketinggian antara 48 hingga 77 km. Dalam kondisi uji, bentuk kehidupan juga terbukti mampu bertahan hidup di dalam kehampaan luar angkasa.

Kehidupan juga ditemukan berkembang di kedalaman Palung Mariana, di dalam batuan hingga kedalaman di bawah dasar laut pada kedalaman di lepas pantai barat laut Amerika Serikat, dan hingga di bawah dasar laut di perairan Jepang.

Pada tahun 2014, bentuk kehidupan juga ditemukan di kedalaman di bawah lapisan es Antarktika.

Ekspedisi International Ocean Discovery Program menemukan kehidupan uniseluler di sedimen bersuhu 120 °C pada kedalaman 1,2 km di bawah dasar laut di zona subduksi Parit Nankai. Menurut salah seorang peneliti, "Anda dapat menemukan mikroba di mana pun, mereka luar biasa adaptif terhadap berbagai kondisi, dan mampu bertahan hidup di tempat mana pun mereka berada."

Rentang toleransi

Komponen abiotik dalam suatu ekosistem mencakup faktor-faktor fisik dan kimia yang esensial bagi kehidupan, energi (baik berupa sinar matahari maupun energi kimia), air, panas, atmosfer, gravitasi, nutrien, serta perlindungan terhadap radiasi ultraviolet melalui lapisan ozon. Dalam sebagian besar ekosistem, kondisi lingkungan berubah-ubah sepanjang hari dan dari satu musim ke musim berikutnya. Untuk dapat bertahan hidup, organisme harus mampu menyesuaikan diri terhadap rentang kondisi tertentu yang disebut sebagai "rentang toleransi". Di luar rentang tersebut terdapat zona tekanan fisiologis (zones of physiological stress), yaitu wilayah kondisi di mana organisme masih dapat bertahan hidup dan bereproduksi, namun tidak secara optimal. Lebih jauh dari itu terdapat zona intoleransi (zones of intolerance), di mana kelangsungan hidup dan reproduksi organisme menjadi sangat kecil kemungkinannya, bahkan mustahil. Organisme dengan rentang toleransi yang luas cenderung memiliki persebaran geografis yang lebih luas dibandingkan organisme dengan rentang toleransi yang sempit.

Ekstremofil

Untuk bertahan hidup, sejumlah mikroorganisme telah berevolusi agar mampu menghadapi berbagai kondisi ekstrem, seperti pembekuan, pengeringan total, kelaparan, tingkat paparan radiasi yang tinggi, serta tantangan fisik dan kimia lainnya. Mikroorganisme ekstremofil ini mampu bertahan dalam kondisi demikian selama jangka waktu yang sangat lama. Mereka unggul dalam memanfaatkan sumber energi yang tidak lazim. Kajian mengenai struktur dan keragaman metabolik komunitas mikroba di lingkungan ekstrem semacam ini masih terus berlangsung.

Klasifikasi

Zaman kuno

Klasifikasi organisme pertama kali dilakukan oleh filsuf Yunani Aristoteles (384–322 SM), yang mengelompokkan makhluk hidup menjadi dua golongan besar: tumbuhan dan hewan, terutama berdasarkan kemampuannya untuk bergerak. Ia membedakan hewan yang memiliki darah dari hewan yang tidak berdarah, suatu pengelompokan yang dapat dibandingkan dengan konsep vertebrata dan invertebrata pada masa kini—dan membagi hewan berdarah ke dalam lima kelompok: hewan beranak empat yang melahirkan (mamalia), hewan beranak empat yang bertelur (reptil dan amfibi), burung, ikan, dan paus (Cetacea). Sementara itu, hewan tak berdarah dibagi menjadi lima kelompok: sefalopoda, krustasea, serangga (termasuk laba-laba, kalajengking, dan kelabang), hewan bercangkang (seperti kebanyakan moluska dan echinodermata), serta "zoofit" (hewan yang menyerupai tumbuhan). Teori klasifikasi ini bertahan dominan selama lebih dari seribu tahun.

