Kuvan luotto: Woods Hole Oceanographic
Monen asian piti mennä hyvin, jotta elämä voisi syntyä. Jos palaat taaksepäin, kaikki alkaa alkuräjähdyksen universumista, joka synnyttää tilan ja ajan. Tuossa varhaisessa universumin valossa kaikui ympäriinsä, hidastettuna eloisuudessa, alkuperäiset elementit sulautuivat yhteen ja tiivistyivät sitten massiivisten lisääntymistähtien ensimmäiseksi sukupolveksi. Käsitteeseen lämpenemisen jälkeen (painovoiman puristuksen avulla) alkuaine alkoi fuusioitua tähtien ytimissä ja pienempi valon muoto siirtyi ulospäin lämmittämään ja valaisemaan nuorta ja mahdollisesti jatkuvasti laajenevaa maailmankaikkeutta.
Enemmän aikaa ja enemmän tilaa näki, että monet noista varhaisista sinisistä tähdistä romahtivat (elättyään hyvin lyhyen elämän). Myöhemmät räjähdykset syöksyivät avaruuteen valtavia määriä raskaampia – ei-alkuperäisiä – atomeja. Tästä rikkaasta kosmisesta resurssista syntyi uusia tähtiä – monilla planeettojen kanssa. Koska tällaiset toisen ja kolmannen sukupolven auringot ovat vähemmän massiivisia kuin esi-isänsä, ne palavat hitaammin, viileämmin ja paljon, paljon pidempään – mikä on olennaista sellaisille hyvänlaatuisen johdonmukaisille energiatasoille, joita tarvitaan orgaanisen elämän mahdollistamiseksi.
Vaikka lisääntyvät tähdet muodostuivat muutaman sadan miljoonan vuoden sisällä alkuräjähdyksestä, elämä täällä maan päällä vei aikansa. Aurinkomme – kolmannen sukupolven tähti, jonka massa on vaatimaton – muodostui noin yhdeksän miljardia vuotta myöhemmin. Elämänmuodot kehittyivät hieman yli miljardi vuotta sen jälkeen. Tällöin molekyylit yhdistyivät muodostaen orgaanisia yhdisteitä, jotka – sopivissa olosuhteissa – liittyivät yhteen aminohappoina, proteiineina ja soluina. Kaiken tämän aikana yksi monimutkaisuuskerros lisättiin toiseen ja olennot ymmärsivät ympäröivää maailmaa yhä enemmän. Lopulta – miljardien vuosien jälkeen – visio kehittyi. Ja visio – lisättynä subjektiiviseen tietoisuuden tunteeseen – mahdollisti maailmankaikkeuden katsoa taaksepäin itseensä.
Empiirinen tutkimus elämän perustekijöistä osoittaa, että hyvin valittujen alkuaineiden (vety, hiili, happi ja typpi) seos, joka altistuu ionisoimattomalle ultraviolettisäteilylle, muodostaa aminohappoja. Aminohapoilla itsessään on huomattava kyky ketjuttaa yhteen proteiineihin. Ja proteiineilla on melko 'proteiininen' kyky antaa soluille muoto ja käyttäytyminen. Nyt pidetään täysin mahdollista, että ensimmäiset aminohapot muodostuivat avaruudessa1– suojattu kovemmilta säteilyn muodoilta valtavissa pilvissa, jotka koostuvat alku- ja tähtimateriaalista. Tästä syystä elämä voi olla kaikkialla läsnä oleva ilmiö, joka yksinkertaisesti odottaa vain tiettyjä suotuisia olosuhteita juurtuakseen ja kasvaakseen monenlaisiin muotoihin.
Tällä hetkellä eksobiologit uskovat, että nestemäinen vesi on välttämätöntä orgaanisen elämän muodostumiselle ja lisääntymiselle. Vesi on poikkeuksellinen aine. Lievänä liuottimena vesi mahdollistaa muiden molekyylien hajoamisen ja sekoittumisen. Samaan aikaan se on erittäin vakaa ja läpinäkyvä näkyvälle valolle - mikä on hyödyllistä, jos bioottien on tarkoitus saada energiaa suoraan auringonvalosta. Lopulta vesi pitää lämpötilan hyvin, kuljettaa pois ylimääräistä lämpöä höyrystyessään ja kelluu jäähtyessään jähmettymään jääksi.
NASAn eksobiologi Andrew Pohorillen mukaan 'Vesi yhdistää orgaanisia molekyylejä ja mahdollistaa järjestäytymisen rakenteiksi, joista lopulta muodostui soluja.' Näin tehdessään vesi toimii vertaansa vailla olevassa matriisissa, jolloin orgaaniset molekyylit voivat muodostaa itseorganisoituvia rakenteita. Andrew mainitsee yhden ominaisuuden, joka liittyy ainutlaatuisesti veteen ja mahdollistaa itseorganisoitumisen ja kasvun: 'Hydrofobinen vaikutus on vastuussa siitä, että vesi ja öljy eivät sekoitu, saippuat ja pesuaineet 'saappaavat' öljyisen lian vedessä pesun aikana ja valtava määrä muita ilmiöitä. Yleisemmin hydrofobinen vaikutus on vastuussa ei-polaaristen (öljyisten) molekyylien tai molekyylien osien erottamisesta vedestä, joten ne voivat tarttua yhteen, vaikka ne eivät ole sitoutuneita. Biologiassa nämä ovat juuri niitä vuorovaikutuksia, jotka ovat vastuussa kalvomaisten soluseinien muodostumisesta ja proteiinien laskostamisesta toiminnallisiksi rakenteiksi.
Jotta vesi muuttuisi nestemäiseksi, sen on pysyttävä suhteellisen kapealla lämpötila- ja painealueella. Tästä johtuen vain muutamat hyvin sijoitetut planeetat – ja mahdollisesti kourallinen suuria kuita – saavat elämän elämiseen tarvittavat olosuhteet. Monissa tapauksissa kaikki johtuu taivaallisen kiinteistön muodosta – sijainnista, sijainnista, sijainnista…
Varhainen elämä maapallolla oli muodoltaan ja käytökseltään hyvin yksinkertaista. Vaikka ne olivat soluja, niistä puuttui keskusydin (prokaryoottinen) ja muita alarakenteita (organellit). Tuman puuttuessa tällaiset solut lisääntyivät aseksuaalisesti. Nämä anaerobit selviytyivät pääasiassa luomalla (anabolisoimalla) metaanikaasua vedystä ja hiilidioksidista. He pitivät lämmöstä – ja sitä riitti kiertämään!
Elämän kehittymisen maapallolla ei pitäisi olla niin yllättävää kuin voisi luulla. Elämää pidetään nykyään paljon vahvempana kuin koskaan kuvitellaan. Jo nyt syvällä valtameressä olevat hydrotermiset aukot työntävät ulos lähes kiehuvaa vettä. Tällaisten tuuletusaukkojen vieressä kukoistaa elämä – jättimäisten putkimatojen ja simpukoiden muodossa. Syvällä maan pinnan alta löytyy mineraaleja metaboloivia anaerobisia bakteereja. Tällaisia olosuhteita pidettiin mahdottomina koko 1900-luvun ajan. Elämä näyttää nousevan ankarimmissakin olosuhteissa.
Elämänmuotojen kehittyessä maailmassamme solut kehittivät organelleja – jotkut sisällyttämällä rakenteisiinsa vähemmän erikoistuneita soluja. Planeetta jäähtyi, sen ilmakehä kirkastui ja auringonvalo leikki valtamerissä. Syntyi primitiivisiä bakteereja, jotka kiinnittivät auringonvalon energiaa ravinnoksi. Jotkut pysyivät prokaryoottisina, kun taas toiset kehittivät ytimen (eukaryootti). Nämä primitiiviset bakteerit lisäsivät maapallon ilmakehän happipitoisuutta. Kaikki tämä tapahtui noin 2 miljardia vuotta sitten ja oli välttämätöntä 'Sinisellä planeetalla' tällä hetkellä asuttavan elämän laadun ja määrän tukemiseksi.
Alun perin ilmakehä koostui alle 1 prosentista happea, mutta pitoisuuksien noustessa bakteereja syövät elämänmuodot mukautuivat syntetisoimaan vettä hapesta ja vedystä. Tämä vapauttaa paljon enemmän energiaa kuin metaaniaineenvaihdunta pystyy. Veden hallittu synteesi oli valtava saavutus elämälle. Ajattele lukion kemian laboratoriokokeita, joissa vety ja happikaasu yhdistetään, kuumennetaan ja räjähtää. Primitiivisten elämänmuotojen oli opittava käsittelemään tätä erittäin haihtuvaa tavaraa paljon turvallisemmalla tavalla – laittamalla fosfori tehtäväkseen muuntaessaan ADP:tä ATP:ksi ja takaisin.
Myöhemmin – noin miljardi vuotta sitten – muodostivat yksinkertaisimmat monisoluiset olennot. Tämä tapahtui, kun solut kokoontuivat yhteisen edun vuoksi. Mutta sellaiset olennot olivat yksinkertaisia pesäkkeitä. Jokainen solu oli täysin itsenäinen ja huolehti omista tarpeistaan. He tarvitsivat vain jatkuvaa altistumista varhaisten valtamerten lämpimälle liemelle ravinteiden hankkimiseksi ja jätteiden poistamiseksi.
Seuraava suuri askel elämän kehityksessä2
tuli, kun erikoistuneet solukudostyypit kehittyivät. Lihakset, hermot, orvaskesi ja rusto edistivät monien monimutkaisten elämänmuotojen kehitystä, jotka nyt asustavat planeetallamme – kukkivasta kasvista orastavaan nuoreen tähtitieteilijään! Mutta tuo ensimmäinen organisoitunut olento saattoi hyvinkin olla mato (annelid), joka kaivautui meren liman läpi noin 700 miljoonaa vuotta sitten. Silmien ja keskushermoston puuttuessa sillä oli vain kyky koskettaa ja maistaa. Mutta nyt elämällä oli kyky erottua ja erikoistua. Olennoksesta itsestään tuli valtameri…
Hyvin organisoituneiden olentojen myötä elämäntahti nopeutui:
500 MYA:ssa ensimmäiset selkärankaiset kehittyivät. Nämä olivat luultavasti ankeriaan kaltaisia olentoja, joilta puuttui näkökyky, mutta jotka olivat herkkiä ympäristönsä kemiallisille – ja mahdollisesti sähköisille – muutoksille.
450 MYA:ssa ensimmäiset eläimet (hyönteiset) liittyivät juurtuvien kasvien joukkoon maalla.
Ensimmäiset selkärankaiset nousivat merestä noin 400 MYA. Tämä saattoi olla amfibiokala, joka eläytyi hyönteisistä ja rannikon kasveista.
350 MYA:ssa – ensimmäiset 'iguaanin kaltaiset' matelijat ilmestyivät. Näillä oli vahvat, kovat leuat yksiosaisessa kallossa. Kun ne kasvoivat, tällaiset matelijat kevensivät kalloaan lisäämällä siihen aukkoja (yksinkertaisten silmäkuoppien lisäksi). Ennen kuin dinosaurukset hallitsivat maapalloa, krokotiilit, kilpikonnat ja pterasaurust (lentävät matelijat) edeltivät niitä.
