Elämän alkuperä
Wikipedia

Elämän alkuperällä tai elämän synnyllä tarkoitetaan luonnontieteissä elämän ilmaantumista maapallolle noin 3,5-3,9 miljardia vuotta sitten. Näin ollen elämää olisi ollut maapallolla 85-prosenttisesti sen historiasta.
Erään biologian koulukunnan mukaan kaikkeudessa syntyy elämää automaattisesti silloin, kun olosuhteet ovat siihen suotuisat. Vastakkainen koulukunta arvostelee tätä suosittua oletusta, heidän mukaansa elämän yksityiskohtien paljous viittaa harvinaiseen tapahtumasarjaan, joka on ainutlaatuinen kaikkeudessa. Maassa elämä syntyi mahdollisesti useassa paikassa samaan aikaan, kunnes vakiinnutti paikkansa. Elämän syntyminen oli hyvin hidas kemiallisen evoluution prosessi, jolle ei ole yhtä hyväksyttyä teoriaa. Ratkaisevien askeleiden jälkeen elämän kehittyminen nopeutui huomattavasti. Maapallon alkuaikoina meteoriitit pommittivat maata, jolloin elämän kehittyminen tai säilyminen oli hyvin epätodennäköistä. Elämän synnyttyä eliöt olivat kauan aikaa mikroskooppisen pieniä. Kaikkeuden bioystävällisyyden osoittamiseksi on tiedettävä varmasti, että elämää on syntynyt useammin kuin kerran.
- Elämän kehityksen päävaiheet
- Elämä maapallolla syntyi 3,5-3,9 miljardia vuotta sitten
- Prokaryootit hallitsivat 3,5-2,0 miljardia vuotta sitten
- Hapellinen ilmakehä muodostui n. 2,7 miljardia vuotta sitten
- Eukaryootit kehittyivät 2,1 miljardia vuotta sitten
- Monisoluiset eukaryootit kehittyivät n. 1,2 miljardia vuotta sitten
- Varhaisella kambrikaudella eläinten diversiteetissa räjähdysmäinen kasvu
- Kasvit, sienet ja eläimet valtasivat maan n. 500 miljoonaa vuotta sitten

Hypoteeseina mahdollista alkuelämän syntypaikoista pidetään muun muassa lämpimiä vuorovesilammikoita, rantavyöhykkeitä, kuumia lähteitä, meren pohjan vulkaanisia saostumia, kuumia maan syvyyksiä ja komeettoja. Myös komeetan ytimeen voi muodostua vettä ja olosuhteet ovat melko vakaat.
Solujen ja soluelinten alkuperä on herättänyt tiedeyhteisöissä valtavasti väittelyä. Luonnontieteissä elämän synty ns. elottomasta on ajoitettu 3,5-3,9 miljardin vuoden taakse. Elämää on kuitenkin ehkä voinut olla ennen Maan muodostumista ja se olisi voinut kulkeutua tänne panspermiaprosessilla. Näin voidaan laajentaa elämän synnyn aikaskaalaa kaikkeudessa 13,7 miljardin vuoden päähän aina alkuräjähdykseen saakka.
Elämän synnyn tutkiminen on hidasta, mutta kehittynyt valtavasti viime vuosikymmeninä. Monia eri faktoja ja teorioita on esitetty olosuhteista, missä ja miten elämä on syntynyt, mutta täysin tarkkaa mallia elämän synnystä nykytietämyksellä ei vielä ole saatu kehitettyä.
Kaikki elämä on järjestäytynyt soluiksi. Paljaalla silmällä näkyvä elämä, kuten ihmiset, kasvit, sienet ja muut eliöt koostuvat aitotumaisista soluista, kun taas mikroskooppisen pienet bakteerit ovat yksisoluisia. Aitotumainen solukoneisto kehittyi 2-4 miljardia vuotta sitten, ja se oli yksi suurimmista harppauksista maapallon elämälle.
Geneetikot jäljittävät esisoluja geenien avulla. Molekyylin muodossa "fossiileja" voidaan löytää jokaisen nykyisen eliön soluista. Esimerkiksi rna:n geenit ovat kopioituneet lähes muuttumattomina miljardien vuosien ajan kaikilla eliöillä. Nykyisin samoja geenejä jokaiselta eliöltä on löydetty 60, tosin se ei vielä riitä solulle sen elossa pysymiseen.