Sistem Linnaeus

Pada akhir tahun 1740-an, Carl Linnaeus memperkenalkan sistem tata nama binomial untuk mengklasifikasikan spesies. Linnaeus berupaya menyempurnakan tata nama ilmiah yang kala itu panjang dan rumit, dengan menghapus unsur retorika yang tidak perlu, memperkenalkan istilah deskriptif baru, serta mendefinisikan maknanya secara lebih tepat.

Pada awalnya, jamur (Fungi) digolongkan sebagai tumbuhan. Untuk waktu singkat, Linnaeus pernah menempatkannya dalam takson Vermes di kerajaan Animalia, tetapi kemudian mengembalikannya ke dalam Plantae. Herbert Copeland kemudian mengelompokkan Fungi ke dalam kerajaan Protoctista, bersama organisme bersel tunggal lainnya, sebuah kompromi yang mengakui keunikan fungi tanpa sepenuhnya memisahkannya dari kelompok lain. Permasalahan ini akhirnya diselesaikan oleh Robert Whittaker, yang memberikan fungi kerajaan tersendiri dalam sistem lima kerajaan yang ia ajukan. Berdasarkan sejarah evolusi, fungi terbukti lebih dekat kekerabatannya dengan hewan daripada dengan tumbuhan.

Kemajuan dalam bidang mikroskopi memungkinkan pengamatan rinci terhadap sel dan mikroorganisme, yang mengungkapkan keberadaan kelompok kehidupan baru dan melahirkan disiplin biologi sel serta mikrobiologi. Organisme baru ini mula-mula dikategorikan secara terpisah sebagai protozoa (hewan bersel tunggal) dan thallophyta (tumbuhan bersel tunggal), tetapi kemudian disatukan oleh Ernst Haeckel dalam kerajaan Protista. Selanjutnya, kelompok prokariota dipisahkan menjadi kerajaan Monera, yang kemudian terbagi menjadi dua kelompok besar, yakni Bakteri dan Archaea. Dari sini berkembang sistem enam kerajaan dan akhirnya sistem tiga domain yang digunakan saat ini, berdasarkan hubungan evolusioner antarorganisme.

Namun demikian, klasifikasi eukariota, terutama kelompok protista, masih menjadi perdebatan hingga kini.

Dengan berkembangnya mikrobiologi, virus, yang bersifat non-seluler, juga ditemukan. Apakah virus dapat dianggap sebagai makhluk hidup masih menjadi perdebatan, sebab virus tidak memiliki ciri-ciri utama kehidupan seperti membran sel, metabolisme, kemampuan tumbuh, maupun merespons lingkungan. Virus kini dikelompokkan ke dalam "spesies" berdasarkan genetikanya, meskipun banyak aspek dalam klasifikasi tersebut masih diperdebatkan.

Sistem asli Linnaeus telah mengalami banyak modifikasi dari waktu ke waktu, antara lain seperti berikut ini:

Upaya untuk menyusun klasifikasi Eukariota ke dalam sejumlah kecil kerajaan kini menghadapi tantangan. Kelompok Protozoa tidak membentuk klad atau kelompok alami yang utuh, demikian pula dengan kelompok Chromista (atau Chromalveolata), yang juga tidak dianggap sebagai satu kesatuan evolusioner.

Metagenomik

Kemampuan untuk mengurutkan sejumlah besar genom secara lengkap telah memungkinkan para ahli biologi untuk meninjau filogeni kehidupan melalui sudut pandang metagenomik, yaitu dengan mempelajari keseluruhan pohon kehidupan secara menyeluruh. Pendekatan ini membawa pada kesadaran baru bahwa sebagian besar makhluk hidup di Bumi merupakan bakteri, dan bahwa seluruh kehidupan memiliki satu asal-usul yang sama.

Komposisi

Unsur kimia

Seluruh bentuk kehidupan membutuhkan sejumlah unsur kimia inti untuk menjalankan fungsi-fungsi biokimianya. Unsur-unsur tersebut meliputi karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fosfor, dan belerang, yang bersama-sama dikenal sebagai nutrien makro (makronutrien) bagi semua organisme. Keenam unsur ini membentuk asam nukleat, protein, dan lipid, komponen utama penyusun seluruh materi hidup. Lima dari enam unsur tersebut juga merupakan bahan penyusun kimiawi DNA, kecuali belerang. Unsur terakhir ini justru menjadi bagian dari asam amino seperti sisteina dan metionina. Di antara semua unsur tersebut, karbon merupakan unsur yang paling melimpah dalam organisme hidup, karena kemampuannya membentuk banyak ikatan kovalen yang stabil. Sifat inilah yang memungkinkan molekul berbasis karbon (molekul organik) membentuk keragaman struktur kimia yang luar biasa besar, sebagaimana dikaji dalam bidang kimia organik.

Beragam jenis biokimia hipotetis juga telah diajukan, yang menggantikan satu atau lebih unsur-unsur tersebut dengan unsur lain, atau mengubah kiralitas maupun sifat kimiawi yang dianggap penting bagi kehidupan sebagaimana kita kenal di Bumi.

DNA

Asam deoksiribonukleat atau DNA adalah sebuah molekul yang menyimpan sebagian besar instruksi genetik yang digunakan dalam proses pertumbuhan, perkembangan, fungsi, dan reproduksi seluruh makhluk hidup yang diketahui, serta banyak virus. DNA dan RNA merupakan asam nukleat; bersama dengan protein dan karbohidrat kompleks, ketiganya termasuk dalam jenis utama makromolekul yang sangat penting bagi semua bentuk kehidupan yang dikenal. Sebagian besar molekul DNA tersusun atas dua untai biopolimer yang saling melilit membentuk struktur heliks ganda. Kedua untai DNA tersebut disebut polinukleotida karena tersusun atas unit-unit yang lebih sederhana yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas sebuah basa nukleobase yang mengandung nitrogen, yakni sitosin (C), guanin (G), adenin (A), atau timin (T), serta sebuah gula yang disebut deoksiribosa dan sebuah gugus fosfat.

Nukleotida-nukleotida ini saling terhubung membentuk rantai melalui ikatan kovalen antara gula dari satu nukleotida dan fosfat dari nukleotida berikutnya, menghasilkan struktur rangka gula-fosfat yang berulang. Berdasarkan aturan pasangan basa (A berpasangan dengan T, dan C dengan G), ikatan hidrogen menyatukan basa nitrogen dari dua untai polinukleotida yang terpisah, sehingga terbentuk DNA beruntai ganda. Sifat penting dari struktur ini adalah bahwa setiap untai menyimpan seluruh informasi yang diperlukan untuk membentuk kembali untai pasangannya, sehingga memungkinkan informasi genetik tetap lestari selama proses reproduksi dan pembelahan sel. Di dalam sel, DNA tersusun dalam struktur panjang yang disebut kromosom. Selama proses pembelahan sel, kromosom-kromosom ini digandakan melalui proses replikasi DNA, sehingga setiap sel memperoleh satu set lengkap kromosom. Organisme eukariota menyimpan sebagian besar DNA-nya di dalam inti sel.

Sel

Sel merupakan unit dasar penyusun semua makhluk hidup, dan seluruh sel berasal dari sel yang telah ada sebelumnya melalui proses pembelahan. Teori sel pertama kali dirumuskan oleh Henri Dutrochet, Theodor Schwann, Rudolf Virchow, dan ilmuwan lainnya pada awal abad ke-19, dan sejak itu menjadi dasar pemahaman biologi modern. Aktivitas suatu organisme bergantung pada keseluruhan aktivitas sel-selnya, dengan aliran energi yang berlangsung di dalam dan antar sel. Setiap sel membawa informasi keturunan yang diwariskan melalui kode genetik saat pembelahan sel.

