Elämälle sopiva koti (Elämän synnyn ongelmia järjestysnumerolla -1)

18.12.2013 klo 00.27, kirjoittaja
Kategoriat: Astrobiologia

Elämä ilmestyi Maa-planeetalle n. 4 miljardia vuotta sitten, heti pian sen jälkeen kun Aurinkokunta ja Maa olivat muodotuneet ja olosuhteet uudella planeetalla olivat rauhoittuneet elämälle kelvollisiksi. Mitkä asiat ja olosuhteet vaikuttivat siihen että elämä syntyi juuri täällä – sitä ei tarkkaan tiedetä. Ehkä jonkinlaista elämää on syntynyt muillakin planeetoilla, joko tässä tai muissa planeettakunnissa – itseasiassa on jopa mahdollista että Maan(kin) elämä olisikin saanut alkunsa jossakin muulla lähiavaruudessa, esimerkiksi Marsissa – ja on mahdollista että alkeellista elämän kemiaa tapahtuisi jossakin Aurinkoa kiertävässä komeetassa. Jokatapauksessa, elämä siis joko käynnistyi täällä, tai putosi tänne taivaalta – mutta merkittävää on että se kotiutui tänne ja on säilynyt tällä planeetalla aina näihin päiviin asti. Tämä Maan elämä on niin haurasta ja herkkää että se ei olisi selvinnyt millä tahansa taivaankappaleella.

Mitkä sitten ovat ne olosuhteet jotka ovat tehneet Maa-planeetasta niin mukavan kodin tälle Maan elämälle? Ensinnäkin siihen on vaikuttanut sopiva ja turvallinnen kosminen ympäristö:  Aurinkokunta sijaitsee riittävän kaukana voimakkaista säteilylähteistä, kuten galaksin keskustasta. Se syntyi juuri galaktisen kiekon keskivaiheilla, missä tähtisumut ja niistä syntyvät nuoret tähdet kantavat jo rikasta kosmista perimää – raskaampia alkuaineita kuten hiiltä ja muita metalleja – ja näistähän päästään helposti rakentamaan elämän kodiksi kelpaavaa planeettaa.  Galaktisen kehän ulkoreunoilla, vanhoissa tähdissä, ei ehkä olisi riittävästi näitä elämän rakennusaineita.

Tämän koti-planeetan ja planeettakunnan rakentuminen tapahtui n. 4,6 miljardia vuotta sitten jonkun paikallisen pölypilven romahtamisen kautta. Planeettakuntien syntymisen dynamiikka on vanhastaan ajateltu aika yksinkertaiseksi – mutta mitä enemmän siitä tiedetään, sen herkemmäksi ja dynaamisemmaksi prosessiksi se havaitaan. Joka tapauksenssa, pyörivän pölykiekon keskellä materiaali tiivistyy tähden esiasteeksi. Sitä kiertävään kiekkoon syntyy materiakeskuksia joihin kasaantuu enemmän ja enemmän samalla radalla kiertävää materiaalia, ja kun kiertoradan kaikki materiaali on kerääntynyt samaan protoplanetaariseen möhkäleeseen sitä voidaankin jo kutsua planeetaksi. Planeetat keräävät itseensä kaiken mitä niiden kiertoradalla on, mutta niiden lopullinen koostumus riippuu paljon siitä missä kohtaa kertymäkiekkoa ne syntyvät:  Planetaarisen kiekon kuumemmissa sisäosissa niihin kerääntyy mineraaleja ja kaasuja, mutta kiekon ulommissa ja viileämmissä osissa kaasut ovat jään muodossa, ja yhdessä mineraalien kanssa ne muodostavat jättiläisplaneetoja. Nämä keräävät itseensä yhä enemmän jäitä ja kaasuja, ja näin jättiläisplaneettojen pinnat peittyvät syviin ja tiheisiin kaasukehiin.  Näin ainakin kävi tässä meidän Aurinkokunnassamme – tosin tämä ei ilmeisesti ole mikään sääntö, koska muualla planeettakunnat näyttävät muodostuvan ihan eri näköisiksi.

Aurinkokunnan sisempien kiviplaneettojen kaasukehät kehittyivät hyvin dynaamisesti: Auringon syttyminen puhalsi pois niiden paksun alkuperäisen kaasukehän, mutta uusia kaasuja tuli planeetoille komeettojen mukana, ja kiviperään sitoutuneiden kaasujen vapautuessa ilmaan. Nuoren Maan pintaan paiskautuvat isot kappaleet tosin pyyhkivät nämäkin kaasukehät toistuvasti ulos avaruuteen – mutta planeetoille tuli kuitenkin yhä lisää haihtuvia yhdisteitä, ja pysyvän ilmakehän muodostuminen riippui lopulta siitä oliko planeetan vetovoima riittävän suuri estämään kaasumolekyylien pakenemisen ilmakehästä. Maa ja Venus pitivät ilmakehänsa, Mars taas vähitellen menetti sen. Maan ilmakehä siis vaihtui useita kertoja sen ensimmäisten vuosimiljoonien aikana. Samoin vaihteli lämpötila – alkaen sulasta magmapallosta, joka jäähtyi – jäähtyi – jäähtyi – ja olisi päätynyt jääplaneetaksi elleivät ilmakehän (vaihtelevat) kasvihuonekaasut olisi säätäneet termostaattia korkeammalle, aina kulloisesta kaasukoostumuksesta riippuen.

Monet tekijät yhdessä vaikuttivat siihen millaisiksi olosuhteet kehittyivät  Maa-planeetalla ajan myötä. Auringon lämpötila määräytyi sen koon ja iän mukaan – planeetan lämpötila taas määräytyi Auringon lämpötilan, planeetan etäisyyden, sen pinnan heijastavuuden (albedon) ja sen kaasukehän perusteella. Planeetan kiertoradan muoto  ja planeetan oman akselin kaltevuuskulma ja sen vaihtelut vaikuttivat myös merkittävästi olosuhteisiin. Maa-planeetalle kävikin sellainen onnellinen sattumoinen että törmättyään dramaattisesti yhteen naapurinsa (Theian) kanssa se sai kiertoradalleen hienon ja kauniin kiertolaisen – Kuun.  Kuu vaikutti Maan olosuhteisiin merkittävästi: alkuvaiheissaan se pysytteli niin lähellä emoplaneettaansa että ehti kiertää planeetan viisikin kertaa vuorokaudessa ja nostattaa samalla satojen metrien korkuiset vuorovedet. Tämän merkitystä varhaiselle elämälle emme osaa edes arvioida. Etäännyttyään kauemmas se kuitenkin vakiinnutti Maan akselin pyörimiskulmaa ja samalla olosuhteiden ja vuodenaikojen vaihteluita, ja tämä ainakin vaikutti suotuisasti elämän olosuhteisiin. Planeetan ytimen koostumus (sula/kiinteä rautaydin- ilmeisesti) taas synnytti planeetan ympärille magneettikentän joka yhä suojelee koko planeettaa ja sen eliökuntaa kovalta ionisoivalta säteilyltä. Vesi-valtameret yhdessä veteen liunneiden ja vaippaan painuvien mineraalien kanssa tuottivat kidevedellisiä kevyitä mineraaleja, nämä edelleen mannerlaattoja jotka kelluvat merenpohjan laatan päälle, ja nämä puolestaan yhdessä Maan vaipan konvektiovirtausten kanssa tektonisen kiertokulun joka kierrätti – ja yhä kierrättää – Maan uumeniin painuneet kaasut – kuten veden, ja hiilen oksidit  – takaisin ilmakehään.   

Planeetta Maa itse on dynaaminen kokonaisuus, ja kaikki sen ominaispiirteet, yhdessä planeettakunnan muiden kappaleiden kanssa, määräävät siitä millaiset olosuhteet  täällä vallitsevat. Nuo olosuhteet mahdollistivat sen että planeetta muuttui elämän kodiksi. Mutta kuinka ollakaan: kotonahan on tapana sisustaa uudelleen. Elämä onkin totaalisesti muuttanut tämän planeetan olosuhteita. Ensimmäisen vuosimiljardin ajaksi se muutti ilmaston metaanipitoiseksi  ja nosti lämpötilan ehkä jopa 60-80 C asteeseen.  Sittemmin, keksittyään miten vettä hajotetaan auringonvalon avulla, se muutti ilmakehän happipitoiseksi, ja samalla aiheutti – useaankin kertaan – koko planeetan painumisen syvään totaalijääkauteen. …  Ja onhan elämä sittemminkin monella tavalla muuttanut Maan ilmakehää.

Vielä takavuosina monet tutkijat arvelivat että planeetalla pitää kaikkien tekijöiden olla juuri tasan kohdallaan, niinkuin sadun Kultakutrilla, jotta Elämä voi sinne asettua taloksi. Silti – silti emme vielä tiedä mikä on kriittistä, mikä ei.

7 kommenttia “Elämälle sopiva koti (Elämän synnyn ongelmia järjestysnumerolla -1)”

  1. Pekka Janhunen sanoo:

    Terve,

    Tässä on paljon asiaa josta leijonanosasta olen samaa mieltä. Jäin kuitenkin miettimään seuraavia yksityiskohtia.

    1) ”Auringon syttyminen puhalsi pois niiden paksun alkuperäisen kaasukehän”, tämä viittaa kaiketi nuoren tähden voimakkaaseen aurinkotuuleen joka sputteroi hiukkasia ilmakehän ylimmästä osasta ja/tai roihupurkausten UV- ja röntgensäteilyyn joka lämmittää ja laajentaa yläilmakehää. Koko ilmakehän häätäminen geologisesti ajatellen varsin lyhyessä ajassa on kuitenkin kova urakka näille prosesseille. Ehkä kuitenkin päämekanismi oli törmäykset, joihin tekstin jatkossa viitataankin.

    2) ”Mars taas vähitellen menetti [ilmakehänsä]”. Ehkä, mutta on myös mahdollista että Marsin ilmakehän hiilidioksidin pääosa on sitoutuneena napakalotteihin. Hiilidioksidi härmistyy sitä korkeammassa lämpötilassa mitä korkeampi on paine. On mahdollista että Marsin ilmakehän paine ja napojen talvilämpötila asettuvat nykyisiin arvoihinsa tällaisen takaisinkytkennän kautta. Ajatus jonka mukaan Marsin ilmakehän pääosa olisi karannut avaruuteen herättää kysymyksen miksi prosessi olisi pysähtynyt juuri kun ilmakehästä oli enää rippeet jäljellä. Eli miksi Mars ei pakoteorian tapauksessa olisi täysin ilmakehätön kuten Merkurius? Yläilmakehän pakomekanismien tehokkuus (paennut massa per pinta-ala ja aika) riippuu vain heikosti painovoiman korkeusriippuvuuden kautta siitä kuinka tiheä ja syvä ilmakehä alla on.

    3) ”…planeetan ympärille magneettikentän joka yhä suojelee koko planeettaa ja sen eliökuntaa kovalta ionisoivalta säteilyltä.” Ilmakehä on se pääasiallinen kilpi joka suojelee Maan pintaa kosmiselta säteilyltä, magneettikenttä suojaa lähinnä ISS:n astronautteja. Säteilyn kannalta elämä pärjäisi ilmankin magneettikenttää. Napa-alueilla kenttä suojelee nytkin melko heikosti, samoin käy koko planeetalla aina kun kentän napaisuus vaihtuu, silti naalit juoksevat ja elämä jatkuu.
    t:/p.

  2. Kirsi Lehto sanoo:

    Pekka! Kiitos näistä tarkennuksista! Olinkin jo tietoinen siitä että ainakin tuon magneettikentän merkittävyys on tullut jo kiistetyksi – mutta myös nuo muut näkökohtasi osoittavat sitä miten moninaiset seikat vaikuttavat planeetoilla vallitseviin olosuhteisiin. Jatketaan keskutelua ja tarkennetaan kuvaa — tuo blokini olikin ikäänkuin sellainen vanha ”standardimalli” – sanotaan vaikka että tarkentavan keskustelun lähtökohdaksi! Kiitos sinulle!!

  3. Lasse Reunanen sanoo:

    Aistien kehittyminen kenties oli se alkuun paneva voima, jota elämänmuodot alkoivat jalostaa. Kaikkein pienimmilläkin itsenäisesti liikkuvilla eliöillä on jonkinlaiset aistimet, monesti valon eri vaihteluita vastaanottavina silmät – yleensä parillisesti kaksi jakautumisperintönämme (muitakin valoaaltojen ulkopuolisten säteilyjen aistimia tunnetaan). Valon ”aistimista” voinee toteutua jo joissakin elottomissa yhdisteissä (en tiedä esimerkkejä niistä itse kertoakseni).

  4. Jorma Kilpi sanoo:

    Ajatuskoe: ajatellaan maapalloa ilman elämää. Kiviplaneetta jossa meriä ja jonkinlainen kaasukehä sekä vuorovesi-ilmiön aiheuttava kuu. Etäisyys auringosta sopiva. Laattatektoniikka. Tiputamme mereen jotain alkeellisimpia/vanhimpia tuntemiamme elämänmuotoja ja odotamme. Valtaako elämä planeetan sisustaen sen uudelleen? Jos ei, niin miksi ei?

  5. Kirsi Lehto sanoo:

    Jorma. Ajatuskokeesta tulee tällainen tulos: Jos pudotat elottoman Maan pinnalle jotakin jo hyvinkin eläväistä – siis soluja – niin niiden selviytyminen riippuu siitä millaisia ne ovat, ja mihin kohtaan ne pudotat – siis, ovatko ne ollenkaan sellaisia jotka ovat jo aiemmin sopeutuneet vastaaviin olosuhteisiin, osaavatko ne käyttää ravinnokseen sellaista materiaalia mitä siinä ympäristössä on. Jos tiputtaisit mereen vaikkapa jonkun syaanobakteerin tapaisen solun, siis sellaisen joka pystyy saamaan energiansa suoraan auringon valosta niin sehän lähtisi siinä iloisesti kasvamaan ja valtaisi ihan pienessa ajassa kaikki tuon elottaman maapallon meret. Jos taas pudottaisit siihen vaikkapa jotakin hyvin happamissa oloissa tai kuumissa oloissa viihtyviä rikkibakteereita tai arkkeja – ne tuskin säilyisivät…. Kaikista alkeellisimmat elämän muodot — niitähän emme tarkkaan tiedä mitä ne ovat olleet – mutta on oletettavaa että ne olisivat ollet jotakin virusten tapaisia lisääntymiskykyisiä RNA-juosteita — ja ne taas tarvitsevat hyvinkin tarkkaan oikean laiset olosuhteet, jotkut sellaiset ”alkuliemen” tapaiset – eli sellaisiet joissa on runsaasti valmiina paljon niiden tarvitsemia molekyylejä — joten nämä eivät varmastikaan olisi selvinneet avoimessa merivedessä (ne tarvitseivat jonkinlaiset ”hautomo-olosuhteet”). … Siis, aikamoista onnenkauppaa, tuo elämän selviytyminen, jos se putoaa uudelle ja oudolle planeetalla, vaikka se planeetta olisikin ”elämän vyöhykkeellä”. Mutta ihan varmaa on se että JOS tuo elämän ymppi säilyy ja lähtee kasvamaan, se tuottaa jonkun ihan toisenlaisen eliökunnan kehityskulun kuin mitä tällä planeetalla on tapahtunut… Mielenkiintoinen kokeilu, jokatapauksessa…

    terv. K.

  6. Jorma Kilpi sanoo:

    Kiitos vastauksestasi! Täsmennän vielä ajatuskokeeni ideaa joka liittyi oikeastaan tuohon planeetan sisustamiseen enemmin kuin elämän syntyyn. Siis laitamme vaikka sellaisia syaanobakteereita paikkaan jossa niillä on hyviä edellytyksiä lähteä lisääntymään. Ja oletetaan sitten että elämä tällä tavalla saa pysyvän jalansijan. Varmasti eliökunnan kehityskulku olisi aivan erilainen kuin Maan. Mutta: syntyisikö monisoluisia organismeja? Syntyisikö kasveja ja eläimiä? Syntyisikö lehtivihreä? Etenisikö elämä mereltä maalle ja kaasukehään? Eli olisivatko nämä suuret suuntaviivat täysin erilaisia?

  7. 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?

Vastaa käyttäjälle Kirsi Lehto Peruuta vastaus

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *