4 000 miljoonaa vuotta  –  4 kilometriä


Elämän alkuperästä ei ole yhtä yleisesti hyväksyttyä teoriaa, vaan lukuisia keskenään ristiriitaisia hypoteesejä. Edes ajankohtaa ei tunneta tarkasti. Pääpiirteissään elämän synty lienee kuitenkin edennyt seuraavasti: Ensin ei-elollinen kemia tuottaa elämän rakennusaineita, sitten näistä molekyyleistä rakentuu sopivissa olosuhteissa itseään kopioivia RNA-ketjuja ja muita biologisia polymeerejä ja lopulta ensimmäiset elolliset solut rakentuvat näistä biomolekyyleistä. Hypoteesit ovat kuitenkin erimielisiä missä järjestyksessä ja miten eri elolliset rakenteet ja prosessit kehittyivät.

Kuvat: ÓðinnNOOA | Wikimedia

Solu koostuu valtavasta määrästä toiminnallisia biomolekyylejä, jotka muodostavat yhdessä suunnattoman monimutkaisen elämän koneiston. Kuva: David S. Goodsell, Scripps Research Institute

 

4000kuus

Kuva: Sanni Rahkonen

Tällä hetkellä ei vielä tarkkaan ymmärretä, miten elämä on aikoinaan voinut syntyä elottomista aineista, mutta tiedämme minkälaisista molekyyleistä ja toiminnoista elämä nykyään muodostuu. Ongelmana  on, että nykyelämä tarvitsee kaikki keskeiset osansa toimiakseen ja on vaikea päätellä mitkä osat ovat voineet syntyä ensin, ilman muita osia. Jotain voidaan kuitenkin päätellä nykyisen elämän ja varhaisen maapallon olosuhteiden perusteella.

Hapettomassa, mahdollisesti tuliperäisessä ympäristössä syntyi erilaisten energiagradienttien ajamana elämän rakennuspalikoita: nukleotideja (RNA:n ja DNA:n rakennuspalikat), aminohappoja (proteiinien rakennuspalikat) ja lipidejä (kalvojen rakennuspalikat). Tämä saattoi tapahtua esim. merenpohjan valkoisten savuttajien sisällä tai kuivan maan tuliperäisten kenttien tai meteoriittikraaterien valumavesistöissä. Tuliperäisten ympäristöjen tuottamat yhdisteet sekä lämpötila ja pH erot pystyivät pitämään käynnissä elämän molekyylien synteesiä. Lisäksi orgaanisia yhdisteitä on tullut maahan meteoriittien mukana.

RNA © Sponk/Wikimedia

RNA:n rakenne. RNA pystyy toisaalta välittämään informaatiota ja kopioitumaan DNA:n tapaan, ja toisaalta toimimaan katalyyttisenä molekyylinä proteiinien tapaan. Kuva: Sponk, Wikimedia

Elämän keskeiset rakennusaineet ketjuuntuivat pidemmiksi nauhoiksi sopivien energiagradienttien avulla. Ribonukleotideista syntyi RNA-juosteita. RNA pystyy sekä välittämään informaatiota DNA:n tapaan, että toimimaan katalyyttinä proteiinien tapaan. Jossain vaiheessa syntyi sattumalta myös sellaisia RNA-nauhoja, jotka kopioituvat peilikuvakseen, ja nämä taas alkuperäisen kaltaiseksi nauhaksi. Molekyylit olivat oppineet lisääntymään, RNA-maailma on syntynyt.

Ei kuitenkaan tiedetä mitä muita biologisia rakenteita RNA-maailman muodostuminen vaati. Monet hypoteesit olettavat, että itseään kopioiva RNA kehittyi vuotavan kalvorakkulan sisään. Toisissa hypoteeseissä taas oletetaan, että elämä kehittyi aluksi mineraalihuokosissa ja proteiinit olisivat ilmaantuneet ennen solukalvoa. Joka tapauksessa, kopioituvat RNA-nauhat kehittyivät luonnonvalinnan seurauksena yhä vaihtelevammiksi, pidemmiksi, monimuotoisemmiksi ja monimutkaisemmiksi. Niistä syntyi monimutkainen yhteistyökykyinen molekyylien verkosto, joka pystyy liittämään aminohappoja toisiinsa RNA-nauhan sisältämän ohjeen perusteella. Proteiinisynteesi oli käynnistynyt. Proteiinit, elämän nanokoneet, oli valjastettu käyttöön.

Kun solullinen elämä oli käynnistynyt, saattoi evoluutio tuottaa soluihin yhä uusia ja uusia proteiineja ja näiden toimintoja. Jossain vaiheessa epävakaa RNA korvautui paremmin informaation varastointiin soveltuvalla DNA:lla, mikä mahdollisti ennennäkemättömän suuret ja monimutkaiset genomit. Solut alkoivat monimuotoistua ja erilaistua entisestään. Lopulta yhteisestä solupopulaatiosta eli viimeisestä yhteisestä kantamuodosta (LUCA:sta) erkaantui kaksi erilaista kehityslinjaa: arkeonit ja bakteerit.

Tiedosta toimintaan: DNA:n tieto kopioidaan RNA:han, minkä perusteella valmistetaan proteiineja, elämän nanokoneita. Esimerkiksi hemoglobiini, entsyymit, vasta-aineet ja välittäjäainereseptorit ovat proteiineja. Kuva: Kurt Ståhle.

 

Lue lisää: Mitä elämä on?