Primitiiviset nisäkkäät ovat lähes 220 MY. Suurin osa näistä olennoista oli pieniä ja jyrsijän kaltaisia. Myöhemmät versiot kehittivät istukan, mutta aikaisemmat lajit vain kuoriutuivat munia sisäisesti. Tietenkin kaikki nisäkkäät ovat lämminverisiä, ja siksi heidän on syötävä ahneasti säilyttääkseen ruumiinlämpönsä – varsinkin kylminä tuulisina öinä jäljittäessään himmeitä galakseja Eridanus-joen varrella…
Kuten nisäkkäät, myös lämminveriset linnut tarvitsevat enemmän ruokaa kuin matelijat – mutta kuten matelijat – munivat. Ei huono idea lentävälle olennolle! Nykyään taivaanlinnut lentävät (kuten loppukesän Cygnus Joutsen ja Aquila Eagle), koska oikeat linnut saivat siipiensä noin 150 MYA.
Varhaisimmat kädelliset olivat olemassa jopa dinosaurusten sukupuuttoon mennessä. Vahvat todisteet tukevat ajatusta, että dinosaurukset itse kulkivat ryhmänä sen jälkeen, kun asteroidi – tai komeetta – osui Yucatanin niemimaalle Meksikon yhdysvalloissa. Tämän katastrofaalisen tapahtuman jälkeen lämpötilat laskivat 'ei-ydinvoiman' talven laskeutuessa. Tällaisissa olosuhteissa ruoka oli ylimääräistä, mutta lämminverisyys tuli omakseen. Ei kestänyt kuitenkaan kauan, ennen kuin yksi 'gigantismin' tyyppi pian korvasi toisen - nisäkkäät itse kasvoivat poikkeuksellisen kokoisiksi ja suurimmat kehittyivät meren kohdussa ja ovat nyt suurten valaiden muodossa.
'Kauheiden liskojen' loppu ei ollut ensimmäinen elämän massasukupuutto – sitä edelsi neljä aiempaa kuolemista. Nykyään osa maailman tähtitieteilijistä, jotka ovat tietoisia muiden tällaisten katastrofien mahdollisista vaikutuksista, tarkkailevat maapallon ympärillä kiertäviä roskakappaleita, jotka jäävät jäljelle aurinkokunnan muodostumisesta. Pienimmät tyypit – esimerkiksi meteorit – esittävät vaarattomia taivaanvaloesityksiä. Suuremmat meteorit (bolidit) levittävät toisinaan 'liekkejä' ja jäljittelevät 'savua' törmäessään maahan. Suuremmat ruumiit ovat jättäneet jälkeensä luonnollisen tuhon yli kilometrien pitkiä metsiä – jättämättä edes jälkeäkään omasta 'juhlatörmäysmateriaalistaan'. Mutta isommilla tunkeilijoilla ei ole juurikaan sellaista vaatimattomuutta. Halkaisijaltaan kilometriä oleva asteroidi tai komeetta merkitsisi absoluuttista katastrofia väestökeskukselle. Kymmenen kertaa suuremmat ruumiit voivat aiheuttaa valtavia kuolemia, jotka merkitsivät dinosaurian loppua.
Ihmisolennot kävelivät ensin pystyssä noin 6 MYA. Tämä tapahtui luultavasti, kun polku erosi proto-simpanssien ja varhaisten hominidien välillä. Tämä ero seurasi kymmenen miljoonan vuoden nopeaa kädellisten evoluutiojaksoa ja sekoittui kuuden miljoonan vuoden ihmisen evoluution sykliin. Ensimmäiset kivityökalut valmistettiin ihmiskäsin noin 2 miljoonaa vuotta sitten. Joku yritteliäs ihmislajin jäsen valjasti tulen miljoona vuotta myöhemmin. Teknologia pääsi vauhtiin hyvin hitaasti – satoja tuhansia vuosia on kulunut ilman, että menneisyyden heimoyhteiskuntien käyttämät työkalut ovat parantuneet merkittävästi.
Nykyihminen syntyi yli 200 000 vuotta sitten. Noin 125 tuhatta vuotta myöhemmin tapahtui tapahtuma, joka on saattanut pienentää koko maapallon ihmispopulaation alle 10 000 yksilöön. Tuo tapahtuma ei ollut luonteeltaan maan ulkopuolinen – maapallo itse luultavasti röyhtäisi 'tulta ja tulikiveä' kaasuvaratun magmakammion purkauksen aikana (samanlainen kuin Yellowstonen kansallispuiston alla Länsi-Yhdysvalloissa). Toiset 65 000 vuotta kuluivat ja kivikausi vaihtui maatalouden aikakaudelle. 5000 vuotta sitten ensimmäiset kaupunkivaltiot sulautuivat hedelmällisiin laaksoihin, joita ympäröivät paljon vähemmän vieraanvaraiset ilmastot. Kokonaisia sivilisaatioita on tullut ja mennyt. Jokainen siirtää kulttuurin ja hitaasti kehittyvän teknologian soihtu toiseen. Nykyään on kulunut vain muutama vuosisataa ensimmäisistä ihmiskäsin muotoilluista lasilinsseistä, jotka käänsivät ihmissilmän yötaivaan asioihin.
Nykyään valtavat peilit ja avaruusluotaimet antavat meille mahdollisuuden pohtia maailmankaikkeuden laajoja ulottuvuuksia. Näemme Kosmoksen dynaamisen ja mahdollisesti jännittävän, ja elämä on runsaampaa kuin kukaan voisi kuvitella. Valon ja aineen tavoin elämä voi hyvinkin olla aika-avaruuden jatkumon peruslaatu. Elämä voi olla yhtä universaalia kuin gravitaatio – ja yhtä henkilökohtaista kuin ilta yksin kaukoputken kanssa yötaivaan alla…
1Itse asiassa ainakin yhden aminohapon (glysiinin) radiotaajuusspektrografinen sormenjälki on löydetty valtavista pöly- ja kaasupilvistä tähtienvälisessä väliaineessa (ISM). (Katso Aminohappoa löytyy syvästä avaruudesta ).
2Se, että elämä kehittyy vähemmän kehittyneistä kehittyneempiin muodoista, on tieteellisesti kiistaton kysymys. Se, miten tämä prosessi juuri tapahtuu, on ihmisyhteiskunnan syvän jakautumisen kysymys. Tähtitieteilijöiden – toisin kuin biologien – ei vaadita mitään erityistä teoriaa tästä aiheesta. Se, ohjaavatko sattumanvaraiset mutaatiot ja luonnonvalinta prosessia vai onko olemassa jokin näkymätön 'käsi' tällaisten asioiden aikaansaamiseksi, on tähtitieteellisen tutkimuksen ulkopuolella. Tähtitieteilijät ovat kiinnostuneita universumin rakenteista, olosuhteista ja prosesseista yleisesti. Kun elämä tulee korostumaan keskusteluun, tähtitiedellä – erityisesti eksobiologialla – on enemmän sanottavaa asiasta. Mutta jo se tosiasia, että tähtitieteilijät voivat antaa luonnon puhua sellaisista aiheista kuin äkillinen ja välitön 'luominen ex nihilo' alkuräjähdyksen muodossa, osoittaa, kuinka joustava tähtitieteellinen ajattelu on lopullisen alkuperän suhteen.
Kuittaus:Kiitokset eksobiologille
Andrew Pohorille NASA:sta, joka valisti minulle hydrofobisen vaikutuksen suuresta merkityksestä itseorganisoituvien rakenteiden muodostumisessa. Lisätietoja eksobiologiasta on NASAn virallisella Exobiology Life Through Space and Time -verkkosivustolla, jonka kautta minulla oli onni ottaa yhteyttä Andrewyn.
Kirjailijasta:
1900-luvun alun mestariteoksesta 'The Sky Through Three, Four and Five Inch Telescopes' inspiroima Jeff Barbour aloitti tähtitieteen ja avaruustieteen parissa seitsemänvuotiaana. Tällä hetkellä Jeff omistaa suuren osan ajastaan taivaiden tarkkailuun ja verkkosivuston ylläpitämiseen
Astro.Geekjoy.