Milloin elämä alkoi kukoistaa?

Julkaistu: 17.02.2015 / Markus Hotakainen

Elämän synty on edelleen hämärän peitossa, mutta maapallo on kiistatta elävä planeetta – ja on ollut sitä jo pitkään. Liki 3,5 miljardia vuotta vanhoissa stromatoliiteissa on jälkiä muinaisista sinilevistä, mutta tähän asti on arveltu, että vielä kaksi miljardia vuotta sitten elämä oli melko rajoittunutta.

Tuolloin eliöiden katsotaan "oppineen" käyttämään hyväkseen ilmakehän typpeä, joka on tärkeä osa esimerkiksi dna-molekyylin rakennetta. Siitä alkoi elämän monimuotoistuminen ja levittäytyminen yhä laajemmille alueille nuoren Maan merissä.

Washingtonin yliopistossa tehty tutkimus, joka julkaistiin 16. helmikuuta Nature-tiedelehdessä (maksullinen), aikaisti monimuotoisemman elämän kehittymistä yli miljardilla vuodella. Luoteis-Australiassa sijaitsevissa sedimenttikivissä on kemiallisia viitteitä mikrobien typensidonnasta jo 3,2 miljardin vuoden takaa.

Tutkimusryhmään kuuluneen Roger Buickin mukaan aiemman käsityksen mukaan nuoren Maan elämä pärjäsi vaivoin vihamielisessä ympäristössä ja vasta typensidonnan myötä alkeelliset mikrobit alkoivat kukoistaa. Mitä ilmeisimmin niin tapahtui jo paljon otaksuttua aikaisemmin.

Tutkimuksessa tarkasteltiin kaikkiaan 52 näytettä, joiden ikä vaihteli 2,75 miljardista 3,2 miljardiin vuoteen. Näytteet oli kerätty Etelä-Afrikasta ja Luoteis-Australiasta (kuva alla). Sedimenttikerrokset ovat muodostuneet muinaisten mantereiden reunamilla, joten niiden kemialliseen koostumukseen ei ole vaikuttanut esimerkiksi merenalainen vulkanismi.

Kaikkein vanhimmissakin nyt tutkituissa kivissä on merkkejä siitä, että elämä osasi jo hyödyntää ilmakehän typpeä. Eri typpi-isotooppien runsaudet viittaavat siihen, että typensidonta on tapahtunut yksisoluisissa eliöissä esiintyneiden entsyymien ansiosta. Elottomat kemialliset prosessit eivät niitä selitä.

Typensidonta edellyttää typpimolekyylin vahvan kolmoissidoksen murtamista, jolloin eliöt kykenevät hyödyntämään yksittäisiä typpiatomeja. Typen hajottamisen arvellaan onnistuneen molybdeenipohjaisen entsyymin ansiosta.

Sama entsyymi on edelleen yleisin typensidonnassa vaikuttava yhdiste. Nykyisin se ei ole ihme, sillä maapallolla on hapen vaikutuksesta runsaasti molybdeeniä.

Nuoressa Maassa tilanne oli toinen, koska silloin ilmakehässä ei vielä ollut vapaata happea, joka hapettumisen ansiosta olisi kuluttanut kiviä ja vapauttanut niistä molybdeeniä. Alkuaineen esiintyminen riittävän suuressa määrin muinaisuudessa onkin arvoitus.

Aiemmin tällaisten entsyymien arveltiin muodostuneen 1,5–2,2 miljardia vuotta sitten, mutta tuore tutkimus siirtää niiden syntyä vähintään miljardilla vuodella aiemmas.

Tutkijoiden mukaan molybdeenin määrä saattaa viitata siihen, että jo hyvin kauan sitten yksisoluisia eliöitä esiintyi myös maalla. Ne olisivat vapauttaneet happea, joka puolestaan olisi reagoinut kivien ja kallioiden kanssa.

Nyt kun muinaisen Maan "typpikriisi" näyttää osoittautuvan olemattomaksi, seuraavaksi on tarkoitus tutkia, liittyykö esimerkiksi kupariin, kobolttiin tai sinkkiin ilmiöitä, jotka olisivat voineet rajoittaa varhaisen elämän kehittymistä mutkikkaammaksi.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla.