Arkisto


Mistähän ihmeen sopasta se elämä oikein syntyi (Elämän alun ongelmia järjestysnumerolla 2)

31.1.2014 klo 22.31, kirjoittaja
Kategoriat: Astrobiologia

Elämän alkuperän ongelmaa on pohdiskeltu ja koetettu selittää jo niin kauan kuin ihminen on mitään kultturelleja ajatuksia muistiin kirjannut. Nyt näissä pohdiskeluissa – ja kokeellisessa tutkimuksessa – on päästy jo varsin hyvään yksimielisyyteen siitä että nykyinen elämänmuotomme – siis tämä elämä missä geneettinen informaatio on koodattuna DNA-juosteiden emäsjärjesykseen, se kopioidaan siitä RNAksi,  RNAn emäsjärjestyksen avulla liitetään yhteen aminohappoja proteiinien tuottamiseksi, näiden avulla taas  kopioidaan DNAta ja tuotetaan RNAta, ja niin edelleen, loputtomasti —-siis, nyt tiedetään että tätä elämää on edeltänyt yksinkertaisempi, itseään ylläpitävä systeemi, eli RNA-maailma. Tässä systeemissä RNA-juosteet pystyivät auttamaan (katalysoimaan) omaa (ja toistensa) kopioitumista, ja näin pitämään yllä itseään, ja kehittymään pidemmiksi ja monimutkaisemmiksi. Nämä RNA-yhteisöt myös vähitellen oppivat liittämään yhteen aminohappoja, eli tuottamaan proteiineja. Näistä sitten tulikin tärkeitä työkaluja, jotka edistivät RNA-eliöiden säilymistä ja lisääntymistä (RIEMUVOITTO!). Jossakin vaiheessa proteiinit myös mahdollistavat RNA:n kopioitumisen DNAksi – sekin oli riemuvoitto, sillä se mahdollisti genomien kasvamisen suuriksi ja kestäviksi. Nämä varhaiset kehitysvaiheet – itseään ohjailevat RNAt, proteiineja koodaavat RNAt, ja RNAt jotka kopioituvat DNAksi (säilyvyyden parantamiseksi)  – ne kaikki muistuttivat hyvin läheisesti eri tyyppisiä nyky-viruksia, joka viittaa siihen että nuo varhaiset maailmat olivatkin (ehkä, todennäköisesti) jonkinlaisia virus-maailmoita … (tämä on taas oma tarinansa..)

Yksimielisyys siis vallitsee siitä että nuo varhaiset, replikoituvat, itseään ohjailevat RNAt olivat keskeinen askel elämän esiintulossa. Kun prosessia mietitään tästä taaksepäin, niin mielipiteet  jakaantuvat kahteen koulukuntaan. Toiset elämän synnyn tutkijat (tyypillisesti solu- ja molekyylibiologit, ja maallikot) ovat sitä mieltä että RNAn rakennuspalikat – ne neljä erilaista, toisiinsa spesifisesti pariutuvaa nukleotidia – syntyivät jossakin sopivassa ympäristössä  – sitten ne sattuivat ketjuuntumaan riittävän pitkäksi nauhaksi eli juosteeksi – ainakin yhdeksi sellaiseksi –  joka sitten alkoi jollakin marginaalisella tehokkuudella kopioida itseään – joka prosessi sitten johti kyseisen juosteen  rikastumiseen – ja siitähän se  ikiliikkuva systeemi sitten käynnistyi …

Toinen koulukunta – ja tätä edustavat tyypillisesti orgaaniset kemistit jotka ovat laboratoriossa koettaneet toteuttaa noiden nukleotidien synnyttämistä ja ketjuunnuttamista, kaikenlaisissa mahdollisissa olosuhteissa – sanovat että jooo-o, onhan tuo ikäänkuin hiukan, teoriassa, ja marginaalisesti mahdollista – mutta äärimmäisen marginaalisesti. Periaatteelisina ongelmina ja esteinä ovat mm. sellaiset seikat kuin että 1) elottomassa luonnossa periaatteessa tapahtuu helppoja ja kemiaaliseen tasapainotilaan johtavia reaktioita (ei tällaisia ”lähes mahdottomia” reaktioita) – 2) kun johonkin pelkistävään molekyyliseokseen johdetaan energiaa, se synnyttää sekalaisen yhdistelmän kaikenmaailman orgaanisia molekyylejä ( ns. toliineja – eli tervan tapaista ainetta joka ei edes liukene veteen)  – 3) ne yhdisteet jotka liukenevat veteen, näissä olosuhteissa, pyrkivät mieluummin hajoamaan kuin kasvamaan – 4) jos taas reaktio aloitetaan vain puhtailla nukleotideilla, siis juuri vain niillä ”oikeilla palikoilla”, niin ne eivät halua ketjuuntua, ja jos ketjuuntuvatkin, niin kaikilla mahdollisilla väärillä tavoilla …  5) eri synteesivaiheisiin ja molekyylien eri rakenteisiin,  tarvittaisiin SAMANAIKAISESTI  hyvin erilaisia olosuhteita – kuumaa ja kylmää, märkää ja kuivaa, ja erilaisia mineraalikatalyyttejä –.

Siis, RNA-kemistit näyttävät olevan taipuvaisia ajattelemaan että  on hyvin epätodennäköistä että RNA-maailma olisi suoraan rakentunut noista elottamista rakennuspalikoista. Yksinään, ilman mallia,  ne eivät pysty rakentamaan sitä ensimmäistäkään toimivaa polymeeria…

Ratkaisuksi RNA-kemistit ovat hakeneet ja testanneet erilaisia yksinkertaisempia rakennuspalikoita – eli molekyylejä jotka olisivat voineet helpommin tuottaa toimivia katalyyttisiä polymeereja – jotka sitten olisivat voineet synnyttää RNA maailman. Tuo esi-RNA-maailma olisi voinut koostua joistakin RNA:n kaltaisista juosteista, jotka sitten vähitellen olisivat optimoituneet, osa osalta, ja olisivat lopulta muuntuneet nykyisen tyyppiseksi RNAksi. Tätä todistaa sekin että nykyinen RNA (samoin kuin DNA) on kemiallisilta ominaisuuksitaan niin optimaalista että se ei olisi voinut syntyä suoraan sellaiseksi, vaan on välttämättä luonnonvalinnan tuottama huipputuote.

Ne varhaisemmat kopioituvat juosteet olisivat voineet muodostua mistä tahansa sokerikomponentista (esimerkiksi kuuden, viiden, neljän tai kolmen hiilen sokereista, eri tavoin kääntyneistä ja liittyneistä renkaista), tai yksinkertaisista aminohapoista (glysiinistä, kysteiinistä, alaniinista…). Informatiiviset osat taas olisivat voineet syntyä monista erilaisista puriini- ja pyrimidiini-emäksistä – myös pelkät puriiniryhmät olisivat voineet pariutua keskenään – tai ne olisivat voineet syntyä ihan muistakin typen ja hiilen rengasmaisista yhdisteistä, esimerkiksi aminotriatsiinirenkaista…. Sokeriyksikköjä taas olisi voinut yhdistää useat muutkin yhdisteet kuin fosfaattiryhmät (itseasiassa, fosfaatti tuli käyttökelpoiseksi VASTA entsyymikemian avulla!!) – ehkä käyttökelpoisin linkkerimolekyyli  esi-RNA-juosteessa olisi ollut glyoksylaatti …

Mielenkiintoista on että kaikista näistä edellä mainituista komponenteista voidaan rakentaa synteettisiä juosteita jotka toimivat ohjaavana templaattina RNA:n (tai DNA:n) synteesille – siis, tällaiset juosteet olisivat voineet toimia varhaisena geneettisenä materiaalina joka sitten vähitellen olisi korvautunut paremmilla vaihtoehdoilla, ja lopulta muuttunut RNAksi…

Mielestäni tässä on kuitenkin sellainen käsitteellinen ongelma, että jos tuon varhaisen juosteen rakenne olisi vähitellen muuttunut ihan eri tyyppiseksi rakenteeksi, niin samalla sen ”toiminnallinen informaatio” olisi muuttunut ihan toisenlaiseksi – siis todennäköisesti – toimimattomaksi eli epäinformaatioksi… No, tuo ongelma osoittaa vain minun tietämättömyyttäni tässä asiassa. Luonnonvalinta pystyy tekemään ihmeitä.

Lisäksi, varsin ihmeellisen VIIISAITA ovat nuo orgaaniset kemistit.  Kemiallisen osaamisensa ja mielikuvituksensa perusteella he pystyvät kuvittelemaan ja löytämään jostakin sekalaisesta ”orgaanisesta sopasta” (tai rajattoman suuresta kemiallisesta repertuaarista) molekyylejä, ”palikoita”, joista voisi rakentua, rakentua … jotakin … mistä esiin nousee … jotakin … elämän kaltaista…

Monipuoliset review-artikkelit jotka kattavat elämän synnyn tämän hetkisen tietämyksen löytyvät Cold Spring Harbour julkaisukokoelmasta, likistä

http://cshperspectives.cshlp.org/cgi/collection/the_origins_of_life

12 kommenttia “Mistähän ihmeen sopasta se elämä oikein syntyi (Elämän alun ongelmia järjestysnumerolla 2)”

  1. Kosmos sanoo:

    Luin verkkouutisista, että Atlantin keskiselänteen lähellä on paikka nimeltä kadonnut kaupunki (Lost City). Siellä on hydrotermisten putkien alue(erilainen kuin mustat savuttajat).
    On esitetty teoria, että elämä olisi voinut syntyä mainitun paikan tapaisissa olosuhteissa. Hydrotermisten putkien seinämissä on
    puoliläpäiseviä huokosia, jotka ovat voineet toimia solumuotteina, joissa molekyylit ovat voineet monimutkaista.
    Onko teoria miten uskottava elämän syntytavaksi? Onko siinä pahoja aukkoja?

  2. Metusalah sanoo:

    Blogissa selvästikin vinoillaan orgaanisille kemisteille. En näe siihen kuitenkaan mitään syytä, koska kemian kautta elämän syntyprobleemaa on lähestyttävä. Tämä johtuu tietenkin siitä, että biologiset elinolosuhteet maapallolla olivat ensimmäisinä satoina miljoonina vuosina sangen erilaiset nykyisyyteen verrattuna. Vasta noin miljardin vuoden ikäiselle Tellukselle ilmestyivät bakteerit, jotka kykenivät tuottamaan happea ilmakehään, eli luomaan edellytykset nykyisen kaltaisen elämän kehittymiselle.

  3. Veljenpoika sanoo:

    Olenko ymmärtänyt oikein, että elämän monogeneesi vs. polygeneesi ei ole nykytietämyksen kannalta kiinnostava kysymys?

    Voisin kuvitella, että on mahdotonta ratkaista, onko elämä tai sen esiaste syntynyt kerran (monogeneesi) ja levinnyt moneen paikkaan tai syntynyt moneen kertaan (polygeneesi) samanlaisissa oloissa eri paikoissa ja mahdollisesti eri aikoina.

  4. Lasse Reunanen sanoo:

    Vaikea arvioida ensimmäisiä elämänmuotoja ilman toimivaa mallia. Solullinen elämä kuitenkin lienee suolaisessa vesiliemessä – meren yhteydessä kehittynyt, josta maalle – ilmaan siirtynyt. Perimä kaksoiskierteenä pakkautunut kiinteän vetoketjumaisesti – joka jakautuessaan erkanee kokonaisena. Eri eliöillä Kronosomien määrät vaihtelevia (oliko ihmisellä niitä 46 – parillisesti 23) – erillispaketteina (simpansseillakin taitaa olla toisin). Ehkä niitä paketteja vähitellen kertautunut enemmin – ilman mallien ymmärtämistä ei osaa pidemmälle olettaa…

  5. Kirsi Lehto sanoo:

    Tässä vastauksia kommentteihin:
    Ensiksi, Metusalahin käsitykseen että vinoileisin kemisteille! Hyvänen aika, en suinkaan! Vaan suurella kunnioituksella ihmettelen sitä miten tämä elämän polymeerien hyvin vaikeasti selitettävä alkuperä alkaa nyt avautumaan erilaisten kemiallisten mallien ja kokeiden kautta. Hämmästyttävän hienoa kemiallisen evoluution tutkimista ja kartoittamista. Tällä tavalla elämän alkuperän mysteeri on meille pikkuhiljaa selviämässä…

    ”Kosmos” kysyy olisiko elämän synty saattanut tapahtua Lost City -tyyppisissä mustissa (tai valkeissa)savuttajissa… juu-u, ehkä. Näin on arveltu. Tuollaiset meren alaiset kuumat lähteet tuottavat paljon pieniä orgaanisia yhdisteitä joista elämän rakennuspalikat olisivat voineeet syntyä… ongelmana on kuitenkin että kuumat olosuhteet paremminkin hajottavat kuin tuottavat polymeereja… Todennäköisintä on että elämän syntyyn on tarvittu vaihteleviä olosuhteita – voimakkaita vaihettumisvyöhykkeitä .. tarkkaan ei vielä tiedetä…

    Veljenpojalle: Kysyt onko elämän monogeneesi yhä tärkeä tai kiinnostava asia. Kyllä, ehdottomasti. Nykyisin täällä maassa esiintyvä elämä on selvästi monogeenistä — se on keskeisiltä ominaisuuksiltaan niin yhdenmukaista että se kaikki on selvästikin peräisin yhdestä ja samasta alkuperästä – kaikki elämä siis polveutuu yhdestä yhteisestä varhaiskehityksestä ja sen tuottamasta viimeisestä yhteisetä esi-isästä. … Tämä koskee kaikkia solullisia eläviä eliöitä – -ja myös viruksia- sillä viruksetkin selvästi periytyvät sieltä samasta yhteisestä varhaisesta (esielollisesta) evoluutiosta kuin solullinenkin elämä.

    Sitten on tietenkin mahdollista että yrityksiä elämän syntyy olisi varhaisessa vaiheessa ollut enemmänkin kuin tämä yksi — mutta juuri tämä kehityslinja tuotti vahvimman elämän alun, eli sen ainoan joka sitten säilyi hengissä ja valloitti Maan.

    Lasse Reunasella: Olet aivan oikeassa tuossa mitäs sanot: on hyvin vaikeaa arvioida tai kuvitella sellaisia varhaisia elämän (tai esi-elämän) malleja joista ei ole mitään havaintoa enää olemassa täällä maan päällä. Voimme hyvin hahmottaa elämän kehitystä taakse päin niin pitkälle kuin se rakentuu samanlaisista komponenteista kuin nykyinen elämä (DNA – proteiinit – RNA) – mutta on vaikea rakentaa primitiivisempiä elämän malleja joistakin ihan muista ja yksinkertaisemmista molekyyleistä. Juuri siinä orgaaniset kemistit tekevät hienoa työtä, ihan vain hypoteesien pohjalta – vaikka vielä ei voidakaan todistaa näiden mallien yhteyttä kehittyneempiin elämän muotoihin.

  6. Ihmettelijä sanoo:

    Kiitoksia blogista. Olen nyt lukenut muutaman postauksen ja kirjoitatte kiinnostavasti aiheesta.

    Minulla olisi yksi kysymys joka on ihmetyttänyt aina kun on puhe DNA:sta tai RNA:sta. Voi olla että tämä opetettiin jo koulussa, mutta kenties nukuin tunnilla.

    Eli kuinka RNA pystyy kopioitumaan? Ts. mistä syystä RNA kopioituu? Tämä ihmetyttää siksi että käsittääkseni RNA on vain nippu molekyylejä, joilla ei pitäisi olla erityisempiä intressejä liikahtaa tiettyyn suuntaan, saati sitten keksiä kopioimaan itseään.

    O,o

  7. Metusalah sanoo:

    Kirsi Lehdolle: Hyvä niin. Tulkitsin tämän ”varsin ihmeellisen VIIISAITA ovat nuo orgaaniset kemistit” sarkasmiksi, mutta kerrankos sitä ihminen erehtyy. 🙂

  8. Kirsi Lehto sanoo:

    Vastauksena Metusahalalle: Juu, se oli ehdottomasti tosissaan sanottu. Todella viisaita ovat – ja tietysti monet heistä Nobel-tasoa (Urey, Eigen, Esenmoser, Schosztac, .. varmaan Joyce pian.. ), muut muuten vaan juhlittuja ja kuuluisia …
    Tämä ORIGINS kysymys on nyt saamassa jo laajaa kiinnostusta tutkijoiden piirissä. Uuden EU rahoitusohjelman (Horizon2020) myötä on käynnistynyt ORIGINS niminen työryhmä johon heti ilmoittautui noin sata osallistujaa… ja monia yhteistyö-projekteja on käynnisymässä saman tien… Elämme jänniä aikoja …

    Vastauksena Ihmettelijälle: Kysyt kuinka RNA pystyy kopioitumaan? Ts. mistä syystä RNA kopioituu? Tämä on erittäin hyvä kysymys. Ensiksi, triviaalina vastauksena tähän voi heittää sen koko teorian että RNA-maailman koko olemassa olo perustuu sille ajatukselle että erilaiset RNA-juosteet voivat laskostua sellaisiin rakenteiin jotka toimivat katalyyttisesti – siis proteiinientsyymien tapaan – ja oletettavasti jotkut tällaiset katalyyttiset RNA-juosteet olisivat pystyneet kopioimaan itseään ja myös muita RNA-juosteita, ja siten pitämään elossa koko RNA-maailman… No niin, näinhän se on oletettavsti voinut tapahtua. Ongelmana on kuitenkin se että tällä hetkellä ei vielä ole pystytty luomaan tai tuottamaan sellaisia RNA-juosteita, jotka tekisivät tämän riittävän tehokkaasti ja tarksti. RNA-maailman (siis, pelkkien RNA-genomeiden) on pitänyt kasvaa ja lisääntyä niin suureksi että se tuotti koko proteiinitranslaatiokoneiston – ennekuin se pystyi tuottamaan proteiineja, jotka sitten alkoivat tehdä näitä tarkempia synteesin-ohjailu-työtä.
    Tähän on tarvittu vähintään 10000 nukleotidin kokoinen genomi – ja vähintään kymmenen eri tavalla toimivaa ribozymia — mutta oikeasti paljon paljon enemmän koska systeemi tuotti varmasti paljon muitakin osia kuin nämä jotka sitten sattuivat toimimaan juuri näin — . Jos kopioituminen on epätarkaa se ei pysty tuottamaan ja ylläpitämään näin isoa määrää informattivista sekvenssiä – siksi että virheiden myötä informaatio katoaa pois melkein yhtä nopeasti kuin se syntyykin… Tämä – riittävän geneettisen informaation kasvattaminen RNA-katalyyttien (ribozymien) avulla – on yksi RNA-maailma-ajatuksen suurempia ongelmia…. Mutta — antaahan olla, ehkä se on selviämässä…

  9. Juha Mehtälä sanoo:

    Olisi kiva tietää millaisia todennäköisyyksiä noihin elämän syntyyn liittyviin prosesseihin liittyy. Ja millaisin perustein näitä voidaan arvioida? Kysymyksellä tavoittelen että kuinka hyvin kokeet/havainnot vastaavat maapallon kokoista systeemiä. Vaikka todennäköisyys olisi pieni, suuressa mittakaavassa se voi silti ihan hyvin toteutua pelkän sattuman kautta. Ja toisaalta vaihtelevat olosuhteet (mitä maapallolla varmasti on) voivat muuttaa todennäköisyyksiä eri suuntiin.

  10. Kirsi Lehto sanoo:

    Vastauksena Juhalle:
    Tuo ”todennäköisyys-kysymys” on vaikea vastata — siksi että kokeellinen tiede ei pääse siihen millää käsiksi tällä hetkellä. Sellaista kokonaista reaktioketjua joka tuottaisi elämää elottomista lähtömateriaaleista ei vielä ole keksitty – ei siis tiedetä millaisissa olosuhteissa tai millä ehdoilla se voisi tapahtua. Kokeellinen tiede sen sijaan on keskittynyt testaamaan sieltä erillisiä vaiheita – niitä koetan tässä blokisarjassa käydä läpi yksitellen. Nekin ovat kaikki erikseen vaikeita – mutta kuitenkin mahdollisia ratkaista, ainakin jollakin tapaa. Todennäköisyys sille että koko vaikea ketju toteutuu – tai, millaiset olesuhteet johtavat sen toteutumiseen — näistä meillä ei ole vielä tietoa – paitsi se että tällä planeetalla se ON TAPAHTUNUT. Ja geologisissa aikaskaaloissa mitattuna se on tapahtunut jopa hyvinkin nopeasti – sillä n. 100 miljoonan vuoden kuluessa siitä kun olosuhteet rauhottoúivat, merissä oli jo paljon elämää. Tämä viittaisi siihen että elämä syntyy helposti, ja heti kun olosuhteet sen sallivat…. No, ehkä tietomme näistä kysymyksistä tarkentuu jo lähiaikoina, koska näitä juttuja tutkitaan nyt PALJON.

  11. Metusalah sanoo:

    Elämän synnyn todennäköisyyttä Universumissa voidaan pohtia ihan maallikkojärjelläkin: Kaikkeudessa on vähintään 100 miljardia galaksia, joissa jokaisessa ehkä noin 100 miljardia tähteä. Kun lisäksi tiedetään, että jokaisen tähden syntyprosessiin kuuluu yleensä myös planeettakunnan muodostuminen, täytyy elämän syntymiselle suotuisia planeettoja olla käsittämättömän suuri määrä. Tällaisista lähtökohdista asiaa tarkastellen epätodennäköisetkin tapahtumat – kuten elämän synty – alkavat toteutua. Ja emmehän me lopulta tiedä vielä edes sitä, onko elämän synty planeettakunnissa epätodennäköinen, vai kenties todennäköinen prosessi.
    Oma käsitykseni on, että Universum kuhisee elämää. Ongelmana asian toteamiseksi ovat vain lohduttoman suuret etäisyydet.

  12. Kirsi Lehto sanoo:

    Vastauksena Metusahalahelle: Pohdit tuossa maailmankaikkeuden planeettakuntien ja planeettojen määriä – ja päädyt siihen että mahdollisia ja sopivia elämän koteja etli asuinkelpoisia planeettoja lienee olemassa lukemattomanmonia. Silti emme kuitenkaan vielä tiedä onko elämä ihan tuiki yleistä, (tuiki) harvinaista vaiko peräti ainutlaatuista. Siitä aletaan saada selvempää käsitysta vasta sitten kun elämää löytyy jostakin muualta. Jos sitä löytyy tästä ihan läheltä – eli Marsista- ja jos se on (jotakuinkin) samanlaista kuin täällä meille, se vasta tarkoittaa sitä että se on samaa alkuperää kuin Maan elämä. Jos se olisi erilaista, niin sitten tietäisimme että elämä on syntynyt ainakin kahdesti, ja niillä molemmilla planeetoilla joita on päästy katsomaan – joka viittaisi jo vahvasti siihen että elämä syntyy helposti, ja sitä on olemassa melkein missä vaann missä olosuhteet sen sallivat. Jos taas Marsista ei löydy mitään elämään viittaavaa – ei edes vanhan elämän jäänteitä — tämä taas viittaisi siihen että elämän synty onkin vaikeaa. Tuo Mars – kun se on tuossa tavoittavalla etäisyydellä – tulee siis olemaan meille varsin merkittävä testipaikka, joka tulee antamaan meille ensimmäisen abroksimaation elämän mahdollisuuksista ja yleisyydestä maailmankaikkeudessa…

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Miltä näyttää?

21.1.2014 klo 00.24, kirjoittaja
Kategoriat: Astrobiologia

Kaunis pakkaspäivä ulkona. Valoa riittää kun taivaalla ei ole pilven pilveä. Lumessa ilveksen jäljet ja näköjään metsän pikkujyrsijöitä on taas liikkeellä – metsähiiriä ja -myyriä. Lunta on vain sentin pari, joten ne eivät pääse lumen alle piiloon. Menee vain muutamia viikkoja ja lumet ovat poissa, ja hiirulaisten ei tarvitse juosta valkoisella lumella. Luulisi että lumen sulettua niitä olisi kovin vaikea havaita. Sinun ja minun onkin vaikea nähdä niitä, mutta jos seuraa tuulihaukan touhuja, voi ihmetellä miten ne onnistuvat löytämään hiirulaisia niin tehokkaasti. Osittain ehkä terävän näön johdosta – mutta myös siksi että tuulihaukat näkevät ultravioletissa hiirten virtsajäljet, jotka paljastavat niiden salaiset piilopaikat ruohomättäissä. Hiiri ei valitettavasti tiedä mitään tuulihaukan kyvyistä koska se näkee huonommin, ja ennen kaikkea, ei näe väreissä kovinkaan hyvin, eikä lainkaan tuulihaukalle kirkkaana loistavia jälkiään.

Olisi luonnollista että tähteä kiertävällä planeetalla eliöille kehittyisi näkö ja ehkäpä värinäkökin. Pari kesää sitten kun mikroskopoin Kaarinan Littoistenjärven plankton eliöstöä, ui kuvassa vastaan kymmenesosa millin mittainen yksisilmäinen tohvelieläimen näköinen ripsieläin. Siinä oli kaunis punainen piste. Oli kiehtovaa ymmärtää että tuolla punaisella pisteellä tohvelieläin aistii valoa. Tavallaan silmä – yksisoluisessa eliössä! Vastaavia pieniä valoa aistivia pisteitä tai proteiinikasoja löytyy myös bakteereista ja arkeista. Nekin voivat erottaa päivän yöstä. Punainen täplä ei kuitenkaan muodosta mitään kuvaa – mihin sen muodostaisi sen – eikä se oikeastaan voi aistia edes valon suuntaakaan. Ei oikein kelpaa silmäksi.

ripsielain_2006_08_12_597_9741

Kasvitkin aistivat valoa ja sen suuntaakin, mutta aikamoista mielikuvien venyttelyä vaatisi jos väittäisin että kasvit näkevät. Kasvithan käyttävät valoa energian lähteenä, mikä on meille ja kaikille eläimille tärkeää.

Toisella kertaa osui mikroskoopin näkökenttään akvaariovedessä elävä värysmato. Se on kylkisymmetrinen pieni, muodoltaan yksinkertainen mato. Sillä oli selvästi pää ja häntä ja kaksi pientä silmän näköistä. Voisivatko ne olla oikeita pieniä silmiä? Mato on sentään eläin. Täplissä on muutamia valoa aistivia soluja mutta solukasaumakaan ei oikein riitä kuvan muodostamiseen. Madolla saattaa olla jonkinlainen aavistus kummalla puolella – vasemmalla vai oikealla – on enemmän valoa.

Ensimmäiset varsinaiset kuvaa tuottavat silmät olivat voimakas kilpailuetu ediakara- ja kambrikauden merten elämille. Niitä syntyi itsenäisesti useaan eri pääjaksoon. Sen jälkeen luonto on kehittänyt edelleen erilaisia ratkaisuja silmälle. Hyönteisillä on verkkosilmä, tavallaan satoja pikkusilmiä. Ne eivät näe kovin tarkasti, mutta aistivat herkästi liikettä ja monet niistä aistivat neljästä kuuteen erilaista pääväriä ultravioletista infrapunaan. Vedessä elävillä sirkkaäyriäsillä eli mantisravuilla on huikein värierottelu kyky. Ne näkevät kehittyneillä verkkosilmillään varsin tarkasti ja niiden maailma on aivan huikean täynnä värejä, sillä ihmisen RGB:n sijaan ne pystyvät erottamaan 12 päävärityyppiä, mukaan lukien ultraviolettivalon ja valon polarisaation.

Molukkirapu on myös oikein kummajainen. Se pystyy näkemään näkyvässä ja ultraviolettivalossa. Sillä on kaksi pääverkkosilmää, kilven yläpuolella viisi muuta pienempää kolmion mallista silmää, kilven alla kaksi silmää ja lisäksi niiden pitkä häntä aistii valoa. Silmiä on vaikka toisille jakaa, mutta molukkiravun näköaistin sanotaan silti olevan huono.

