遗传

所有生物地球从最小的细胞到最高的细胞树，展现非凡的力量。它们毫不费力地完成有机分子的复杂转换，展示出复杂的行为模式，并且无限地构造从原料中环境几乎完全相同的副本。这样的系统怎么可能惊人的复杂性和如此惊人的美丽曾经出现过吗?这位英国博物学家仔细记录了这个问题的答案的主要部分，如今已经有了确凿的科学证据查尔斯·达尔文在1859年出版他划时代的著作之前关于物种起源．他的理论的现代重新表述自然选择大概是这样的:遗传信息被大量携带分子被称为基因，由核酸．不同的基因负责有机体不同特征的表达。在生物体的繁殖过程中，基因也进行复制，从而将各种特征的指令传递给下一代。偶尔，有不完美，叫做突变,在基因复制．一个突变更改一个或多个特定特征的指令。这种突变也孕育了真实，从这个意义上说，在突变基因本身发生突变之前，它决定生物体某一特定特征的能力几代都不会受损。有些突变在表达时，会产生对生物体有利的特征;具有这种有利基因的生物将优先于没有这种基因的生物繁殖。然而，大多数突变被证明是正确的有害的通常会导致机体损伤或死亡。(举个例子，人们不太可能通过从高楼上扔下一块精心制作的手表来改善它的功能。手表的表现可能更好，但这是极不可能的。)就这样，生物慢慢地向更复杂的方向进化。这进化然而，这一切的发生都是以巨大的代价为代价的:复杂而适者生存的现代人类的存在，只是因为几十亿个不太适应也不太复杂的生物的死亡。简而言之,达尔文的自然选择理论指出，复杂的生物随着时间的推移而进化，因为复制、突变和突变的复制。一个遗传定义因此，生命将是一个能够通过自然选择进化的系统。（看到达尔文主义．)

这个定义很好强调关于…的重要性复制．复制指能力如脱氧核糖核酸(DNA)来精确地复制自己，而繁殖指由亲本或亲本产生新个体的行为使生物体数量增加。在任何有机体中，巨大的生物努力都是为了繁殖，尽管这对繁殖的有机体本身没有明显的好处。然而，如果生命被定义为一个有繁殖能力的实体，那么骡子在这个限制性定义下，显然是活的但不繁殖的生物将被排除在生物之外。的确，许多生物，如混合动力哺乳动物和植物过了全盛期就不再繁殖，即使组成它们的单个细胞可以繁殖。

被定义为依赖于复制部件的生殖系统的生命则不然规则出合成繁殖。例如，应该有可能构建一台机器，它能够从预先成型的构件中产生自己的相同副本，但当指令发生随机变化时，它会以略微不同的方式排列其后代。这样的机器当然也会复制它的指令。但事实上，这样的机器可以满足生命的基因定义，这并不是反对这种定义的理由;事实上，如果构建模块足够简单，机器就有能力进化成非常复杂的系统，可能拥有生命系统的所有其他属性。(一些计算机程序员已经声称，在基础运行几代复制和变异的计算机指令，来创造人工生命["生活"];然而，这样的程序并没有显示出任何真正的自由或意识，它们的活动迄今仅限于计算机内部。遗传学的定义还有一个额外的优点，那就是纯粹用功能术语来表达;也就是说，它不依赖于任何特定的选择组成分子。当代生物的不可能性是如此之大，以至于这些生物不可能是通过纯粹随机的过程而没有历史的连续性．那么，生命的遗传学定义的基础似乎是这样一个概念，即一定程度的复杂性不可能在没有自然选择的情况下实现。

热力学

热力学区分隔离系统、封闭系统和开放系统。孤立系统与系统的其余部分是分开的环境不与周围环境交换光、热或物质。一个封闭的系统交换能源但无所谓。一个开放的系统是一个物质和能量交换都发生的系统。的热力学第二定律说明在一个封闭的系统中，不会出现增加净组织(或减少净组织)的过程熵)的系统。因此,宇宙作为一个整体正在稳定地走向完全随机的状态，缺乏任何订单图案或美感。这种命运在19世纪以“热死宇宙的。

生命体显然是有组织的，首先视线似乎与热力学第二定律相悖。事实上，生命系统可以被定义为局部区域，在这些区域中，组织不断地维持或增加。然而，生命系统并不真的与第二定律相矛盾。它们在能量流动的区域中增加组织，实际上，它们的物质循环和增长趋势只能在空间中理解上下文的更一般的定义第二定律这适用于开放、封闭和隔离的系统。在自然界中(除了在宇宙尺度上，引力成为一个关键因素)，能量从集中转移到分散;自发发生的复杂系统并不违反第二定律，而是有助于能量扩散，从而产生熵减少梯度。

开放系统热力学的一般说法是痛恨梯度，距离上的差值。自然界的差异和梯度代表了不可能的、预先存在的组织。自然界中许多复杂的系统自发地产生，以降低梯度，并持续到梯度失效为止。一个龙卷风，例如，是一个不太可能的，物质循环系统，出现在的区域气压梯度;当空气压力梯度消失，“不可能”的龙卷风消失了。生命似乎也是一个类似的系统，只不过是一个退化了的系统太阳能梯度，极热(5800K[5,500°C，或10,000°F])太阳和非常冷(2.7 K[- 270.3°C，或- 454.5°F])的外部空间．(K =开尔文。开尔文温度规模，其中0 K[−273°C，或−460°F]为绝对零度， 273 K[0°C，或32°F]是冰点的水，和373 K[100°C，或212°F]是沸点一个大气压下的水)大部分生命地球是依赖于流量的阳光，即利用通过光合作用生物体从简单分子构建复杂分子的能力。一些深海和洞穴生物叫化能自养生物取决于化学梯度，比如从喷口冒出来的硫化氢和氧气溶于水的。因此，地球上生命的组织可以被看作是由基于自然第二定律的热能量之间的减少所驱动的太阳和周围较冷的空间。虽然生命没有完全降低太阳梯度，合并二氧化碳形成化学自养生物和植物产生的云有助于保持地球表面比其他情况下更冷，从而有助于降低的太阳能梯度。

一些科学家根据相当普遍的开放系统热力学认为，当能量流经系统时，系统的组织结构会增强。此外，能量流导致发展的周期。一个例子生物循环在地球上碳循环．碳大气中的二氧化碳被光合作用或化学合成生物吸收并转化为碳水化合物通过自养．这些碳水化合物最终被氧化异养生物来提取锁在他们体内的有用能量化学键．在碳水化合物氧化过程中，二氧化碳返回到大气中，从而完成循环。已经证明，在没有生命的情况下，类似的循环是通过化学系统中的能量流动自发形成的。生物循环可以代表自然的热力学循环钢筋通过遗传装置。似乎值得怀疑的是，开放系统的热力学过程中没有复制导致了生物系统的复杂性;然而，复制可以被解释为梯度分解的一种特别有效的热力学手段——一种特殊的、缓慢燃烧的“火”。无论如何，很明显，地球上生命的复杂性在很大程度上是通过复制产生的，能量转换生物利用了热力学有利的途径。

Autopoietic

生命的一个新的定义围绕着自创生的概念。这个想法是由智利生物学家提出的Humberto Maturana和弗朗西斯科·瓦雷拉，并强调了生命系统的特殊闭合，它们是活的，并通过新陈代谢维持自己，无论它们是否成功繁殖。不像机器，机器的控制功能是由人类设计师们，生物是自我管理的。生命的自创生定义类似于生理学定义，但强调生命对自身身份的维护，信息的封闭，控制论的自我联系，以及自我发展的能力。自创生指的是生命系统的自我生产、自我维持、自我修复和自我关联。生物通过化学成分的不断交换和流动来维持它们的形态。细胞自创生系统以a为界动态由系统本身产生的物质。在地球上的生命中，极限物质是脂质膜点缀着交通工具蛋白质由不断活动的细胞制造。所有生物或自创生系统都有一种可用的能量来源，要么是可见光或近可见光光谱中的光，要么是特定的有机碳或其他化学物质，如氢，硫化氢,或氨．在地球上，一直不足以维持自创生的能源包括热量、声波和电磁辐射在可见或近可见光谱之外的。

定义生命的困难之一是，唯一的例子是在第三个星球上发现的生命地球来自太阳。在地球所有生命的自创生系统都需要水的供应液态用于零件的自我维护。总的来说，转换自创生需要六种元素:碳，氮，氢，氧，磷,硫．所有生物的化学成分主要是由这些元素构成的。

地球上最小的自创生系统是有生命的细菌细胞．(病毒、质粒，而其他复制分子即使在原则上也不能表现为自创生系统;不管有多少食物，液体它们被提供了水和可用的能量，但它们仍然需要细胞来维持它们的连续性和复制。)一些细胞，如Carsonella ruddii它们只有不到200个基因和蛋白质，但它们像细胞器和病毒一样，不是自创生的，因为它们必须在自创生系统(活细胞)内进行代谢和生存。没有比一个细胞更小的自创生系统至少有450个蛋白质和基因代码因为这些蛋白质从未被描述过。比细菌其他中等大小的自创生系统，如原生生物、真菌孢子、骡子等个体哺乳动物、植物等橡木树木或罂粟花．Autopoietic实体在更大的层次上包括生态系统如珊瑚礁，大草原，或池塘。已知的最大或最大的单个自创生系统被称为“盖亚，由英国大气科学家命名詹姆斯·e·洛夫洛克盖亚，古希腊人化身地球的。盖亚基本上是一个封闭的热力学系统，因为与地外环境的物质交换很少。有证据表明，全球盖亚生命系统显示出类似有机体的特性，如大气化学、全球平均温度和海洋的调节盐度在数百万年的时间跨度内。这种调节可以理解为生命组织的一部分，生命组织是一个复杂而循环的开放热力学系统。