人生

生命の定義は、科学者や哲学者にとって長らく難題であった。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}これは、生命が実体ではなくプロセスであることも一因である。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}地球外で発生した可能性のある生命体の特性に関する知識が不足していることも、この問題を複雑にしている。^{[ 11 ] [ 12 ]}生命の哲学的定義も提案されてきたが、生物と非生物をどのように区別するかという点で同様の困難がある。^{[ 13 ]}生命の法的定義についても議論されてきたが、これらは一般的に、人間の死亡を宣告する決定と、この決定の法的影響に焦点を当てている。^{[ 14 ]}少なくとも123の生命の定義がまとめられている。^{[ 15 ]}

生物群集とは、特定の場所と時間に生息する生物、特に動物や植物の集合体であり、^{[ 16 ]}生態系や生物群系などを指します。したがって、自然保護の目標は、生態系の生物群集を保全することです。^{[ 17 ]}

生命の定義について合意がないため、生命の科学的研究である生物学における現在の定義のほとんどは記述的なものです。生命は、与えられた環境においてその存在を維持、促進、または強化するものの特性であると考えられています。これは、次の特性のすべてまたはほとんどを意味します。^{[ 7 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

1. ホメオスタシス：体内環境を一定の状態に保つための調節。例えば、体温を下げるための発汗など。
2. 組織：構造的に1つまたは複数の細胞 （生命の基本単位）から構成されていること。
3. 代謝：エネルギーの変換であり、化学物質を細胞成分に変換する（同化作用）ことと、有機物を分解する（異化作用）ことの両方に用いられる。生物は恒常性維持やその他の活動のためにエネルギーを必要とする。
4. 成長：異化作用よりも同化作用の速度を高く維持すること。成長する生物は、大きさや構造が大きくなる。
5. 適応：生物がその生息地でよりよく生きられるようになる進化の過程。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}
6. 刺激に対する反応：例えば、単細胞生物が外部の化学物質から身を遠ざける収縮、多細胞生物のすべての感覚が関わる複雑な反応、植物の葉が太陽に向かって動く動き（光屈性）、および走化性など。
7. 生殖：単一の親生物から無性生殖によって、または2つの親生物から有性生殖によって、新たな個体生物を生み出す能力。

物理学的な観点から言えば、生物は、自己複製し、生存の要求に応じて進化できる、組織化された分子構造を持つ熱力学的システムである。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}熱力学的には、生命は周囲の勾配を利用して不完全なコピーを作成する開放系として説明されてきた。^{[ 28 ]}これを別の言い方で表現すると、「ダーウィン進化を経ることができる自己維持型の化学システム」と生命を定義することができる。これは、カール・セーガンの提案に基づいて、宇宙生物学の目的で生命を定義しようとしたNASAの委員会が採用した定義である。^{[ 29 ] [ 30 ]}しかし、この定義によれば、有性生殖する単一の個体は、自力で進化することができないため、生命ではないとされているため、この定義は広く批判されている。^{[ 29 ]}

生命のシステム理論の観点から、必ずしも分子化学に依存しない見解をとる人もいる。生命のシステム的な定義の一つは、生物は自己組織化され、自己生成する（自己生産する）というものである。この定義のバリエーションには、スチュアート・カウフマンによる、自己複製能力を持ち、少なくとも1つの熱力学的作業サイクルを完了できる自律エージェントまたはマルチエージェントシステムとしての定義が含まれる。^{[ 31 ]}この定義は、時間の経過とともに新しい機能が進化することによって拡張される。^{[ 32 ]}生命システムは、分子機械から細胞、器官、組織、生物、個体群、生態系、そして生物圏全体に至るまで、マルチスケールで階層的な組織化によって特徴づけられる。^{[ 33 ]}

死とは、生物または細胞におけるすべての生命機能または生命過程の終了である。^{[ 34 ] [ 35 ]} 死を定義する際の課題の1つは、死と生命を区別することである。死は、生命が終わる瞬間、または生命に続く状態が始まる瞬間を指すように思われる。^{[ 35 ]}しかし、生命機能の停止は臓器系全体で同時ではないことが多いため、死がいつ発生したかを判断することは難しい。^{[ 36 ]}したがって、そのような判断には、生命と死の間に概念的な境界線を引く必要がある。生命をどのように定義するかについてほとんど合意がないため、これは問題である。死の本質は、何千年もの間、世界の宗教的伝統と哲学的探求の中心的な関心事であった。多くの宗教は、魂の死後の世界または輪廻転生、または後の日の肉体の復活のいずれかに対する信仰を維持している。^{[ 37 ]}

ウイルスを生命体とみなすべきかどうかは議論の的となっている。^{[ 38 ] [ 39 ]}ウイルスは生命体というよりは、遺伝子をコードする複製体として考えられることが多い。 ^{[ 40 ]}ウイルスは遺伝子を持ち、自然選択によって進化し、^{[ 42 ] [ 43 ]自己組織化によって自身を複数コピーして複製するため、 「}生命の境界にある生物」と表現されてきた^。しかし、ウイルスは代謝を行わず、新しい産物を作るには宿主細胞を必要とする。宿主細胞内でのウイルスの自己組織化は、生命が自己組織化する有機分子として始まった可能性があるという仮説を支持する可能性があるため、生命の起源の研究に影響を与える。^{[ 44 ] [ 45 ]}

生命に関する初期の理論の中には唯物論的なものもあり、存在するものはすべて物質であり、生命は単に物質の複雑な形態または配置であると主張した。エンペドクレス（紀元前430年）は、宇宙のすべては、土、水、空気、火という4つの永遠の「元素」または「万物の根源」の組み合わせでできていると主張した。すべての変化は、これら4つの元素の配置と再配置によって説明される。生命のさまざまな形態は、元素の適切な混合によって引き起こされる。^{[ 46 ]}デモクリトス（紀元前460年）は原子論者であり、生命の本質的な特徴は魂（プシュケー）を持つことであり、魂は他のすべてと同様に燃える原子で構成されていると考えた。彼は、生命と熱の間に明らかな関連性があること、そして火が動くことから、火について詳しく説明した。^{[ 47 ]}一方、プラトンは、世界は恒久的な形相によって組織されており、それが物質に不完全に反映されていると主張した。形相は方向性または知性を提供し、世界で観察される規則性を説明する。^{[ 48 ]}

古代ギリシャに起源を持つ機械論的唯物論は、フランスの哲学者ルネ・デカルト（1596-1650）によって復活し、修正された。デカルトは、動物や人間は、機械として機能する部品の集合体であると主張した。ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツは、生体機械の階層的組織を強調し、著書『モナドロジー』（1714）の中で、「…自然の機械、すなわち生体は、最小の部品においても無限に機械である」と述べている。^{[ 49 ]}この考えは、ジュリアン・オフレイ・ド・ラ・メトリ（1709-1750）が著書『機械人間』の中でさらに発展させた。^{[ 50 ]} 19世紀には、生物科学における細胞理論の進歩がこの見解を後押しした。チャールズ・ダーウィン（1859）の進化論は、自然選択による種の起源に対する機械論的な説明である。^{[ 51 ]} 20世紀初頭、ステファン・ルデュック（1853–1939）は、生物学的プロセスは物理学と化学の観点から理解でき、その成長はケイ酸ナトリウム溶液に浸された無機結晶の成長に似ているという考えを提唱した。彼の著書『合成生物学』^{[ 52 ]}に示された彼の考えは、生前は広く否定されたが、ラッセル、バージ、同僚らの研究への関心が再び高まっている。^{[ 53 ]}

質料形相論は、ギリシャの哲学者アリストテレス（紀元前322年）によって初めて提唱された理論である。アリストテレスにとって、質料形相論を生物学に応用することは重要であり、彼の現存する著作には生物学が広く扱われている。この考え方では、物質宇宙のあらゆるものは質料と形相の両方を持ち、生物の形相はその魂（ギリシャ語のプシュケー、ラテン語のアニマ）である。魂には3種類ある。植物の植物的魂は、植物を成長させ、腐敗させ、自らを養うが、運動や感覚は引き起こさない。動物的魂は、動物を動かし、感じさせる。理性的魂は、意識と理性の源であり、（アリストテレスは）人間にのみ存在すると信じていた。^{[ 54 ]}それぞれの高次の魂は、低次の魂のすべての属性を持っている。アリストテレスは、質料は形相なしに存在できるが、形相は質料なしには存在できず、したがって魂は身体なしには存在できないと信じていた。^{[ 55 ]}