Arkkieliöt, bakteerit ja aitotumaiset ovat kaiken elämän päähaaraat. Muinoin niiden välillä oli lukuisia eri vaihtoehtoja ristiin rastiin. Aitotumaiset ovat kehittyneet esiaitotumaisten ja bakteerien välisestä symbioosista, joten elämän ns. esi-isä muistutti joko bakteereja tai arkkibakteereja, joista todennäköisesti jälkimmäistä, tosin yhteisen esi-isän ominaisuuksia on vaikea selittää.
Varhainen elämä ei tarvinnut happea, eli se oli anaerobista. Hapellinen ilmakehä syntyi maapallolle n. 3 miljardia vuotta sitten, seurauksena ilmakehästä ja merten syanobakteereista, kun ne pilkkoivat vettä ja tuottivat happea sivutuotteena. Evoluution valintapaine johti symbioosiin, josta syntyi mitokondrioita. Happi oli aluksi vain myrkyllinen jäteaine, jota syntyi energiantuotannosta. Anaerobinen arkkibakteeria muistuttanut esisolu mahdollisesti siemaisi happea kuluttuvan bakteerin sisäänsä ja vältti täten hapen myrkyllisen vaikutuksen. Happea kuluttanut bakteeri sai suojaa ja ravintoaineita isäntäsolulta. Sisäeläjä tarjosi anaerobiselle isännälleen energiaa, jota syntyi tehokkaasti hapellisesta hengityksestä. Tätä tapahtumaa kutsutaan endosymbioosiksi, jota pidettiin vielä 1920-luvulla huuhaana. Näin happea kuluttavat aitotumaiset eliöt nousivat maapallon valtiaiksi. Symbioosin valintapaine on voinut olla myös vetyyn perustuva energiantuotantoa, jossa toinen olisi tuottanut ja toinen kuluttanut sitä, joten aitotumaiset olisivat voineet kehittyä jo varhaisemmassa vaiheessa.
Todennäköisesti orgaanisia yhdisteitä, joita tarvitaan elämän synnylle, ei voisi nykyisessä happi-rikkaassa ympäristössä kehittyä. Yrityksissä mukailla varhaisia maapallon oloja on saatu molekyylejä reagoimaan keskenään, muodostaen mm. aminohappoja. Harold Ureyn ja Stanley Millerin koejärjestelmässä 10% hiilestä muuttui organisiksi yhdisteiksi ja 4% aminohapoiksi. Samoja aminohappoja löydettiin vuonna 1969 Australiaan pudonneesta meteoriitista.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Alkuelämän synnyn teoriat
Elämän synnyn selittämiseksi ei ole nykytietänmyksellä yhtä yleisesti hyväksyttyä, ilmiön kattavasti selittävää mallia. Useimmat elämän syntyä selittävät mallit sisältävät kuitenkin seuraavat kolme ajatusta:
- Maapallon olosuhteet synnyttivät nykyiselle elämälle välttämättömiä perusmolekyylejä.
- Fosfolipidit muodostivat spontaanisti lipidikaksoiskalvoja, jotka ovat soluseinämien perusrakennusaineita.
- Erityiset RNA-molekyylit, ribotsyymit ovat alkaneet monistaa itseään.
Orgaanisten molekyylien polymeraatiota pidetään avainkysymyksenä elämän synnyn kannalta. Molekyylillä joka pystyy ohjaamaan omien kopioidensa syntyä, omaa täysin ylivertaiset ominaisuudet muihin molekyyleihin nähden. Siitä, miten molekyylit ovat muodostaneet eläviä kokonaisuuksia, on kolme teoriaa.
Geenit ensin eli RNA-maailma-teorian mukaan RNA oli ennen ensimmäisten solujen ilmestymistä pääasiallinen tai todennäköisesti ainoa elämän muoto Maassa. Teoriaa tukee RNA:n kyky säilyttää, siirtää ja monistaa geneettistä tietoa ja sen lisäksi toimia kemiallisia reaktioita katalysoivana molekyylinä, ribotsyyminä.
Aineenvaihdunta ensin -teorian mukaan yksinkertaisia reaktioita ja aineenvaihduntaa on ollut ennen geenien syntyä. Aineenvaihdunta tarkoittaa tässä kemiallisten reaktioiden ketjua, jossa yksistä prosesseista vapautuva energia siirtyy toisen prosessin käyttöön, mikä lopulta johtaa monimutkaisempien molekyylien syntyyn.
