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.