- Early Earth Environment
- Selvästi Maa oli hyvin kuuma, jolloin nestemäinen vesi haihtui ilmakehään. Maan jäähtyessä painovoiman vangitsema vesihöyry kuitenkin tiivistyi, putosi sateena eikä kiehunut pois vaan pysyi varastoituneena altaisiin, joista tuli järviä ja valtameriä. Uskottiin myös, että tektoninen toiminta aiheutti tuolloin monia tulivuorenpurkauksia. Nykyisistä tulivuorista tiedämme, että purkautuessaan ne vapauttavat hiilidioksidia, typpeä ja monia muita kuin happikaasuja. Koska maapallolla ei ollut suojaavaa ilmakehää, sitä pommitettiin jatkuvasti meteoriiteilla ja muilla avaruusromuilla, jotka olivat vielä liikkeellä alkuräjähdyksestä. Nykyisen tähtitieteellisen tutkimuksen perusteella tiedämme, että meteoriitit voivat kuljettaa mukanaan jäätä ja muita yhdisteitä, myös hiilipohjaisia yhdisteitä. Tutkijat uskovat siis, että maapallon varhainen ilmakehä koostui vesihöyrystä, hiilidioksidista, hiilimonoksidista, vedystä, typestä, ammoniakista ja metaanista. Huomaa, että varhaisen maapallon ilmakehässä ei ollut happea!
- Millerin ja Ureyn synteesi
- Wegener: Wegener: Plate Tectonics and Continental Drift
- Geologian viimeaikaisten edistysaskeleiden ansiosta tiedämme nyt, että kaikki pinnanmuodot – maa ja vesi – itse asiassa kelluvat viskoosissa maan vaipassa, joka kannattelee maan liikkuvaa kuorta ja ulointa kerrosta. Kiinteä maankuori eli mannerlaatta, jossa me elämme, on yksi monista erikokoisista, epäsäännöllisen muotoisista kappaleista, jotka liikkuvat tiettyihin suuntiin. Ajatusta siitä, että nämä suuret mannerlaatat ovat jatkuvassa liikkeessä, joka syntyy geotermisen kuumenemisen, konvektion ja liikkeen vaikutuksesta, kutsutaan laattatektoniikaksi.
- Sukupuutto ja geneettinen monimuotoisuus
- Adaptiivinen säteily
Early Earth Environment
Jos siis Pasteur on oikeassa ja elämä syntyy vain olemassa olevasta elämästä, mistä ja miten elämä alkoi? Monet teoriat yrittävät vastata tähän kysymykseen, mukaan lukien suosittu kreationistinen teoria, jonka mukaan Jumala loi ihmisen omaksi kuvakseen, mikä saattaa itse asiassa pitää paikkansa. Tässä jaksossa kuitenkin havainnollistetaan tieteellisiä todisteita, jotka johtavat evoluution tielle. Loppujen lopuksi molemmat teoriat saattavat osoittautua samoiksi.
Monien oletusten perusteella varhaisen maapallon olosuhteiden noin kolme-neljä miljardia vuotta sitten uskotaan olleen hyvin erilaiset kuin nykyään. Aluksi ”alkuräjähdykseksi” kutsuttu tähtitieteellinen ilmiö määritellään teoriassa, jossa ehdotetaan, että maapallo oli yksi niistä suuremmista hiukkasista, jotka yhdistyivät yhteen maailmankaikkeuden alkuräjähdyksen eli alkuräjähdyksen jälkeen, jossa kaikki maailmankaikkeuden hiukkaset syöksyivät pois keskipisteestä ja määrättiin hitaasti pyörimään tämän pisteen ympärillä.
Selvästi Maa oli hyvin kuuma, jolloin nestemäinen vesi haihtui ilmakehään. Maan jäähtyessä painovoiman vangitsema vesihöyry kuitenkin tiivistyi, putosi sateena eikä kiehunut pois vaan pysyi varastoituneena altaisiin, joista tuli järviä ja valtameriä. Uskottiin myös, että tektoninen toiminta aiheutti tuolloin monia tulivuorenpurkauksia. Nykyisistä tulivuorista tiedämme, että purkautuessaan ne vapauttavat hiilidioksidia, typpeä ja monia muita kuin happikaasuja. Koska maapallolla ei ollut suojaavaa ilmakehää, sitä pommitettiin jatkuvasti meteoriiteilla ja muilla avaruusromuilla, jotka olivat vielä liikkeellä alkuräjähdyksestä. Nykyisen tähtitieteellisen tutkimuksen perusteella tiedämme, että meteoriitit voivat kuljettaa mukanaan jäätä ja muita yhdisteitä, myös hiilipohjaisia yhdisteitä. Tutkijat uskovat siis, että maapallon varhainen ilmakehä koostui vesihöyrystä, hiilidioksidista, hiilimonoksidista, vedystä, typestä, ammoniakista ja metaanista. Huomaa, että varhaisen maapallon ilmakehässä ei ollut happea!
Meteorologit epäilevät, että salamat, rankkasateet ja ultraviolettisäteily yhdistettynä voimakkaaseen vulkaaniseen toimintaan ja jatkuvaan meteoriittipommitukseen tekivät varhaisesta maapallosta mielenkiintoisen, mutta inhorealistisen ympäristön.
Millerin ja Ureyn synteesi
Kaksi amerikkalaistiedemiestä eli Stanley Miller ja Harold Urey suunnittelivat kokeen, jonka tarkoituksena oli simuloida varhaisessa maapallossa esiintyviä olosuhteita ja havainnoida sitä, missä vaiheessa elämä voi olla kehittynyt. He yhdistivät metaania, vettä, ammoniakkia ja vetyä astiaan likimain sellaisina pitoisuuksina, joita teorian mukaan on ollut varhaisessa maapallossa. Salaman simuloimiseksi he lisäsivät sähköisen kipinän. Päiviä myöhemmin he tutkivat muodostunutta ”keittoa” ja havaitsivat useita yksinkertaisia aminohappoja! Vaikka tämä koejärjestely ei luultavasti edustanut tarkasti varhaisen maapallon kaasuyhdistelmien prosenttiosuutta, tohtori Millerin ja muiden tekemät jatkotyöt, joissa käytettiin erilaisia yhdistelmiä, tuottivat kaikki orgaanisia yhdisteitä. Vielä vuonna 1995 Miller tuotti urasiilia ja sytosiinia, kahta DNA:ssa ja RNA:ssa esiintyvää typen emästä. Tähän mennessä ei kuitenkaan ole laboratoriossa tehty eläviä asioita elottomista asioista. Mielenkiintoista on, että meteoriitteja koskevissa jatkuvissa tutkimuksissa on vasta vuonna 1969 havaittu, että ne sisältävät kaikkia viittä typpiemästä. Tämä herättää hypoteesin, että ehkä elämälle välttämättömät ainekset on tuotu ulkoavaruudesta!
Wegener: Wegener: Plate Tectonics and Continental Drift
Katsomalla nykypäivän maailmankarttaa on helppo havaita, kuinka Afrikan länsipuolen rantaviiva näyttää vastaavan Etelä-Amerikan itärannikkoa. Kun kartografinen osaaminen ja tietämys mantereen rajoista lisääntyi merenkulun tutkimusten myötä, saksalainen meteorologi Alfred Wegener esitti vuonna 1912 maapallon siirtymishypoteesin. Hän esitti hypoteesin, jonka mukaan nykyiset maamassat todella liikkuvat ja ovat luultavasti kaikki saaneet alkunsa yhdestä suuresta maamassasta. Hänen teoriansa mannerten ajelehtimisesta sai maapallon maamassat näyttämään jättiläismäisiltä kelluvilta saarilta, jotka toisinaan liikkuvat poispäin ja toisinaan törmäävät toisiinsa voimien vaikutuksesta, joita hän ei osannut kuvata. Vaikka Afrikan ja Etelä-Amerikan välinen anomalia huomattiin, hänen teoriansa ei saanut paljon kannatusta hänen elinaikanaan.
Geologian viimeaikaisten edistysaskeleiden ansiosta tiedämme nyt, että kaikki pinnanmuodot – maa ja vesi – itse asiassa kelluvat viskoosissa maan vaipassa, joka kannattelee maan liikkuvaa kuorta ja ulointa kerrosta. Kiinteä maankuori eli mannerlaatta, jossa me elämme, on yksi monista erikokoisista, epäsäännöllisen muotoisista kappaleista, jotka liikkuvat tiettyihin suuntiin. Ajatusta siitä, että nämä suuret mannerlaatat ovat jatkuvassa liikkeessä, joka syntyy geotermisen kuumenemisen, konvektion ja liikkeen vaikutuksesta, kutsutaan laattatektoniikaksi.
Lattatektoniikka selittää, miten suuret maamassat erkanevat toisistaan ja myös törmäävät toisiinsa. Tämä maapallon jatkuva liike, joka usein mitataan senttimetreinä vuodessa, on vastuussa maanjäristyksistä, tulivuorista, merenpohjan leviämisestä ja mannerlaattojen ajautumisesta.
Vaikuttaa siltä, että Wegener oli oikeassa; varhaiset erilliset maamuodot liittyivät luultavasti yhteen muodostaakseen yhden ainoan maamassan eli superkontin nimeltä Pangaija noin 250 miljoonaa vuotta sitten paleotsooisen aikakauden lopulla. Huomaa kuvassa Pangaea ehdotettu superkontin muoto.
Elämä, joka oli kehittynyt erillisillä maamassoilla, joutui nyt kilpailemaan muista eristetyistä maamassoista peräisin olevien elämänmuotojen kanssa, kun nämä maamassat yhdistyivät yhdeksi. Kilpailu tilasta, ravinnosta ja suojasta sekä lisääntynyt saalistaminen loivat lisää luonnollisia valintapaineita. Fossiiliaineistot viittaavat joukkokuolemiin ja geneettisen monimuotoisuuden huomattavaan muutokseen tänä aikana.
Toinen biologiseen monimuotoisuuteen vaikuttanut kataklysminen tapahtuma tapahtui noin 200 miljoonaa vuotta sitten mesotsooisella kaudella. Tuolloin Pangaian alue alkoi erkaantua toisistaan, ja eristyneistä maamuodoista tuli jälleen omia ainutlaatuisia eristettyjä evoluutiolaboratorioitaan. Erottautuvat maamassat eristäytyivät toisistaan lisääntymisteknisesti.
Sukupuutto ja geneettinen monimuotoisuus
Sukupuutto näyttää olevan luonnollinen ilmiö, ja luonnonvalinnan tavoin se suosii tiettyjen lajien lisääntymistä vähemmän sopivien lajien kustannuksella. Uhanalaisuus on tietyn lajin kaikkien jäsenten ja niiden geneettisen täydennyksen häviämistä, jota ei enää koskaan saada takaisin. Fossiiliset todisteet osoittavat, että massasukupuuttoa, kuten permikautista sukupuuttoa, jolloin Pangaian alue muodostui, ja liitukauden lopulla, jolloin dinosaurukset hallitsivat maailmaa, seurasi kasvun ja geneettisen vaihtelun kausi. Ilmeisesti sukupuuttoon kuoleminen avasi reuna-alueet jäljelle jääneiden lajien kolonisaatiolle. Nisäkkäät ovat klassinen tutkimus tästä asiasta, koska niiden tiedetään olleen olemassa 50-100 miljoonaa vuotta dinosaurusten asuttamilla alueilla ennen dinosaurusten sukupuuttoa. Dinosaurusten häviämisen jälkeen nisäkäsfossiilit viittaavat huomattavaan lajistoitumiseen ja kokonaismäärän kasvuun, jotka molemmat liittyivät todennäköisesti uusien alueiden hankkimiseen ja dinosaurusten häviämiseen kilpailijoina ja saalistajina.”
Adaptiivinen säteily
Perinnöllisen monimuotoisuuden nopea lisääntyminen sukupuuton, maamassojen jakautumisen tai muun kataklysmisen tapahtuman jälkeen voi johtua adaptiivisesta säteilystä, joka tunnetaan myös nimellä divergentti evoluutio.
Säteilyä kutsutaan säteilyksi, koska geneettisesti toisistaan poikkeavat jälkeläiset näyttävät säteilevän jostakin keskipisteestä, aivan kuten auringon säteet auringosta. Divergentin evoluution aikana jälkeläiset omaksuvat erilaisia ominaisuuksia, joiden ansiosta ne pystyvät miehittämään yhtä erilaisia markkinarakoja.
Klassinen esimerkki sopeutuvasta säteilystä on Darwinin loppuunsaattama tutkimus, jonka hän teki havainnoidessaan 13:aa erilaista suomulajia kuuluisan Galapagossaarille suuntautuneen löytöretkensä aikana. Itse saaret soveltuvat hyvin adaptiiviseen säteilyyn, koska ne koostuvat lukuisista pienistä saarista, jotka sijaitsevat lähekkäin Tyynellämerellä noin 200 kilometriä (125 mailia) länteen Ecuadorista, Etelä-Amerikassa.
Darwinin aikojen jälkeen tehty analyysi finkkien lajistosta paljasti, että perustajapopulaatio saapui mantereelta ja asettui saarelle. Erityiset saaripaineet aiheuttivat todennäköisesti sen, että kyseinen laji kehittyi uudeksi lajiksi, joka erosi mantereen lajista. Kun suomut valtasivat saaren, kilpailu lisääntyi, ja pioneerilajit ovat saattaneet siirtyä toiselle saarelle. Näin syntyi uusi perustajaeläinlaji, joka sopeutui uusiin saaripaineisiin ja muuttui uudeksi lajiksi. Samoin loput saaret asutettiin peräkkäin. Koska jokainen saari on hieman erilainen, suomujen sopeutuminen oli usein ainutlaatuista vain tietylle saarelle. Lisäksi suomut saattoivat palata asutulle saarelle ja kilpailla olemassa olevien lajien kanssa tai palata ja jakaa reviirin, suojan ja resurssit ja elää rauhanomaisesti rinnakkain. Paluu asutulle saarelle aiheutti luultavasti myös lisää luonnollisia valintapaineita.
Emme ole vieläkään varmoja siitä, miten elämä syntyi Maassa. Se voi olla taivaallinen mestariteos, tähtitieteellinen anomalia tai sarja mutaatioita ja sopeutumisia. On olemassa todisteita, jotka puoltavat kumpaakin teoriaa. Siitä huolimatta samankaltaisuusmallit näyttävät yhdistävän joitakin eliöitä läheisemmin kuin toisia.
Ote teoksesta The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004, kirjoittanut Glen E. Moulton, Ed.D.. Kaikki oikeudet pidätetään, mukaan lukien oikeus kopiointiin kokonaan tai osittain missä tahansa muodossa. Käytetty sopimuksesta Alpha Booksin kanssa, joka on Penguin Group (USA) Inc:n jäsen.
Tilatkaa tämä kirja suoraan kustantajalta Penguin USA:n verkkosivuilta tai soittamalla numeroon 1-800-253-6476. Voit ostaa tämän kirjan myös Amazon.comista ja Barnes & Noblesta.