Sekamallit ovat koko ajan suositumpia malleja, jotka yhdistävät ajatuksia molemmista edellä mainituista malleista. Teorioissa on vielä joitain puutteita ja niitä voidaan mallintaa ja testata laboratorio-olosuhteissa. Koska koskemattomia kerroskivilajeja Maan alkuajoilta on lähes mahdoton löytää, on teorioiden testaaminen vedenpitävästi käytännössä hankalaa.
John Desmond Bernald on ehdottanut, että elämän synnystä on tunnistettavissa muutamia "askeleita".
- Monomeerin synty
- Polymeerien synty
- Molekyylien evoluutio soluiksi
Desmond on myös ehdottanut, että darwinistinen evoluutio sai alkunsa asteiden 1 ja 2 välissä.
[muokkaa] Spontaanin elämänsynnyn teorian historia
Elämän spontaanin synnyn teorioilla on pitkä historia, joka ulottuu ainakin Platoniin saakka. 1600-luvulla uskottiin laajalti, että monenlaiset elävät olennot syntyvät oikeissa oloissa. Esimerkiksi täysikasvuisen hiiren uskottiin syntyvän hikisten alusvaatteiden ja vehnän alta. Muita suosittuja syntypaikkoja olivat esimerkiksi vanhat sukat ja mätänevä liha, josta luteet, kirput ja madot ilmaantuivat.
Nykyisin asia saattaa kuulostaa naurettavalta, mutta sen todistamiseen mahdottomaksi tarvittiin Louis Pasteur, joka vuonna 1862 osoitti kokeillaan, että eläviä eliöitä syntyy vain toisista elävistä eliöistä. Pausteur väitti, että steriili aine on ikuisesti steriili.
Pasteurin kokeet olivat tärkeitä, mutta ne olivat ristiriidassa Darwinin evoluutioteorian kanssa. Darwin jätti kuitenkin maineikkaassa kirjassaan Lajien synty käsittelemättä elämän synnyn. Vuonna 1971 hän kuitenkin kuuluisassa kirjeessään Joseph Dalton Hookerille esitti ajatuksen, että elämä olisi syntynyt lämpimässä pienessä lammikossa, jossa on kaikenlaisia ammoniakin ja fosforin suoloja, valoa, lämpöä, sähköä jne. Tämä spekulaatio jätti pitkän jäljen historiaan sadaksi vuodeksi. Tuolloinen ajatus spontaanista synnystä joutui hurjaan arvosteluun.
Asiassa ei juuri edistetty ennen 1920-lukua ja venäläisen Aleksandr Oparinin ja englantilaisen J. B. S. Haldanen töitä. Kumpikin heistä huomasi, että uskottavuus joutui koetukselle, kun todettiin että elämä syntyi kertaheitolla yhdessä hämmästyttävässä reaktiossa. He jatkoivat Darwinin ajattelua ja olettivat, että kauan sitten oli pitkä kehitysvaihe eli kemiallisten askelten sarja, joka asteittain johti ensimmäiseen mikrobiin. Sen esibioottisen jakson aikana jotkut toistaiseksi määrittämättömät reaktiot muuttivat molekyylin seosta vaiheittan yhä monimutkaisemmiksi muodoiksi, kunnes jokin muoto sai viimein elävän eliön peruspiirteet. Haldanella ja Oparinilla oli jokseenkin erilaiset käsitykset yksityiskohdista ja heidän välinen kiistansa elää alalla vielä nykyäänkin.
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Paul Davies - Viides ihme: elämän syntyä etsimässä, 1999, ISBN 952-5202-38-0
- Gribbin, John (2005): Syvä yksinkertaisuus: Kaaos, kompleksisuus ja elämän synty. Suomentanut Arja Hokkanen. Ursan julkaisuja 95. Helsinki: Ursa. (Alkuteos: Deep Simplicity: Chaos, Complexity and the Emergence of Life, 2004.) ISBN 952-5329-41-0
- Krauss, Lawrence M. (2002): Atomi: Matka maailmankaikkeuden alusta elämän syntyyn ja siitä edelleen. (Alkuteos: Atom: An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth...and Beyond, 2001.) Suomentanut Juha Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita. ISBN 952-5202-51-8.