About admin

This author has not yet filled in any details.
So far has created 107 blog entries.

huhtikuu 2017

Aikavaellus Turun Sanomissa!

Turun Sanomat oli paikalla, kun kiinnitimme QR-koodeja laattoihin. Nyt vaeltajat pääsevät helposti käsiksi verkkosivujemme uusiin kuvitettuihin materiaaleihin ja voivat seurata reittiä karttasovelluksen avulla. Vaellusta on digitalisoitu Tieteen tiedotus ry:n rahoituksella. http://www.ts.fi/uutiset/paikalliset/3483791/Universumin+tarina+paivitetaan+pelilliseksi

Opastettuja vaelluksia koululaisille ja lomalaisille

Aikavaellus ry ja Tapahtuma-, ohjaus- ja elämyspalvelu Lounatar tarjoavat yhteistyössä toteutettavia yhden tai kolmen päivän mittaisia leiriohjelmia koululaisille ja lomalaisille. Ohjelmaan kuuluu mm. vierailu Tuorlan observatoriossa, opastettu aikavaellus ja taidepaja.

(lisää…)

maaliskuu 2017

Kesäkoulu Tuorlassa

Aikavaellus ry järjestää yhdessä Euroopan Astrobiologia kampuksen ja Turun yliopiston kanssa kesäkurssin ”The deep history of the Universe, the Earth and the biosphere” elokuussa Tuorlassa. Kurssi on suunnattu Astrobiologiasta kiinnostuneille opiskelijoille ja jatko-opiskelijoille, mutta myös muut kiinnostuneet voivat hakea kurssille. Lisätietoja löytyy sivulta timetrek2017.utu.fi.

(lisää…)

lokakuu 2016

Miljardi vuotta tutkijoiden yössä

Tutkijoiden yössä opastimme kaksi kävelijäryhmää halki miljardin vuoden, Kupittaalta nykyhetkeen yliopistolle. Oli jännittävää keskustella siitä miten elämä, ilmasto ja maapallo vaikuttavat toisiinsa ja miten eläimet ja kasvit kehittyivät mikrobien hallitsemalle planeetalle.

Tällaiset ryhmävaellukset sopisivat hyvin minkä tahansa työporukan, tai muunkin porukan, yhteiseksi virkistyspäiväksi. Voimme tarjota syvän historian kertomuksia kaikenikäisille vaeltajille, lapsiperheistä koululaisiin ja yliopisto-opiskelijoihin ja tutkijoihin.

syyskuu 2016

Elävä maailmankaikkeus: astrobiologinen manifesti

Lauri Nikkanen

 

Douglas Adamsin Linnunradan käsikirja liftareille tietää kertoa, että avaruus on iso. Todella iso. Kotigalaksissamme on Orionin kierteishaaran syrjäseudulla sijaitseva aurinkomme mukaan lukien noin 500 miljardia tähteä. Näkyvässä maailmankaikkeudessa on arviolta 100 miljardia galaksia. Maailmankaikkeuden ikä on noin 13,7 miljardia vuotta. Nämä luvut pelaavat ilkikurista kosmista flipperiä kädellisaivojemme hapuilevan käsityskyvyn kanssa. Niiden valossa ajautuu helposti pää- telmään, että kosmoksen on oltava tulvillaan elämää ja vieraita sivilisaatioita, jotka vain odottavat, että käännämme teleskooppimme heidän puoleensa ja sanomme päivää. Toisaalta on myös varsin vakuuttavia syitä pohtia mahdollisuutta, että olemme yksin tai ainakin ainoa jäsen Älyllisten Sivilisaatioiden Intergalaktisessa Klubissa.

Astrobiologia on poikkitieteellinen tutkimusala, jonka vaatimattomana tavoitteena on vastata kysymykseen: Löytyykö muualta maailmankaikkeudesta elämää? Astrobiologien suurin, varsin kiusallinen, ongelma on se, että astrobiologia on tieteenala, jolla ei ole ainoatakaan todellista tutkimuskohdetta. Astrobiologien on tyydyttävä tekemään päätelmiä ja yleistyksiä Maan biosfäärin ja olosuhteiden perusteella. Osa näistä päätelmistä saattaa olla arvokkaita universaaleja totuuksia, jotka pätevät kaikkeen elämään sekä Telluksella, Marsissa että Andromedan galaksissa. Esimerkiksi elämä tarvitsee syntyäkseen aina liuottimen, vapaan energianlähteen ja ravinteita, ja kaikki biologinen elämä voi kehittyä kohti suurempaa kompleksisuutta ainoastaan Darwinin evoluutioteorian periaatteita mukaillen. Kuitenkin ilman toista datapistettä päätelmät ovat vain valistuneita arvauksia. Tästä syystä toisen datapisteen löytäminen on astrobiologian ykkösprioriteetti.

Muukalaisia takapihalla?

Loogisin ja toistaiseksi pitkälti ainoa mahdollinen paikka aloittaa etsintä on oma aurinkokuntamme. Elämän etsintä lähimmiltä taivaankappaleilta on järkevä pelinavaus, ja toisaalta se antaa myös vahvoja suuntaviivoja elämän yleisyydestä maailmankaikkeudessa. Jos nimittäin löydämme edes mikroskooppista elämää tai sen fossiileja, esimerkiksi Marsista, Titanin metaanijärvistä tai Jupiterin jääpeitteisestä Europakuusta, jotka ovat kosmisessa mittakaavassa omaa takapihaamme, tarkoittaa se sitä, että elämän on oltava maailmankaikkeudessa lähes ikävystyttävän arkipäiväinen ilmiö. Tämä tietysti edellyttää, että löytynyt elämä edustaisi itsenäistä alkuperää – toista abiogeneesiä – eli se ei olisi sukua Maan elämälle.

Maassa elämä on syntynyt nykytiedon mukaan vain kerran. Molekyylibiologiset todisteet osoittavat kaikkien eliöiden jakavan yhteisen sukupuun, jonka juuret ulottuvat vähintään noin 3,8 miljardin vuoden taakse. Tämä ei tosin sulje pois mahdollisuutta, että elämä olisi saattanut syntyä useampaankin kertaan, mutta nämä toisenlaista elämää edustavat eliöt ovat joko kuolleet pois tai emme ole vielä löytäneet tai tunnistaneet niitä. Tämä tarkoittaa sitä, että elämä syntyi geologisista ajanjaksoista puhuttaessa varsin pian sen jälkeen kun olosuhteet Maassa tulivat elämälle siedettäviksi.

Maa syntyi nuorta Aurinkoa ympäröineestä protoplanetaarisesta kiekosta noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Haadeisen pommitusjakson aikana siihen iskeytyi tiheään tahtiin suuria meteoriitteja ja asteroideja. Yksi näistä törmäyksistä synnytti Kuun, kun arviolta Marsin kokoinen Theiaksi nimetty protoplaneetta (Kreikan mytologiassa jumalatar Theia synnytti Kuun jumalattaren Selenen) ja varhainen Maa iskeytyivät yhteen. Elämä syntyi lähes heti, kun tämä katastrofaalinen pommituskausi loppui ja olosuhteet rauhoittuivat. Tämä on rohkaisevaa elämän etsinnän kannalta ja viittaisi siihen, että elämän synty on varsin todennäköinen ja odotettavissa oleva ilmiö. Tosin on jälleen muistettava, että teemme johtopäätöksiä yhden datapisteen perusteella. On mahdollista, että olosuhteet Maassa ovat olleet elämän synnylle poikkeuksellisen suotuisat.

Marsin tai muun aurinkokuntamme kappaleen elämä voi olla myös samaa alkuperää Maan elämän kanssa. Elämä on saattanut matkustaa Maasta Marsiin meteoriittien mukana. Monien tutkijoiden mielestä näin on todennäköisesti tapahtunutkin. Elämä on voinut myös alkaa Marsissa ja matkustaa sieltä Maahan, mikä tekisi meistä kaikista marsilaisia immigrantteja. Niin sanotut BIOSPAN-kokeet äärimmäisiä olosuhteita sietävillä mikrobeilla, ekstremofiileillä, osoittavat että elämä pystyy toimimaan kosmisena peukalokyytiläisenä. Tällaista   prekambrista interplanetaarista vaihtoa lienee joka tapauksessa tapahtunut ainakin jossain määrin, minkä vuoksi on erittäin todennäköistä, että Marsissa olisi jossain sen historian vaiheessa ollut elämää.

Panspermia-teorian mukaisesti on myös ehdotettu elämän siirtyneen avaruudessa aurinkokunnasta toiseen. Vieraiden tähtien ympäriltä on löydetty eksoplaneettoja, joista ensimmäinen havainto tehtiin vuonna 1995, ja tätä kirjoitettaessa niitä on löydetty jo lähes 500. Nyt arvellaan, että lähes jokaisen tähden ympärillä on planeettoja, joten elämälle sopivia ”kotiplaneettoja” on siis luultavasti olemassa hyvin paljon. Elämän matkaaminen tähtijärjestelmästä toiseen lienee kuitenkin toiveajattelua, sillä tähtiä on niin harvassa että kappaleiden ”osuminen” sattumalta aurinkokunnasta toiseen on niin epätodennäköistä, että vanhan kansan ilmaisu ”neula heinäsuovassa” on karkeaa vähättelyä.

Toivoa elämän laajemmalle esiintymiselle antaa myös se, että ainakin Maassa elämä koostuu maailmankaikkeuden yleisimmistä rakennusmateriaaleista: pääosin hiilestä, vedystä, typestä, hapesta, fosforista ja rikistä. Mikäli koostuisimme esimerkiksi erbiumista sekä germaniumin harvinaisista isotoopeista, voisimme melkoisella varmuudella olettaa elämän olevan   verrattain harvinaista.

Missä ne sitten ovat?

Näin kysyi fyysikko Enrico Fermi 1950-luvulla ihmetellessään, miksemme ole jo havainneet merkkejä vieraista älyllisistä sivilisaatioista. Jos Maa on varsin tavanomainen paikka maailmankaikkeudessa, joka on mahdottoman suuri, niin kosmoksessa pitäisi olla paljon muitakin älyllisiä sivilisaatioita. Osa näistä sivilisaatioista olisi väistämättä syntynyt miljoonia, jopa miljardeja vuosia ennen meitä, ja ne olisivat siis jo huomattavasti meitä kehittyneempiä. Me ihmiset olemme viljelleet vehnää 10 000 vuotta, käyttäneet sähköä vaivaiset 200 vuotta ja syöneet valmiiksi viipaloitua paahtoleipää vain 80 vuotta. Seniori-ikään ehtineiden teknologisten sivilisaatioiden luulisi olevan levittäytyneinä kaikkialle ja niistä luulisi olevan paljaallakin silmällä nä- kyviä merkkejä. Kosmos näyttää ja kuulostaa kuitenkin kuolleelta. Tämä on Fermin paradoksi.

Yksi mahdollinen ratkaisu Fermin paradoksiin on se, että elämän synty, siirtymä kemiasta biologiaan, on äärimmäisen epä- todennäköinen sattuma, joka on kenties tapahtunut vain kerran ja vain yhdessä maailmankaikkeuden paikassa, Maassa. Lisäksi on huomattava, että jos elämän synty todellakin on tämänkaltainen epätodennäköinen kosminen kummajainen, yrityksemme tämän   prosessin selvittämiseksi on tuomittu epäonnistumaan. Ymmärrämme että tämä prosessi käynnisti evoluution, toisin sanoen tuotti ensimmäiset itsereplikoituvat molekyylit, mutta mekanismi, jonka avulla se tapahtui on niin äärettö- män epätodennäköinen, että arkikielessä kutsuisimme sitä ihmeeksi. Toisaalta, vaikka emme vielä tunnekaan elämän synnyn prosessia tarkasti, uskottavia teorioita sen selittämiseksi on useita.

Toinen mahdollinen ratkaisu Fermin paradoksiin on, että maailmankaikkeus tuottaa runsaasti yksinkertaista elämää, mutta elä- män kehittyminen älylliseksi on hyvin harvinaista. Stephen Jay Gould on esittänyt, ettei ole mitään syytä olettaa, että älyllisiä elämänmuotoja välttämättä kehittyisi, jos Maan elämä ”bootattaisiin” alkuun ja evoluution annettaisiin tapahtua uudelleen. Toisaalta voi olla, että älykkyyteen perustuva ekologinen lokero – ”cognitive niche” – ilmaantuisi näissä elämän kehityksen simulaatioissa yhä uudelleen, jolloin jokin elämänmuoto aina täyttäisi sen. Paljon on kiinni myös sattumasta. Jos asteroidi ei olisi 65 miljoonaa vuotta sitten tömähtänyt nykyiselle Jukatanin niemimaalle ja pyyhkäissyt dinosauruksia maailmankartalta, nisäkkäiden adaptiivinen radiaatio ei olisi kenties koskaan päässyt vauhtiin. Kädellisiä, eikä siis myöskään ihmisiä olisi koskaan kehittynyt. Olisiko tällöin jokin dinosaurus täyttänyt älykkyyden avulla toimeentulemisen ekologisen lokeron? Kenties, mutta miksei näin ollut käynyt jo aiemmin? Dinosauruksilla oli ollut jo noin 150 miljoonaa vuotta aikaa täyttää kaikki mahdolliset ekologiset lokerot.

Ensimmäiset älylliset olennot ilmaantuivat Maan päälle vasta silmänräpäys sitten geologisessa ajassa mitattuna, mikä viittaa vahvasti sattuman merkitykseen älyllisen elämän kehittymisessä. Tämä saattaa tarkoittaa, että vaikka elämä olisi maailmankaikkeudessa yleistä, älyllinen elämä on ää- rettömän epätodennäköistä ja harvinaista. Ne harvat älyn pesäkkeet, jotka ovat ehkä sattuneet syntymään, ovat niin etäällä toisistaan, etteivät niiden jäsenet saa koskaan tietää toisistaan tai pysty kommunikoimaan keskenään. Tämä selittäisi myös Fermin paradoksin. Ajatus on toki masentava.

Ratkaisu Fermin paradoksiin, mikä kenties Aikakirja 99 tuntuu intuitiivisesti kaikkein järjettömimmältä ja jollakin tapaa musertavan vastuulliselta, on se, että olemme itse asiassa ensimmäinen älyllinen elämänmuoto. Kehityksen kärjessä. Kosmoksen ainoa keino, Carl Sagania lainaten, tulla tietoiseksi itsestään. Eikö tässä tapauksessa olisi lähestulkoon pyhä velvollisuutemme viedä Maan ainutkertainen, vihreä Prometeuksen kipinä tähtiin ennen kuin omaa typeryyttämme ja lyhytnäköisyyttämme annamme sen sammua?

Ihmisen kulttuurievoluutio

Kirsi Rajala

 

Ihminen on älyllisesti kehittynein tunnetuista eläinlajeista. Ihminen on lähes ainoa laji, joka käyttää symboleita kuvaamaan havaittua todellisuutta. Myös simpanssilla ja gorillalla on symbolifunktio ja ne oppivat viittomakieltä. Kuitenkin ainoastaan ihmislajin edustajat ratkovat monimutkaisia matemaattisia ongelmia, harjoittavat uskontoja ja ihastelevat taideteoksia.

Kulttuurin kehityksestä käytetään myös nimitystä kulttuurievoluutio. Kulttuurilla tarkoitetaan informaation siirtämistä eigeneettisin keinoin. Suuri osa jokapäiväisistä toimistamme, esimerkiksi aamukahvin keitto, sanomalehden luku ja kengännauhojen sitominen, ovat kulttuurievoluution seurausta. Termiä käytetään myös eläinten kulttuurievoluutiosta, esimerkiksi linnut oppivat lajikumppaneitaan jäljittelemällä avaamaan maitopullon korkkeja.

Rickhard Dawkins käytti 1976 ilmestyneessä kirjassaan Geenin itsekkyys kulttuurievoluution yksiköstä nimeä meemi. Toiset tutkijat puhuvat yleisemmin kulttuurigeenistä. Sana meemi tulee kreikan kielen sanasta mimesis, joka tarkoittaa jäljittelyä. Meemit ovat kulttuuriin sisältyviä aineksia, jotka opitaan jäljittelemällä. Esimerkiksi lapsi oppii jäljittelemällä kielen, ilmeet, eleet ja moraalinormit. Ihmisen kyky jäljitellä ja muistaa monimutkaisia asiakokonaisuuksia on johtanut lajimme valta-asemaan. On jopa esitetty kysymys, onko ihminen enää lajina luonnonvalinnan kohteena. Vastaus tähän on tosin myöntä- vä, minkä osoittaa esimerkiksi laktoositoleranssin yleistyminen maitoa myös aikuisiällä käyttävissä kulttuureissa.

Kulttuurievoluutio eroaa biologisesta evoluutiosta monessa suhteessa. Kulttuurievoluutio ei edellytä lisääntymistä toisin kuin biologinen evoluutio. Kulttuurievoluutio on myös nopeaa: Informaatio leviää nyky- ään esimerkiksi internetin välityksellä ympäri maailmaa huimaa vauhtia. Kulttuurievoluution leviämistahtia on jopa verrattu viruksen monistumisnopeuteen. Toiseksi kulttuurievoluutio ei ainakaan suoraan edistä aina yksilöiden kelpoisuutta. Esimerkiksi kulttuurissamme ihannoidaan äiti Teresan ja Dalai Laman kaltaisia äärimmäisen epäitsekkäitä ja altruistisia henkilöitä, joiden käytöstä ei voida selittää puhtaasti biologian avulla.

Nykyihminen kehittyi Afrikassa noin 200 000 vuotta sitten. Kuten ihmisen evoluutiosta kertovassa luvussa on mainittu, tuolloin oli elossa vielä useita muitakin ihmislajeja. Vanhimmat taide-esineet ja luolamaalaukset ovat noin 30000 vuotta vanhoja. Ne ovat selvä merkki siitä, että esi-isillemme oli kehittynyt nykyisenkaltaiset aivot, jotka voivat käyttää symboleita kuvaamaan todellisuutta. Varsinainen kulttuurievoluution murros tapahtui kuitenkin vasta maanviljelyn alkamisen jälkeen. Tämä mahdollisti suuremmat väestökeskittymät ja vähitellen syntyvän työnjaon. Ihmisille jäi myös aikaa muuhun kuin ravinnon hankintaan ja jälkeläisistä huolehtimiseen. Syntyi uusia arkea helpottavia keksintöjä, jotka levisivät yhteisöstä toiseen. Toisaalta jäi aikaa havainnoida ympäröivää maailmaa ja yläpuolella lepäävää tähtitaivasta. Kirjoitustaidon keksiminen mahdollisti tiedon tallentamisen jälkipolville. Varmoja merkkejä ihmisen kiinnostuksesta luonnontutkimusta kohtaan on koko kirjoitetun historian ajalta.

 

Ihmisen evoluutio

Ilari Sääksjärvi & Timo Vuorisalo

 

Nykyihminen (Homo sapiens) on yksi maapalloa asuttavista miljoonista eläinlajeista. Olemme kehittyneet lajina nykyisenlaiseksi satoja miljoonia vuosia kestäneen evoluution tuloksena. Eläinkunnassa nykyihminen kuuluu selkäjänteisten pääjaksoon (Chordata), jonka lajit asuttivat maapallon meriä jo kambrikauden aikana, yli 500 miljoonaa vuotta sitten. Selkäjänteisten pääjaksossa meidät voidaan edelleen luokitella nisäkkäiden luokkaan (Mammalia) ja kädellisten lahkoon (Primates). Lahko kädelliset on yksi lajirikkaimmista nisä- käslahkoista. Siihen kuuluvat ihmisen rinnalla esimerkiksi Afrikan ja Kaakkois-Aasian suuret ihmisapinat sekä Madagaskarin saarella asuvat puoliapinat. Kaikille kädellisille yhteinen tuntomerkki on tarttumakykyiset raajat, joiden peukalo tai isovarvas voi koskettaa muita sormia tai varpaita.

Monet ajattelevat vielä nykypäivänäkin virheellisesti, että ihminen on kehittynyt simpanssista. Näin ei luonnollisesti ole, vaikka simpanssi onkin meille läheistä sukua. Ihmisellä ja simpanssilla on ollut yhteinen kantamuoto, joka eli Afrikassa noin 6 miljoonaa vuotta sitten. Ihmiseen ja simpanssiin johtavat kehityslinjat erosivat toisistaan, ja sittemmin molemmat lajit ovat kehittyneet omiin suuntiinsa. Ihmisen evoluution kannalta erityisen mielenkiintoinen aikaväli onkin viimeiset 6 miljoonaa vuotta. Se on tavattoman lyhyt aika eliökunnan historiassa, mutta meidän kannaltamme erityisen kiinnostava. Maailmassa työskentelee satoja tutkijoita, jotka yrittävät etsiä tietoa oman evoluutiomme tapahtumista sen jälkeen, kun lopulta nykyihmiseen ja simpanssiin johtavat sukupuun haarat lähtivät eriytymään toisistaan ja haaroittumaan edelleen. Kansainvälisissä tiedelehdissä julkaistaan viikoittain uutta tietoa eri puolilta Afrikkaa, Eurooppaa ja Aasiaa löytyneistä fossiileista, jotka edustavat omaa lajiamme tai jo sukupuuttoon kuolleita sukulaisiamme.

Apinaihmis- ja ihmislajifossiilit ovat usein vain pieniä luunsiruja tai yksittäisiä hampaita. Nykytekniikoilla niistä voidaan kuitenkin tehdä mielenkiintoisia johtopäätöksiä. Esimerkiksi isotooppianalyyseillä voidaan tehdä varsin yksityiskohtaisia päätelmiä lajien käyttämästä ravinnosta. Löydöistä, jotka ovat peräisin viimeisten kymmenien tuhansien vuosien ajalta, on nykymenetelmien avulla mahdollista eristää jopa lajien DNA:ta. Esimerkiksi nykyihmisen (Homo sapiens) ja neandertalinihmisen (Homo neanderthalensis) välistä suhdetta on voitu selvittää morfologian lisäksi myös DNAtutkimusten avulla – vaikka neandertalinihminen kuoli sukupuuttoon jo noin 28 000 vuotta sitten. Molekyylitutkimusten avulla on esimerkiksi selvinnyt, että nykyihminen ja neandertalinihminen risteytyivät keskenään noin 70  000 vuotta sitten, ja saivat lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä.

Ihmisen evoluution kannalta tärkeitä apinaihmis- ja ihmislajifossiileita on löytynyt lähinnä Afrikan mantereelta, erityisesti sen itäosista. Afrikkaa voidaan siis hyvällä syyllä kutsua ihmisen kodiksi tai kehdoksi – esi-isämme ja -äitimme ovat sieltä lähtöisin. On kuitenkin tärkeätä huomata, että kaikki löydetyt apinaihmis- ja ihmislajifossiilit eivät edusta omaan kehityslinjaamme kuuluneita lajeja – suurin osa niistä kuoli sukupuuttoon jo kauan sitten. Nämä fossiilit edustavat siis jo päättyneitä kehityslinjoja. Ihmisen evoluution kannalta erityisen mielenkiintoisia tapahtumia miljoonien vuosien kehityskulussa ovat esimerkiksi pystykävely, työkalujen valmistus, aivotilavuuden kasvu, puhekielen synty, tulen kesyttäminen ja erilaisten rituaalien suorittaminen. Viimeksi mainitusta saatuihin tulkintoihin liittyy suurta epävarmuutta. Ranskalaisesta Chauvet’n luolasta on löytynyt kivipaaden päälle asetettu luolakarhun kallo. Emme voi tietää, onko kyse varhaisesta karhukultista, lasten leikeistä vai yksinkertaisesti siitä, että luolan pohjalla lojunut kallo on haluttu siirtää pois jaloista.

Esimerkiksi pystykävelyn kehittymiseen liittyy edelleen monia ratkaisemattomia arvoituksia. Ihminen on ainoa kädellinen, joka pystyy pitkiä aikoja kävelemään vartalo suorana ja ojennetuin polvinivelin. Simpanssilajit ja gorilla kykenevät jossain mää- rin kävelemään, mutta vain vaivalloisesti polvet koukussa ja selkä kyyryssä. Pystykä- velyyn liittyviä rakenteita säilyneissä fossiileissa ovat esimerkiksi pitkät takaraajat, lantion pyöristyminen, sillaksi kaartuva ja takaa vahvan kantaluun tukema jalkaterä ja varpaiden rakenne. Pystykävelyllä on kiistattomia energiataloudellisia etuja: kahdella jalalla pystyssä kulkeva ihminen kuluttaa liikkumiseensa noin puolet vähemmän energiaa kuin nelinkontin etenevä samankokoinen ihmisapina. Savannin kovassa auringonpaahteessa pystykävelijään kohdistuu pienempi säteilyrasitus kuin neljällä raajalla liikkuvaan. Ehkä suurin pystykävelyn etu liittyy kuitenkin erilaisten taakkojen kantamiseen. Avuttomien jälkeläisten kantaminen pitkiä matkoja tai suurten ruokamäärien kuljettaminen pesäluolaan sujuu tehokkaammin pystykävelyllä kuin nelinkontin. Pystykävelyn myötä vapautuneista käsistä oli toki paljon myöhemmin hyötyä myös työkalujen valmistuksessa.

Etiopianapinaihminen (Ardipithecus ramidus), lempinimeltään Ardi, eli Itä-Afrikassa noin 4,4 miljoonaa vuotta sitten. Se kuvattiin tieteelle uutena lajina vuonna 1994. Ardi-nimen sai erityisen hyvin säilynyt fossiilinen luuranko, jonka kuvaus julkaistiin vuonna 2009. Löydettyjen fossiilien luuston rakenteen perusteella tutkijat päättelivät, että Ardi oli nykyihmisen suku – laislajeista yksi ensimmäisistä, joka osasi kävellä kahdella jalalla. Laji on mielenkiintoinen myös siksi, että se eli hyvin lähellä sitä hetkeä, jolloin lopulta nykyihmiseen ja simpanssiin johtavat kehityslinjat erosivat toisistaan noin 6 miljoonaa vuotta sitten. Ihmisen sukulaislajit oppivat käyttämään työkaluja yli 3 miljoonaa vuotta sitten. Tutkijat ovat löytäneet jälkiä saaliseläinten (tai raatojen) nyljennässä käytetyistä työkaluista. Niitä hyödynsi ensimmäisenä mahdollisesti Australopithecus garhi-apinaihminen. Nykyihminen (Homo sapiens) kehittyi Afrikassa noin 200  000 vuotta sitten. Oma lajimme osasi hyödyntää työkaluja monipuolisesti ja harjoitti tutkimusten mukaan myös rituaaleja.

Siirtyminen Afrikasta muille mantereille on ihmislajien evoluution kannalta jännittävä tapahtuma. Homo erectus oli todennäköisesti ensimmäinen ihmislaji, joka lähti Afrikasta maailmaa valloittamaan noin 1,8 miljoonaa vuotta sitten ja vaelsi aina Kaakkois-Aasiaan asti. Nykyihminen jätti Afrikan noin 100 000 vuotta sitten. Tämän jälkeen se todennäköisesti risteytyi jonkin verran ainakin kahden muun Homo-suvun ihmislajin kanssa – ensin neandertalinihmisen kanssa ilmeisesti Lähi-idässä ja vähän myöhemmin toisen ihmislajin kanssa Altain vuoriston alueella Aasiassa. Altain vuoristossa asunut laji löydettiin vasta vuonna 2009, ja se on edelleen tieteelle kuvaamaton, siis ilman virallista lajinimeä. Samanaikaisesti Indonesian Floresin saarella asui hyvin pienikokoinen ihmislaji, Homo floresiensis. Sekin löytyi vasta muutamia vuosia sitten.

Meteoriitit kertovat oloista muualla maailmankaikkeudessa

Kirsi Rajala

 

Planeettojen lisäksi lukuisia pienempiä taivaankappaleita, asteroideja, meteoroideja ja komeettoja, kiertää Aurinkoamme omilla kiertoradoillaan. Ensimmäiset isot asteroidit havaittiin 1800-luvun alussa. Näitä olivat Ceres, Pallas, Juno ja Vesta. Ceres on suurin näistä ja se on halkaisijaltaan 940 km. 1800-luvun lopulta alkaen asteroideja alettiin löytää useita joka vuosi. Nykyisin arvellaankin, että Marsin ja Jupiterin välissä sijaitsevalla asteroidivyöhykkeellä liikkuu yli miljoona asteroidia ja niitä havaitaan joka vuosi lisää. Meteoroidit ovat asteroideja pienempiä kivikappaleita ja usein ne ovatkin asteroideista tai komeetoista irronneita siruja. Suurin osa meteoroideista on myös peräisin asteroidivyöhykkeeltä, mutta ne voivat olla peräisin myös Marsista tai Kuusta. Komeetat eli pyrstötähdet puolestaan koostuvat jäästä ja pölystä.

Päivittäin maan ilmakehään saapuu arviolta 25 miljoonaa paljaalla silmällä erottuvaa meteoria eli tähdenlentoa. Meteorit syttyvät kitkan vaikutuksesta meteoroidin saapuessa Maan ilmakehään. Vain murto-osa meteoroidesta selviää ilmakehän läpi ja saavuttaa maan pinnan, milloin niitä kutsutaan meteoriiteiksi. Ennen avaruusteknologian kehittymistä, meteoriitit olivat pitkään ainoa tietolähde ulkoavaruuden kappaleiden koostumuksesta. Meteoriitteihin liittyvää tutkimusta, meteoriittitiedettä alettiin harjoittaa 1800-luvun alussa.

Maan alkuaikoina meteoriittipommitus esti elämän kehittymisen maapallolla. Viimeisin koko maapalloa ravistellut meteoriitin aiheuttama suurtuho tapahtui noin 65 miljoonaa vuotta sitten, kun Jukatanin niemimaalle iskeytyi meteoriitti. Todisteena tapahtumasta on halkaisijaltaan 170 km laaja Chicxulub-kraatteri. Törmäyksen seurauksena maapallon ilmasto muuttui dramaattisesti ja yli puolet maapallon eliöistä, mukaan lukien dinosaurukset, kuolivat sukupuuttoon. Suuria, maapallonlaajuisen katastrofin aiheuttavia meteoriitteja osuu maahan erittäin harvoin. Aurinkokunnassamme on kuitenkin yhä useita maapalloa mahdollisesti uhkaavia kappaleita, joita etsitään ja niiden ratoja seurataan jatkuvasti. Tunnetuin seuratuista kohteista lienee Halleyn komeetta, joka kiertää aurinkoa 75–76 vuoden sykleissä ja aina ajoittain ohittaa maan.

Maanpinnan törmäyspaikoilta voidaan löytää vain pieniä meteoriitteja tai meteoriitin kappaleita. Niiden liike-energia on vä- hentynyt riittävästi kappaleen läpäistessä ilmakehän, jotta rakenne on pysynyt kasassa. Meteoriitit luokitellaan koostumuksensa mukaan rautanikkeli-, kivirauta- ja kivimeteoriitteihin (kondriitit ja akondriitit). Mikäli meteoriitti löydetään hyvin pian meteorihavainnon jälkeen putoamispaikalta sitä kutsutaan pudokkaaksi. Pian putoamisen jälkeen löydetyissä kivimeteoriiteissa on musta sulamispinta, joka kuluu ajan myötä. Rautaa sisältävien meteoriittien pinta on usein ruosteinen. Ne myös painavat noin kolme kertaa enemmän kuin tavalliset kivet ja niiden pinta on magneettinen.

Suuret meteoriitit säilyttävät ilmakehän läpi tullessaan suurimman osan alkuperäisestä liike-energiastaan, mikä johtaa impaktiräjähdykseen, jossa muodostuu murskautunutta, shokkimetamorfoosin läpikäynyttä kiviainesta ja meteoriittikraattereita. Alkuperäinen meteoriittiaines hajoaa impaktiräjähdyksessä ja sekoittuu ympäröivään maaperään tai kulkeutuu pois törmäyspaikalta räjähdyksessä muodostuvan savun ja tuhkan mukana.

Meteoriittikraatterit ovat meteoroidien tai asteroidien aiheuttamia. Kaikki kraatterit eivät kuitenkaan ole meteoriittien aiheuttamia, vaan itse asiassa suurin osa Maan kraattereista on syntynyt tulivuorenpurkausten yhteydessä. Toisaalta monet meteoriittikraatterit jäävät löytymättä, koska niiden rakenteet ovat kuluneet aikojen kuluessa tai jääneet maa-aineksen ja sedimentaatiokerrosten peittoon. Ainoastaan nuoret kraatterit erottuvat helposti ympä- ristöstä. Meteoriittien aiheuttamia kraattereita tunnetaan maapallolla vain noin 200. Ne ovat huomattavasti yleisempiä Kuun, Merkuriuksen, Marsin ja monen muun taivaankappaleen pinnalla, joilla ei ole ilmaja vesikehää, jotka aiheuttavat eroosiota. Tällöin kraatterit ovat maljan mallisia ja usein niissä on isostaattisesti muodostunut kohouma keskellä.

Miten usein sitten meteoriitteja iskeytyy maaperään? Arviona voidaan esittää, että yli sata grammaa painavia meteoriitteja tulisi iskeä Suomen kokoisen alueen maaperään noin 19 kappaletta vuodessa. Niiden löytyminen on kuitenkin sattumankauppaa, sillä useimmat niistä todennäköisesti vajoavat suoperäiseen maastoon tai vesistöihin. Lisäksi päivänvalossa meteoreja on hyvin vaikea havaita.

Suomen alueelta onkin löydetty vain 13 meteoriittia viimeisten 200 vuoden aikana. Meteoriittikraattereita on löydetty kymmenen. Suomen tunnetuin meteoriitin törmä- yksestä aiheutunut kraatteri on Lappajärvi, joka on halkaisijaltaan 17 km. Lappajärven kraatteri syntyi noin 73 miljoonaa vuotta sitten, kun halkaisijaltaan 500 m oleva meteoriitti iskeytyi maahan.

Paleontologia, taksonomia ja systematiikka

Ilari Sääksjärvi

 

Maapallolla elää nykypäivänä miljoonia eliölajeja. Jos mukaan lasketaan myös sukupuuttoon kuolleet lajit, niin maapallon lajimäärä kohoaa käsittämättömän suureksi. Paleontologit, taksonomit ja systemaatikot ovat tutkijoita, jotka kuvaavat ja luokittelevat eliölajeja.

Paleontologia on tieteenala, jossa tutkitaan muinaisaikojen lajistoa fossiilien avulla. Fossiilit ovat maa- tai kallioperässä kivettyneinä säilyneitä eliölajien jäänteitä tai jälkiä. Niiden avulla paleontologit voivat muodostaa kuvan jo sukupuuttoon kuolleesta lajistosta ja selvittää eri eliöryhmien kehittymistä vuosimiljoonien kuluessa. Yksi tunnetuimmista fossiiliesiintymistä on Burgess Shale Kanadan Kalliovuorilla. Nykypäivänä korkealla vuoristossa sijaitseva Burgess Shale oli vielä kambrikaudella, noin 500 miljoona vuotta sitten, merenpohjaa. Äkillinen katastrofi, mahdollisesti merenalainen maanvyörymä, hautasi runsaasti Burgess Shalen eläinlajeja hiekan alle. Vuosimiljoonien kuluessa ja valtavan paineen alla niistä muodostui lopulta kivettyneitä fossiileja, jotka nousivat vähitellen vuoren mukana yläilmoihin. Nykypäivän tutkijat voivat muodostaa niiden avulla ällistyttävän tarkan kuvan kambrikauden eläinmaailmasta.

Kivettyneiden fossiilien lisäksi jo sukupuuttoon kuolleita eläimiä ja kasveja löytyy esimerkiksi meripihkan sisältä tai ikiroudan pakastamina. Meripihkapaloissa, esimerkiksi Itämeren alueella myytävissä koruissa, on usein miljoonia vuosia sitten eläneitä hyönteis- ja hämähäkkieläinlajeja. Ikirouta on puolestaan säilyttänyt esimerkiksi kokonaisia mammutteja tuhansien vuosien ajan. Jotkut paleontologit ovat jopa maistaneet niiden lihaa!

Paleontologeilla on nykyisin käytössä myös tehokkaita menetelmiä fossiilien ajoittamiseksi. Esimerkiksi Helsingin Vuosaaresta vuonna 2005 löytyneen mammutin kyynärluun ikää selviteltiin aluksi radiohiiliajoituksen avulla. Tämän jälkeen tutkijat tarkensivat ikäarviota selvittämällä luuta ympäröivän maaperäkerrostuman piilevä- ja simpukkakoostumusta. Tutkijat arvioivat luun olevan noin 120 000 vuotta vanha.

Taksonomit ja systemaatikot ovat biologeja, jotka etsivät, nimeävät ja luokittelevat lähinnä nykypäivänä eläviä eliölajeja. Myös taksonomisiin ja systemaattisiin tutkimuksiin liittyy usein fossiilien tutkimusta, joten raja eri tieteenalojen välillä on häilyvä. Fossiilien avulla on mahdollista selvittää hyvinkin tarkasti eri eliöryhmien ikää ja ominaisuuksien kehittymistä. Valtaosa maapallolla nykyisin elävistä lajeista, mahdollisesti jopa noin 90 %, on vielä tieteelle tuntemattomia eli ilman nimeä. Lajien löytymisen jälkeen taksonomit ja systemaatikot laativat niistä tieteellisen kuvauksen, antavat lajeille nimen ja yrittävät luokitella sen oikeaan kohtaan eliölajien sukupuussa. Nykypäivänä lajeja tunnistetaan ja luokitellaan perinteisten tuntomerkkien, esimerkiksi lajien värikuvioiden ja ulkorakenteiden, ohella myös molekyylituntomerkkien avulla (DNA-tutkimukset).

Lumipallomaa

Kirsi Rajala

 

Myöhäisen Neoproterotsooisen eonin kryogeenikaudella (850–635 Ma) ilmasto alkoi jäähtyä ja esiintyi useita laajoja jäätiköitymisiä. Lumipallomaateorian mukaan nämä jäätiköitymiset ulottuivat laajimmillaan jopa päiväntasaajalle asti ja peittivät koko maapallon. Maan keskilämpötila on saattanut laskea jopa -50 °C:een ja päiväntasaajan alueellakin keskilämpötila on saattanut olla -20 °C, mikä vastaa nykyistä Antarktiksen lämpötilaa. Kryogeenikauden ensimmäistä laajaa jäätiköitymistä 720 Ma sitten kutsutaan Sturtian jääkaudeksi. Toinen koko maapallon kattava Marinoan jääkausi ajoittuu 635 Ma sitten ja viimeisin suhteellisen lyhyt, eikä yhtä laajamittainen Gaskiersin jääkausi 580 Ma sitten.

Tarkkaa syytä, miten maapallon laajuiset jäätiköt muodostuivat, ei tiedetä. Maan lämpötilaa määrittää maahan sitoutuvan auringon lämpösäteilyn määrä. Auringon lämpösäteilyn takaisin heijastumista kuvataan yksiköllä albedo, joka on puhtaalla lumella ~0.9 ja vedellä ~0.1. Lumi heijastaa siis huomattavasti suuremman osan auringonsäteilystä takaisin avaruuteen kuin vesi, joka puolestaan absorboi tai sitoo lämpöä tehokkaasti. Mantereilla takaisinheijastuminen vaihtelee tällä välillä. Lämpösäteilyn takaisin heijastumiseen perustuvan mekanismin lumipallomaan synnylle esitti jo 1969 neuvostoliittolainen tiedemies Mikhail Budyko. Hän totesi, että lumija jääpeitteen siirtyessä navoilta kohti päiväntasaajaa, auringon säteilyä heijastui aina vain enemmän takaisin avaruuteen. Jäätiköiden ulottuessa yli 30 leveysasteen, jäätiköityminen jatkuisi positiivisen palautevaikutuksen vuoksi päiväntasaajalle asti. Budyko ei itse hyväksynyt teoriaa, koska hän ei nähnyt, miten niin laaja jääkausi voisi päättyä.

Merkittävä ilmastoa viilentänyt tekijä Kryogeenikaudella oli supermanner Rodinian hajoaminen, joka alkoi noin 780 Ma sitten. Lumipallomaan muodostumisen välttämättömänä edellytyksenä pidetäänkin mantereiden sijoittumista päiväntasaajan alueelle. Trooppiselle alueelle sijoittuneet mantereet heijastivat enemmän auringonvaloa takaisin avaruuteen kuin merivesi, jolloin vähemmän lämpöä jäi maanpinnalle. Toisaalta trooppisilla leveysvyöhykkeillä sataa runsaammin, mikä on jouduttanut maaperän eroosiota. Tämän seurauksena ilmakehän hiilidioksidia on sitoutunut maaperästä vapautuneiden mineraalien, kuten kalsiumin ja magnesiumin kanssa muodostaen karbonaatteja, jotka ovat sitoutuneet sedimentteihin. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on samalla laskenut, mikä on heikentänyt kasvihuoneilmiötä ja johtanut ilmaston viilenemiseen.

Mantereiden heijastaessa ison osan päiväntasaajalle tulevasta lämpösäteilystä pois, merivesi on jäähtynyt, mikä on heikentänyt merivirtoja. Päiväntasaajalta ei ole enää siirtynyt merivirtojen mukana lämpöä napa-alueille, jolloin napa-alueiden jäätiköt ovat alkaneet laajenemaan. Napa-alueiden laajenevat jäätiköt ovat heijastaneet entistä enemmän lämpösäteilyä pois maapallolta ja positiivisen palautevaikutuksen vuoksi jäätiköitymisen alettua on prosessi edennyt kohti päiväntasaajaa. Muita ilmastoa viilentäviä tekijöitä ovat olleet vapaan hapen ilmestyminen ilmakehään, mikä on hapettanut ilmakehässä olleen metaanin hiilidioksidiksi, joka on metaania heikompi kasvihuonekaasu. Aurinko oli Kryogeenikaudella myös 6–7 % nykyistä himmeämpi. Auringon säteilyn voimakkuus kasvaa noin 1 %/100 Ma.

Neoproterotsooisen kauden jäätikkökerrostumien yläosassa eli jääkauden loppuvaiheilta on kallioperästä löytynyt useita metrejä korkeita kalkkikivi- tai dolomiittikerrostumia, jotka erottuvat selvärajaisina alemmista kerrostumista. Niitä sijaitsee mm. Kanadan pohjoisosissa. Määrittämällä näistä karbonaattikerrostumista magneettivuo, on kyetty osoittamaan, että alueet ovat Kryogeenikaudella sijainneet trooppisella vyöhykkeellä. Näiden kerrostumien arvellaan muodostuneen siten, että ensin tulivuoritoiminta on nostanut lumipallomaan aikaisen ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta runsaasti. Tämän seurauksena veteen on liuennut runsaasti hiilidioksidia ja on muodostunut hiilihappoa, joka on haihtumisen jälkeen satanut maanpinnalle. Maanpinnan alueet, joilla on ollut silikaatti tai karbonaattipitoisia kiviä ovat kuluneet, milloin on vapautunut runsaasti kalsiumia, joka on kulkeutunut vesistöihin ja saostunut kalsiumkarbonaatteina yhtyessään hiilihapon kanssa meren pohjaan.

Toinen laajan jääkauden merkki ovat kerrostuneet rautamuodostumat, joissa kerroksittain vuorottelevat rautaoksidi ja piikivi. Nämä muodostumat ovat syntyneet, kun hapettomaan meriveteen liuennut rauta on saostunut rautaoksidina joutuessaan kontaktiin yhteyttämisessä muodostuneen hapen kanssa. Saostunut rautaoksidi on vajonnut merenpohjaan muodostaen rautakerrostuman. Nykyisessä ilmakehässä on 21 % happea, joten rautaa ei liukene tarpeeksi veteen, minkä vuoksi vastaavia rautamuodostumia ei voi enää syntyä. Meressä on voinut olla hapettomat olosuhteet, jos se on ollut paksun jääkerroksen peitossa, jolloin auringonvaloa ei ole tunkeutunut jään läpi ja yhteyttäminen ei ole ollut mahdollista. Toisaalta on esitetty, että rautamuodostumat ovat voineet syntyä sisämerissä tai järvissä, jolloin koko planeetan ei tarvinnut olla jään peitossa.

Mekanismin lumipallomaavaiheen päättymiselle ja myös käsitteen ”lumipallomaa” esitteli 1992 Joseph Kirschvink. Esimerkiksi Sturtian jääkausi sijoittuu ajallisesti samaan aikaan kuin laajat basalttilaakiot, jotka löytyvät nykyään Alaskan ja Kanadan koillisosan välistä. Jääkauden päättymisen yhteydessä tulivuoritoiminnan seurauksena ilmakehään on vapautunut runsaasti hiilidioksidia, joka on kasvihuonekaasu. Normaalioloissa ilmakehän hiilidioksidi on tasapainossa valtameriin sitoutuneen hiilidioksidin kanssa. Koska lumipallomaan pinta on ollut lumen ja jään peitossa, eivät ilmakehän ja meriveden hiilidioksidi ole voineet muodostaa tasapainoa. Hiilidioksidi ei ole voinut myöskään reagoida maanperästä rapautuvien mineraalien kanssa ja sedimentoitua merten pohjalle. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on noussut vähitellen yhä korkeammaksi, minkä seurauksena on muodostunut voimakas kasvihuoneilmiö, joka on vähitellen johtanut lumipallomaan sulamiseen.

Kryogeenikauden jäätiköitymisten sarjan päättymiseen on vaikuttanut mannerten siirtyminen pois päiväntasaajan läheisyydestä. Auringonsäteily on myös hitaasti voimistunut. Lumipalomaan muodostumista uudelleen tulevaisuudessa pidetään hyvin epätodennäköisenä, koska aurinko on nykyään kirkkaampi kuin Kryogeenikaudella. Eliökunta on myös kehittynyt, mikä tuottaa runsaasti hiilidioksidia ilmakehään.

Ennen laajoja jääkausia oli kehittynyt jo kaikki eukaryoottien eli aitotumallisten eliöiden pääryhmät eläimiä lukuun ottamatta. Onkin esitetty, että maapallolla on pitänyt olla ainakin paikallisia sulia paikkoja, jotta fotosynteesi eli yhteyttäminen on voinut jatkua ja eliökunta säilyä jääkauden yli. Toisaalta fotosynteesiä voi esiintyä jopa 100 metrin syvyydellä jään alla, jos edes hieman valoa pääsee kulkeutumaan jään läpi. Paikkoja joissa elämä on voinut säilyä lumipallomaavaiheen yli, ovat esimerkiksi merenpohjan mustien savuttajien ympä- ristöt. Eliöt ovat myös voineet säilyä univaiheessa olevina soluina tai siemeninä, jotka ovat olleet syväjäässä jäätikön sisällä. Maapallolla on myös geotermisia kuumia pisteitä, joissa on voinut olla kapealla alueella sulaa vettä. Toisaalta äärimmäiset olosuhteet ja sen aiheuttama stressi eliökunnalle ovat voineet edistää elämän monimuotoistumista jääkauden jälkeen. Laaja jää- tiköityminen on aiheuttanut evolutiivisen pullonkaulan, joka on luonut selvinneille lajeille mahdollisuuden levittäytyä vapautuneisiin ekologisiin lokeroihin jääkauden päätyttyä.

Laajoja jäätiköitymisiä seurasivat Ediakarakausi ja Kambrikauden eliökunnan rä- jähdys, milloin eliökunta monimuotoistui huimaavaa vauhtia. Yhden hypoteesin mukaan laajamittaisten jääkausien ketjun päättymisessä on voinut olla osatekijänä eliökunnan kehittyminen. Tehokkaiden hajottajien toiminta alkoi vapauttaa kuolleeseen eloperäiseen ainekseen sitoutunutta hiiltä ilmakehään hiilidioksidina, mikä voimisti vähitellen kasvihuoneilmiötä. Hiilidioksidipitoisuuden nousu tehosti fotosynteettisten kasvien evoluutiota, koska hiilidioksidi on yhteyttämiselle välttämä- töntä. Mereen ilmestyi myös uusia trofiatasoja eläinplanktonin kehittymisen myötä ja tämä eläinplankton vapautti osan levien sitomasta hiilestä hengityksen kautta ennen kuin se ehti sitoutua sedimentteihin.

Aitotumaisten ja monisoluisten elämänmuotojen kehittyminen

Suvi Virtanen

 

Bakteerit, arkit ja aitotumaiset muodostavat elämän kolme päähaaraa. Kaikkien näiden tiedetään polveutuvan yhdestä ja samasta elämän alusta, mikä tarkoittaa sitä, että näillä kolmella ryhmällä on ollut yhteinen kantamuoto. Bakteerit ja arkit, joita kutsutaan myös esitumallisiksi eli prokaryooteiksi, ovat nykyisin yksinkertaisimpia solullisia elämänmuotoja. Siksi usein ajatellaan, että myös varhaisimmat elämänmuodot olisivat olleet niiden kaltaisia. Aitotumalliset eli eukaryootit, joihin kuuluvat mm. sienet, kasvit, ja eläimet, erkaantuivat näistä myöhemmässä kehitysvaiheessa. Ensimmäisten eukaryoottien syntyaikaa ei tiedetä, mutta se on saattanut tapahtua jopa miljardi vuotta elämän synnyn jälkeen. Kuitenkin on mahdollista että se (tai sen varhainen esiaste) olisi syntynyt myös samaan aikaan esitumallisten kanssa, tai jopa näitä ennen.

Eukaryootit ovat geneettisiä hybridejä, joiden synnystä on useita erilaisia näkemyksiä. Eukaryooteilla on arkkien kanssa paljon samanlaisia geenejä, mitä on selitetty teorialla, jonka mukaan eukaryoottien esi-isä olisi ollut arkki, mutta osa niiden geeneistä on selvästi peräisin bakteereilta. Eukaryoottigenomi on siis saattanut muodostua arkin ja bakteerin fuusiona. Tämä fuusioitunut solu on myös ottanut sisäänsä erillisen bakteerin, josta muodostui mitokondrio.

Kaikki nykyiset eukaryootit näyttävät polveutuvan mitokondriollisesta esi-isästä. Mitokondrio on soluelin, jonka pääasiallinen tehtävä solussa on huolehtia energiantuotannosta eli soluhengityksestä. On edelleen epäselvää, kehittyivätkö muut aitotumallisille eliöille tyypilliset ominaisuudet ennen mitokondrion ilmestymistä vai sen jälkeen.

Mitokondrion syntyyn johtanut ”endosymbioosi” (vieraan solun sisäänotto) on luultavasti tapahtunut eliökunnan historiassa vain kerran. Tämän seurauksena isäntäsolun ja saalissolun välille on kehittynyt tiivis vuorovaikutussuhde, ja vähitellen suuri osa mitokondrion geeneistä on siirtynyt aitotumaisten (isäntäsolujen) genomiin. Mitokondrion energiantuotanto vaatii toimiakseen happea, joten hapellinen ilmakehä on ilmeisesti suosinut ja edistänyt eukaryoottilajien kehitystä. Tämä myös tarkoittaa että happea tuottavien syanobakteerien on täytynyt olla olemassa ennen mitokondrion kehittymistä.

Samantapaisessa endosymbioosiprosessissa jotkut eukaryootit ottivat sisäänsä syanobakteerin. Tästä kehittyi toinen soluelin, kloroplasti eli viherhiukkanen. Viherhiukkasen sisäänsä saaneet solut kehittyivät ensin yksisoluisiksi leviksi, joista myöhemmin edelleen kehittyivät kasvit. Syanobakteerit ja viherlevät aloittivat yhteyttämisen, jonka seurauksena ilmakehän hapen määrä lisääntyi huomattavasti, mikä puolestaan johti aiempien hapettomissa oloissa eläneiden eliöiden massasukupuuttoon. Tämä tarjosi runsaasti lisää elintilaa ja vapautuneita rooleja ekologisiin vuorovaikutusverkkoihin, mikä puolestaan edisti aitotumallisten lajien lisääntymistä. Lisäksi hapen lisääntyminen ilmakehässä loi UV-säteilyltä suojaavan otsonikerroksen, ja mahdollisti elämän siirtymisen vedestä kuivalle maalle.

Monisoluisuuden kehittyminen 

Monisoluisuus on erityisesti eukaryooteille tyypillinen ominaisuus. Se mahdollistaa solujen välisen työnjaon, minkä seurauksena voi alkaa kehittyä erikoistuneita soluja ja kudoksia. Näistä kudoksista voi kehittyä erilaisia elimiä ja muita monimutkaisia anatomisia rakenteita. Eläinten kudoksissa voi olla joko kaksi tai kolme kudoskerrosta. Kaksikudoskerroksilla (diploplastisilla) eläimillä on vain endo-ja ektodermi, joista voi muodostua eläimen ulkopintaa (esimerkiksi ihoa), hermostoa, ruuansulatuskanava johdannaisineen ja hengitysteitä. Triploblastisilla eläimillä on lisäksi kahden edellä mainitun kudoskerroksen välinen mesodermi, josta voi syntyä esimerkiksi lihas- ja tukikudosta. Lisäys eri kudostyyppeihin on luonnollisesti mahdollistanut uudenlaiset anatomiset rakenteet, mikä on lisännyt triploblastisten eläinten monimuotoisuutta.

Eliöiden koko voi kasvaa solujen lisääntyessä, tukiranka edesauttaa eläinten koon kasvua entisestään ja tarjoaa paremmat liikkumismahdollisuudet. Aistinelinten kehittyminen on avannut ovet uudenlaisten, monimutkaisempien käytösmallien synnylle ja aktiiviselle ympäristöön sopeutumiselle (esim. valoon suuntautumisen, saalistamisen ja pakenemisen). Kompleksisten rakenteiden synnyn ovat osaltaan mahdollistaneet evoluution kuluessa kehittyneet muiden geenien ilmenemistä säätelevät geenit. Esimerkiksi Hox-geenit antavat kehittyvälle alkiolle etu ja taka-akselin sekä ovat mukana koordinoimassa raajojen synnyssä tarvittavia geenejä niveljalkaisilla ja selkärankaisilla. Eläinten päälinjat ilmestyivät jo 565–525 miljoonaa vuotta sitten. Kambrikaudella 542–535 miljoonaa vuotta sitten erityisesti kaksikylkiset eli bilateraaliset olennot yleistyivät. Kaksikylkisillä eläimillä alkoivat aistimet keskittyä päänalueelle. Niillä on erotettavissa selkä- ja vatsapuoli sekä etu- ja takapää. Suurin osa nykyisistä eläinten pääjaksoista on bilateraalisia.

Fotosynteesin varhaishistoria

Esa Tyystjärvi

 

Alkuperäistä yhteyttämis- eli fotosynteesikykyä esiintyy eliökunnan kolmesta päähaarasta vain bakteereilla. Kasvit ja levät ovat nykyisin toki tärkeitä yhteyttäjiä, mutta niiden fotosynteesikyky on lainaa syanobakteereilta.

Syanobakteerien, kasvien ja levien fotosynteesi hajottaa valoenergian avulla vettä tuottaen happea. Vettä on kaikkialla, mutta elektronien irrottaminen vedeltä on vaikeaa. Fotosynteesistä on myös muotoja, joissa elektronit tulevat rikkivedyltä tai muilta sellaisilta aineilta, jotka luopuvat mielellään elektroneistaan. Tällainen fotosynteesi on melko rajoittunutta, sillä rikkivetyä ei (onneksi) ole joka paikassa tarjolla. Rikkivedystä riippuvaista fotosynteesiä pidetään nykyisin kuitenkin fotosynteesin kantamuotona. Ennen historiaan sukeltamista on kerrottava fotosynteesin koneistosta.

Fotosynteesin tunnusomaisin rakenne ovat proteiineja ja niihin sitoutuneita klorofyllitai bakteeriklorofyllimolekyylejä sisältävät reaktiokeskuskompleksit, jotka kuljettavat elektroneja valoenergian avulla molekyyliltä toiselle. Syanobakteereilla ja viherhiukkasilla on kahdenlaisia reaktiokeskuksia. Kakkostyypin reaktiokeskus kuljettaa elektroneja kalvossa oleville kinonimolekyyleille ja ykköstyypin reaktiokeskus kuljettaa elektroneja liukoisille ferredoksiinimolekyyleille. Rikkivedyn avulla toimivaan, happea tuottamattomaan fotosynteesiin nojaavilla bakteereilla on vain jompikumpi reaktiokeskustyyppi. Proteobakteereihin kuuluvilla purppurabakteereilla ja vihreillä liukujilla (Chloroflexa) on kakkostyypin reaktiokeskus ja ryhmiin Chlorobi, Heliobacteria ja Acidobacteria kuuluvilla fotosynteettisillä lajeilla on ykköstyypin reaktiokeskus. Happea tuottava ja happea tuottamaton fotosynteesi eroavat myös käytössään olevien väriaineiden puolesta. Syanobakteerien ja kasvien sisältämät klorofyllit käyttävät näkyvää valoa, kun taas happea tuottamattoman fotosynteesin perustana olevat bakteeriklorofyllit toimivat lähi-infrapunavalolla.

Proteiinirakenteensa perusteella kakkosja ykköstyypin reaktiokeskukset ovat sukulaisia ja kakkostyypin reaktiokeskus on fotosynteesin reaktiokeskusten kantamuoto. Fotosynteesi rajoittui aluksi sellaisille seuduille, joissa oli saatavana rikkivetyä tai muita hyviä elektroninluovuttajia. Alkumaan happea tuottamaton fotosynteesi saattaa olla toiminut lähinnä pohjasedimenteissä, joissa bakteerit olivat osittain turvassa auringon tappavalta ultraviolettisäteilyltä. Toisaalta Australiasta on löydetty 3,45 miljardia vuotta vanhoja, matalassa vedessä syntyneitä stromatoliitteja, jotka näyttävät syanobakteerien aikaansaannoksilta. Saman ikäisistä kallioista on myös löytynyt rakenteita, jotka on tulkittu syanobakteerien fossiileiksi. On kuitenkin mahdollista, että nämä varhaisimmat todisteet fotosynteettisistä bakteereista kertovat happea tuottamattoman fotosynteesin esiintymisestä eivätkä syanobakteereista.

Fotosynteesikyvyn tuottavat geenit ovat siirtyneet erittäin paljon organismista toiseen, ”horisontaalisesti”, eikä fotosynteesikoneiston eri osia koodaavien geenien sukupuu sovikaan yhteen muilla perusteilla laadittujen bakteerisukupuiden kanssa. Esimerkiksi alkeellisimpana pidetty kakkostyypin reaktiokeskus esiintyy gram-negatiivisilla purppurabakteereilla ja gram-positiivisilla liukujabakteereilla (Chloroflexa), ja toisaalta sekä Chlorobiettä Chloroflexa-ryhmillä on samanlainen klorosomiksi kutsuttu valoa keräävä rakenne, vaikka niiden reaktiokeskukset ovat eri tyyppiset.

Yhden reaktiokeskustyypin avulla toimivasta, rikkivetyä vaativasta ja lähi-infrapunavaloa käyttävästä fotosynteesistä kehittyi syanobakteerien fotosynteesi, jossa näkyvä valo käyttää kahden valoreaktion sarjaa ja joka pystyy hajottamaan vettä elektroninlähteekseen. Happea tuottavan fotosynteesin synnyn ajoitus perustuu pääasiassa todisteisiin hapen esiintymisestä ilmakehässä. Monet todisteet osoittavat alku-maan ilmakehän olleen hapeton aina noin 2,5 miljardin vuoden takaiseen aikaan asti. Tarkin todiste ilmakehän happipitoisuuden nousun ajankohdasta on rikkiyhdisteiden käyttäytyminen, joka osoittaa auringon ultraviolettisäteilyn päässeen esteettä maapallolle vielä 2,45 miljardia vuotta sitten. Ultraviolettivalon pääsy pinnalle osoittaa, ettei ilmakehässä tuohon asti ollut otsonikerrosta eikä ilma siis sisältänyt happea. Monet muutkin geologiset todisteet osoittavat ilmakehän happipitoisuuden nousseen 2,4–2,2 miljardia vuotta sitten. Yksi todisteista on se, että vain tätä vanhemmissa kerrostumissa esiintyy jokien pohjalla pyöristyneitä uraniniitti- ja rikkikiisukappaleita. Nuoremmissa hapekkaissa ympäristöissä nämä mineraalit ovat epästabiileja. Ajanjaksoa 2,45–2,2 miljardia vuotta sitten kutsutaankin Suureksi hapettumistapahtumaksi, vaikka ilman happipitoisuuden nousu nykyiselle tasolle kesti vielä tämän jälkeen satoja miljoonia vuosia.

Happea tuottava fotosynteesi on varmasti kehittynyt ennen kuin ilmakehän happipitoisuus nousi. Tämä väliaika lienee useiden miljoonien vuosien mittainen, koska hapen määrä on noussut ensin merivedessä, joka oli hapen tuottajien asuinympäristö. Meriveden hapettumista hidasti valtavan vesimäärän lisäksi se, että syanobakteerien tuottama happi kului aluksi meressä liukoisena esiintyneen kahdenarvoisen raudan pelkistämiseen. Raudan pelkistyminen tuotti ns. raitarautakerrostumia, joissa on suuri osa maailman louhintakelpoisesta raudasta.

Levien ja kasvien viherhiukkaset ovat kehittyneet syanobakteerista, jonka aitotumallinen solu otti sisäänsä noin 1–1,6 miljardia vuotta sitten. Tapahtumaa kutsutaan endosymbioosiksi. Syanobakteerit ehtivät siis olla yksin vastuussa maapallon hapen tuotosta ainakin miljardin vuoden ajan. Endosymbioosin jälkeen viherhiukkanen on menettänyt suurimman osan perimäaineksestaan leväsolun tumaan, mutta tärkeä osa erityisesti fotosynteesiin ja valkuaisaineiden synteesiin liittyvistä geeneistä on jäljellä. Ensimmäinen (primaarinen) endosymbioosi on nykyisen käsityksen mukaan tapahtunut vain kerran, mutta eukaryoottinen, yksisoluinen levä on useasti joutunut toisen solun sisään ja muuntunut syntyneen uuden levän viherhiukkaseksi. Kasvien viherhiukkaset ovat primaarisen endosymbioosin tuotteita.

Endosymbioosi on evoluutiossa varsin tavallista, ja tälläkin hetkellä todistamme samantyyppisiä ilmiöitä. Esimerkiksi eräs merietana (Elysea chlorotica) ruokailee vain nuorena, mutta jättää syömänsä levän viherhiukkaset soluihinsa symbionteiksi ja elää pääosan elämästään, noin kahdeksan kuukautta, pelkästään kaappaamiensa viherhiukkasten fotosynteesin varassa. Korallit taas sisältävät symbiontteinaan zooksantelleiksi kutsuttuja panssarisiimaleviä, jotka kuitenkin poistuvat korallista, jos lämpötila nousee liian korkeaksi. Fotosynteesin evoluutio ei siis ole pysähtynyt.

Mikä muuttaa Maan ilmastoa

Ari Brozinski & Olav Eklund

 

Maan ilmasto on muuttunut rajusti planeettamme 4600 miljoonan vuoden pituisen historian aikana. Varhaisesta hiilidioksidipitoisesta ja polttavan kuumasta kaasukehästä on päädytty elämälle kelvolliseen ilmakehään, joka on välillä jäähtynyt niin kylmäksi, että jäämassat ovat levittäytyneet kohti päiväntasaajaa. Toisaalta sulaa vettä on esiintynyt maapallolla jo 4000 miljoonan vuoden ajan. Ilmakehän muuttuminen ja siinä tapahtuvien muutosten taustalle kätkeytyy usean prosessin yhteisvaikutus.

Maan ilmakehät

Maan ensimmäinen kaasukehä syntyi tähtienvälisistä haihtuvista kaasuista, kun Maan koko oli noin kymmenesosa nykyisestä. Kaasukehä koostui todennäköisesti suuresta määrästä vetyä, heliumia, metaania ja ammoniakkia. Happea ei ollut lainkaan tai sitä oli hyvin vähän. Aurinkotuulet yhdessä meteoriittipommitusten kanssa tuhosivat ensimmäisen varhaista protomaata ympäröineen kaasukehän.

Toinen kaasukehä alkoi kehittyä Maan muodostaneiden planetesimaalien mukanaan tuomista haihtuvista yhdisteistä. Se sisälsi pääosin hiilidioksidia, typpeä sekä vesihöyryä. Nämä kaasut vapautuivat Maan sisältä sen jäähtyessä pommitusten jälkeen differentaation ja konvektiovirtausten avulla. On arveltu, että suuri osa vedestä päätyi planeetallemme voimakkaan meteoriittipommituksen (engl. heavy bombardment) aikana 4500–3800 miljoonaa vuotta sitten. Pommituksessa Maahan iskeytyi runsaasti vaihtelevan kokoisia kappaleita, joista suurimmat olivat halkaisijaltaan tuhansia kilometrejä.

Pintalämpötilan edelleen laskiessa, satoi kaasukehän vesihöyry alas ja muodostui meriä. Sateiden alettua laskeutui kaikki vesi maanpinnalle 150–250 vuoden aikana. Jäljelle jääneeseen kaasukehään jäi hiilidioksidia, hiilimonoksidia (häkää) ja typpeä. Maapallolla saattoi olla maankuoren kanssa vuorovaikutuksessa oleva hydrosfääri eli vesikehä jo 4300 miljoonaa vuotta sitten. Vanhimmista sedimenttikivistä on havaittu merien olleen olemassa runsas 3800 miljoonaa vuotta sitten. Ennen tätä mahdollinen nestemäinen vesi höyrystyi takaisin kaasukehään.

Varhaisen kaasukehän korkean hiilidioksidipitoisuuden vuoksi maan pinnalla oli voimakas kasvihuoneilmiö ja lämpötila kipusi yli 80 asteeseen. Hiilidioksidin määrä alkoi laskea vasta, kun laattatektoniikka muodosti mantereita. Mantereiden myötä syntyneisiin kalkkikiviin sitoutui runsaasti hiilidioksidia. Nykyisin suuri osa Maan hiilidioksidista on kalkkikivissä. Kalkkikiven muodostuminen edellyttää vapaita kalsiumioneja. Vapaiden kalsiumionien saatavuus vaihtelee eroosion mukaan. Eroosion voimakkuus taas vaihtelee sateen ja lämpötilan vaikutuksesta. Heti valtamerten muodostumisen jälkeen eroosio on saattanut olla jopa 10000 kertaa voimakkaampaa kuin nykyisin. Toisin sanoen sadassa vuodessa muodostui saman verran sedimenttejä kuin nykyään miljoonassa vuodessa. Hapen osuus ilmakehässä alkoi kohota noin 2000 miljoonaa vuotta sitten fotosynteesin alettua. Samalla hiiltä (hiilidioksidi mukaan lukien) sitoutui maaperään, mikä nosti vähitellen hapen määrää ja johti lopulta nykyisen ilmakehän syntyyn.

Tietoa menneistä ilmastoista Tietoa menneistä ilmasto-olosuhteista sekä ilmakehän koostumuksesta saadaan usealla tavalla: geokemiallisissa isotooppitutkimuksista, joissa mitataan radioaktiivisia isotooppeja ja niiden suhteellisia osuuksia kivissä, jäätiköiden ilmakuplista tai vaikka syvänmeren sedimenteistä. Tutkimalla puiden vuosirenkaita (puun kasvuvauhti eri vuosina), siitepölyjä, järvilustoja, korallien kerrostumia sekä fossiileja, saadaan niin ikään tietoa vallinneista sääoloista. Tehdyt tutkimukset auttavat täydentä- mään kuvaa siitä minkälainen Maa on ollut, miten se on muuttunut ja miltä ilmasto mahdollisesti näyttää tulevaisuudessa.

Säännöllisen säännöttömiä muutoksia

Maan pintalämpötila on kytköksissä siihen kohdistuvan auringonsäteilyn määrään, joka ei ole vakio. Säteilyn määrään vaikuttavat useat seikat, joista osa kyetään ennustamaan paremmin kuin toiset. Parhaiten ennustettavat muutokset liittyvät Maan kiertorataan sekä akselin kallistuskulmaan ja huojuntaan. Nämä muutokset toistuvat tietyin väliajoin ja niitä kutsutaan Milankovitschin sykleiksi niiden keksijän, Itävaltalais-Unkarilaisen tiedemiehen Milutin Milankovitschin (1879–1958) mukaan. Kiertoradan soikeus (litistyneisyys) Aikakirja 43 vaihtelee 100 000 vuoden jaksoissa, kallistuskulma muuttuu 41000 vuoden välein ja huojunta vaihtelee 19000–23000 vuoden jaksoissa.

Myös auringon säteilyvoimakkuus vaikuttaa Maan pintalämpötilaan. Auringonsäteilyn tiedetään olleen heikompaa tiettyinä jaksoina Maan historian aikana. Viimeisin esimerkki tästä on niin kutsuttu Pieni jää- kausi vuosien 1200–1700 välillä, minkä ajatellaan olleen seurausta Auringon heikentyneestä säteilytehosta.

Tulivuorenpurkauksilla tiedetään olleen vaikutuksia Maan ilmastoon. Niiden synty tai purkautuminen voi olla seurausta litosfäärilaattojen liikkeistä eli laattatektoniikka vaikuttaa myös ilmastoon. Tulivuoret syöksevät ilmakehään suuria määriä hiilidioksidia ja tuhkaa. Tuhkapilvet muuttavat hetkellisesti ilmaston lämpötilaan, sillä ne estävät auringonvalon läpipääsyn. Ne poistuvat useimmiten viikkojen tai joidenkin kuukausien aikana. Tulivuorista purkautuu myös runsaasti hiilidioksidia. Runsas hiilidioksidin määrä ilmakehässä edistää kasvihuoneilmiötä.

Laattatektoniikalla on tulivuoritoiminnan lisäksi suoria vaikutuksia ilmakehään: esimerkiksi valtamerten keskiselänteillä tapahtuva litosfäärilaattojen erkaneminen vapauttaa runsaasti hiilidioksidia. Laattatektoniikka vaikuttaa ilmastoon myös supermantereiden kautta. Suurten maamassojen kerääntyminen yhteen heijastaa tehokkaasti auringonvaloa. Tämä taas johtaa Maan pintalämpötilan alenemiseen.

Maahan törmäävät meteoriitit voivat myös vaikuttaa ilmastoon, joskus hyvin dramaattisesti. Maan syntyvaiheessa jopa useamman tuhannen kilometrin halkaisijaltaan olevat kappaleet muovasivat Maata. Suurimman törmäyksen, Kuun muodostaneen Theian osuman, jälkeenkin on tapahtunut laajojen meteoriittien iskeytymisiä planeettamme pinnalle. Suurikokoinen meteoriittitörmäys voi nostaa hetkittäisen lämpötilan niin kuumaksi, että maanpinta muuttuu tulimereksi. Näin tapahtui esimerkiksi 65 miljoonaa vuotta sitten, kun Jukatanin niemimaalle iskeytyi halkaisijaltaan 170 kilometrin kokoinen dinosaurusten ajan päättänyt meteoriitti.

Mitä elämä on?

Kirsi Lehto, Paavo Huoviala, Heta Mattila, Lauri Nikkanen ja Pasi Paananen

 

Elämä rakentuu hiilestä, vedystä, hapesta, ja joistakin muista alkuaineista. Kaikki tuntemamme elämä perustuu hiilen ja eräiden muiden alkuaineiden kemiaan. Elämän perusrakennusaineita ovat hiili (C), vety (H), typpi (N), happi (O), fosfori (P) ja rikki (S). Näistä alkuaineista muodostuu kirjainyhdistelmä CHNOPS. Elämä käyttää siis vain pientä osaa kaikista tunnetuista alkuaineista. Nämä alkuaineet ovat maailmankaikkeuden yleisimpiä alkuaineita, ja niiden toimiminen elämän rakennusaineina perustuu myös niiden erityisen suotuisiin kemiallisiin ominaisuuksiin.

Hiili ja vety muodostavat keskenään monenlaisia molekyylejä, jotka voivat olla ketjumaisia, rengasmaisia ja haaroittuvia. Typen, hapen, fosforin ja rikin avulla näihin yhdisteisiin muodostuu monia erilaisia reaktiivisia ryhmiä. Biomolekyylit muodostuvat useimmiten niin, että alkuaineet jakavat elektroneja keskenään, eli muodostavat kovalenttisia sidoksia. Molekyylien rakenteet ja keskinäiset reaktiot taas usein perustuvat sähköisten varausten (elektronien ja protonien sijainti) jakautumiseen molekyylien eri osien kesken. Tämän perusteella erilaiset molekyylit tai niiden osat joko hylkivät tai vetävät toisiaan puoleensa.

Vesi on oleellinen elämän rakennusaine ja liuotin. Vesimolekyyli koostuu kahdesta vety- ja yhdestä happiatomista, joka jakaa molempien vetyjen kanssa kaksi elektronia. Happi vetää voimakkaammin elektroneja puoleensa, ja siksi ne ”viihtyvät” enemmän hapen läheisyydessä kuin vetyatomien läheisyydessä. Sähkövaraukset ovat siis jakautuneet epätasaisesti vesimolekyylin sisällä, ja tällä perusteella molekyyli on polaarinen. Eri molekyylien positiiviset ja negatiiviset päät vetävät toisiaan puoleensa, ja tämän seurauksena vesimolekyylien välille muodostuu heikkoja sähköisiä sidoksia, vetysidoksia.

Myös biomolekyylien ja veden lievät sähköiset varaukset vaikuttavat toisiinsa. Nämä vuorovaikutukset molekyylien sisällä, molekyylien kesken, sekä molekyylien ja veden välillä määräävät sen millaisiin rakenteisiin molekyylit asettautuvat, ja miten ne liukenevat veteen. Pääsääntö on, että polaariset tai sähköisesti varautuneet molekyylit liukenevat helposti veteen, kun taas sähköisesti neutraalit molekyylit (esimerkiksi rasvat, eli hiilivetyketjut joissa ei ole reaktiivisia ryhmiä) eivät liukene, vaan hylkivät vettä ja erottuvat siitä pois. Tärkeitä elämän rakennekomponentteja ovat sellaiset pitkät molekyylit, joiden toinen pää on neutraali, vettä hylkivä, ja toinen vesihakuinen. Näitä aineita kutsutaan lipideiksi. Näiden vettä hylkivät osat ”pitävät kiinni toisistaan” ja muodostavat yhtenäisiä kerroksia, jotka osoittavat vedestä poispäin, kun taas niiden vesihakuiset päät osoittavat veteen päin. Kun kaksi tällaista lipidikerrosta asettuvat vastakkain, ne muodostavat veden sisälle kalvon, jonka sisäosa on vettä hylkivä ja pinnat vesihakuiset. Näin muodostuvat biologiset kalvot.

Elämän rakennuspalikat

Elämä muodostuu hyvin monimutkaisista molekyyleistä. Kaikki elävät solut sulkeutuvat lipideistä muodostuvien solukalvojen sisälle. Elämän rakenteelliset ja toiminnalliset molekyylit ovat proteiineja. Nämä muodostuvat useista sadoista, tarkkaan järjestykseen ketjuuntuneista aminohapoista, joita on yhteensä kaksikymmentä erilaista. Elämää ylläpitävä informaatio on taas koodattuna nukleiinihappojen (DNA ja RNA) pitkiin juosteisiin, jotka muodostuvat neljästä erilaisesta deoksiribo- tai ribonukleotidista. Tyypillisesti eliöiden genomiset DNA-juosteet sisältävät useita miljoonia (pienimmillään n. 500 000, isoimmillaan satoja miljardeja) nukleotidejä. Nukleotidien keskinäinen järjestys sisältää geneettisen informaation. Se ohjaa mm. proteiinien synteesiä määräämällä sen, missä järjestyksessä aminohapot liittyvät toisiinsa. Yhden proteiinin synteesiä Aikakirja 33 ohjaavaa nukleotidijonoa kutsutaan geeniksi.

Nukleotidien runkona toimii viiden hiiliatomin muodostama rengasmainen sokerimolekyyli, joka DNAssa on deoksiriboosi ja RNAssa riboosi. Kunkin nukleotidin ”informatiivinen osa” on hiileen kiinnittyvä rengasmainen emäs. DNA- ja RNA-juosteissa käytetään neljää erilaista emästä. DNAssa ne ovat adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) ja tymiini (T), RNA-nukleotideissa tymiinin sijalla käytetään urasiilia (U). Nukleotidien rakenteeseen kuuluvat myös fosfaattiryhmät, joiden kautta nukleotidit linkittyvät toisiinsa. Kaikkien nukleotidien sisäisten ja niiden välisten sidosten tulee olla juuri oikeanlaisia, jotta rakenteesta muodostuu toimiva nukleiinihappojuoste.

Elottomasta elolliseksi

Elämän syntyä on edeltänyt monimutkainen kemiallinen evoluutio, jonka yksityiskohtia ei tarkkaan tunneta. Sen aikana nukleotidit ketjuuntuvat sellaisiksi pitkiksi RNA-juosteiksi, jotka alkavat katalysoida erilaisia kemiallisia reaktioita. Näiden reaktioiden kautta käynnistyy RNA-maailma.

RNA-maailman tärkein toiminto on se, että jotkut RNA-juosteet pystyvät kopioimaan itseään ja toisia RNA-juosteita. RNAn kopioitumisen myötä käynnistyy luonnonvalinta, sillä parhaat kopioitujat säilyvät ja lisääntyvät tehokkaimmin. Evoluutio käynnistyy siis siinä vaiheessa, kun ensimmäiset molekyylit alkavat kopioitua, ja voimme ajatella että evoluution myötä käynnistyy myös alkeellisin elämän muoto. Tämä elämä koostuu todennäköisesti jonkinlaisesta molekyylien ”keitosta”, jossa ainakin osa molekyyleistä saattaa lisääntyä samaan tapaan kuin nykyiset virukset. Varhaiset virukset ja solullinen elämä syntyvät samasta kemiallisesta ”molekyyliliemestä”. Tässä ”liemessä” mutaatiot, molekyylien satunnaiset yhdistymiset (rekombinaatio), molekyylien välinen kilpailu ja parasiittien aiheuttamat häiriöt edistävät voimakasta evoluutiota.

Oleellinen edistysaskel molekyyliliemen evoluutiossa on proteiinisynteesin käynnistyminen. Proteiinisynteesin myötä tulee vähitellen käyttöön yhä uusia proteiinientsyymejä, jotka laajentavat ja tehostavat molekyyliliemessä tapahtuvia kemiallisia reaktioita. Nukleiinihappojuosteiden kopioiminen tehostuu, ja vähitellen ne (jollakin tavalla) eristäytyvät suojaavien kalvostojen sisälle.

Tarvitaan vielä jonkinlainen solujen jakaantumiskoneisto, joka auttaa kahdentunutta genomia ja soluelimiä jakaantumaan kahteen eri tytärsoluun. Tämän koneiston kehittyessä elämä vakiintuu lineaarisesti periytyviksi solulinjoiksi. Luonnonvalinnan ohjaamana nämä kehittyvät itsenäisiksi yksiköiksi, jotka pstyvät tulemaan toimeen omien biosynteesireittiensä varassa. Vasta tässä vaiheessa solut kykenevät irtaantumaan alkuperäisestä, niitä täysin ylläpitä- västä kemiallisesta hautomosta, ja vapautumaan ulos avoimeen maailmaan.

Elämän syntyprosessin pitää edetä suunnilleen edellä kuvatun mukaisesti. Se etenee monien välivaiheiden kautta, missä olemassa olevista rakenteista ja toiminnoista syntyy uusia yhdistelmiä ja uusia toimivia tasoja. Kemia muodostaa ikään kuin kerroksittain rakentuvan ja ”käyntiin lähtevän” (emergentin) kokonaisuuden. Jokainen uusi kehitystaso syntyy edellisten avulla, ja synnyttää puolestaan uusia yhteistyö- ja toimintamahdollisuuksia, joita sen komponentit yksinään eivät millään voisi toteuttaa. Elämä on siis rakennelma, joka on enemmän kuin osiensa summa.

Elämän synnyn suuria virstanpylväitä ovat seuraavat tapahtumat:

  1. Elämän rakennuspalikoiden synty ja ketjuuntuminen
  2. RNA-maailma
  3. Geneettisen koodin synty ja translaatiokoneiston käynnistyminen
  4. NA genomeiden korvautuminen DNA-genomeilla
  5. Viimeinen yhteinen esi-isä: LUCA
  6. Solukalvojen muodostuminen ja kehittyminen
  7. Eliökunnan evoluutio
  8. Elämän synnyn ympäristöolot

Näiden vaiheiden selvittäminen on myös suuri haaste elämän synnyn tutkimuksessa. Esittelemme näitä kutakin kysymystä erikseen:

1. Elämän rakennuspalikoiden synty ja ketjuuntuminen elottomassa ympäristössä

Kuten edellä kerrottiin, elämän keskeisiä rakennuspalikoita ovat nukleotidit (DNAn ja RNAn rakennuspalikat), aminohapot (proteiinien rakennuspalikat) ja lipidit (kalvojen rakennuspalikat). Nykyään solut tuottavat itse kaikki nämä rakennuspalikkansa, ja niiden tuotanto tapahtuu monimutkaisten, proteiinientsyymien ohjaamien biosynteesireittien kautta. Elämän alkuvaiheessa ei kuitenkaan ollut vielä olemassa näitä eloperäisiä entsyymejä. Ei ollut vielä mitään molekyylikoneistoa, joka olisi syntetisoinut proteiineja, eikä mitään geneettistä informaatiota, joka olisi ohjannut niiden synteesiä. Nämä biosynteesireittien edellytykset ovat syntyneet vasta evoluution myötä, elämän oltua jo jonkin aikaa olemassa ja toiminnassa. Sitä ennen kaikkia rakennuspalikoita on pitänyt saada valmiina elottomasta ympäristöstä. Elämä saattoi siis lähteä käyntiin vain sellaisessa ympäristössä, joka tuotti runsaasti kaikkia näitä rakennusaineita.

Elämän komponenttien alkuperää alettiin kokeellisesti määrittämään 1950-luvulla. Tuolloin Nobel-palkitut kemistit Harold Urey ja Alexander Oparin esittivät, että varhaisen maan ilmakehä olisi saattanut koostua ”pelkistyneistä kaasuista”, eli metaanista, ammoniakista ja vedystä. Elämän rakennuspalikoita olisi voinut syntyä suoraan näistä kaasuista salamaniskujen vaikutuksesta. Ureyn opiskelija Stanley Miller alkoi testata hypoteesia. Hän laittoi kyseisiä kaasuja lasipulloon, vesihöyryseokseen, ja käsitteli niitä voimakkailla sähköiskuilla. Tulokset osoittivat, että näistä yksinkertaisista kaasuista syntyi nopeasti monia erilaisia aminohappoja ja muita orgaanisia happoja.

Lisätutkimukset ovat osoittaneet, että pienistä molekyyleistä syntyy lähes kaikkia elämän käyttämiä aminohappoja sellaisissa olosuhteissa, joissa on saatavana runsaasti energiaa. Hyvin korkeissa lämpö- tiloissa metaanista syntyy myös pitkiä rasvahappoketjuja (alkeellisia lipidejä).

Aminohappojen ja lipidien synty elottomassa ympäristössä on kohtalaisen helppo ymmärtää. Sen sijaan nukleotidien synnyn selvittäminen on ollut paljon vaikeampaa, ja se on pitkään näyttänyt kemistien mielestä ratkaisemattomalta ongelmalta. Kuitenkin aivan viime vuosina useat kemistiryhmät ovat löytäneet reaktioreittejä, joiden avulla saadaan syntymään joko nukleotidiemäksiä, tai jopa kokonaisia nukleosideja (nukleotidien esiasteita). Nämä reaktiot lähtevät liikkeelle joko konsentroiduista vetysyanidista (ja siitä syntyvästä formamidista) tai syanamidista, syanoasetyleenista ja glykoaldehydistä.

Elämänsynnyn tärkeitä lähtöaineita:

  • Vetysyanidi: HCN
  • Formamidi: OHC–NH2
  • Metaani: CH4
  • Formaldehydi: CH2 O
  • Ammoniakki: NH3
  • Syanoasetyleeni: C3 NH
  • Glykoaldehydi: C2 O2 H4

Nukleotidien synty on vaatinut, että lähtö- aineita on ollut kasaantuneena hyvin suurina pitoisuuksina.

Nukleotidien synnyn selvittämisen jälkeen seuraava suuri ongelma on selvittää, miten juuri oikeanlaiset nukleotidit ovat onnistuneet ketjuuntumaan juuri oikeanlaisilla sidoksilla. Tähänkin on tarvittu nukleotideja hyvin korkeina pitoisuuksina, ja lisäksi molemmissa prosesseissa on tarvittu ohjaavia (katalysoivia) mineraalipintoja. Ehkä vallitsevat olosuhteet ovat määränneet sen, että elämästä on tullut juuri tällaista kuin se on.

2. RNA-maailma

Yksi vaikeimpia elämän syntyyn liittyviä kysymyksiä on siirtyminen elottomasta kemiasta itse itseään kopioiviin molekyyleihin. Ribonukleiinihapon eli RNA:n asema elävän solun reaktioverkoston keskellä viittaa siihen, että se olisi ollut elävän kemian lähtökohta. Teoriaa vahvistaa myös se, että RNA:n rakenne mahdollistaa sekä perinnöllisen informaation (nukleotidisekvenssin) säilyttämisen että toimimisen katalyyttinä (tehostajana) kemiallisissa reaktioissa.

Elävässä solussa RNA:lla on vielä nykyäänkin monia erilaisia tehtäviä. Ilmeisin niistä on geneettisen informaation kantaminen proteiinisynteesiin. Solussa geenit kopioidaan DNA:sta RNA:ksi, jota käytetään ohjeena solun proteiinien tuotannossa. RNAmolekyylit toimivat muutenkin tärkeinä komponentteina proteiinien rakennusprosessissa. RNA (rRNAt) on rakennuskoneiston, eli ribosomien keskeisin komponentti, ja pienet RNA-molekyylit (tRNAt) myös kuljettavat aminohappoja proteiinisynteesiin. Tämän solulle keskeisen ja tärkeän tehtävän lisäksi RNA-nukleotidit toimivat esimerkiksi energian siirtäjinä aineenvaihdunnassa. Aina kun solu käyttää energiaa niin tarvitaan myös energian siirtäjiä. RNA:n nykyiset tehtävät antaisivat ymmärtää, että kaikki muut solun toiminnot ovat rakentuneet niiden ympärille.

Ribotsyymit

Reaktioita tehostavia, katalyyttisiä, RNAmolekyylejä sanotaan ribotsyymeiksi. Sana on johdettu katalyyttisten proteiinien eli entsyymien nimestä. Proteiinientsyymien tavoin ribotsyymit ottavat itselleen tietyn rakenteen, johon niiden katalyyttiset ominaisuudet perustuvat. Vaikka RNAmolekyylit eivät pystykään yhtä hienostuneeseen kemiaan kuin proteiinit, niin elävissä soluissa on tänäkin päivänä toimivia ribotsyymejä. Ribotsyymit pystyvät myös muodostamaan suurempia rakenteita proteiinien kanssa, mistä hyvänä esimerkkinä on edellä mainittu proteiinisynteesistä vastaava ribosomi. Tutkijat ovat onnistuneet tuottamaan koeputkissa myös synteettisiä ribotsyymimolekyylejä, joilla on uusia toimintoja. Tästä voidaan päätellä, että ribotsyymit pystyvät vielä paljon muuhunkin kuin tällä hetkellä tiedetään.

RNA-maailman mallin mukaan ribotsyymit monistaisivat itseään ja/tai toisiaan, ja siten parhaat molekyylit selviytyisivät haastavassa ympäristössä kopioitumalla tehokkaimmin. Pikkuhiljaa molekyylien määrä kasvaisi, ja niissä kehittyisi uusia ominaisuuksia ja variaatioita. Jossain vaiheessa RNA-molekyylit alkaisivat ottaa toimintaansa mukaan myös aminohappoja. Ne alkaisivat liittää niitä toisiinsa, eli tuottaa polypeptidejä ja proteiineja. Tämä proteiinisynteesin käynnistyminen olisi RNA-maailman tehokkain keksintö, mutta samalla se merkitsisi sen lopun alkua. Proteiinien ylivoimainen tehokkuus veisi lopulta RNA:lta sen ykkösaseman. Tästä huolimatta jotkut keskeiset tehtävät jäisivät ribotsyymien hoidettavaksi, sillä koneiston ydintä on vaikeaa muuttaa ilman koko koneiston uudelleen kasaamista. Näin vielä tänäkin päivänä RNA:ta käytetään solujen kaikkein keskeisimmissä rakenteissa, eli proteiinisynteesikoneistossa ja elektroninsiirtomolekyyleissä.

3. Geneettisen koodin ja translaation alkuperä

Geneettinen koodi on kaikille Maapallon eliöille yhteinen, miljardeja vuosia vanha, täysin digitaalinen kieli, jossa DNA:n emästen neljä kirjainta – G, C, A ja T – muodostavat 3-kirjaimisia ”sanoja”, kodoneita. Emäkset voivat muodostaa 64 erilaista kodonia. Nämä koodaavat 20 erilaista aminohappoa. Koodeja on siis yli kolme kertaa enemmän kuin niiden kohteita, ja useimpia aminohappoja sääteleekin useampi kuin yksi kodoni. Kodonin viimeisen kirjaimen muuttuminen toiseksi aiheuttaa harvoin muutoksen koodin merkitykseen. Tällä tavalla geneettinen koodi minimoi mutaatioiden haitalliset vaikutukset.

Proteiinisynteesi

Aminohapoista tuotetaan proteiineja translaatiossa. Tämä on monimutkainen prosessi, johon tarvitaan suuri määrä erilaisia proteiineja ja RNA-molekyylejä. Translaatio tapahtuu suurissa molekyylikomplekseissa, ribosomeissa, jotka koostuvat suuresta ja pienestä alayksiköstä. Nämä yhdessä muodostuvat kolmesta tai neljästä RNA molekyylistä, ja noin 80:stä proteiinimolekyylistä. Translaation prosessin ja koneiston monimutkaisuus johtavat ”Muna vai kana”-paradoksiin: Translaatio tapahtuu tässä koneistossa, mutta koneisKaikkien elävien solujen keskeinen molekyylikoneisto muodostuu tallennetusta geneettisestä informaatiosta (DNA), ja sen muuttamisesta RNA-kopion kautta proteiinituotteiksi, jotka taas puolestaan tarvitaan sekä informaation ylläpitoon (DNA:n kopiointiin) ja muuntamiseen. Sykliin liittyy ongelma, mikä tuli ensin ”Muna vai kana”. Kuva: Kirsi Lehto. Aikakirja 37 to itse ei voi kehittyä ilman tehokkaasti toimivaa translaatiota! Geneettisen koodin ja translaation alkuperää onkin perinteisesti pidetty kenties haastavimpana elämän syntyyn liittyvistä ongelmista. Geneettinen koodi muodostuu kolmesta peräkkäisestä nukleotidista. Kun muodostetaan kolmikko taulukon vasemman reunan, ylärivin ja oikean laidan osoittamista nukleotideista, sitä vastaava aminohappo löytyy taulukosta näiden rivien ja sarakkeiden leikkauskohdasta.

Geneettinen koodi ja translaatiokoneisto esiintyvät suunnilleen samanlaisina kaikissa eliöissä, mikä osoittaa että ne ovat syntyneet aivan elämän alussa, ennen kuin eliökunnan päähaarat ovat eronneet toisistaan. Joidenkin tutkijoiden mukaan tämä yhteinen koodi olisi syntynyt eräänlaisesta yhteisöllisestä esidarwinilaisesta evoluutiosta, jossa geneettiset komponentit olisivat vapaasti siirtyneet ja yhdistyneet molekyyliyhteisön sisällä ”horisontaalisesti”, eivät niinkään ”vertikaalisesti” eli sukupolvesta seuraavaan. Vaikka koodin synty on vaikea selittää, sen universaalisuus on vankka todiste kaiken elämän yhteisestä alusta ja varhaiskehityksestä.

Tutkijat ovat yrittäneet kehittää malleja translaation alkuperästä. Nämä mallit perustuvat oletukselle, että kehittyvän molekyylikoneiston täytyy tuottaa jokaisessa kehitysvaiheessaan jonkinlaista suoraa ja välitöntä valintaetua. Mikään evoluution edistysaskel – myöskään translaation ”keksiminen” – ei ole voinut syntyä sillä takaajatuksella, että kyseisestä keksinnöstä olisi hyötyä joskus myöhemmin. Tästä syystä uudet monimutkaiset toiminnot eivät voi syntyä ”sattumalta”, suoraan valmiiksi, vaan ne kehittyvät sivutuotteena jostakin jo olemassa olevasta hyödyllisestä toiminnosta.

Alkuperäisessä, käynnistyvässä translaatiokoneistossa ei tietenkään voinut olla mukana proteiinikomponentteja, ja voidaankin olettaa, että alkuperäinen koneisto koostui vain RNA:sta. Translaation kehittymistä on siis täytynyt edeltää joku systeemi, jossa RNA on toiminut sekä geneettisenä materiaalina että kemiallisia reaktioita katalysoivina entsyymeinä (siis, RNA-maailma). Translaatiokoneiston keskeisimmät osat ovat edelleen RNA:ta, ja nämä osat ovat kaikissa eliöissä hyvin samanlaiset, mikä osoittaa että ne periytyvät yhteisen varhaisen kehityksen ajalta. Kokeellisesti on myös osoitettu että RNA-entsyymit eli ribotsyymit kykenevät selviytymään niistä translaation toiminnoista, joita proteiinit nykyään hoitavat.

Ajatellaan että translaatiokoneiston esiasteen on pitänyt syntyä ja kehittyä hoitamaan jotakin varhaista tehtävää, joka oli käynnissä jo ennen proteiinisynteesin käynnistymistä. Kaikista varhaisin välttä- mätön toiminta on tietenkin ollut RNAn kopioiminen, ja hypoteesien mukaan translaatiokoneiston primitiivinen muoto olisi toiminut nimenomaan RNAn kopioinnissa. Kopiointikoneistoon olisi kuulunut siirtäjä-RNA molekyylejä, jotka kuljettivat aminohappoja, sekä kaksi ribotsyymiä, jotka vastaavat nykyisen ribosomin pientä ja suurta alayksikköä. Geneettinen koodi (synteesiohje) kehittyi ehkä aluksi osana kopiointikoneistoa, mutta vähitellen synteesiä ohjeistavat alustat erkanivat omiksi molekyyleikseen. Näistä kehittyi proteiineja koodaavia sekvenssejä, eli geenejä. Tämä mahdollisti entistä suuremman peptidivalikoiman ja entistä pidempien peptidien tuotannon. Vähitellen RNA-geenien informaatio, samoin kuin koko koneiston RNA-molekyylien sekvenssit kopioituivat DNA muotoon, josta ne olivat edelleen kopioitavissa takaisin RNAksi proteiinisynteesiä varten. Näin muodostui vähitellen molekyylibiologian perusdogma: ”DNA » RNA » proteiini”. Loppu onkin historiaa: pidemmät, monipuolisemmat ja tehokkaammat peptidit, kutsuttakoon niitä nyt jo varhaisiksi proteiineiksi, ottivat asteittain hoitaakseen ribotsyymien tehtäviä. Tätä kutsutaan proteiinien läpimurroksi. Paluuta RNA-maailmaan ei enää ole.

4. RNA genomeista DNA genomeihin

Elämän varhaisimmassa vaiheessa RNA toimi sekä informaatiota säilyttävänä että kemiallisia reaktioita säätelevänä molekyylinä (RNA maailma). Jossakin vaiheessa RNA:n informaationsäilytystehtävä siirtyi DNA:lle ja katalyyttiset tehtävät proteiineille, mutta yhä edelleen RNA toimii informaation kantajana DNA:lta proteiinisynteesiin ohjeeksi. Siirtyminen RNA-maailmasta tällaiseen työnjakoon on pitkä 38 Aikakirja ja hankala harppaus. Elämä on yksinkertaisimmillaankin erittäin monimutkaista ja vaatii lukemattomien kemiallisten reaktioiden ja molekyylien verkostojen saumatonta yhteistyötä. Luonnonvalinta kykenee tuottamaan tällaista monimutkaisuutta vain jos informaatiota voidaan kopioida riittävän tarkasti eteenpäin uusille sukupolville. Jos kopiointitarkkuus on huono, sattuman rooli nousee luonnonvalintaa merkittävämmäksi. Liian suuri määrä kopiointivirheitä on tuhoisaa elämälle.

Genomin kopiointitarkkuus asettaakin käytännössä rajat genomien koolle. Kaikilla nykyisillä elämänmuodoilla (paitsi viruksilla) on käytössään erilaisia genomin oikoluku- ja korjausjärjestelmiä. Nämä kuitenkin vaativat proteiineja toimiakseen. Tässä on se ongelma, että proteiinisynteesiin tarvittava molekyylikoneisto näyttää vaativan suuremman genomin kuin mitä olisi mahdollista luoda ja pitää kasassa ennen oikolukujärjestelmän olemassa oloa. Nykyisten virusten RNAgenomien koosta voidaan päätellä, että ilman oikoluku- ja korjausjärjestelmiä RNA-genomin maksimikoko on alle 30 000 emästä. RNA-maailman elämänmuodot kohtasivat siis vaikeasti ratkaistavan ongelman: Jotta ne voisivat kehittyä monimutkaisemmiksi, ne tarvitsisivat suuremman genomin, mutta suurempaa genomia ei voida saavuttaa ilman oikoluku- ja korjausjärjestelmiä, joiden synty myös vaatisivat suuremman genomin! Tässä taas palaamme ”Muna vai kana”-ongelmaan: Kumpi tuli ensin, proteiineja tuottava informaatio vai informaatiota ylläpitävät proteiinit?

Mahdollisia malleja

Kehityksen RNA-maailmasta eteenpäin on täytynyt tapahtua pienin askelin, jonkinlaisia välimuotoja käyttäen. Yhdeksi tällaiseksi kahden maailman väliseksi ”sillaksi” on esitetty metyloitua RNA:ta eli RNA:ta, jonka reaktiivinen OH-ryhmä on ”hiljennetty” liittämällä siihen metyyliryhmä (CH3). Tämä veisi RNA:ta askeleen lähemmäs DNA:ta tekemällä siitä vähemmän reaktiivisen ja näin ollen stabiilimman sekä paremman informaationsäilyttäjän. Tässä teoriassa ei vaadita pitkiä, epätodennäköisiä harppauksia, ja toisaalta siinä tarjotaan lukuisia etuja, kuten suurempi informaationsäilytyskapasiteetti. Tämä puolestaan olisi voinut johtaa uusiin mahdollisuuksiin, kuten proteiinisynteesiin, mikä taas voisi positiivisen takaisinkytkentäkehän avulla mahdollistaa yhä kasvavan elämän monimutkaisuuden. Toisen teorian mukaan DNA on edeltänyt RNA:ta elämän perimäaineksena, mikä tarkoittaisi että ”RNA-maailmaa” ei ehkä koskaan ollutkaan. Tämä näkemys perustuu sille että geneettistä informaatiota kantavien molekyylien TÄYTYY olla niin kestäviä, että ne säilyvät ehjänä riittävän kauan kopioituakseen. RNA on hyvin epästabiili molekyyli. DNA on sen sijaan hyvin stabiili, ainakin pH:ltaan lievästi happamassa ympäristössä, jollainen v a r h a i n e n meri on mahd o l l i s e s t i ollut. DNA pystyy myös jonkinlaiseen k e m i a l l i s i a reaktioita kat a l y s o i v a a n toimintaan, vaikkei se olekaan yhtä monipuolinen kuin RNA. Siis periaatteessa on mahdollista että jo varhaisimmat genomit olisivatkin koostuneet DNAsta. Tässä ajatusmallissa jää kuitenkin hyvin suureksi kysymykseksi, miten solun keskeiset RNA koneistot olisivat syntyneet.

Molekyylievoluution tutkiminen

Muinaisten molekyylitason ilmiöiden tutkiminen ja selvittäminen on äärimmäisen vaikeaa. Molekyylit eivät fossilisoidu samalla tavalla kuin esimerkiksi luut ja ne katoavat näin ollen helposti jäljettömiin. Molekyylievoluution historiaa voidaan jäljittää vain niistä molekyyleistä (sekvensseistä), jotka ovat luettavissa joko elävistä tai fossiloituneista soluista. Sellaiset sekvenssit jotka esiintyvät eri lajeissa, ovat olleet olemassa jo ennen kuin näiden lajien sukuhaarat ovat eronneet toisistaan; sekvenssit jotka esiintyvät kaikissa lajeissa ovat olleet olemassa jo eliöiden yhteisen esi-isän aikaan, ennen kuin eliökunnan eri päähaarat erkanivat toisistaan. Jotkut evoluution suuret edistysaskeleet, kuten geneettisen järjestelmän muutokset voivat kuitenkin osittain peittää ja päällekirjoittaa varhaisempien järjestelmien ominaisuuksia, jotka näin ollen voivat kadota jättämättä jäljelle mitään konkreettista tutkittavaa.

Virusten rooli elämän kehityksessä

Eräät tutkijat uskovat, että viruksilla on ollut merkittävä rooli elämän monimuotoisuuden kehittymiselle sekä siirtymiselle RNAsta DNA-genomeihin. Viruksia ei perinteisesti ole edes pidetty elävinä, koska ne ovat soluttomia, eivätkä kykene aineen- Kumpi tuli ensin, muna vai kana? Piirros: Sanni Rahkola. Aikakirja 39 vaihduntaan, proteiinisynteesiin tai lisääntymään itsenäisesti. Näin ollen virukset olisivat jonkinlaisia rajamuotoja elollisen ja elottoman välimaastossa. Se että viruksia ei pidetä elävinä, ei kuitenkaan ole hidastanut virusten voittokulkua lainkaan; jokaisella elämänmuodolla on omat viruksensa ja esimerkiksi bakteerien virukset, bakteriofagit, ovat planeettamme runsaslukuisimpia biologisia olioita. Virukset poikkeavat toisistaan suuresti niin muodoiltaan, genomeiltaan kuin genominsäilytys- ja kopiointitavoiltaankin. Osa virusgenomeista esimerkiksi koostuu RNA:sta, osa puolestaan DNA:sta. Ne kuitenkin selvästi kaikki polveutuvat samasta elämän alusta kuin solullinen elämä.

Virukset ovat monella tapaa hyvin kiinnostavia elämän ja sen kehittymisen kannalta, olivat ne itse eläviä tai eivät. Virukset kykenevät esimerkiksi siirtämään geenejä isäntäsolun genomista omaansa ja toisinpäin, sekä siirtämään geenejä ”horisontaalisesti” eri lajien välillä. Yhden teorian mukaan siirtymä RNA-genomeista DNA-genomeihin olisi tapahtunut juuri tämän virusten erityispiirteen ansiosta. Teorian mukaan elä- män viimeisen yhteisen esi-isän, LUCAn, geneettinen materiaali olisi ollut RNA:ta. Virukset vaivasivat jo näitä varhaisia soluja. Kyseisten solujen kannalta olisi luonnollisesti ollut edullista estää virusinfektio, joten niissä kehittyi jonkinlaisia puolustusmekanismeja viruksia vastaan. Osa viruksista olisi tällöin vastavetona ja solujen puolustusmekanismien ajamina siirtynyt käyttämään DNA:ta perimäaineksenaan. Oletettavasti virusten isäntäsolut eivät ainakaan heti olisi kyenneet tunnistamaan soluihin tunkeutuvaa vierasta geneettistä materiaalia, DNA:ta. Tämä olisi tehnyt näistä DNA:ta käyttävistä viruksista käytännössä näkymättömiä isäntäsoluilleen ja tarjonnut siten erittäin voimakkaan lisääntymisedun.

Seurauksena virusten kyvystä liittää omaa geneettistä materiaansa isäntäsolun genomiin, solujen genomeihin olisi ehkä puolestaan joutunut myös DNA:ta, niiden oman RNA:n lisäksi, mikä on voinut olla merkittävä askel solulliselle elämälle. On myös mahdollista, että joku ehjä DNA-pohjainen virusgenomi otti vallan isäntäsolussa, alkoi kopioitua siellä tehokkaasti ja kehittyi vähitellen solun genomiksi. Virusten merkittävä rooli tässä elämälle tärkeässä kehitysvaiheessa ei ole ehkä niin yllättä- vää kuin miltä se kuulostaa. Virusten, loisten ja muiden patogeenien ajatellaan yhä edelleen muodostavan olennaisen tärkeän evoluutiota ohjaavan voiman.

5. LUCA, viimeinen yhteinen esi-isä

Edellisessä kappaleessa mainittiin kaikkien eliöiden polveutuvan yhteisestä elämän alkukehityksestä, eli viimeisestä yhteisestä esi-isästä (Last Common Universal Ancestor, LUCA). Tätä todistaa se, että eliöiden keskeiset ominaisuudet – DNAn ja RNAn käyttö geneettisenä materiaalina, geneettinen koodi ja sen ilmentäminen proteiinisynteesin kautta – ovat samanlaisia kaikissa lajeissa. Kaikki nämä ominaisuudet juontavat juurensa yhdestä ja samasta elämän varhaiskehityksestä, joka tapahtui jonkinlaisessa molekyyliliemessä, noin neljä miljardia vuotta sitten. Molekyyliliemestä syntyivät ensimmäiset primitiiviset – ehkä virusten kaltaiset – eliöt. Nämä kehittivät vähitellen ympärilleen solukalvot, ja alkoivat jakaantua säännöllisesti, ja muodostaa pysyviä solulinjoja. Solulinjat kuitenkin eriytyivät hyvin pian kahteen eri suuntaan – kahdeksi erilliseksi kehityslinjaksi, arkeiksi ja bakteereiksi. Emme tiedä varmasti missä vaiheessa tämä erilleen ajautuminen tapahtui – esimerkiksi emme tiedä olivatko genomit siinä vaiheessa vielä RNA-muotoisia vai olivatko ne jo kokonaan kopioituneet DNAksi, tai oliko elämä jo vakiintunut solulinjoiksi vai oliko se vielä ”pelkkää molekyylilientä”. Tämä varhaiskehityksen vaihe on kuitenkin hyvin merkittävä meidän kaikkien kehityshistoriassa: se edustaa kaikkien elämänmuotojen viimeistä yhteistä esi-isää (Last Universal Common Ancestor, LUCA).

6. Solukalvojen evoluutio

Kaikilla nykyisillä elämänmuodoilla on solukalvo. Solukalvo on jopa yksi niistä ominaisuuksista, joiden avulla elämää pyritään määrittelemään. Tällaisen määritelmän mukaan virukset jäävät elävien joukon ulkopuolelle. Solukalvo rajaa eliön ympä- ristöstään ja ylläpitää solun sisällä kaikkia solulle tarpeellisia yhdisteitä sopivina pitoisuuksina. Kalvo mahdollistaa energiaaineenvaihdunnan, ja se kuljettaa aineita sisään ja ulos solusta. Elämän edellytys on, että kaikki aineet pidetään solun sisällä juuri oikealla tasolla.

Kaikkien eliöiden solukalvot koostuvat lipidien muodostamista kaksoiskalvoista. Eliökunnan päähaarojen, arkkien, bakteerien ja aitotumallisten eli eukaryoottien, kalvot poikkeavat kuitenkin toisistaan. Tarkemmin sanottuna bakteerien ja arkkien kalvot poikkeavat merkittävästi toisistaan. Sen sijaan eukaryoottien ja bakteerien kalvot muistuttavat hyvin paljon toisiaan, 40 Aikakirja mutta arkkien kalvolipidit (ja niiden synteesireitit) ovat täysin erilaiset. Tämä seikka on mielenkiintoinen pohdittaessa eukaryoottien alkuperää.

Solukalvojen välttämättömyydestä voidaan päätellä, että myös varhaisimman elämän piti olla jollakin tapaa rajattu laajemmasta ympäristöstään. Bakteerien ja arkkien kalvojen erilaisuus kuitenkin herättää kysymyksen, millainen kalvo mahtoi olla kaiken elämän viimeisellä yhteisellä esi-isällä, LUCA:lla? On myös mahdollista, että LUCA:lla ei ollut lainkaan solukalvoa. Se ei välttämättä ollut vapaana elävä solullinen organismi niin kuin nykyisin tunnetut elämän muodot.

Solukalvojen evoluution keskeinen ja mielipiteet jyrkästi jakava kysymys onkin: oliko solukalvoilla keskeinen osa jo elämän synnyssä ja varhaisessa evoluutiossa vai ovatko ne kehittyneet vasta myöhemmin, sen jälkeen kun elämä oli jo käynnistynyt jossakin muussa rajatussa ympäristössä?

Jotkut tutkijat ovat sitä mieltä, että proteiinisynteesin kaltaisten monimutkaisten järjestelmien kehittyminen on vaatinut laajamittaista geenisiirtoa ja geenien vapaata yhdistelyä varhaisessa molekyylipopulaatiossa, mikä ei olisi ollut mahdollista läpäisemättömän membraanin (kalvon) sisään teljettynä. Näin ollen tuntuukin loogisemmalta, että varhaisen elämän olisi täytynyt ”valmistautua” vapaammassa ympäristössä, eli jonkinlaisessa kollektiivisessa molekyyliliemessä. Tällaisessa molekyyliyhteisössä toimiva laajamittainen horisontaalinen geenisiirto olisi ajanut kollektiivista evoluutiota, ja tämä olisi tuottanut vaikeasti selitettävät monimutkaiset mekanismit, kuten proteiinisynteesin. ”Kollektiivinen evoluutio” sä- rähtää puhdasoppisen darwinistin korvaan kerettiläiseltä, mutta oikeastaan kyse on vain tavasta, jolla syntyneet geneettiset innovaatiot leviävät geenipoolissa: horisontaalisesti ”yksilöltä” toiselle, eivät niinkään sukupolvesta toiseen. Evoluutiogeneetikko Richard Dawkins on verrannut evoluutiota geenien joeksi, joka virtaa ajassa haarautuen aina uudelleen uusiksi puroiksi ja pauhaaviksi koskiksi. Saman mielikuvan mukaisesti varhaista evoluutiota voisi parhaiten kuvata geneettisenä altaana, geenipoolina.

Jos alkuperäiset replikaattorit viettivät näin auvoisaa elämää molekyyliyhteisö(i) ssään, miksi ne sitten ylipäätään vetäytyivät solukalvojen sisään ja itsenäistyivät kylmään (tai ollessaan termofiilejä, kuumaan) maailmaan? Syy saattoi olla viruksissa ja muissa parasiiteissä. Ehkä solukalvo oli keino puolustautua parasiiteiltä – tai kenties ensimmäiset membraanit olivat parasiittien pakokeino, jolla ne suojautuivat isäntäyhteisön puolustusjärjestelmiltä. Kenties me solulliset olemmekin virusten jälkeläisiä. Useilla viruksilla on tapana kuroa isäntäsolun kalvosta itselleen sopivia replikaatio-vesikkeleitä, vain muutaman proteiinin avulla. Tämä saattaa olla häilyvä muisto siitä, minkälaisella mekanismilla ensimmäiset solukalvot syntyivät.

7. Missä elämä syntyi?

Tiedetään, että maapallolla oli elämää jo noin 3,8 miljardia vuotta sitten, mutta minYllä: lipidimolekyylit erottuvat vesiliuoksesta, kerääntyvät yhteen ja muodostavat automaattisesti kalvoja ja vesikkeleitä. Alla: bakteerien ja eukaryoottien solukalvot muodostuvat erilaisista lipideistä. Bakteerien kalvoissa on suoria rasvahappoketjuja, arkkien kalvoissa taas haaroittuneita (metyloituneita) hiilivetyketjuja. Molekyylien välillä on myös muita rakenteellisia eroja. Piirrokset: A. Soitamo. Aikakirja 41 kälaisissa olosuhteissa elämä syntyi? Voimme olettaa sen syntyneen vesiympäristössä, koska mikään tunnettu elämänmuoto ei pärjää ilman vettä. Valtameret peittivät maapalloa jo noin 4,4 miljardia vuotta sitten. Meri oli aluksi hyvin kuuma (jopa 200 asteinen), mutta jäähtyi nopeasti. Sen lämpötilan kehitystä ensimmäisten satojen miljoonien vuosien aikana ei kuitenkaan tunneta. On mahdollista, että himmeän nuoren auringon takia planeetan lämpötila laski jopa alle jäätymispisteen elämän synnyn aikaan. Toisaalta tiedetään, että Maan tulivuoritoiminta oli hyvin aktiivista, mikä tuotti ilmakehään runsaasti hiilidioksidia ja vesihöyryä, ja näiden kasvihuonevaikutus nosti planeetan lämpötilaa. Planeetalla saattoi vallita elämän synnyn aikoihin hyvin monenlaisia olosuhteita.

Alkuaikoina olosuhteet Maassa kuumenivat ajoittain voimakkaasti, koska Maahan osui paljon meteoriitteja. Suurimmat iskut saattoivat haihduttaa valtameret jopa kokonaan, mikä olisi ollut tuhoisaa varhaiselle elämälle. Toisaalta meteoriitti-iskut mahdollisesti edistivät elämän syntymistä, sillä kraattereihin saattoi muodostua sopivia pintoja elämän rakennuspalikoiden synnylle, ja meteoriitit myös toivat niitä mukanaan. On myös ehdotettu, ettei suurikaan meteoriitti-isku välttämättä tuhoaisi varhaista elämää, sillä eliöt saattoivat säilyä avaruuteen singonneissa kiviroiskeissa.

Elämän synnyn aikoihin ilmakehässä ei ollut happea, mikä on tärkeä tekijä elämää edeltävän kemian kannalta, sillä happi olisi tehokkaasti tuhonnut hauraita molekyylejä. Hapen puute aiheutti toisaalta sen, että elämän molekyyleille tuhoisa auringon UV-säteily pääsi esteettä maan pinnalle. Elämän täytyi siis syntyä suojassa säteilyltä, esimerkiksi syvällä vedessä tai maan sisällä. Olosuhteiden tuli suosia pienten molekyylien yhteenliittymistä ja kehittymistä yhä suuremmiksi ja mutkikkaammiksi rakenteiksi. Jotta tällaista spontaania molekyylien rakentumista olisi voinut tapahtua, täytyi näitä lähtöaineita olla runsaasti pienellä alueella.

Elämän syntypaikaksi onkin ehdotettu merenpohjan mustia savuttajia. Nämä savuttajat pulputtavat kuumaa vettä, johon on liuennut paljon erilaisia mineraaleja ja yhdisteitä, mm. sulfideja, jotka reagoivat meriveden raudan ja nikkelin kanssa muodostaen saostumia, joista kasvaa huokoisia torneja. Huokoset muodostavat ikään kuin pieniä kammioita, joiden läpi kuuma vesi purkautuu. Veden tuomat liukoiset yhdisteet (mm. metaani, ammoniakki ja vetysyanidi) voivat reagoida kammioiden mineraalipinnoilla ja tuottaa elämän rakennuspalikoita, kuten aminohappoja ja lipidejä. Syntyvän elämän energian lähteenä toimi meren pohjan alla vallitseva suuri geoterminen kuumuus. Veden nopea jäähtyminen (lämpötilagradientti) taas muodosti sopivat olosuhteet erilaisille reaktioille. Mustien savuttajien huokoiset mineraalit ja niiden pienet kammiot saattoivat toimia tavallaan alkeellisina soluina suojaten kehittyvää elämää ulkopuoliselta maailmalta.

Muitakin käsityksiä elämän syntypaikoista on olemassa. Runsaasti kaliumia sisältävien savipintojen tiedetään edistävän keskeisiä molekyylien synty- ja polymerisoitumisreaktioita, joten on mahdollista että elämä syntyi saviliuskojen välissä. Elämän rakennusaineita (aminohappoja, lipidejä ja nukleotidiemäksiä) on löydetty runsaasti meteoriiteista ja pienempiä orgaanisia molekyylejä esiintyy runsaasti tähtien välisessä pölyssä. Siksi on myös mahdollista, että elä- mä syntyi jollain lähiavaruuden taivaankappaleella, esimerkiksi Marsissa, josta jotkut Maahan pudonneet meteoriitit ovat peräisin. Tiedetään että monet pieneliöt selviävät avaruudessa hengissä hyvinkin pitkiä aikoja esimerkiksi kivien sisällä, missä ne ovat suojassa avaruuden säteilyltä. Panspermiaksi kutsutun teorian mukaan elämän idut voisivat olla peräisin myös muista aurinkokunnista. Tämä ei kuitenkaan ole mahdollista, sillä tähtien väliset etäisyydet ovat niin suuria, että nämä elämää kuljettavat meteoriitit eivät olisi ehtineet osua toiseen aurinkokuntaan maailmankaikkeuden historian aikana.

Geologinen aikataulu

Matti Räsänen

 

Maapallo on dynaaminen planeetta. Maapallon pintaosan kuori on uudistunut maan historian kuluessa mannerliikuntojen vuoksi jatkuvasti. Uudistumisen mahdollistavat maan vaipan yläosan plastiset konvektiovirtaukset, jotka kuljettavat mantereita. Toisin on esimerkiksi Kuussa, jossa ei ole mannerliikuntoja ja jonka pinta uudistuu vain meteoriittitörmäysten kautta. Maapallo kuorineen on kuin omena, jonka haavat kuoren arpikudos korjaa. Kuu sen sijaan on kuin kova golfpallo, joka ei meteoriittien iskuista muutu paljon miksikään.

Maapallon 4,6 miljardia vuotta pitkä menneisyys kiinteänä planeettana ei ole kuoren uudistumisen vuoksi tallentunut millekään maapallon alueelle yhtenäisenä kerrossarjana. Eri ikäiset geologiset kerrostumat sijaitsevat sirpalemaisesti hajallaan ympäri maapallon pintaa. Vanhin tunnettu merenpohja on vain 200 miljoonaa vuotta vanhaa, kun taas maankuoren vanhimmat ajoitetut kivilajit ovat 4.2 miljardin vuoden ikäisiä. Maapallon pitkä historia on koottu näistä kerrostumien sirpaleista ja geologit ovat rakentaneet geologista aikataulua kansainvälisenä yhteistyönä jo 150 vuoden ajan.

Geologisen aikataulun rakentamisprosessin yhteydessä, eri puolilta maapalloa havainnoitujen geologisten kerrostumien ajoitustulosten ja niiden usein sisältämän biologisen informaation – fossiilien- perusteella, kerrostumat on asetettu ikänsä mukaiseen järjestykseen. Tämä on ollut ja on yhä edelleen maailman suurin palapeli, jossa palaset pyritään asettamaan oikeaan ikäjärjestykseen.

Maapallon kehityshistorian hahmottamisen helpottamiseksi käsittämättömän pitkä 4 600 miljoonan vuoden aika (Deep Time) on jaettu ajanjaksoiksi. Eoneiksi, maailmankausiksi, kausiksi ja ajoiksi. Tämä vastaa sitä hahmottelua minkä koululainen tai kuka tahansa ihminen tekee henkilöhistoriastaan. Moni hahmottaa oman historiansa esikouluaikana, peruskouluaikana, lukioaika tai Suomen historian: Ruotsin vallan aikana, autonomisen Suomen suuriruhtinaskunnan aikana ja Suomen itsenäisyyden aikana.

Maapallon kehityshistorian kaukaisin aika tunnetaan heikoimmin, koska suuri osa sen kerrostumista on syntynsä jälkeen tuhoutunut maapallon kuoren uudistuessa. Tämän vuoksi aika hadeeisen eonin alusta 4,6 miljardia vuotta sitten aina proterotsooisen eonin kryogeenikauden alkuun 850 miljoonaa vuotta sitten, on mekaanisesti jaettu suurin piirtein samanmittaisiin muutaman sadan miljoonan vuoden jaksoihin. Makroskooppisen elämän synnyn jälkeen ediakarakauden alusta 635 miljoonaa vuotta sitten elämän ja eliökunnan kehitys on lähes täysin määrännyt ajanjaksojen luokittelun. Tältä elämän ja maapallon historian nuoremmalta osalta aikataulu ja sen ajanjaksot siis heijastelevat pääasiassa maapallon elämän polveilevaa kehitystä, monimuotoistumista, nopeita lajiutumistapahtumia, meteoriittiiskuja ja niiden jälkeisiä eliöstön massatuhoja ja monia muita mullistuksia, joiden tarkat syyt eivät aina ole täysin tiedossamme.

Geologisen aikataulun nimistö vaikuttaa monimutkaiselta ja vaikealta. Se on kuitenkin pitkän kehityksen ja harkinnan tulosta. Eri ajanjaksot kuten kambrikausi (Cambrian Period) ja moskovan aika (Moskovian age) ovat saaneet pääasiassa nimensä niiden paikkakuntien mukaan mistä tämän ajan kerrossarjat on maastosta kuvattu. Kambrikausi Walesin latinalaisen nimen Cambria mukaan ja Moskovan aika Venäjän pääkaupungin Moskovan mukaan.

Kansainvälinen geologinen unioni (IUGS) ylläpitää ja päivittää geologista aikataulua jatkuvasti ja se tarkentuu koko ajan tutkimuksen tuottaessa tarkentunutta tietoa maapallon kehityshistoriasta.

Miten Maa toimii?

Ari Brozinski

 

Ytimestä ylöspäin

Maapallo jaetaan kemiallisten ominaisuuksien perusteella ytimeen, vaippaan ja kuoreen. Tämän lisäksi Maan rakenteesta erotetaan astenosfääri ja litosfääri.

Maan keskus eli ydin koostuu pääosin raudasta sekä nikkelistä ja se saa aikaan Maan magneettikentän. Ydintä ympäröivä vaippa koostuu enimmäkseen silikaateista eli mineraaleista, jotka sisältävät piitä ja happea. Osa vaipasta on rakenteeltaan pehmeää, hieman muovailuvahan tapaista. Ydin ja vaippa muodostavat yli 99 % Maan tilavuudesta.

Vaippaa ympäröi ohut kivikehä eli kuori, joka on korkeintaan noin 40 kilometriä paksu. Kuori jaetaan mantereiseen ja merelliseen osaan. Merellinen kuori syntyy nimensä mukaisesti valtamerten keskiselänteillä ja se on mantereista kuorta ohuempaa sekä painavampaa, koska se sisältää raskaampia alkuaineita. Tyypillinen kivilaji merelliselle kuorelle on basaltti ja mantereiselle tonaliitti.

Litosfääri käsittää kuoren sekä vaipan ylimmät osat ja se on pirstoutunut osiin, joita kutsutaan litosfäärilaatoiksi. Suuria litosfäärilaattoja on seitsemän ja ne ovat jatkuvassa liikkeessä toisiinsa nähden.

Litosfääri kelluvat ja liikkuvat astenosfäärin päällä. Astenosfääri on osa vaippaa ja se käyttäytyy plastisesti muovailuvahan tavoin eli kivi on osittain sulassa muodossa. Laattojen liike perustuu vaipan konvektiovirtauksiin sekä vaippaan vajoavien mannerlaattojen aiheuttamaan vetävään vaikutukseen. Konvektiovirtauksen toimivat samalla periaatteella kuuman kiviaineksen suhteen sama tavalla kuin kattilassa kiehuvalla vedellä: lämmin vesi kohoaa ylös, jäähtyy ja laskeutuu alas.

Litosfääri on ohuimmillaan valtamerten keskiselänteillä, jossa sen paksuus on vain joitain kilometrejä. Paksuimmillaan litosfääri sen sijaan voi olla useita satoja kilometrejä vanhojen kratonien (”mannerten ydin”) alla. Astenosfäärin paksuus voi niin ikään vaihdella suuresti, ollen ohuimmillaan noin 50 kilometriä ja paksuimmillaan koko ylemmän vaipan paksuinen.

Kolme liikesuuntaa

Litosfäärilaattojen liike voi olla erkanevaa, törmäävää tai sivuttaissuuntaista. Erkanemisen yhteydessä syntyy uutta merellistä kuorta tai repeämälaakso riippuen litosfää- rin tyypistä. Hyvä esimerkki erkanemisesta on Atlantin keskiselänne, jossa Euraasian ja Pohjois-Amerikan laattojen merelliset osat erkanevat toisistaan. Erkanemista pääsee katsomaan konkreettisesti käymällä Islannissa: laattojen raja kulkee tuliperäisen saaren läpi (ainut paikka maailmassa).

Hyvä esimerkki mantereisen kuoren erkaantumisesta on Itä-Afrikan kuuluisa hautavajoama, jossa Afrikan litosfäärilaatta lohkeaa Somalian ja Nuubian laatoiksi. Erkaantumisen jatkuttua riittävän pitkään, laattojen väliin avautuu uusi meri.

Laattojen kohdatessa voi tapahtua joko törmäys tai subduktio

Törmäyksessä molemmat laatat ovat samantyyppisiä eli merellisiä tai mantereisia. Tällöin toinen laatta ei pääse painumaan toisen alle. Himalajan vuoristo on syntynyt mantereisen Intian laatan ja Euraasian laatan törmätessä. Niiden välissä aiemmin ollut merialue hävisi, ja meren pohjalla olleet sedimenttikerrostumat joutuivat suureen paineeseen ja lämpötilaan (metamorfoosi) sekä muovautuivat uudelleen (deformaatio). Merellisten laattojen törmäyksessä taas voi syntyä hautavajoama (vrt. Mariaanien hautavajoama Filippiinien merellä).

Jos toinen laatoista on merellinen ja toinen mantereinen, merellinen painuu mantereisen alle eli tapahtuu subduktio. Subduktiota voi tarkastella mm. Etelä-Amerikassa, jossa Etelä-Amerikan laatan alle työntyvä Nazcan laatta on synnyttänyt Andien vuoriston. Suduktoituva laatta painuu vähitellen syvemmälle Maan sisään, kunnes se sulaa syvällä vaipassa ja kiertää konvektiovirtausten myötä takaisin pintaosiin. Tämän vuoksi merellinen litosfääri on myös verrattain nuorta (200 Ma tai vähemmän), sillä se joutuu litosfäärilaattojen törmätessä alakynteen, painuu vaippaa kohti ja lopulta tuhoutuu. Mantereinen litosfääri taas voi olla iältään miljardeja vuosia vanhaa, sillä se ei törmäystilanteessa joudu vaippaan.

Subduktion jatkuttua riittävän pitkään alas painuvassa litosfäärilaatassa syntyy sulia. Sulat kohoavat työntyen mantereiseen kuoreen ja muuttuvat lopulta osaksi mannerta. Osa syntyvistä sulista voi kohota pintaan asti, jolloin syntyy tulivuorten ketju, saarikaari (engl. volcanic arc).

Erkanemisen ja törmäyksen lisäksi tapahtuu myös sivuttaissuuntaista liikettä, jossa ei synny eikä tuhoudu maankuorta. San Andreaksen siirros Kaliforniassa lienee kuuluisin esimerkki sivuttaissuuntaisesta liikkeestä. Siirrokseen liittyy lukuisia maanjäristyksiä, joista viimeisin merkittävä tapahtui vuonna 2004.

Laattojen reuna-alueisiin liittyy usein maanjäristyksiä sekä tulivuoritoimintaa. Tyynenmeren ”tulikehä” (engl. ring of fire) on alue, jossa on runsaasti seismistä aktiviteettiä, joka keskittyy kehän reuna-alueille. Hyvin aktiivisia alueita ovat esimerkiksi Japani, Indonesia ja Filippiinit, jossa useat litosfäärilaatat vaikuttavat toisiinsa. Euroopassa geologista aktiivisuutta on eniten Välimeren alueella, missä Afrikan laatta törmää Euraasian laattaan. Suomi sijaitsee kaukana litosfäärilaattojen reuna-alueista vanhan ja stabiilin kratonin päällä. Tästäkin huolimatta maassamme rekisteröidään joka vuosi lukuisia pieniä järistyksiä, jotka saattavat ajoittain vavisuttaa taloja.

Alkuräjähdyksestä tarkemmin

Maailmankaikkeuden kaikki energia ja aine syntyi sekunnin murto-osan kuluessa
Kaiken historia alkaa sieltä missä maailman kaikki aine syntyi, ja missä maailman kaikki fysikaaliset parametrit määräytyivät – eli maailmankaikkeuden syntyhetkistä. Tämä tapahtui 13,78 miljardia vuotta sitten. Nykyisin vallalla olevan standardimallin mukaisesti maailmankaikkeus syntyi tuolloin alkuräjähdyksessä – prosessissa, jossa pieni lähtökohta laajeni hyvin nopeasti – alle sekunnissa – nuoreksi maailmankaikkeudeksi. Tämä prosessi synnytti samalla kaiken aineen ja energian mitä maailmassa on. Alkuräjähdyksen tapahtumista todistaa selkeästi se että maailmankaikkeus yhä laajenee joka suuntaan, ja se että avaruudessa on joka suunnalla havaittavissa himmeä mikroaaltotaustasäteily, joka on saanut alkunsa kuumasta alkuräjähdyksestä.

Keskeisiä teorioita kosmoksen ymmärtämisessä ovat olleet Albert Eisteinin luoma yleinen suhteellisuusteoria (1915). Tämän jälkeen Alexander Friedmann, Georges Lamaitre ja Edwin Hubble, 1920-luvulla muotoilivat sen matemaattiseksi malliksi joka tunnetaan Alkuräjähdyksen standardimallina, 2000-luvun puolella taas jo tarkemmin muotoiltuna LDCM (Lamda- dark cold matter) mallina. Standardimallin parametreja ja yksityiskohtia ovat sittemmin hioneet sadat hiukkasfyysikot ja kosmologit, joiden työ on perustunut hiukkaskiihdyttimien, tai COBE, WMAP ja Planck satelliittien tuottamien tulosten analysointiin.
Kosminen mikroaaltotaustasäteily on tarkkaan kartoitettu, on havainnoitu galakseja ja galaksijoukkoja, ja näiden etääntymistä toisistaan. Näiden parametrien perusteella on voitu laskea maailmakaikkeuden keskitiheys, sen laajenemisnopeus ja ikä, sekä lämpötila siinä vaiheessa kun valo lähti etenemään vasta syntyneestä kuumasta maailmankaikkeudesta. Hiukkas- ja kvanttifysiikan avulla on taas pystytty selvittämään miten kaikki maailmankaikkeuden aine – alkeishiukkaset – ovat käyttäytyneet maailmankaikkeuden alkuhetkien hyvin kuumissa ja tiheissä olosuhteissa.

Yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan avulla kosmologit ymmärtävät maailman synnyn alkuhetkiä ja varhaista kehitystä jotakuinkin yksiselitteisesti, jo hyvin lähelle sen alkuhetkeä, mutta eivät selitä sen alkua eivätkä sen syntymisen syitä tai edeltävää tilannetta. Alkuräjähdyksen ensimmäinen vaiheen eli inflaation aikana syntymässä oleva maailmankaikkeus laajenee valoa nopeammin. Inflaatiota ajava voima oli tyhjön energia. Tässä prosessissa syntyi kaikki (tulevan) maailmankaikkeuden energia, ja osa siitä muuttui inflaation päättyessä aineeksi. Syntyprosessissa on myös jo voimassa kaikki energiaa välittävät voimat, jotka alkuräjähdyksen kuluessa eriytyivät gravitaatioksi, heikoksi ja vahvaksi vuorovaikutukseksi, ja sähkömagneettiseksi vuorovaikutukseksi. Ei tiedetä, olivatko kaikki nuo voimat alussa yhdistyneet yhdeksi ja samaksi kvanttigravitaatio-voimaksi. Jos näin oli, erosi gravitaatio tuosta voima-yhteydestä ensimmäisenä.

13720kaks

Universumin kehitys viimeisen 13,7 miljardin vuoden aikana. Vasemmalla on esitetty varhaisimmat hetket alkuräjähdyksen jälkeen. Tätä seuraa inflaatio, jonka aikana Universumi kasvoi eksponentiaalisesti. Universumin laajeneminen hidastui vähitellen (suppilon koko ei kasva yhtä nopeasti kuin alussa). © NASA / WMAP Science Team

Maailman syntyprosessin varsinaista alkuunpanevaa tekijää ei tunneta. Kuitenkin, heti tuon alun jälkeen koko maailman alkuräjähdys eteni hyvin nopeasti, mutta vaiheittain. Inflaatio tapahtui hyvin nopeasti: se päättyi jo kun sen (ja maailman) alusta oli kulunut noin 10 -32 sekuntia. Tämä aikaväli on käsittämättömän lyhyt – se on yksi sekunti jaettuna luvulla jos ykkösen perässä on 32 nollaa. Tänä aikana maailma oli laajentunut noin 10 28 -kertaiseksi, eli noin metrin laajuiseksi palloksi.

Tämä nopea laajeneminen oli mahdollinen siksi että siinä ei laajennut mikään fysikaalinen kohde, mitään ei siirtynyt mistään mihinkään, mikään ei etääntynyt mistään – vain tyhjiö avautui tuon suuruiseksi tilaksi. Koska prosessi tapahtui valon nopeutta nopeammin, se ei lähettänyt ympäristöönsä mitään valoa tai säteilyä – prosessi oli kylmä ja pimeä. Tätä tapahtumaa ajoi valtava tyhjiön energia – ja laajeneminen olisi saattanut jatkua loputtomasti. Tyhjiön laajenemista ajava energia kuitenkin raukesi niin, että se muuttui äärimmäisen kuumaksi säteilyksi: Juuri syntynyt maailma täyttyi kaikilla standardimallin (SM) alkeishiukkasilla ja niiden antihiukkasilla, jotka kaikki liikkuivat valon nopeudella. Tilan energiataso oli ”äärimmäisen” kuuma, sillä näin korkeita lämpötiloja ja paineita ei ole tavattu mistään avaruuden olosuhteista enää koskaan tuon hetken jälkeen.

Inflaation päättyessä kaikki sen tuottamat alkeishiukkaset ja niiden antihiukkaset ovat termodynaamisessa tasapainossa – eli niitä syntyi ja hävisi saman verran hiukkasten ja antihiukkasten törmäillessä toisiinsa, ja muuttuessa gluoneiksi tai fotoneiksi, ja myös muiksi alkeishiukkas-antihiukkaspareiksi.

Inflaation jälkeen sen tuottama valtavan kuuma säteilykenttä laajeni edelleen – vaikka nyt jo valon nopeutta hitaammin. Tätä vaihetta kutsutaan kuumaksi alkuräjähdykseksi. Kun aika oli kulunut sekunnin biljoonas-osa (10-12 sekuntia) toisiinsa törmäilevät alkeishiukkaset ovat rauhoittuneet ja hidastuneet sen verran että eräs alkeishiukkanen – Higgsin partikkeli – alkaa kondensoitua, eli muuttua kiinteäksi; se härmistyy tyhjöön. Kun aika on kulunut 10-8 sekuntia alkuhetkestä, ja lämpötila on laskenut 1028 Kelvinasteesta 1015 Kelviniin, Higgsin bosoniin liittyvä vuorovaikutusvoima (Higgsin kenttä) täyttää koko olemassa olevan avaruuden. Tämä muuttaa avaruuden tiheämmäksi, ikään kuin viskoosiksi, ja vaikuttaa muiden partikkeleiden liikkeeseen siten että ne alkavat liikkua vaikeammin, ikään kuin niillä olisi massa. Tässä tilassa kaikki alkeishiukkaset – paitsi fotonit ja gluonit – saavat itselleen ”massa-ominaisuuden”.

Tässä vaiheessa partikkelit yhä lentelevät edes takaisin ja törmäilevät toisiinsa. Törmätessään omien antipartikkeleidensa kanssa ne yhä annihiloituvat energiaksi ja toisenlaisiksi (kevyemmiksi) partikkeli/antipartikkelipareiksi. Mutta koska partikkelit eivät enää liiku valon nopeudella, ne eivät pysty enää tuottamaan lisää raskaimpia partikkeleita. Tämän seurauksena ne, alkaen suurimmista partikkeleista – top-kvarkeista, W ja Z bosoneista ja näiden antihiukkasista – putoavat pois termisestä tasapinotilasta. Ne katoavat keskinäisissä törmäyksissään – ja koska niitä ei enää synny lisää, ne katoavat partikkelivalikoimasta. Ne muuttuvat ensin kevyemmiksi hiukkasiksi – ja lopulta suurin osa materiasta annihiloituu. Kun aikaa oli kulunut 10-8 – 10-6 sekuntia alkuhetkestä eteenpäin, ja lämpötila oli laskenut T > 1012 K asteeseen, nuoressa maailmankaikkeudessa oli jäljellä enää kuumaa kvarkkien, gluonien, leptoneiden ja fotoneiden puuroa.

10-5 sekunnin ikäisessä hyvin tiheässä maailmankaikkeudessa kvarkit alkavat etääntyä liian kauaksi toisistaan. Niiden perusominaisuudet eivät salli tätä – ja nyt kvarkit sidotaan kiinni toisiinsa, ja niistä syntyy hadroneita, eli protoneita, neutroneja ja mesoneja. Protonit ja neutronit muodostuvat kumpikin kolmesta kvarkista, mesonit taas kahdesta, ja nämä pysyvät yhdessä gluoni-hiukkasten välittämän vahvan vuorovaikutuksen avulla. Baryonit edelleen törmäilevät toisiinsa. Mesonit annihiloituvat kokonaan pois. Myös suurin osa baryoneista ja antibaryoneista tuhoutuu keskinäisissä törmäyksissään, jotka tuottavat nyt paljon leptoneja (elektroneja, positroneja) – ja näistäkin suurin osa annihiloituu jatkossa; törmäyksissä muodostuu fotoneja eli valohiukkasia.

Yhden sekunnin ikäisessä maailmankaikkeudessa, lämpötilan pudottua 1012 Kelvin-asteeseen, baryonit eivät enää annihiloidu. Jäljelle jääneet baryonihiukkaset muodostavat kaiken maailmankaikkeuden näkyvän (baryonisen) massan. Neutronit ovat kuitenkin yksinään epästabiileja, ja näistä suuri osa hajoaa vielä seuraavien sekuntien aikana. Jäljelle jäävät protonit.

Tämän jälkeen elektronien ja positronien annihiloituminen jatkuu edelleen. Se päättyy lämpötilan laskiessa 1010K asteeseen, joka saavutetaan noin 10 sekunnin ikäisessä maailmankaikkeudessa. Tässä vaiheessa leptoneista on jäänyt jäljelle vain elektronit. Neutriinot ovat stabiloituneet jo aikaisemmin, ja nyt niiden vuorovaikutus muiden partikkelien kanssa loppuu ja ne pääsevät vapaasti etenemään avaruuteen. Syntyy neutriino-taustasäteily. Se on kuitenkin liian heikko havaittavaksi nykyisillä instrumenteilla.

Inflaatio-laajenemisen aikana syntyneet kvanttivärähtelyt myös laajenivat kosmisiin ulottuvuuksiin, ja sen päättyessä niiden epätasaisuudet jäivät vallitseviksi (ne ”jäätyivät”) nuoren maailmankaikkeuden massaenergiakenttään. Nämä epätasaisuudet näkyvät edelleen kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn pienenä epätasaisuutena tai ”rakeisuutena”. Jatkossa juuri nämä epätasaisuudet saavat maailmankaikkeuteen levittäytyvän massan kasaantumaan suuriin kosmisiin rakenteisiin.

Edellä kuvatun standardimallin mukaisesti koko maailmakaikkeuden alkuräjähdys lähti liikkeelle – jostakin. Tapahtui inflatorinen maailman laajeneminen, sitä seurasi kuuma alkuräjähdys, ja yhden sekunnin kuluessa nämä synnyttivät kaiken maailmankaikkeuden aineen ja energian. Sekunnin kuluessa alkuräjähdys tuotti noin 1010 K kuuman, ja säteeltään noin 300 000 km kokoisen pallomaisen tilan (valo kulkee tuon matkan sekunnissa). Tämä laajeni edelleen, mutta ei enää valon nopeudella. Se jäähtyi edelleen laajetessaan. Noin sadan sekunnin kuluessa suuri osa neutroneita on hajonnut, ja baryonien alkuperäisestä määrästä on jäänyt jäljelle protoneita ja neutroneita suunnilleen suhteessa 14:2. Nyt kaikki jäljellä olevat neutronit yhtyivät protoneihin ja muodostivat ensin 3He ytimiä, ja sitten edelleen 4He ytimiä eli alfa-hiukkasia. Kuhunkin alfa-hiukkaseen sitoutui 2 protonia ja 2 neutronia – tämä fuusio stabiloi jäljellä olevat neutronit. Täten jokaisesta 16 baryonista aina neljä sitoutui heliumytimiin – eli näihin sitoutui 25% koko olemassa olevasta baryonien massasta. Loppu, eli 75% massasta, jäi protoneiksi eli vety-ytimiksi. Tämä aineen jakautumis-suhde tulee jatkossa vaikuttamaan oleellisesti tähtien kehitykseen ja muiden raskaampien alkuaineiden syntyyn.

huhtikuu 2016

Oletko kiinnostunut astrobiologiasta, eteenkin exoplaneetoista?

EUROPLANET ja European Astrobiology Campus järjestävät yhdessä kesäkoulun 2.8.-12.8.2016 maisteri-vaiheen opiskelijoille sekä muille tähtitieteestä kiinnostuneille. Lisätietoja löydät osoitteesta mao.tfai.vu.lt/exoplanets2016.

maaliskuu 2016

Aikavaelluksen Some!

Kevät on tulossa vaikka säät vielä vaihtelevat lumen ja aprofimguringonpaisteen välillä! Uutta elämää on pian luvassa sekä luonnossa, että Aikavaelluksen hallituksessa!

Uusi hallitus tuo mukanaan uudet kuviot ja myös uudistetun sosiaalisen median! Aikavaelluksella on nyt Twitter– ja Facebook-tilit jotka pyrkivät aktivoitumaan kevään aikana! Somessamme ilmoitamme esimerkiksi Digitaalisen Aikavaelluksen etenemisestä ja luontiprosessista, sekä muista Aikavaellukseen liittyvistä tapahtumista!  Seuraa meitä molemmissa niin pysyt ajantasalla!

 

kesäkuu 2015

Porukalla vaeltamassa

Yliopiston liikuntapäivänä opastimme pari kävelijäryhmää läpi Maan historian, Biolaaksosta, Plantagenin rakennuksen takaa (Missä Maa syntyy) yliopistolle (nykyhetkeen). Oli mukavaa kävellä ja jutella siitä miten maailma muuttuu, aikojen kuluessa.

Tällaiset ryhmävaellukset sopisivat hyvin minkä tahansa työporukan, tai muunkin porukan, yhteiseksi virkistyspäiväksi.

Voimme tarjota syvän historian kertomuksia kaikenikäisille vaeltajille, lapsiperheistä koululaisiin ja yliopisto-opiskelijoihin ja tutkijoihin.

Tervetuloa aikavaellukselle

Mitä aikavaellus tarjoaa vaeltajalle

Aikavaellus tarjoaa ainakin kolmea erilaista asiaa: Se tarjoaa mukavaa vaellusta – se tarjoaa kuvaa maailman syvästä historiasta, ja luonnontieteellistä maailmankuvaa siitä miten maailma on kehittynyt – ja se tarjoaa suurta ”kaiken Tarinaa”.

Ensin tuo vaellus: Aikavaellus on maastoon viitoitettu, ja kartalle merkitty kaunis vaellusreitti joka kaikkineen on 13,78 km pitkä, aika sopivan pituinen päivävaellus. Reitti lähtee Tuorlasta, ja päätyy yliopistolle. Se kulkee ensin Tuorlan peltoteitä pitkin, Kaarinan koulukekskuksen ohi, Vanhaa Viipurintietä, Sorron kauniin kotitaloalueen poikki, Lausteen metsän kautta Biolaaksoon. Siellä voi

kulkea Plantagenin liiketalon edestä tai takaa (rakensivat mokomat tuon talonsa suoraan meidän reittimme päälle!) – mutta tarkoitus on sitten päätyä metsänreunan polulle, joka vie itäpäässä olevaan kirsikkapuistoon, ja puron yli kulkevalle taidesillalle. Tässä kohtaa on tarjolla myös mainio piknik-paikka, vaikka isommallekin porukalle. Tästä matka jatkuu vanhan hautausmaan ohi – Rakuunatietä pitkin Kupittaan puistoon – ja edelleen Kerttulinkatua pitkin Koskenneimen portaille – ja siitä ylös yliopiston kampukselle, ja Alkuräjähdyksen kaiku patsaalle.

Mukava reitti! Sen voi kulkea joko kokonaan – tai voi alottaa vaikka Biolaaksosta, jolloin matkaa perille olisi 4,5 km. Onnistuu joko reippaasti kävellen, juosten tai pyöräillen. Tai vaikka lastenvaunujen kanssa, tai sauvakävellen. Sen voi mennä vaikka ihan reippaillen

Ja aikajana: matkan varrella voit pysähtyä tutustumaan aikajanan virstanpylväisiin, eli siihen miten maailma muuttuu aikojen kuluessa: Maailmankaikkeus syntyy ja kehittyy, tähtijärjestelmät ja planeettakunnat muodostuvat. Meidän oma planeettakuntamme, ja oma planeettamme Maa ja sen Kuu syntyvät, Maan rakenne vakiintuu. Mantereet alkavat muodostua. Elämä alkaa. Vuosimiljoonien aikana planeetan ilmakehä muuttuu totaalisesti, varhaisesta hiilidioksidi-typpi-ilmakehästä metaania sisältävään, ja myöhemmin happea sisältävään ilmakehään. Samalla Maan ilmasto muuttuu totaalisesti, ja kahdella eri kerralla koko planeetta painuu sadoiksi miljooniksi vuosiksi syvään totaalijääkauteen, lumipallomaaksi.

Ilmastoon vaikuttavat myös tulivuoritoiminta ja mantereiden sijainnit planeetalla, ja monimutkaisten tekijöiden vaikutusesta ilmasto välillä lämpenee hyvin lämpimäksi. Ilmastonmuutosten myötä valtameren pinta vaihtelee noin sata metriä nykyistä ylemmäksi, ja saman verran nykyistä alemmaksi.

Koko planeetan mantereet kuitenkin pysyvät aivan autioina ja tyhjinä usean miljardin noin kolmen ja puolen miljardin vuoden ajan – vasta noin 500 miljoonaa vuotta sitten elämä ryömii vähitellen varovasti kuivalle maalle. Senkin jälkeen useat totaalittuohot pyyhkivät pois suuren osan eliökuntaa, uudestaan ja uudestaan. Kaikkien näiden hyvin suurten ja satunnaisen vaihtelujen jälkeen koettaa lopulta suurten nisäkkäiden aikakausi. Aivan viimeisten parin metrin matkalla tämä eliökunta tuottaa ihmisen suvun …

Sitten se tarina mitä tämä reitti koettaa teille kertoa: Se koettaa rakentaa kokonaisen kuvan tästä meidän kauniista, hauraasta, yllättävästä ja alati muuttuvasta maailmastamme. Eri luonnontieteet, kuten tähtitiede ja fysiikka, geologia, paleontologia, evoluutiotiede, solu- ja molekyylibiologia, kukin tahollaan tutkivat maailman eri tasoja, ja eri ilmiöitä – kaikki tutkijat ja oppiaineet selvittävät omaa palaansa maailman tarinasta. Tämän seurauksena luonnontietellinen maailmankuva jää helposti pirstaleiseksi – se on täynnä pieniä yksityiskohtia. Aikavaelluksella vaeltaen – yhdessä eri luonnontieteilijöiden kanssa keskustellen – pyrimme rakentamaan eri luonnontieteiden tiedoista jatkumoa: hahmotamme sitä miten maailma kehittyy ajassa eteenpäin: suurista fysikaalisista, geologisista ja biologista prosesseista rakentuu jatkumo, kokonainen maailmankuva. Tämä maailman kokonaiskuva myös auttaa meitä ymmärtämään miten maailman kaikki tasot ovat yhä vuorovaikutuksessa keskenään.

Tervetuloa uusille sivuille

Onpa mukavaa että löysit tiesi tälle sivustolle. Me Aikavaelluksen hallinnoijat (ry) toivomme että tämä sivu kehittyisi vilkkaaksi kommunikaatiokanavaksi missä voimme tarjota teille Aikavaellukseen liittyviä opastus- ja opetustapahtumia – ja missä voimme myös keskustella luonnontietelliseen maailmankuvaan liittyvistä kysymyksistä.

Tämän sivun kautta myös löytyy informaatiota astrobiologiaan liittyvästa opetustarjonnasta Euroopassa – erityisesti ”Euroopan astrobiology campus” –nimisen ERASMUS-ohjelman ilmaisista kansainvälisistä kursseista (ks. linkki alla). Toinen tärkeä astrobiologian alan yhteistyöfoorumi on Life-Origins niminen COST-hanke (life-origins.com). Nämä astrobiologian alan järjestöt tarjoavat koulutus- ja yhteistyömahdollisuuksia tutkijoille ja opiskelijoille.

Täällä Suomessa tarjoamme pieniä kursseja kohtaamisia myös koululaisille – ja kenelle vain tämän asian harrastajille: tulkaa mukaan kävelemään Aikavaellus-reitille ja keskustelemaan maailman syvän historian eri vaiheista – ja siitä miten eri asiat vaikuttavat toisiinsa tällä planeetalla.

Toivomme, että tämä verkkosivu ja laattatekstit auttavat avaamaan historian käänteitä syvemmältä ja laajemmalta kuin pelkät informaatiolaatat. Mielellämme kuulisimme tai lukisimme myös teidän kommenttejamme sekä reitistä – että syvästä historiasta!

Ilmasto lämpenee

Nyt  –  Tässä

Ihminen vaikuttaa maapallon ilmastoon. Eliöiden genomeita pystytään hallitusti muokkaamaan. Ihmisen suhde luonnonvalintaan on muuttunut. Informaatioteknologia muuttaa yhteiskuntaa kaikkialla maailmassa. Maan kokoisia planeettoja on havaittu elämän vyöhykkeellä muiden tähtien ympärillä.

Kuva: NOAA Climate.gov | Emily Greenhalgh | Marcott et al, Science, 2013

(lisää…)

Ihminen muuttaa maapalloa

60 vuotta  –  0,06 millimetriä

Väestönkasvu ja sen vaatima tehomaatalous, teollistuminen ja kaupungistuminen muuttavat maapallon geologisia prosesseja ja aiheuttavat runsaasti sukupuuttoon kuolemisia. DNA:n rakenne ja geneettinen koodi selvitetään. Mannerlaattojen liikkeitä aletaan ymmärtämään. Miehitetyt avaruuslennot alkavat, ja kymmenen vuoden kuluttua ihminen astuu toisen taivaankappaleen (Kuun) kamaralle.

Kuva: Irwing Underhill | Wikimedia

(lisää…)

Teollinen vallankumous

150 vuotta  –  0,15 millimetriä

Teollinen vallankumous muuttaa yhteiskuntaa ja ihmisen suhdetta maapalloon. Geologisia ajanjaksoja on opittu ymmärtämään ja evoluutioteoria kumoaa antiikin ajoista voimassa olleen näkemyksen, jonka mukaan lajit ovat muuttumattomia.

Kuva: The Art Archive | Alamy Stock Photo

(lisää…)

Tieteellinen vallankumous

400 vuotta  –  0,4 millimetriä

Luonnontieteet kehittyvät, kiinnostus ympäröivää maailmaa kohtaan kasvaa ja uskonnon merkitys vähenee. Aurinkokeskeinen malli Aurinkokunnasta korvaa maakeskeisen mallin. Löytöretket muuttavat maailmankuvaa ja luovat pohjan kolonialismille.

Kuva:  Giuseppi Bertini | Wikimedia

(lisää…)

Ensimmäiset korkeakulttuurit

5 000 vuotta  –  5 millimetriä

Ensimmäiset korkeakulttuurit muodostuvat Mesopotamiaan, Egyptiin ja Kiinaan. Kirjoitustaito keksitään Mesopotamiassa. Korkeakulttuurien piirteinä ovat kehittynyt maatalous, kaupunkimainen asutus, ammattiryhmien eriytyminen, kehittynyt hallintojärjestelmä ja kirjoitustaito. Taivaankappaleiden liikkeet toimivat kalenterina.

Kuva: Christian Jegou

(lisää…)

Suurten nisäkkäiden sukupuutto

10 000 vuotta  –  1 senttimetri

Runsaasti jääkauden suurikokoisia nisäkkäitä kuolee sukupuuttoon ja ruohotasangot alkavat metsittyä. Ensimmäiset ihmiset saapuvat Suomeen.

(lisää…)

Maanviljely

11 500 vuotta – 1,2 senttimetriä

Maanviljely ja siihen perustuva kulttuurievoluutio alkaa Lähi-idässä. Eteläinen Suomi on laajalti veden peitossa.

Kuva: Christian Jegou

(lisää…)

Jäätikkö vetäytyy

11 700 vuotta – 1,2 senttimetriä

Ilmasto lämpenee 5-10 °C muutamassa vuosikymmenessä. Jäätikkö sulaa, ja sen reuna perääntyy nopeasti Lounais-Suomessa. Jäätikön reuna rajoittuu n. 100 m syvään veteen, jossa kelluu jäävuoria, kuten nykyisin Grönlannin vesillä.

Kuva: Christof Berger | Wikimedia

(lisää…)

Viimeisin jääkausi

20 000 vuotta – 2 senttimetriä

Koko Suomea peittää Skandinavian mannerjäätikkö, jonka eteläreuna ulottuu Pohjois-Saksaan. Lounais-Suomen kallioperä painuu noin 2 km paksun jään painon alla.

Kuva: Glacier Hub | NASA

(lisää…)

Maan hyrräliike ja pohjantähti

23 000 vuotta – 2,3 senttimetriä

Hyrrämäisen prekessio-ilmiön seurauksena Maan pyörähdysakselin suunta muuttuu taivaan tähtien suhteen 25 700 vuoden syklissä. Nykyinen pohjantähti, Polaris, oli edellisen kerran pohjantähtenä 23 000 vuotta sitten.

(lisää…)

Neanderthalin ihminen häviää

30 000 vuotta – 3 senttimetriä

Etelä-Suomi on runsastuottoista aroa, jolla vaeltaa mammutteja. Euroopassa on luolaleijonia, villasarvikuonoja ja jättikauriita. Useita ihmislajeja on yhä elossa. Läheinen sukulaislajimme neandertalinihminen kuolee sukupuuttoon. Nykyihminen tekee Euroopan luolamaalaukset.

Kuva: Roman Uchytel

(lisää…)

Nykyihminen siirtyy Eurooppaan

60 000 vuotta – 6 senttimetriä

Jäätiköt kasvavat ja sitovat paljon vettä. Valtamerten pinta laskee ja Punainenmeri kuivuu. Nykyihminen siirtyy Afrikasta Eurooppaan. Taivaan tähtikuviot ovat tunnistettavissa nykyisiksi.

Kuva: NordNordWest | Wikimedia

(lisää…)

Nykyihminen

200 000 vuotta  –  20 senttimetriä

Nykyihminen (Homo sapiens) kehittyy Afrikassa. Maan akselin kaltevuuden ja Maan radan muodon vaihteluista johtuvat noin 40 000−100 000 vuoden sykleissä toistuvat ilmaston muutokset ja laajat jäätiköitymiset kiihdyttävät eliökunnan evoluutiota.

Kuva: Human Origins Program | Smithsonian Institution

(lisää…)

Muuttuva tähtitaivas

Miljoona vuotta – 1 metri

Aurinkokunta vaeltaa naapuritähtien suhteen noin 65 valovuotta miljoonassa vuodessa. Tähtitaivas on täysin erinäköinen kuin nykyisin. Pohjois-Euroopassa jäätiköitymiset ovat yhä laajempia ja kestävät kauemmin. Välimeren isoilla saarilla on kääpiökokoisia norsuja.

(lisää…)

Nykyinen jääkausivaihe alkaa

3 miljoonaa vuotta – 3 metriä

Panamankannas kohoaa, ja lämmönvaihto Atlantin ja Tyynen valtameren välillä loppuu. Atlantin vesimassat jäähtyvät, ja viimeisin jääkausien vaihe alkaa Skandinaviassa. Apinaihmiset tekevät ensimmäiset työkalut. Etelä-Amerikassa on tonnin painoisia jyrsijöitä.

Nuolet Oceanus Magazinea mukaillen, Kartta: Christopher R. Scotese

(lisää…)

Apinaihminen nousee jaloilleen

4 miljoonaa vuotta – 4 metriä

Etiopian apinaihminen (Ardipithecus ramidus) vaeltaa jo kahdella jalalla Afrikassa. Pohjois-Amerikassa on murmelia muistuttavia sarvekkaita jyrsijöitä.

Kuva: Roman Uchytel

(lisää…)

Itä-Afrikka kuivuu savanniksi

6 miljoonaa vuotta  –  6 metriä

Gibraltarinsalmen alueen kallioperän kohoaminen ja valtameren pinnanvaihtelut eristävät Välimeren sisämereksi, joka kuivuu toistuvasti suola-aavikoksi. Itä-Afrikka kuivuu ja apinaihmiset siirtyvät savanneille. Suurin tunnettu lentävä lintu Argentavis (siipiväli yli 7 m) etsiskelee haaskoja Etelä-Amerikassa.

Kuva: Thomas Wagner | Wikimedia

(lisää…)

Orionin kaasusumu

10 miljoonaa vuotta  –  10 metriä

Orionin suuri kaasusumu syntyy. Se näkyy taivaalla aluksi suurena mustana läiskänä. Nykyisin sumua valaisevat sen edessä olevat nuoret kirkkaat tähdet. Tähtiä syntyy yhä edelleen tämän sumun pimeissä sisäosissa. Maapallon ilmaston viileneminen jatkuu. Euroopan ensimmäiset hirvi- ja norsueläimet kehittyvät.

Kuva: M. Robberto | Hubble | NASA | ESA

(lisää…)

Ruohomaita ja sapelihampaita

25 miljoonaa vuotta  –  25 metriä

Avoimet ruohomaat ovat yleisiä. Maapallolla elää runsaasti sapelihampaisia petonisäkkäitä. Koppisiemeniset kasvit kehittyvät ja lajiutuvat.

Kuva: Deagostini | UIG | Science photo library

(lisää…)

Viilentyminen alkaa

34 miljoonaa vuotta – 34 metriä

Maakannas Etelämantereen ja Etelä-Amerikan välillä katkeaa. Etelämannerta kiertävä kylmä merivirta käynnistyy, ja Etelämanner alkaa jäähtyä ja jäätiköityä.

Kartta: Christopher R. Scotese

(lisää…)

Alpit kohoavat

40 miljoonaa vuotta  –  40 metriä

Alpit kohoavat vuoristoksi Afrikan törmätessä Eurooppaan. Nykyiset nisäkkäiden pääryhmät ja yli puolet nykyisistä lintulahkoista on jo olemassa.

Kuva: M. Klüber | Wikimedia

(lisää…)

Lämmin ilmasto

48 miljoonaa vuotta  –  48 metriä

Ilmasto on erittäin lämmin ja valtamerten pinnat ovat edelleen korkealla. Baltia ja Suomi ovat ajoittain matalan meren peitossa. Baltian meripihka syntyy. Lisäksi kehittyy paljon uudentyyppisiä nisäkkäitä kuten sorkka- ja kavioeläimiä. Suden näköinen valaiden alkumuoto Pakicetus elää Aasiassa.

Kuva: Cristopher R. Scotese

(lisää…)

Nisäkkäät monimuotoistuvat

60 miljoonaa vuotta – 60 metriä

Pussieläimistä ja istukallisista nisäkkäistä kehittyy nopeasti uusia lajeja. Ensimmäiset hyönteissyöjät, kädelliset ja jyrsijät kehittyvät.

Kuva: Carl Buell | O’Leary et al, Science 2013

(lisää…)

Dinosaurusten tuho

66 miljoonaa vuotta  –  66 metriä

Jukatanin niemimaalle iskeytyy läpimitaltaan kymmenen kilometrin kokoinen asteroidi (Chicxulubin kraateri). Intiassa tapahtuu massiivinen Deccan basalttilaakiopurkaus. Ilmassa on runsaasti pölyä ja tuhkaa ja seuraa katastrofaalisen nopeita muutoksia: Lämpötila laskee, otsonikerros tuhoutuu, happosateet yleistyvät. Suurin osa dinosauruksista, kaikki lentoliskot sekä monet merieläimet, kuten ammoniitit ja belemniitit, kuolevat sukupuuttoon.

Kuva: Mark A. Garlick

(lisää…)

Korkeita merenpintoja ja tyrannosauruksia

70 miljoonaa vuotta  – 70 metriä

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ja keskilämpötila ovat korkealla.  Eurooppa on laajalti matalan meren peitossa. Monet kalkkikivikerrostumat, kuten Doverin rantatörmät, syntyvät matalan meren pohjaan kerrostuvista tarttumalevien kalkkikuorista. Kukkakasvit yleistyvät. Dinosaurukset ovat monimuotoisia, Triceratopsit ja Tyrannosaurus rex kehittyvät.

Kuva: Christopher R. Scotese

(lisää…)

Lappajärven meteoriitti

73 miljoonaa vuotta – 73 metriä

Halkaisijaltaan noin 500 metriä oleva asteroidi iskee Lappajärven alueelle 50 km/s nopeudella. Isku vastaa voimakkuudeltaan miljoonaa Hiroshiman tomipommia, mutta ilman radioaktiivista säteilyä. Räjähdys tappaa kaiken elämän muutaman sadan kilometrin säteellä.

Kuva: Google Maps

(lisää…)

Kukkakasveja ja höyheniä

100 miljoonaa vuotta  –  100 metriä

Koppisiemeniset eli kukkakasvit yleistyvät nopeasti. Dinosaurukset ovat monimuotoisia ja monilla teropodi-petodinosauruksilla, kuten linnuilla, on höyheniä. Pussieläimet kehittyvät. Valtamerien keskiselänteiden vulkanismi on aktiivista, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus korkea ja ilmasto lämmin. Seulasten avoin tähtijoukko syntyy.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Dinosaurukset monimuotoistuvat

150 miljoonaa vuotta  –  150 metriä

Ilmasto on kuuma ja kostea. Dinosaurus- ja lentoliskolajit monimuotoistuvat. Esimerkiksi suuret sauropodit ovat yleisiä. Linnut kehittyvät. Maapallolla kasvaa havupuita, käpypalmuja ja saniaisia. Valtamerissä on ammoniittilajeja. Yksisoluiset kalkkikuoriset tarttumalevät yleistyvät. Mantereet kulkeutuvat erilleen, ja Atlantti laajenee.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Sukupuutto tekee tilaa dinosauruksille

201 miljoonaa vuotta  –  201 metriä

Pangean supermanner hajoaa. Merenpinnan vaihteluiden, asteroiditörmäysten tai vulkanismin aiheuttamat ilmastonmuutokset tappavat noin puolet tunnetuista eliömuodoista. Ensimmäiset krokotiilit kehittyvät.

Kuva: Christopher R. Scotese.

(lisää…)

Ensimmäiset dinosaurukset

220 miljoonaa vuotta  –  220 metriä

Pangean supermanner on hajoamassa. Ilmasto on lämmin ja kuiva. Valtamerten pinnat ovat korkealla. Matelijat monimuotoistuvat. Dinosaurusten, kilpikonnien ja nisäkkäiden varhaisia muotoja kehittyy. Maapallolla kasvaa käpypalmumetsiä. Eroosio on hävittänyt Suomesta nämä kerrostumat. Aurinkokunta on edellisen kerran siinä kohdassa Linnunrataa, jossa se on nyt.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Suuri kuolema

252 miljoonaa vuotta  –  252 metriä

90 % eliölajeista kuolee sukupuuttoon. Syynä oli todennäköisesti valtavia Siperian laakiobasalttipurkauksia seurannut ilmastonmuutos tai mahdollisesti asteroiditörmäys. Vanhimmat merenpohjat ovat tämän ikäisiä, joten merkkejä tätä vanhemmasta elämästä tai törmäyksistä ei pystytä etsimään meren pohjista. Matalat sisämeret kuivuvat vuorisuolakerrostumiksi.

Kuva: Ron Miller

(lisää…)

’Esinisäkkäitä’ Pangealla

270 miljoonaa vuotta  –  270 metriä

Pangean supermanner on laajimmillaan. Jääkausi päättyy ja ilmasto alkaa lämmetä. Havupuut ja ’esinisäkkäät’ eli synapsidit monimuotoistuvat.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Suometsistä kivihiileen

300 miljoonaa vuotta  –  300 metriä

Mannerten liikkeet ja suometsien hiilidioksidin sitominen viilentävät ilmastoa. Jäätiköitymiset aiheuttavat merenpinnan voimakasta vaihtelua ja monikymmenmetrisistä lieko- ja saniaispuumetsistä syntyy pääosa Maan kivihiilikerrostumista. Sammakkoeläimet monimuotoistuvat ja ensimmäiset matelijat kehittyvät. Suuri osa nykyisistä hyönteisryhmistä kehittyy ja Meganeura-sudenkorennon siipien kärkiväli on yli 70 cm. Suomi sijaitsee trooppisessa vyöhykkeessä.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Selkärankaiset ryömivät maalle

370 miljoonaa vuotta – 370 metriä

Kalalajit ja maakasvit monimuotoistuvat.  Ensimmäiset sammakkoeläimet ja hyönteiset kehittyvät. Himalajan korkuinen Kaledoninen vuorijono kuluu, ja siitä syntyvät paksut jokikerrostumat peittävät Etelä-Suomen. Kaledonisesta vuorijonosta on jäljellä mm. Skandit eli Kölivuoristo ja Appalakit.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Ensimmäiset putkilokasvit

425 miljoonaa vuotta  –  425 metriä

Ensimmäiset putkilokasvit kehittyvät. Merissä elää panssarikaloja, jotka ovat ensimmäisiä leuallisia selkärankaisia, sekä rustokaloja eli haiden ja rauskujen sukulaisia. Euroopan ja Pohjois-Amerikan mantereet törmäävät ja Kaledoninen vuorijono syntyy.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Jääkaudet aiheuttavat sukupuuttoja

444 miljoonaa vuotta – 444 metriä

Mantereet jäätiköityvät liikkuessaan eteläiselle napa-alueelle. Jäätiköt sitovat veden, ja merenpinta laskee. Matalien merien eliöstöstä 85 % kuolee sukupuuttoon.

Kuva: Edubucher | Wikimedia

(lisää…)

Kasvit ja eläimet nousevat maalle

 470 vuotta  –  470 metriä

Maksasammalet ja niveljalkaiset nousevat ensimmäisinä kasveina ja maaeläiminä kuivalle maalle. Kosmisen asteroiditörmäyksen seurauksena maahan kohdistuu poikkeuksellisen voimakas meteoriittisade. Se ei aiheuta sukupuuttoaaltoa, vaan kiihdyttää uusien lajien kehittymistä Itämeren altaassa sekä muissa merissä.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Matalat meret kuhisevat elämää

485 miljoonaa vuotta – 485 metriä

Valtamerien pinta on korkeimmillaan. Eläinkunta jatkaa monimuotoistumista. Ensimmäiset selkärankaiset kehittyvät. Korallit, oikosarviset, sammaleläimet, lonkerojalkaiset, trilobiitit ja ensimmäiset selkärankaiset muodostavat kalkkikivikerrostumia Itämeren alueella.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Eläimet monimuotoistuvat!

541 miljoonaa vuotta – 541 metriä

Eläimet monimuotoistuvat nopeasti. Merten happipitoisuus on nousemassa, saalistajia kehittyy ja monille eläinryhmille, kuten trilobiiteille, kehittyy kova kuori, mikä mahdollistaa niiden säilymisen fossiileina. Suurin osa nykyisistä eläinten pääryhmistä, kuten selkäjänteiset, syntyy. Tätä monimuotoistumista kutsutaan kambrikauden räjähdykseksi. Lounais-Suomea peittävät matalat meret.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Pehmeitä kiinnittyneitä eläimiä

575 miljoonaa vuotta  –  575 metriä

Ediacara-eliöstö monimuotoistuu matalissa merissä. Näihin ohuisiin, pehmeisiin eläimiin kuuluu mm. polttiaiseläinten ja sienieläinten varhaisia muotoja sekä monia vaikeasti luokiteltavia lajeja. Etelä-Suomi on osin matalan meren peitossa.

Kuva: Christian Jegou

(lisää…)

Praesepen avonaiset tähtijoukot

625 miljoonaa vuotta  –  625 metriä

Härän kuvion Hyadien ja Kravun kuvion Praesepen avonaiset tähtijoukot syntyvät.

Kuva: Miguel Garcia | Wikimedia

(lisää…)

Ensimmäiset eläimet jääplaneetalla

660 miljoonaa vuotta – 660 metriä

Suuri osa Maapallosta jäätiköitynyt. Jäätiköitä on jopa lähellä päiväntasaajaa ja merijäätä on paljon. Jäätiköt aiheuttavat sukupuuttoja ja tyhjentyneet ekolokerot täyttyvät lämpimämpien välikausien aikana. Ensimmäiset eläimet eli sienieläinten alkumuodot kehittyvät.

Kuva: Fahad Sulehrian

(lisää…)

Rodinia supermanner

900 miljoonaa vuotta – 900 metriä

Mantereet ovat kerääntyneet yhteen laattatektoniikan vaikutuksesta ja muodostavat Rodinia-supermantereen. Happea tuottava fotosynteesi sitoo hiilidioksidia. Tulivuoritoiminta on alhaista. Ilmakehässä on vain vähän kasvihuonekaasuja. Maapallo alkaa jäähtyä lumipallomaaksi.

Kuva: Ari Brozinsky | Geologia.fi

(lisää…)

Monisoluisuus: Punalevät

1 200 miljoonaa vuotta – 1,2 kilometriä


Monisoluiset rihmamaiset punalevät kehittyvät. Monisoluisuus mahdollistaa solujen välisen työnjaon sekä suurikokoisten eliöiden kehittymisen.

Kuva: Narrissa Spies | Wikimedia

(lisää…)

Satakunnan oliviinidiabaasit

1 275 miljoonaa vuotta – 1,3 kilometriä

Satakunnassa esiintyvä kivilaji oliviinidiabaasi on peräisin Maan vaipasta ja edustaa muinaisten tulivuorten purkauskanavia. Oliviinidiabaasit ovat erinomaisia kiuaskiviä. Satakuntaan muodostuu myös hiekkakiviesiintymiä.

Kuva: Ari Brozinski

(lisää…)

Ensimmäiset levät

1 500 miljoonaa vuotta – 1,5 kilometriä

Ensimmäiset levät kehittyvät, kun varhainen aitotumallinen solu ottaa sisäänsä yhteyttävän syanobakteerin eli ’sinilevän’, josta kehittyy viherhiukkanen. Columbia supermanner hajoaa 1500-1300 miljoonaa vuotta sitten.

Kuva: Mukaillen Kelvinsong | Wikimedia

(lisää…)

Rapakivigraniittia

1 600 miljoonaa vuotta  –  1,6 kilometriä

Valtavat vulkaaniset Rapakivi-graniittiesiintymät muodostuvat Fennoskandian alueella. Aikavaelluksen merkkikivet ovat tasarakeista Rapakiveä Taivassalosta.

Kuva: Kevin Walsh | Wikimedia

(lisää…)

Columbia supermanner

1 700 miljoonaa vuotta – 1,7 kilometriä

Mantereet kerääntyvät yhteen ja muodostavat Columbia-supermantereen 1,8 – 1,5 miljardia vuotta sitten.

Kuva: Ari Brozinsky | Geologia.fi

(lisää…)

Lohkoliikuntoja Etelä-Suomessa

1 800 miljoonaa vuotta  –  1,8 kilometriä

Eteläisen ja läntisen Suomen Svekofenninen vuoristo hajoaa ja tapahtuu nopea maan kohoaminen. Maankuori muuttuu hauraaksi ja siihen muodostuu murrosvyöhykkeitä, kuten Etelä-Suomen syvät merenlahdet, Halikonlahti ja Mynälahti, saariston Kihti ja osa Suomen järvien altaista.

Kuva: Mukaillen Google Maps

(lisää…)

Mineraalit muuntuvat

1 834 miljoonaa vuotta  –  1,83 kilometriä

Sarmantia-manner etelästä ja Amazonia-manner lännestä törmäävät Svekofenniseen pääalueeseen, minkä seurauksena Etelä-Suomen nykyinen maanpinta joutuu 18 kilometrin syvyyteen ja 800 °C lämpötilaan. Mineraalit alkavat muuttua uusiksi metamorfisiksi mineraaleiksi. Kiviaines sulaa, jolloin syntyy seoskiviä eli migmatiittia ja kivisulaa eli graniittista magmaa.

Kuva: Juha Ojanperä | Wikimedia

(lisää…)

Suomen kallioperä repeilee

1 860 miljoonaa vuotta – 1,9 kilometriä

Litosfäärilaattojen liikesuunnat muuttuvat, ja syntyy venyttävää liikettä, joka aiheuttaa Suomen alueelle suuria syvänteitä (sedimenttialtaita). Hollolan Tiirismaan vanha hiekkakivi on esimerkki tällaisesta.

Kuva: Geologia.fi

(lisää…)

Etelä-Suomen kallioperä muodostuu

1 880 miljoonaa vuotta  –  1,88 kilometriä

Mikromantereet ja tulivuorikaaret törmäävät yhteen Suomen alueella. Törmäyksestä käytetään nimeä Fennian orogenia, ja se synnyttää maahamme Svekofennisen vuoriston.

Kuva: Zhen Zhao | Wikimedia

(lisää…)

Etelä-Suomessa tulivuorisaaria

1 900 miljoonaa vuotta  –  1,9 kilometriä

Etelä-Suomessa on vilkasta saarikaaritulivuoritoimintaa, samanlaista kuin Filippiineillä nykyään. Tulivuoritoiminnan merkit ovat edelleen nähtävissä kallioperämme amfiboliiteissa. Lisäksi Aitolahden hiilipussit (Corycium enigmaticum eli “arvoituksellinen pikkupussi”) syntyvät. Näitä pidettiin aikoinaan maailman vanhimpina fossiileina. Nyt tiedetään, että ne ovat syanobakteereja muistuttavia mikrofossiileja.

Kuva: Wolfgangbeyer | Wikimedia

(lisää…)

Happivallankumous ja aitotumalliset

2 200 miljoonaa vuotta  –  2,2 kilometriä

Syanobakteerien eli ’sinilevien’ tuottamaa happea alkaa kertyä ilmakehään ja valtavasti mikrobeja kuolee sukupuuttoon. Aitotumallisten eliöiden sisällä elää symbioosissa happea hengittäviä bakteereita, joista mitokondriot kehittyvät. Syanobakteerit muodostavat Peräpohjan stromatoliitit Tervolan Peuranpalossa.

Kuva: Mukaillen Kelvinsong | Wikimedia

(lisää…)

Happivallankumous ja lumipallomaa

2 300 miljoonaa vuotta – 2,3 kilometriä

Happivallankumous on käynnissä. Syanobakteerien eli ’sinilevien’ tuottama happi hapettaa ilmakehän metaanin hiilidioksidiksi ja ilmasto kylmenee. Maa on ajoittain kokonaan jään peitossa. Suomessa on jäätiköitä. Rauta saostuu merien pohjalle vuorotellen hapettuneessa ja pelkistyneessä muodossa, mikä osoittaa hapen määrän valtamerissä vaihtelevan.

Kuva: Fahad Sulehrian

(lisää…)

Karjalan kallioperä

2 700 miljoonaa vuotta – 2,7 kilometriä

Suurin osa Pohjois- ja Itä-Suomen kallioperästä muodostuu. Laattatektoniikka liikuttaa mantereet yhteen, minkä tuloksena syntyy Kenorland-supermanner. Kenorland hajoaa 2 500 miljoonaa vuotta sitten.

Kuva: Mukaillen Geologia.fi | Geophysics, Uppsala University

(lisää…)

Yhteyttäminen

3 000 miljoonaa vuotta  –  3 kilometriä

Happea tuottava yhteyttäminen (fotosynteesi) on käynnistymässä, mutta happi sitoutuu mineraaleihin ja meriveteen. Mantereet liikkuvat yhteen muodostaen Ur-supermantereen.

Kuva:  Y. Tsukii | Protist Information Server

(lisää…)

Monimuotoiset mikrobit

3 500 miljoonaa vuotta – 3,5 kilometriä

Monilajisia mikrobikasvustoja esiintyy sekä merissä että kallioperässä. Niiden fossiileita löytyy nykyisin Etelä-Afrikasta ja Australiasta. Osa eliöistä osaa jo yhteyttää, mutta kyseinen reaktio ei vielä tuota happea. Pudasjärven Siuruan trondhjemiittinen gneissi, Euroopan vanhin alue, muodostuu.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Elämän ensimerkit

3 800 miljoonaa vuotta  –  3,8 kilometriä

Valtamerissä saattaa olla jo elämää. Vanhimmista sedimenttikallioista Grönlannin Isuassa on löytynyt jäänteitä meren pohjalle mahdollisesti laskeutuneista solukasaumista. Täyttä varmuutta näiden hiilihippusten eloperäisyydesta ei kuitenkaan ole.

Kuva:  Mojzsis et al, Nature, 1996

(lisää…)

Elämä syntyy

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

(lisää…)

Meteoriittipommitus

4 000 miljoonaa vuotta  –  4 kilometriä

Maapalloon osuu paljon meteoriitteja. Jupiterin ja Saturnuksen kiertoajat tulevat yhteismitallisiksi aiheuttaen Uranuksen ja Neptunuksen ratojen vaihtumisen. Aurinkokunnan sisäosissa on paljon komeettoja. Valtava määrä kappaleita osuu Maahan ja tuhoaa suurimman osan Maan pinnasta. Jos Maahan on jo syntynyt elämää, se tuhoutuu. Kuun suuret kraaterit syntyvät.

Kuva: Ron Miller

(lisää…)

Vanhimmat kivet

4 280 miljoonaa vuotta  – 4,3 kilometriä

Maapallon vanhimmat kivilajit syntyvät. Näitä löytyy Hudson Bayn alueelta Kanadasta. Pimeän energian antigravitaatio valtaa maailmankaikkeuden aineen gravitaatiolta eli vetovoimalta.

Kuva: Tillman | Wikimedia

(lisää…)

Maankuori muodostuu

4 400 miljoonaa vuotta – 4,4 kilometriä

Maa saavuttaa nykyiset mittansa. Ensimmäinen maankuori ja vanhimmat zirkonikiteet muodostuvat. Niitä löytyy Australian Yilgarn kratonin Jack Hillsin hiekkakivistä. Ilmakehässä vesihöyrynä ollut vesi sataa alas. Maan ytimen muodostuminen ja differentaatio ovat valmiit.

Kuva: Walter Myers

(lisää…)

Maan kerrokset erottuvat

4 500 miljoonaa vuotta  – 4,5 kilometriä

Maan ydin, vaippa- ja kuorikerrokset erottuvat. Raskaammat alkuaineet painuvat alaspäin muodostaen Maan ytimen, kun taas kevyemmät jäävät paikalleen tai kohoavat.

Kuva: Mukaillen Nevetsjc | S | Wikimedia

(lisää…)

Kuu syntyy

4 530 miljoonaa vuotta  –  4,5 kilometriä

Kuu syntyy. Todennäköisesti Marsin kokoinen kappale, Theia, törmää esimaahan. Kreikan mytologiassa Theia on Selenen eli Kuun äiti. Maan kiertoradalle lentää roisketta, josta syntyy Kuu.

Kuva: Ron Miller

(lisää…)

Maa syntyy

4 568 million years – 4.6 kilometres

Maa syntyy nopeasti silikaateista ja raudasta. Kertymäkiekon aines, josta maa syntyy, on niin kuuma, että kaikki vesi ja muut kaasuuntuvat yhdisteet ovat haihtuneet siitä. Vesi ja ilmakehän typpi tulevat Maahan myöhemmin asteroidien ja komeettojen mukana.

Image: Ron Miller

(lisää…)

Aurinkokunta muodostuu

4 568 miljoonaa vuotta  –  4,6 kilometriä

Osa tähtienvälisestä kaasupilvestä tiivistyy pyöriväksi kaasukiekoksi. Kaasukiekon kaasu ja pöly asettuvat ohueksi tasoksi. Siitä muodostuvat muutamassa kymmenessä miljoonassa vuodessa planeetat. Aurinko syttyy. Maaplaneetan synty alkaa.

Kuva: Fahad Sulehrian

(lisää…)

Kaksoistähti η CAS

5 100 miljoonaa vuotta  –  5,1 kilometriä

Kaksoistähti η Cas syntyy. Tähti näkyy Suomessa kaikkina vuodenaikoina, eikä siis laske täällä. η Cas sijaitsee Kassiopeian tähtikuvion W:n oikean puoliskon vasemman haaran keskellä.

Kuva: Torsten Bronger | Wikimedia

(lisää…)

Lähitähti 61 Virginis

5 300 miljoonaa vuotta  –  5,3 kilometriä

Lähitähti 61 Virginis syntyy. Tähti on auringonkaltainen, ja sen ympäriltä on löydetty planeettoja. Kaksi planeetoista on noin Neptunuksen kokoisia ja yksi on viisi kertaa Maata painavampi.

Kuva: Kevin Heider | LightBuckets | Wikimedia

(lisää…)

Eksoplaneetta 51 Pegasi b

6 000 miljoonaa vuotta  –  6 kilometriä

Tähti 51 Peg syntyy. Tähden ympäriltä löydettiin vuonna 1994 ensimmäinen auringonkaltaista tähteä kiertävä eksoplaneetta. Planeetan massa on noin puolet Jupiterista, ja sen kiertoaika tähden ympäri on hieman yli neljä päivää. Tähti sijaitsee Pegasuksen tähtikuvion suuren neliön oikean sivustan puolivälissä.

Kuva: M. Kornmesser | N. Risinger | skysurvey.org | ESO

(lisää…)

Pimeä energia ja laajeneminen

6 660 miljoonaa vuotta – 6,7 kilometriä

Maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy pimeän energian vaikutuksesta.

Kuva: Ann Feild | NASA

(lisää…)

Puolimatka

6 900 miljoonaa vuotta  –  6,9 kilometriä

Maailmankaikkeuden ikä on puolet nykyisestä. Aikaa alusta on kulunut ainakin 216 300 000 000 000 000 sekuntia. Valo kulkee tässä ajassa noin 65 000 000 000 000 000 000 000 km.

Kuva: Hanne Martelius

(lisää…)

Galaktiset superjoukot

7 700 miljoonaa vuotta – 7,7 kilometriä

Galaktiset superjoukot alkavat muodostua. Linnunratamme kuuluu Laniakea-superjoukkoon. Laniakea muodostuu paikallisesta galaksiryhmästä, Virgon galaksijoukosta sekä valtavasta määrästä muita galaksijoukkoja ja galaksiryhmiä.

Kuva: Tully et al, Nature, 2014

(lisää…)

Linnunrata

8 650 miljoonaa vuotta – 8,7 kilometriä

Linnunradan kiekko syntyy. Ensimmäiset kolmannen sukupolven tähdet (Pop. I) syntyvät. Näillä tähdillä on mahdollisuus synnyttää ympärilleen Maankaltaisia planeettoja. Aurinkokunnan syntyyn on vielä neljä miljardia vuotta.

Kuva: S. Brunier | ESO

(lisää…)

Tähtipurkausgalaksit

10 330 miljoonaa vuotta – 10,3 kilometriä

Tähtien synty on voimakkainta tähtipurkausgalakseissa. Tähtiä syntyy näissä galakseissa jopa 100 kappaletta vuodessa. Linnunradassa syntyy nykyisin yksi tähti vuodessa.

Kuva: R. Gendler et al. | IDA | ESO

(lisää…)

Kvasaarit

11 010 miljoonaa vuotta – 11 kilometriä

Maailmankaikkeudessa on paljon aktiivisia galakseja, kvasaareja. Kvasaarit ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia kohteita.

Kuva: M. Kornmesser | ESO

(lisää…)

Galaksijoukot

11 500 miljoonaa vuotta – 11,5 kilometriä

Maailmankaikkeuden suurimmat rakenteet, galaksijoukot, alkavat muodostua. Paikalliseen galaksiryhmään kuuluu Linnunrata, Andromedan ja Kolmion galaksit sekä noin 50 pikkugalaksia. Lähin galaksijoukko on Neitsyen tähtikuvion Virgon joukko, jonka keskusgalaksi on M87. Virgon galaksijoukossa on noin 2000 galaksia.

Kuva: ESO

(lisää…)