Kotoisemmilla hämähäkeilläkin on kahdeksan silmää, kaksi kuvaa muodostavaa verkkosilmää pääsilminä ja kuusi apusilmää hämärä- ja reunanäön parantamiseksi.

Valtamerissä elävillä helmiveneillä on kaksi silmää, toisin niissä ei ole linssiä ja niiden arvellaan näkevän maailman värittömänä ja suttuisena. Silmä toimii kuin camera obscura. Hieman kehittyneemmillä mustekaloilla onkin sitten selkärankaisten silmää muistuttava rakenne, paisti että niillä silmän hermosäikeet ovat valonaistin solujen takana, kun esim. ihmisellä hermosolut ovat silmän aistinsolujen edessä, mistä johtuen meillä on ns sokea täplä. Tämä erilaisuus osoittaa että monimutkainen ja tarkasti näkevä silmä on kehittynyt ainakin kahdesti toisistaan riippumatta.

Haluaisin mainita vielä että käärmeillä on kahden linssillisen selkärankaissilmän lisäksi infrapuna-aistimia pään etu- ja yläosassa. Ne eivät ole varsinaisia kuvaa muodostavia elimiä, mutta niiden avulla sokeatkin käärmeet pystyvät saalistamaan pimeässä.

Evoluutio voi edetä myös takaperoisesti. Maanalaisissa valottomissa luolissa asuvat eliöt menettävät osittain tai kokonaan näkönsä ja silmänsä vaikka aiemmin niiden esi-isillä olisi ollut hyväkin näkökyky. Dinosaurusten valtakaudella alkunisäkkäät piiloutuivat ja ilmeisesti liikkuivat hämärissä. Niiden aiempi monivärinäkö surkastui kaksivärinäöksi, värisokeudeksi. Monille apinoille kuitenkin kehittyi vihreä-herkistä tappisoluista uusi punainen variantti ja niin ollen kolmevärinen näkö.

On ilmeistä että jollakin toisellakin planeetalla elävillä korkeamilla eliöillä kehittyisi näköaisti. Maan eliökunnassa havaitaan valoon reagoivia yhdisteitä jo yksinkertaisimmilla mikrobeilla. Ympäröivän maailman näkeminen on kehittänyt erilaisia silmäratkaisuja useamman kerran. Osa on tarkkoja ja toisen epätarkkoja, on mustavalko- ja monivärinäköjä. Maan alla tai paksun jään peittämissä merissä ei näköaisitin kuitenkaan tarvitsisi edes kehittyä – se olisi vain ylimääräinen rasite. Vai oliskohan sittenkin niin että sielläkin mustien savuttajien heikon infrapunavalon aistiminen voisi olla evolutiivisesti edullista.

Kevään lisääntyvää valoisuutta odottaen.

Harry

Yksi kommentti “Miltä näyttää?”

  1. Erkki Tietäväinen sanoo:

    Kiitos ajatuksia herättävästä kirjoituksesta, jossa esitetyistä johtopäätöksistä olen tismalleen samaa mieltä.

    Näkeminen on ravinnon hankinnan ja saaliiksi joutumisen välttämisen kannalta eläimille keskeinen ominaisuus. Niinpä näköaistin kehittyminen kullekin eliölajille ominaiseksi lienee väistämätön evoluution seuraus. Mutantti, jolle on kehittynyt valon aistimisen kyky omaa täyssokeita lajitovereitaan paremmat lähtökohdat geeniensä periyttämiseen. Mutatoitumisen jatkuessa syntyy joskus yksilöitä, joiden näkökyky on edelleen parantunut. Ne löytävät ruokaa, osaavat piiloitua pedoilta ja pitkään hengissä pysyessään pääsevät periyttämään näkökykynsä seuraaville sukupolville jne., jne.

    Evoluutio lienee universaali ilmiö. Niinpä, jos muilla planeetoilla on älykkäitä olentoja, pitäisin itsestään selvänä, että niille on kehittynyt myös näköaisti.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *