Kysymys elämän alkuperästä on askarruttanut ihmisten mieliä siitä lähtien, kun he ensimmäisen kerran pohtivat paikkaamme maapallolla ja maailmankaikkeudessa. Aihe herättää usein tunteita – ensinnäkin siksi, että se koskee meitä itseämme, ja toiseksi siksi, että biokemisteillä ei ole vielä kattavaa selontekoa niistä erityisistä vaiheista, jotka johtivat elämän syntyyn planeetallamme.
Epätieteellinen ajatus Monet ihmiset on kasvatettu hyväksymään kyseenalaistamatta tietyt periaatteet, joista yksi on se, että elämä on saanut alkunsa jumalan tai jumalien avulla. Teologinen tai filosofinen ajatus siitä, että elämä syntyi tällaisen yliluonnollisen prosessin tuloksena, on uskomus. Myönnettäköön, että se voi olla täysin hyvä uskomus, mutta se on silti vain uskomus, sillä mikään yksiselitteinen tieto, joka voitaisiin hyväksyä tieteellisessä laboratoriossa tai tuomioistuimessa, ei vahvista, että elämä on syntynyt yliluonnollisen olennon tai olentojen toimesta. Tutkijoilla ei ole minkäänlaista selkeää tietoa, joka tukisi ajatusta siitä, että joku tai jokin olisi tallettanut maapallolle jo kauan sitten elämän. Lisäksi meillä ei ole mitään tunnettua tapaa testata kokeellisesti ajatusta, jonka mukaan jumalallinen väliintulo loi elämän.
Tiede on agnostinen, kun on kyse Jumalasta – ei ateistinen, kuten jotkut haluavat lukea tuon kuormittavan sanan väärin – vain agnostinen. Henkilökohtaisten tunteiden tai kulttuuristen vakaumusten lisäksi useimmat ammattimaiset tiedemiehet eivät vain tiedä, mitä tehdä jumalasta tai jumalista. Meillä ei yksinkertaisesti ole mitään luotettavaa tietoa, jonka perusteella voisimme arvioida asiaa.
Uskomus siitä, että elämä syntyi yhtäkkiä jonkin vitalistisen prosessin avulla, on modernin tieteen ulottumattomissa. Nykyistä tieteellistä menetelmää, joka on tutkimusväline, joka perustuu perusteltuun logiikkaan, jota tuetaan kokeellisilla ja havainnollisilla testeillä, ei voida käyttää tutkimaan yliluonnollisia ajatuksia elämän alkuperästä. Näin ollen tällaiset ajatukset, joita ei voida todistaa edes periaatteessa, näyttävät jäävän ikuisiksi ajoiksi uskomuksiksi ja siten tieteen aiheen ulkopuolelle.
Kolme tieteellistä ehdotusta Useat vaihtoehtoiset teoriat elämän alkuperästä eivät vaadi yliluonnollisten olentojen apua. Jokainen näistä teorioista nojaa luonnonperiaatteisiin, ja jokainen niistä voidaan testata kokeellisesti. Nämä teoriat perustuvat siis pikemminkin tieteeseen kuin teologiaan, ja vain yksi niistä on tähän mennessä selvinnyt ajan, kritiikin ja väittelyn koettelemuksesta.
Ensiksi elämä on saattanut syntyä maapallolla panspermian eli ”kaikkialla olevien itiöiden” avulla. Tämä ajatus, jota kutsutaan myös eksogeneesiksi, väittää, että mikroskooppiset elävät organismit tulivat planeetallemme ulkoavaruudesta. Asteroidi tai komeetta, joka ehkä sisälsi alkeellisia soluja tai yksinkertaisia bakteereja, on voinut pudota Maahan joskus menneisyydessä, minkä jälkeen ne ovat miljardien vuosien kuluessa kehittyneet kehittyneemmiksi elämänmuodoiksi, jotka ovat nyt levinneet planeetallamme. Meteoriittien – asteroidien ja komeettojen laskeutuneiden jäänteiden – ei kuitenkaan ole koskaan osoitettu sisältävän vilpittömästi elämää.