この説明は、目的や目標指向性という観点から現象を説明する目的論的な生命の説明と一致しています。したがって、ホッキョクグマの毛皮の白さは、カモフラージュという目的によって説明されます。因果関係の方向（未来から過去へ）は、先行する原因の観点から結果を説明する自然選択の科学的証拠と矛盾しています。生物学的特徴は、将来の最適な結果を見ることによってではなく、問題となっている特徴の自然選択につながった種の過去の進化の歴史を見ることによって説明されます。^{[ 56 ]}

自然発生説とは、生物は類似の生物から派生することなく発生するという考え方である。一般的には、ノミのような特定の形態は塵などの無生物から発生する可能性があり、ネズミや昆虫は泥やゴミから季節的に発生すると考えられていた。^{[ 57 ]}

自然発生説はアリストテレスによって提唱されました^{[ 58 ]。}彼はそれ以前の自然哲学者の研究と生物の出現に関するさまざまな古代の説明をまとめ、拡張しました。それは2000年間最良の説明と考えられていました。 1859年にルイ・パスツールが行った実験によって決定的に否定されました。彼はフランチェスコ・レディなどの先人たちの研究を拡張しました^{[ 59 ] [ 60 ]}。自然発生説の伝統的な考え方の反証は、もはや生物学者の間では議論の余地がありません^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] 。}

生命主義とは、非物質的な生命原理が存在するという信念である。これはゲオルク・エルンスト・シュタール（17世紀）に始まり、19世紀半ばまで人気を博した。アンリ・ベルクソン、フリードリヒ・ニーチェ、ヴィルヘルム・ディルタイなどの哲学者^{[ 64 ]}、グザヴィエ・ビシャなどの解剖学者、ユストゥス・フォン・リービッヒなどの化学者^{[ 65 ]}に支持された。生命主義には、有機物と無機物の間には根本的な違いがあるという考えと、有機物は生物からしか得られないという考えが含まれていた。これは1828年にフリードリヒ・ヴェーラーが無機物から尿素を合成したことで否定された^{[ 66 ]} 。このヴェーラー合成は、現代有機化学の出発点と考えられている。有機化合物が初めて無機反応で生成されたという点で、歴史的に重要な意義を持つ^{[ 65 ] 。}

1850年代、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツは、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーに先駆けて、筋肉の動きにはエネルギーの損失がないことを実証し、筋肉を動かすのに必要な「生命力」は存在しないことを示唆した。^{[ 67 ]}これらの結果により、特にエドゥアルト・ブフナーが酵母の無細胞抽出液でアルコール発酵が起こり得ることを実証した後、生命力説に対する科学的関心は放棄された。^{[ 68 ]}それにもかかわらず、病気や疾患は仮説上の生命力または生命力の乱れによって引き起こされると解釈するホメオパシーなどの疑似科学的理論に対する信仰は依然として存在している。 ^{[ 69 ]}

地球の年齢は約 45.4億年です。^{[ 70 ]}地球上の生命は少なくとも 35 億年前から存在しており、^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]}生命の最も古い物理的痕跡 は 37億年前に遡ります。^{[ 75 ] [ 76 ]} TimeTree公開データベースにまとめられている分子時計からの推定では、生命の起源は約 40 億年前とされています。^{[ 77 ]}生命の起源に関する仮説は、単純な有機分子から前細胞生命を経て原細胞と代謝に至る普遍的な最後の共通祖先の形成を説明しようとしています。^{[ 78 ]} 2016 年に、最後の普遍的な共通祖先から 355 個の遺伝子のセットが暫定的に特定されました。^{[ 79 ]}

生物圏は、生命の起源から少なくとも約35 億年前に発達したと想定されている。^{[ 80 ]}地球上の生命の最古の証拠には、西グリーンランドの37億年前の変成堆積岩から発見された生物起源のグラファイト^{[ 75 ]}や、西オーストラリアの34億8000万年前の砂岩から発見された微生物マットの化石^{[ 76 ]}などがある。さらに最近では、2015年に西オーストラリアの41億年前の岩石から「生物の痕跡」が発見された。 ^{[ 71 ]} 2017年、カナダのケベック州ヌブアギットゥク帯の熱水噴出孔の沈殿物から、42億8000万年前のものと推定される化石化した微生物（または微化石）が発見されたと発表された。これは地球上で最も古い生命の記録であり、44億年前の海洋形成後、そして45億4000万年前の地球形成後まもなく、「生命がほぼ瞬時に出現した」ことを示唆している。^{[ 81 ]}      

進化とは、生物集団の遺伝可能な特性が世代を経るごとに変化することです。その結果、新しい種が出現し、古い種が消滅することがよくあります。^{[ 82 ] [ 83 ]}進化は、自然選択（性選択を含む）や遺伝的浮動などの進化プロセスが遺伝的変異に作用し、その結果、特定の特性が世代を経るごとに集団内で頻度が増減するときに起こります。^{[ 84 ]}進化のプロセスは、生物組織のあらゆるレベルで生物多様性を生み出してきました。^{[ 85 ] [ 86 ]}

化石は、遠い過去の生物の保存された遺骸または痕跡です。発見されたものと未発見のものを含めた化石全体と、それらが堆積岩の層（地層）に配置されていることを化石記録といいます。保存された標本は、1万年前という任意の日付よりも古い場合、化石と呼ばれます。^{[ 87 ]}したがって、化石の年代は、完新世の始まりの最も新しいものから、太古代の最も古いものまで、最大で34億年前まで及びます。 ^{[ 88 ] [ 89 ]}

絶滅とは、種が絶滅する過程のことである。 ^{[ 90 ]}絶滅の瞬間とは、その種の最後の個体が死んだ時である。種の潜在的な生息範囲は非常に広い可能性があるため、この瞬間を特定することは難しく、通常は、しばらく姿を消した後に遡って行われる。種は、変化する生息地やより強い競争相手に対して生き残ることができなくなったときに絶滅する。これまで存在したすべての種の99%以上が現在絶滅している。^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]}大量絶滅は、新しい生物群が多様化する機会を提供することで、進化を加速させた可能性がある。^{[ 95 ]}

生物圏は、地球上のすべての生態系の総体です。地球上の生命の領域とも呼ばれ、閉鎖系（太陽放射、宇宙放射、地球内部からの熱を除く）であり、大部分が自己調節されています。^{[ 101 ]}生物は、土壌、温泉、少なくとも地下19km （12マイル）の深さの岩石内部、海洋の最深部、そして少なくとも大気圏64km （40マイル）の高さなど、生物圏のあらゆる場所に存在します。^{[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]}例えば、アスペルギルス・ニガーの胞子は、高度48～77kmの中間圏で検出されています。^{[ 105 ]}試験条件下では、生命体が宇宙の真空中で生存していることが観察されています。^{[ 106 ] [ 107 ]}生命体は、マリアナ海溝の深海、^{[ 108 ]}米国北西部沿岸の水深2,590 m (8,500 ft; 1.61 mi)の海底下580 m (1,900 ft; 0.36 mi)までの岩石内部、 ^{[ 109 ] [ 110 ]}および日本沖の海底下2,400 m (7,900 ft; 1.5 mi)で繁栄している。^{[ 111 ]} 2014 年に、南極の氷の下800 m (2,600 ft; 0.50 mi)に生息する生命体が発見された。^{[ 112 ] [ 113 ]}国際海洋掘削計画の探査隊は、南海トラフ沈み込み帯の海底下1.2 km の 120 °C の堆積物から単細胞生物を発見した。^{[ 114 ]}ある研究者によると、「微生物はどこにでも存在し、環境への適応力が非常に高く、どこにいても生き残ることができる」とのことである。 ^{[ 109 ]}                   

生態系の不活性成分は、生命に必要な物理的および化学的要因、すなわちエネルギー（日光または化学エネルギー）、水、熱、大気、重力、栄養素、および紫外線による太陽放射からの保護です。^{[ 115 ]}ほとんどの生態系では、条件は日中および季節ごとに変化します。これらの生態系で生き残るためには、生物は「耐性範囲」と呼ばれるさまざまな条件に耐えることができなければなりません。^{[ 116 ]}この範囲外は「生理的ストレスゾーン」であり、そこでは生存と繁殖は可能ですが最適ではありません。これらのゾーンのさらに外側は「不耐性ゾーン」であり、そこではその生物の生存と繁殖は起こりにくいか、または不可能です。耐性範囲が広い生物は、耐性範囲が狭い生物よりも広く分布しています。^{[ 116 ]}

生き残るために、一部の微生物は凍結、完全な乾燥、飢餓、高レベルの放射線被曝、その他の物理的または化学的な課題に耐えるように進化しました。これらの極限環境微生物は、このような条件下に長期間さらされても生き残ることができます。^{[ 96 ] [ 117 ]}これらは、珍しいエネルギー源を利用することに優れています。このような極限環境における微生物群集の構造と代謝的多様性の特性評価は進行中です。^{[ 118 ]}

生物の最初の分類は、ギリシャの哲学者アリストテレス（紀元前384～322年）によって行われ、彼は主に運動能力に基づいて生物を植物と動物に分類しました。彼は血液を持つ動物と血液を持たない動物を区別し、これはそれぞれ脊椎動物と無脊椎動物の概念に相当します。血液を持つ動物は、胎生四足動物（哺乳類）、卵生四足動物（爬虫類と両生類）、鳥類、魚類、クジラ類の5つのグループに分けられました。血液を持たない動物は、頭足類、甲殻類、昆虫（クモ、サソリ、ムカデを含む）、殻を持つ動物（ほとんどの軟体動物と棘皮動物など）、植物性動物（植物に似た動物）の5つのグループに分けられました。この理論は1000年以上支配的でした。^{[ 119 ]}

古代インド医学では、スシュルタ・サンヒター（伝統的には紀元前6世紀頃とされる）は毒物、ひいてはより広義の物質を、植物または鉱物由来のスタヴァラ（「不動」）と、動物由来のジャンガマ（「可動」または生物）に分類した。 ^{[ 120 ]}植物界自体も、この文献ではさらにヴリクシャ（果実や花をつける木）やヴィルダ（つる植物や低木）などのカテゴリーに細分化されていた。^{[ 121 ]}姉妹編のチャラカ・サンヒターは、スタヴァラ、ジャンガマ、人工（サミヨーガジャ）の3つのカテゴリーに同様に分類していた。^{[ 122 ]}

古代中国では、現存する最古の中国語辞典である『爾雅』が、おそらく秦または漢の初期に周王朝時代の資料から編纂されたもので、草、木、昆虫、魚、鳥、獣に関する個別のセクションを含む19の意味カテゴリーに項目を整理している。^{[ 123 ]}後期の中国の薬物書、特に李時珍の『本草綱目』（1578年）では、薬物を薬効に基づいて植物関連と動物関連のカテゴリーに分類した。^{[ 124 ]}

1740年代後半、カール・リンネは種の分類に二名法を導入した。リンネは、不必要な修辞を排除し、新しい記述用語を導入し、その意味を正確に定義することによって、それまで使用されていた多くの単語からなる名前の構成を改善し、長さを短縮しようと試みた。^{[ 125 ]}

菌類はもともと植物として扱われていました。リンネは短期間、菌類を動物界の蟯虫類に分類していましたが、後に植物界に戻しました。ハーバート・コープランドは菌類を原生生物に分類し、単細胞生物と合わせて、この問題を部分的に回避しつつ、菌類の特別な地位を認めました。^{[ 126 ]}この問題は最終的にウィテカーによって解決され、彼は5界分類体系の中で菌類を独自の界としました。進化の歴史は、菌類が植物よりも動物に近縁であることを示しています。^{[ 127 ]}

顕微鏡技術の進歩により細胞や微生物の詳細な研究が可能になったことで、新たな生物群が明らかになり、細胞生物学と微生物学の分野が創設されました。これらの新しい生物は当初、原生動物として動物、原生植物/葉状植物として植物として別々に記載されていましたが、エルンスト・ヘッケルによって原生生物界に統合されました。その後、原核生物はモネラ界に分離され、最終的には細菌と古細菌の2つのグループに分けられました。これが6界分類体系、そして最終的には進化上の関係に基づく現在の3ドメイン分類体系につながりました。 ^{[ 128 ]}しかし、真核生物、特に原生生物の分類は依然として議論の的となっています。^{[ 129 ]}

微生物学の発展に伴い、非細胞性のウイルスが発見された。これらが生物とみなされるかどうかは議論の的となっている。ウイルスには細胞膜、代謝、増殖能力、環境への応答能力といった生命の特徴が欠けている。ウイルスは遺伝子に基づいて「種」に分類されているが、そのような分類の多くの側面は依然として議論の的となっている。^{[ 130 ]}

オリジナルのリンネ式分類体系は、例えば以下のような多くの修正が加えられてきた。

真核生物を少数の界に分類しようとする試みは異議を唱えられてきた。原生動物はクレードや自然なグループを形成しておらず^{[ 137 ]}、クロミスタ（クロマルベオラータ）も同様である^{[ 138 ] 。}

多数の完全なゲノムをシーケンスできるようになったことで、生物学者は生命の系統樹全体のメタゲノム的視点から系統発生を捉えることができるようになった。これにより、生物の大部分は細菌であり、すべて共通の起源を持つという認識に至った。^{[ 128 ] [ 139 ]}

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  rRNA遺伝子データに基づく系統樹（Woeseら、1990）^{[ 128 ]}は、3つの 生命ドメインを示しており、その根元には最後の普遍的共通祖先（LUCA）が存在する。
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  2016年のメタゲノムによる生命の樹の表現（根なし、リボソームタンパク質配列を使用）。細菌は上部（左と右）に、古細菌は下部に、真核生物は右下に緑色で示されている。^{[ 139 ]}

すべての生命体は、生化学的機能のために特定の基本化学元素を必要とします。これらには、炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄が含まれます。これらはすべての生物にとっての主要栄養素です。 ^{[ 140 ]}これらが合わさって、核酸、タンパク質、脂質を構成し、生命物質の大部分を占めます。これら6つの元素のうち5つはDNAの化学成分を構成し、例外は硫黄です。後者はアミノ酸のシステインとメチオニンの成分です。生物においてこれらの元素の中で最も豊富なのは炭素であり、炭素は複数の安定した共有結合を形成するという望ましい特性を持っています。これにより、炭素をベースとした（有機）分子は、有機化学で説明されているよう な膨大な種類の化学構造を形成することができます。^{[ 141 ]}これらの元素の1つ以上を排除したり、リストにない元素と交換したり、必要なキラリティやその他の化学的性質を変更したりする、代替的な仮説上の生化学のタイプが提案されています。^{[ 142 ] [ 143 ]}

デオキシリボ核酸（DNA）は、既知のすべての生物および多くのウイルスの成長、発達、機能、および生殖に使用される遺伝情報の大半を担う分子です。DNAとRNAは核酸であり、タンパク質や複合炭水化物とともに、既知のすべての生命形態に不可欠な3つの主要な高分子の1つです。ほとんどのDNA分子は、2本の生体高分子鎖が互いに巻き付いて二重らせんを形成しています。2本のDNA鎖は、ヌクレオチドと呼ばれるより単純な単位から構成されているため、ポリヌクレオチドとして知られています。各ヌクレオチドは、窒素を含む核酸塩基（シトシン（C）、グアニン（G）、アデニン（A）、またはチミン（T）のいずれか）と、デオキシリボースと呼ばれる糖、およびリン酸基から構成されています。^{[ 144 ]}

ヌクレオチドは、あるヌクレオチドの糖と次のヌクレオチドのリン酸との間の共有結合によって鎖状に互いに結合し、糖リン酸骨格が交互に並んでいます。塩基対形成規則（AとT、CとG）に従って、水素結合が2つの別々のポリヌクレオチド鎖の窒素塩基を結合し、二本鎖DNAを形成します。このDNAの重要な特性は、各鎖がもう一方の鎖を再現するために必要なすべての情報を含んでいるため、生殖と細胞分裂中に情報が保存されることです。^{[ 145 ]}細胞内では、DNAは染色体と呼ばれる長い構造に組織化されています。細胞分裂中、これらの染色体はDNA複製の過程で複製され、各細胞に独自の完全な染色体セットが提供されます。真核生物は、DNAの大部分を細胞核内に保存しています。^{[ 146 ]}

細胞はあらゆる生物の構造の基本単位であり、すべての細胞は既存の細胞が分裂することによって生じる。^{[ 147 ] [ 148 ]}細胞説は19世紀初頭にアンリ・デュトロシェ、テオドール・シュワン、ルドルフ・フィルヒョウらによって提唱され、その後広く受け入れられるようになった。 ^{[ 149 ]}生物の活動は細胞全体の活動に依存し、エネルギーの流れは細胞内および細胞間で起こる。細胞には遺伝情報が含まれており、細胞分裂中に遺伝暗号として受け継がれる。 ^{[ 150 ]}

細胞には進化の起源を反映した2つの主要なタイプがあります。原核細胞は核やその他の膜結合オルガネラを欠いていますが、環状DNAとリボソームを持っています。細菌と古細菌は原核生物の2つのドメインです。もう1つの主要なタイプは真核細胞で、核膜に囲まれた明確な核と、ミトコンドリア、葉緑体、リソソーム、粗面小胞体と滑面小胞体、液胞などの膜結合オルガネラを持っています。さらに、DNAは染色体に組織化されています。動物、植物、菌類を含む大型で複雑な生物のすべての種は真核生物ですが、原生微生物には幅広い多様性があります。^{[ 151 ]}従来のモデルでは、真核生物は原核生物から進化し、真核生物の主要な細胞小器官は細菌と祖先真核細胞との間の細胞内共生によって形成されたとされている。^{[ 152 ]}

細胞生物学の分子メカニズムはタンパク質に基づいています。これらのタンパク質のほとんどは、タンパク質生合成と呼ばれる酵素触媒プロセスによってリボソームによって合成されます。アミノ酸の配列は、細胞の核酸の遺伝子発現に基づいて組み立てられ、結合されます。 ^{[ 153 ]}真核細胞では、これらのタンパク質は、目的地への発送に備えて、ゴルジ体を通して輸送および処理される場合があります。 ^{[ 154 ]}

細胞は、親細胞が 2 つ以上の娘細胞に分裂する細胞分裂の過程を経て増殖します。原核生物では、細胞分裂は、DNA が複製され、2 つのコピーが細胞膜の一部に付着する分裂の過程を経て起こります。真核生物では、より複雑な有糸分裂の過程が続きます。しかし、結果は同じです。結果として生じる細胞のコピーは、互いに、そして元の細胞と同一であり (突然変異を除いて)、どちらも間期の後にさらに分裂することができます。^{[ 155 ]}多細胞植物、動物、菌類 のほとんどの種、および多くの原生生物は有性生殖を行うことができます。減数分裂過程を伴う有性生殖は、真核生物の進化の非常に初期に生じたと考えられています。^{[ 156 ] [ 157 ]}

多細胞生物は、まず同一細胞のコロニーの形成によって進化してきた可能性がある。これらの細胞は細胞接着によって集団生物を形成することができる。コロニーの個々のメンバーは単独で生存することができるが、真の多細胞生物のメンバーは特殊化を発達させており、生存のために生物の残りの部分に依存している。このような生物はクローン的に、または成体生物を形成するさまざまな特殊化細胞を形成できる単一の生殖細胞から形成される。この特殊化により、多細胞生物は単細胞よりも効率的に資源を利用できる。^{[ 158 ]}約8億年前、単一分子である酵素GK-PIDのわずかな遺伝子変化により、生物は単細胞生物から多数の細胞からなる生物へと進化することができた可能性がある。^{[ 159 ]}

細胞は、微小環境を感知して反応する方法を進化させており、それによって適応性を高めている。細胞シグナル伝達は細胞活動を調整し、多細胞生物の基本的な機能を制御している。細胞間のシグナル伝達は、傍分泌シグナル伝達を用いた直接的な細胞接触によって、あるいは内分泌系のように物質の交換を介した間接的な方法で起こる。より複雑な生物では、専用の神経系を介して活動の調整が行われることがある。^{[ 160 ]}