Otavan Opiston logoOtavan OpistoNettilukioNettiperuskouluMuikku

Elämän synty maapallolla

Varhaiset käsitykset

Käsityksiä elämän alkuperästä maapallolla

Elämän synnyn alkuperästä on esitetty käsityksiä jo kauan. Alkusynty-käsitys oli vallalla 2000 v. ajan, kunnes Louis Pasteur osoitti sen vääräksi. Pasteur osoitti, että mikro-organismit syntyvät vain toisista mikro-organismeista. Tästä sen ajan mullistavasta havainnosta huolimatta hän ei pystynyt osoittamaan, mistä elämä sai alkunsa ensimmäisen kerran.

Maapallo aikojen alussa

Eliöiden yhteistä alkuperää on yritetty selvittää tutkijoiden toimesta monilla eri menetelmillä. Nykyaikainen tutkimus on pyrkinyt hakemaan todisteita ja esittämään vaihtoehtoja laboratoriokokeiden perusteella, mutta vieläkään ei ole pystytty esittämään aukottamasti millaisia olivat ensimmäiset eliöt.

On kuitenkin voitu osoittaa todisteita siitä, että eliöillä on yhteinen alkuperä:

1.   Kaikilla organismeilla on sama geneettinen mekanismi

2.   Kaikilla organismeilla on hyvin samantyyppiset solun aineenvaihduntaprosessit

Vain yksi muoto maapallon niissä olosuhteissa johti sopivaan kehityslinjaan ja ympäristöön sopeutuvaksi. Elämä oli saanut alkunsa.

Nykyisen käsityksen mukaan maapallo syntyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten.

Maapallon kehityksen alkuvaiheessa sen ilmakehä oli hyvin toisenlainen kuin nykyisin. Salamat ja tulivuorenpurkaukset olivat hyvin yleisiä. Ilmakehä sisälsi pääosin hiilidioksidia ja vesihöyryä. Lisäksi siinä oli vetyä, typpeä, ammoniakkia, vetysulfidia, hiilimonoksidia ja metaania. Tuolloin maapallolla vallitsi todellinen kasvihuoneilmiö. Maapallon lämpötila oli kaiken lisäksi niin korkea, että valtameriä ei pystynyt muodostumaan lainkaan.

Ilmakehää jäljittelevät laboratoriokokeet

Maapallon varhaisten vaiheiden jäljittelyä ei pysty tekemään luonnonolosuhteissa, joten ainoa mahdollisuus oli tehdä niitä laboratoriossa. Kokeet alkoivat 1950-luvulla Yhdysvalloissa. Stanley-Millerin kokeessa tehtiin periaatteessa yksinkertainen järjestelmä, jossa oli laitteiden avulla luotiin vetyä, metaania, ammoniakkia ja vettä sisältävä pienoisilmasto.

Kaasut kulkivat sähköpurkausten ohitse, jolloin syntyi energiaa erilaisia yhdisteitä varten. Lopputuloksena syntyi mm. aminohappoja ja yksinkertaisia happoja. Aminohapot ovat proteiinien rakennusaineita.

Tehtävä: Tutki Internetistä Stanley-Millerin koejärjestelmää kuvien avulla. Anna esimerkiksi selainohjelman kuvahakuun hakusanaksi ”stanley-miller”:

  • haun tuloksena laboratoriokoejärjestelmä. Katso miten koejärjestelyssä kiehutettiin vettä, joka johdettiin sähköpurkauslaitteen ohi. Lopputulos (mm. aminohappoja ja yksinkertaisia happoja) kertyi jäähdytettyyn astiaan
  • myös itse tutkijat laboratoriossaan saattavat tulla esille hakutuloksissa

Myöhemmin samanlaisia tuloksia on saatu kaasujen erilaisilla seoksilla ja jopa eri kaasuillakin. Kaikissa tapauksissa edellytetään, että happea ei ole läsnä. Tällä tavoin pystyttiin osoittamaan, että orgaanisia yhdisteitä syntetisoituu spontaanisti erilaisissa olosuhteissa.

Kokeelliset työt perustuivat niihin olettamuksiin, joita oli tehty maapallon silloisesta ilmakehästä. Arvailujen varaan on kuitenkin jäänyt se, millaiset olosuhteet maapallolla esiintyivät aikoinaan.

Energianlähteet elämää varten

Energian saanti on yksi keskeisistä kaiken elollisen elämän lähtökohdista. Stanley-Millerin kokeessa energianlähteinä toimivat sähköpurkaukset ja ultraviolettivalo. Ne eivät kuitenkaan olleet maapallon varhaisessa vaiheessa todennäköisiä, koska ne ovat turmiollisia elämälle. Lisäksi mitkään nykyiset biologiset järjestelmät eivät käytä niitä energianlähteinään.

Todennäköisenä energianlähteenä onkin pidetty merenalaisia tulivuorenpurkauksia. Ne ovat sekoitus molekyylejä, vetysulfideja ja hiilidioksidia.

Elollisen luonnon alku

Miten elämä on voinut saada alkunsa

Maapallon synnyn jälkeen meteoriitit pommittivat maapalloa satojen miljoonien vuosien ajan, joten sen perusteella elämän kehittyminen ja samalla säilyminen oli epätodennäköistä.

Kun elämä syntyi, eliöt olivat mikroskooppisen pieniä. Tältä elämän syntyajalta ei ole fossiiileja. Vanhimmat fossiilit on löydetty länsi-Australian noin 3,5 miljardia vuotta vanhoista kallioista. Fossiilit ovat muistuttaneet bakteereita. Sen perusteella elämä on saattanut kehittyä jo 3,9 miljardia vuotta sitten, jolloin maapallo oli jäähtynyt ja nestemäistä vettä saattoi olla saatavilla.

Maapallon alkuajan eliömuodoista on pyritty hakemaan jonkinlaisia viitteitä myös nykyisen maapallon eliömuodoista, kuten esimerkiksi merien syvänteiden kuumissa purkauskohdissa elävistä bakteereista.

Elämän synnystä on esitetty eri teorioita, joista edellä esitetty Stanley-Millerin koe on ollut yksi. Teorioiden täytyy selittää kaksi asiaa:

1.   Miten aineenvaihdunta on kehittynyt ja miten se toimii?

2.   Miten geneettinen informaatio kahdentuu?

Esimerkiksi geneettisen informaation siirtymistä seuraaville sukupolville on kokeiltu todennäköisesti hyvin monin eri tavoin. Vaatimuksena on informaation tietynlainen pysyvyys ja ominaisuuksien siirtyminen jälkipolville. Jos yksilö on selviytynyt silloisissa olosuhteissa, on eduksi, jos kyseiset selviämistä ylläpitävät ominaisuudet ovat myös jälkeläisillä.

Aineenvaihdunta ja geneettinen informaatio eivät välttämättä kehittyneet samanaikaisesti. Joka tapauksessa ne ovat vaatineet todennäköisesti miljoonien vuosien kehityksen.

© 2015 Otavan Opisto