Panspermian peruslähtökohta on, että jostain muualta alkunsa saanut alkukantainen elämä laskeutui Maan pinnalle törmäämällä johonkin muuhun kohteeseen, joka jo sisälsi elämää. Useimmat avaruustutkijat kuitenkin väittävät, että suojaamaton yksinkertainen elämä ei todennäköisesti selviäisi ulkoavaruuden ankarasta ympäristöstä tai tulisesta syöksystä ilmakehäämme. Suurenerginen säteily ja nopeat hiukkaset planeettojen välisessä ja tähtienvälisessä avaruudessa sekä raju kitka ja voimakas kuumuus ilmassa liikkuessaan tuhoaisivat lähes varmasti kaikenlaisen elämän pienten taivaankappaleiden selässä. Toisaalta mikroskooppiset itiöt saattaisivat selviytyä tällaisista avaruusolosuhteista, jos ne olisivat syvällä tulevissa kivissä. Jos biologit ovat viime aikoina oppineet jotain uutta elämästä, niin sen, että elämä on hyvin sitkeää ja pystyy usein selviytymään äärimmäisissä ympäristöissä.
(Panspermia-ajatuksesta on olemassa outoja versioita, joista ehkä oudoin on se, että elämä maapallolla on syntynyt avaruusmatkailijoiden tänne aikakausia sitten heittämästä roskasta! Samoin avaruusolennot ovat saattaneet tahallaan kylvää planeetallemme elämää, vaikkapa vain lähetystyön innon vuoksi. Nämä ja muut panspermia-teorian oudot muunnelmat ovat ruokkinut tieteiskirjoittajia vuosikymmeniä, mutta työssäkäyvät tiedemiehet tyytyvät pitämään niitä aidosti ”roskateorioina”)
Panspermiaan liittyvä näkökohta on viime aikoina noussut suosioon – jotkut kutsuvat sitä ”heikoksi panspermiaksi” – jolloin avaruudesta tuodaan Maahan vain elämän ainekset, mutta ei itse elämää. Kun tähtienvälisestä avaruudesta on viime vuosikymmeninä löydetty runsaasti orgaanisia molekyylejä, kuten aiemmassa STELLAR EPOCH -julkaisussa todettiin, jotkut tutkijat ovat esittäneet, että komeettoihin tai asteroideihin sulautuneena maapallolle on saattanut saapua elämän peruskemikaaleja, ei välttämättä itse elämää. Nämä molekyylit olisivat sitten voineet toimia siemeninä, jotka vähitellen synnyttivät elämää luonnollisin kemiallisin keinoin – endogeneesin avulla, kuten jäljempänä selitetään. On totta, että jotkin meteoriitit, erityisesti hiilipitoiset kondriitit, joiden tiedetään sisältävän paljon hiiltä ja olevan peräisin muinaisista asteroideista, sisältävät joukon kemikaaleja, mukaan lukien elämän rakennusaineita, jotka ilmeisesti selviytyivät ilomatkasta Maan ilmakehän läpi.
Murchisonin meteoriitti, joka putosi Murchisonin lähelle Australiassa vuonna 1969, on eturivin esimerkki tämäntyyppisestä bolidaatista, joka sisälsi raakaaineita, jotka olisivat voineet käynnistää elämän maapallolla useiden miljardien vuosien takaa. Muiden meteoriittien on osoitettu sisältävän kuplamaisia orgaanisia palloja, jotka ovat samanlaisia kuin ne, joita on tuotettu laboratoriosimulaatioissa elämän synnystä, joita kuvataan myöhemmin tässä KEMIALLISESSA KATSAUKSESSA. Tuorein meteoriitti laskeutui Kanadan Yukonin alueelle vain muutama päivä uuden vuosituhannen alussa. Lisäksi yksinkertaisia orgaanisia aineita on selvästi havaittu joissakin hyvin tutkituissa komeetoissa, kuten Halleyn, Hale-Boppin ja Hyakutaken komeetoissa, jotka hiljattain vierailivat taivaallamme vieraillessaan Aurinkokunnan sisällä. Ainakin nämä havainnot osoittavat, että tällaiset elämälle välttämättömät molekyylit voivat mahdollisesti muodostua planeettojen välisessä tai tähtienvälisessä ympäristössä ja että ne ovat saattaneet saapua Maan pinnalle vahingoittumattomina tulisen laskeutumisensa jälkeen.
Toisaalta monet biokemistit väittävät, että orgaaniset kemikaalit olisivat voineet muodostua yhtä helposti (ja kenties enemmänkin) Maapallolla kotoperäisinä ilman, että vastauksia maanpäällisiin pulmiin on etsittävä ulkoavaruudesta. Vaikka panspermian käsitteestä tulisikin jonain päivänä lupaavampi ajatus maapallon elämän alkuperästä, se ei kelpaa päteväksi teoriaksi itse elämän alkuperästä. ”Vahva panspermia” (jolloin ehjää elämää putoaa Maahan kuin mannaa taivaasta) vain lykkää kysymystä elämän alkuperästä siirtämällä sen johonkin toiseen, tuntemattomaan paikkaan maailmankaikkeudessa.
Toinen teoria elämän alkuperästä – teoria, joka käsittelee suoraan itse elämän perimmäistä alkuperää – kulkee nimellä spontaani syntyminen. Tässä teoriassa elämän ajatellaan syntyneen melko äkillisesti ja täysin kehittyneenä ei-elämän erikoisista järjestelyistä. Tämä ajatus oli suosittu vielä sata vuotta sitten, mutta vain siksi, että ihmiset johtuivat aistiensa harhaan. Esimerkiksi pienet madot ilmestyvät usein mätäneviin roskiin ja hiiret näyttävät joskus kiemurtelevan spontaanisti likaisista liinavaatteista. Tällaisia ilmiöitä väitettiin aikoinaan todisteeksi uuden elämän spontaanista syntymisestä vanhan elämän hajonneista jäännöksistä. Vaikka havainnot pitivät paikkansa, niiden tulkinnat eivät kuitenkaan pitäneet paikkaansa. Vajaa sata vuotta sitten useimmat luonnontieteilijät eivät vain tajunneet, että kärpäset munivat usein roskiin, minkä jälkeen munista kuoriutuu matoja. Vastaavasti hiiret eivät synny likaantuneissa lakanoissa, vaikka ne tosiaan haluavat piiloutua sinne.
Spontaanin sukupolven teoria osoittautui virheelliseksi, kun tiedemiehet alkoivat valvoa huolellisesti laboratoriokokeita. Erityisesti 1800-luvun ranskalainen kemisti Louis Pasteur oli yksi ensimmäisistä tutkijoista, jotka tekivät kokeita steriileissä olosuhteissa. Käyttämällä erityisesti suunniteltuja laitteita hän pystyi osoittamaan, että mikä tahansa ilmapaketti sisältää mikro-organismeja muiden näkymättömien epäpuhtauksien joukossa. Ilman erityisiä varotoimia ja tarkkaa tarkastusta elävä aine joutuu usein kosketuksiin elottoman aineen kanssa, jolloin syntyy illuusio siitä, että elämä syntyy yhtäkkiä paikkoihin, joissa ei ole aiemmin ollut elämää. Kuumentamalla ilmaa ja tuhoamalla näin mikro-organismit Pasteur kuitenkin kumosi perusteellisesti ajatuksen elämän spontaanista syntymisestä. Kun ilma on steriloitu ja eristetty, se pysyy loputtomiin vapaana elämästä, jopa mikroskooppisesta elämästä.
Kolmas teoria elämän synnystä tunnetaan nimellä kemiallinen evoluutio. Tämän ajatuksen mukaan esibiologiset muutokset muuttavat hitaasti yksinkertaisia atomeja ja molekyylejä monimutkaisemmiksi kemikaaleiksi, joita tarvitaan elämän tuottamiseen. Kemiallisen evoluution keskeinen lähtökohta, jota useimmat tiedemiehet nykyään suosivat, edellyttää, että elämä on syntynyt luonnollisesti ei-elämästä. Tässä mielessä kemiallisen evoluution ja spontaanin sukupolven teoriat ovat samankaltaisia, mutta niiden aikajänteet eroavat toisistaan. Kemiallinen evoluutio ei tapahdu yhtäkkiä, vaan se etenee asteittain rakentaen lopulta yksinkertaisemmista rakenteista monimutkaisia rakenteita. Tämä nykyaikainen teoria viittaa siis siihen, että elämä on syntynyt maapallolla elottoman aineen melko hitaan evoluution avulla. Kuinka hitaasti ja milloin tarkalleen ottaen, siitä emme ole varmoja.
Kemiallisen evoluution aikaskaalaa voidaan arvioida tutkimalla fossiileja – kuolleiden eliöiden kovettuneita jäännöksiä, joiden luurangon ääriviivat tai luiset piirteet ovat säilyneet muinaisissa kivissä. Esimerkiksi kuvassa 5.2 näkyy, kuinka sedimenttikivestä saadaan moninkertaisesti suurennettuna selviä todisteita muinaisten yksittäisten solujen – yksinkertaisimman tunnetun elämänmuodon – fossiilisista jäljistä. Radioaktiiviset testit todistavat, että kiven ikä on tyypillisesti 2-4 miljardia vuotta. Tämän katsotaan olevan aika, jonka fossiilit ovat olleet hautautuneina, ja oletettavasti ne ovat jääneet loukkuun kiveen sen jähmettyessä, mikä tekee niistä vanhimpia koskaan löydettyjä fossiileja.
 |
KUVA 5.2 – Vasemmalla olevassa valokuvassa, joka on otettu mikroskoopin läpi, näkyy kanadalaisesta kivestä löytyneitä fossiilisoituneita soluja, jotka on ajoitettu radioaktiivisella menetelmällä n. ~3 miljardin vuoden ikäisiksi. Näiden alkukantaisten organismien jäännöksissä näkyy keskittyneitä palloja, joissa on puoliksi läpäisevät kalvot, ja pienempiä kiinnittyneitä sferoideja. Oikealla olevassa kuvassa on suurennettu näkymä yhdestä näistä muinaisista soluista selvemmin. Fossiilin sisäseinämän läpimitta on ~10-3 cm (eli 10 mikronia). (E. Barghoorn) |
Tietäen, että maapallo syntyi ~4,5 miljardia vuotta sitten ja että vanhimmat kivet kiteytyivät varhaisesta sulasta olomuodostaan ~4 miljardia vuotta sitten, päättelemme, että elämä on todennäköisesti saanut alkunsa noin miljardi vuotta maapallon muodostumisen jälkeen ja <0,5 miljardia vuotta sen jälkeen, kun maapallon kuori oli jäähtynyt niin paljon, että se pystyi ylläpitämään elämää. Koska vielä vanhempia, vielä löytymättömiä fossiileja on luultavasti hautautuneena jonnekin maapallon kiviin, oletamme, että alkeellisimmilta elämänmuodoilta on saattanut kulua tuskin muutamaa sataa miljoonaa vuotta kauemmin kehittyäkseen kemiallisesti muusta kuin elämästä. Ajateltavissa on, että niihin on saattanut kulua vieläkin vähemmän aikaa, jopa vain vuosituhansia tai vuosisatoja. Vihjeitä elämän syntyhistoriasta ja -tahdista on todennäköisesti kirjoitettu paitsi niiden muinaisiin rakenteisiin (fossiileihin) myös nykyisten eliöiden soluihin ja molekyyleihin (geeneihin).