Secara garis besar terdapat dua jenis utama sel yang mencerminkan asal evolusionernya. Sel prokariota tidak memiliki inti sel maupun organel yang diselubungi membran, meskipun mengandung DNA sirkular dan ribosom. Bakteri dan Arkea merupakan dua domain prokariota. Jenis lainnya adalah sel eukariota, yang memiliki inti sejati yang dikelilingi selubung nukleus serta berbagai organel bermembran, termasuk mitokondria, kloroplas, lisosom, retikulum endoplasma kasar dan halus, serta vakuola. DNA pada eukariota tersusun dalam kromosom. Semua organisme kompleks dan berukuran besar, seperti hewan, tumbuhan, dan jamur, tergolong eukariota, bersama dengan beragam protista mikroskopis. Model konvensional menjelaskan bahwa eukariota berevolusi dari prokariota, dengan organel utama eukariota terbentuk melalui proses endosimbiosis antara bakteri dan nenek moyang sel eukariotik.

Mekanisme molekuler dalam biologi sel terutama didasarkan pada protein. Sebagian besar protein disintesis oleh ribosom melalui proses yang dikatalisis enzim yang disebut biosintesis protein. Rangkaian asam amino dirakit dan disusun berdasarkan ekspresi gen dari asam nukleat sel. Pada sel eukariota, protein-protein ini kemudian dapat diangkut dan diproses melalui aparatus Golgi sebelum dikirim ke tujuan akhirnya.

Sel berkembang biak melalui proses pembelahan sel di mana sel induk membelah menjadi dua atau lebih sel anak. Pada prokariota, pembelahan terjadi melalui pembelahan biner setelah DNA direplikasi dan kedua salinannya menempel pada bagian tertentu dari membran sel. Pada eukariota, proses yang lebih kompleks yaitu mitosis berlangsung. Namun hasil akhirnya sama: sel-sel anak yang dihasilkan identik satu sama lain dan dengan sel asalnya (kecuali terjadi mutasi), serta mampu mengalami pembelahan kembali setelah melalui fase interfase. Sebagian besar spesies tumbuhan, hewan, dan jamur multiseluler, serta banyak protista, mampu melakukan reproduksi seksual. Reproduksi seksual, yang melibatkan proses meiosis, diyakini telah muncul sangat awal dalam sejarah evolusi eukariota.

Struktur multiseluler

Organisme multiseluler diduga pertama kali berevolusi melalui pembentukan koloni dari sel-sel yang identik. Sel-sel ini mampu membentuk organisme berkelompok melalui proses adhesi sel. Anggota individu dalam suatu koloni masih mampu bertahan hidup secara mandiri, sedangkan pada organisme multiseluler sejati, tiap sel telah mengembangkan spesialisasi yang menjadikannya bergantung pada keseluruhan organisme untuk bertahan hidup. Organisme semacam ini terbentuk secara klonal atau berasal dari satu sel germinal yang mampu membentuk berbagai jenis sel terspesialisasi penyusun organisme dewasa. Spesialisasi ini memungkinkan organisme multiseluler memanfaatkan sumber daya dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan sel tunggal. Sekitar 800 juta tahun yang lalu, perubahan genetik kecil pada satu molekul enzim GK-PID diduga memungkinkan terjadinya peralihan dari organisme bersel tunggal menjadi organisme yang tersusun atas banyak sel.

Sel-sel telah berevolusi mengembangkan mekanisme untuk mengenali serta menanggapi lingkungan mikro di sekitarnya, sehingga meningkatkan kemampuan adaptasinya. Pensinyalan sel (cell signaling) mengoordinasikan berbagai aktivitas seluler dan dengan demikian mengatur fungsi-fungsi dasar organisme multiseluler. Komunikasi antarsel dapat terjadi secara langsung melalui kontak fisik, seperti pada pensinyalan jukstakrin, atau secara tidak langsung melalui pertukaran molekul perantara sebagaimana terjadi dalam sistem endokrin. Pada organisme yang lebih kompleks, koordinasi aktivitas ini dapat berlangsung melalui suatu sistem saraf yang khusus.

Di alam semesta

Meskipun kehidupan sejauh ini baru terkonfirmasi di Bumi, banyak ilmuwan berpendapat bahwa kehidupan luar bumi bukan hanya hal yang mungkin, melainkan juga sesuatu yang sangat mungkin, bahkan nyaris tak terelakkan. Pandangan ini bahkan mengarah pada kemungkinan lahirnya suatu kosmologi biofisik alih-alih sekadar kosmologi fisik.

Planet dan bulan lain di dalam Tata Surya, serta sistem keplanetan di luar sana, tengah diteliti untuk mencari jejak kemungkinan adanya kehidupan sederhana pada masa lampau. Proyek seperti SETI berupaya mendeteksi transmisi radio dari peradaban asing yang mungkin ada. Beberapa lokasi dalam Tata Surya yang dianggap berpotensi mendukung kehidupan mikroba antara lain lapisan bawah permukaan Mars, lapisan atas atmosfer Venus, serta lautan bawah permukaan pada beberapa bulan planet raksasa.

Penelitian mengenai ketahanan dan kemampuan adaptasi kehidupan di Bumi, serta pemahaman terhadap sistem molekuler yang memungkinkan beberapa organisme bertahan di kondisi ekstrem, sangat penting dalam upaya pencarian kehidupan luar bumi. Sebagai contoh, lumut kerak terbukti mampu bertahan selama sebulan dalam lingkungan simulasi Mars.

Di luar Tata Surya, wilayah di sekitar sebuah bintang deret utama yang dapat menopang kehidupan mirip Bumi pada planet seukuran Bumi disebut zona laik huni. Jari-jari bagian dalam dan luar zona ini bergantung pada luminositas bintang, demikian pula durasi zona tersebut dapat bertahan. Bintang yang lebih masif daripada Matahari memiliki zona laik huni yang lebih luas, tetapi masa hidupnya di deret utama evolusi bintang jauh lebih singkat. Sebaliknya, katai merah memiliki zona laik huni yang lebih sempit dan cenderung terkena aktivitas magnetik tinggi serta efek penguncian pasang surut akibat orbit yang dekat. Karena itu, bintang dengan massa menengah seperti Matahari diperkirakan memiliki peluang lebih besar untuk mendukung munculnya kehidupan mirip Bumi.

Letak bintang di dalam galaksi juga dapat memengaruhi peluang terbentuknya kehidupan. Bintang yang berada di wilayah dengan kelimpahan unsur berat lebih tinggi, yang memungkinkan pembentukan planet, serta memiliki tingkat kejadian supernova rendah, diperkirakan memiliki probabilitas lebih besar untuk menampung planet dengan kehidupan kompleks. Variabel dalam persamaan Drake digunakan untuk membahas kondisi dalam sistem keplanetan tempat peradaban paling mungkin muncul, meskipun dengan rentang ketidakpastian yang luas. Suatu skala bernama "Confidence of Life Detection" (CoLD) telah diusulkan sebagai kerangka pelaporan bukti kehidupan di luar Bumi.

Buatan

Kehidupan buatan merupakan bentuk simulasi terhadap berbagai aspek kehidupan, yang diwujudkan melalui komputer, robotika, atau biokimia. Sementara itu, biologi sintetis adalah bidang baru dalam bioteknologi yang memadukan ilmu pengetahuan dan rekayasa biologis. Tujuan utamanya ialah merancang serta membangun fungsi dan sistem biologis baru yang tidak ditemukan di alam.

Biologi sintetis mencakup redefinisi dan perluasan bidang bioteknologi secara luas, dengan sasaran akhir berupa kemampuan untuk merancang dan membangun sistem biologis hasil rekayasa yang mampu memproses informasi, memanipulasi zat kimia, memproduksi bahan dan struktur, menghasilkan energi, menyediakan pangan, serta memelihara dan meningkatkan kesehatan manusia maupun lingkungan.

Lihat pula

• Biologi, ilmu yang mempelajari kehidupan
• Tanda biologis
• Kehidupan berbasis karbon
• Dogma sentral biologi molekuler
• Sejarah kehidupan

Pranala luar

• Wikispecies–direktori kehidupan bebas
• "The Adjacent Possible: A Talk with Stuart Kauffman"
• Stanford Encyclopedia of Philosophy entry
• Life under extreme conditions Situs mengenai bagaimana kehidupan dapat terbentuk dalam keadaan yang sangat ekstrem.

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29570850 (2026-08-13T09:01:34Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.