Elämää syntyy herkästi
On ehkäpä tarpeetonta mainita mikä elämän synnyn tosiasiallinen todennäköisyys on sillä ehdolla, että istumme planeetta Maan pinnalla pohtimassa asiaa. Kiinnostavampaa on koettaa selvittää kuinka helposti elämä syntyy yleisellä tasolla, kautta universumin. Siihen oma omituinen esimerkkimme ei vastaa tyhjentävästi, mutta elämän historian tarkastelu auttaa kyllä saamaan yleisen tasonkin tietoa. Oleellista on, kuinka pitkä historia Maan elämällä on takanaan.
Elämän syntyhetkeä on koetettu määrittää tuotamalla sille rajoittavia reunaehtoja perustuen eri tieteenalojen tutkimukseen. Esimerkiksi fysiikka ja astrofysiikka, jotka koskevat tähtien ja niitä kiertävien planeettojen syntyä, auttavat kertomaan, että planeettamme ei ole ollut olemassa yhtään sen kauempaa kuin Aurinkokaan, vaan sai alkunsa Aurinkoa kiertävästä materiakiekosta. Auringon ikä, noin 4.6 miljardia vuotta, antaa siten absoluuttisen ylärajan planeettamme ja samalla elämän iälle. Radiometriset ajoitusmenetelmät kertovat aurinkokuntamme vanhimman materian olevan 4.57 miljardia vuotta vanhaa — niihin aikoihin Maa oli luultavasti jo olemassa ainakin protoplaneettana. Kaikkiaan arviot antavat varman ylärajan elämän iälle planeetallamme mutta alarajojakin on mahdollista mitata.
Paleontologien löytämät vanhimmat fossiilit kertovat elämän jättäneen jälkensä Maan kallioperään jo ainakin 3.7 miljardia vuotta sitten. Joidenkin arvioiden mukaan elämästä peräisin olevia jälkiä löytyisi jo 4.1 miljardin vuoden takaa. Arviot tarjoavat konkreettisen alarajan sille, kuinka vanhaa Maan elämä vähintäänkin on. Biologian avulla päästään kuitenkin vieläkin kauemmaksi. Tutkimalla Maan eri eliöiden genetiikkaa, voidaan selvittää minkälainen planeettamme elonkirjon viimeinen universaali esivanhempi oli, ja ennen kaikkea, milloin se eli. Määritys voidaan tehdä matemaattisesti selvittämällä mitkä yhteiset geneettiset tekijät ovat jättäneet jälkensä kaikkeen elämään, ja kuinka kaukana menneisyydessä viimeinen yhteinen esivanhempi oli. Tuore tutkimus asettaa ajanjakson suunnilleen kohtaan 4.2 miljardia vuotta sitten, mikä sopii mainiosti yhteen muiden olemassaolevien iänmääritysten kanssa. Oleellista on myös, että lukema on yhteensopiva sen ajatuksen kanssa, että universaali esivanhempamme on elänyt juuri omalla planeetallamme. Sekään ei ole automaattisesti selvää, koska mikrobien kestävät elintavat salllivat periaatteessa jopa planeettojenvälisen matkustamisen.
Voimme olemassaolevan tiedon perusteella muodostaa aikajanan planeettamme elämän synnystä. Aurinko syntyi 4.6 miljardia vuotta sitten, noin 4.5 miljardia vuotta sitten Maa oli olemassa ja noin 4.4 miljardia vuotta sitten planeetallamme oli elämän edellytyksinä kaasukehä ja vettä. Jo 4.2 miljardia vuotta sitten planeettamme olosuhteissa esiintyi elämää, bakteereja, jotka kopioivat itseään arviolta 2.5 miljoonan DNA:n emäsparin voimin, ja kykenivät tuottamaan noin 2600 proteiinia. Kyse ei siis ole lähellekään ensimmäisistä elämänmuodoista, vaan vain viimeisistä, joiden jälkeläisiä koko planeettamme elonkirjo on. Se vastaa eläviä organismeja ennen ensimmäisiä lajiutumisia, jotka jättivät jälkeensä eri eliöryhmiä nykyisen biologisen moninaisuuden osaksi.
Ennen viimeisiä universaaleja esivanhempia on ollut useita lajeja ja lajiutumista, mutta niistä ei ole enää mitään geneettisiä merkkejä jäljellä, koska kaikki vanhemmat sukupuun haarautumat ovat kuolleet historian saatossa sukupuuttoon. Universaalien esivanhempien arvioidut elintavat kuitenkin kertovat, etteivät ne luultavasti olleet yksin, vaan osana mikrobiomia, jossa oli useampia eri elintapoihin erikoistuneita bakteerilajeja. Ja tuota pikaa, noin 4.1 miljardia vuotta sitten elämää oli jo niin runsaasti, että se jätti itsestään merkkejä aikakauden geologisiin kerrostumiin. Aikajana kertoo siksi vastaansanomattomasti siitä, että elämää syntyi hyvin nopeasti ja se monipuolistui geologisessa silmänräpäyksessä.
Aikajanalla on muitakin rajoittavia tekijöitä. Oleellisin niistä on Kuun synty. Kuun katsotaan nykyisellään syntyneen noin marsinkokoisen protoplaneetan törmättyä nuoreen Maahan noin 4.5 miljardia vuotta sitten. Kyse oli takuulla steriloivasta törmäyksestä, joka niin nollasi planeettamme geologisen kellon kuin hävitti kaikki mahdolliset elämänmuodot, jotka olivat jo ehtineet syntyä. Sekin määrittää osaltaan niitä reunaehtoja, joiden puitteissa viimeisen universaalin esivanhemman on täytynyt syntyä. Lopultakin, on vain noin 200 miljoonan vuoden aikaikkuna, jonka kuluessa elämä syntyi ja monimuotoistui, sekä vakiinnutti itsensä planeetallamme tuottaen universaalin esivanhempamme. Parisataa miljoonaa vuotta on ihmislajin olemassaoloon verrattuna valtavan pitkä ajanjakso, mutta vain lyhyt hetki planeettamme historiassa.
Havainto elämän synnyn nopeudesta
Se itsestään selvä tosiasia, että elämää on syntynyt, ei tosiaan kerro meille yhtään mitään elämän syntytodennäköisyyksistä. Yksittäistapaus ei anna tietoa onko elämän synty ollut äärimmäisen harvinainen lukemattomien sattumusten summa, vai kaikkialla, kaikissa sopivissa ympäristöissä yhtenään tapahtuva kehtyskulku. Elämän syntyhistoria planeetallamme kertoo kuitenkin paljonkin siitä, kuinka herkästi elämää syntyy, kun huomioi siihen kuluneen ajan. Jopa yksittäinen havainto elämän synnyn aikajanasta sisältää informaatiota.
Suurena ongelmana ovat oman vääristyneen näkökulmamme aiheuttamat harhat. Jos elämän synty on nopeaa mutta älykkään, teknologiseen kehitykseen kykenevän elämän, kuten oman lajimme, synty on tuskastuttavan hidasta, olemme väistämättä tilanteessa, jossa Maan elämän on ollut pakko syntyä varhain, jotta voisimme itse olla teknisenä sivilisaationa olemassa. Teknisen sivilisaation synnyn suhteen ei kuitenkaan ole oleellista syntyikö elämää 4.1 vai 4.2 miljardia vuotta sitten. Molemmat ovat suunnilleen yhtä pitkiä aikavälejä, jotta älykkään ja yhteistyökykyisen, työkaluja ja teknologiaa käyttävän ja todennäköisyyslaskentaa soveltavan lajin synty onnistuu, vaikka se olisi hyvin hidas prosessi. Itse elämän synnyn suhteen erolla taas on valtava merkitys.
Vaikka elämä saattaakin tosiasiassa olla hidasta syntymään maailmankaikkeudessa, ja Maassa on ehkä sattunut poikkeuksellinen onnenkantamoinen synnyn tapahduttua niinkin varhain planeettamme historiassa, vajaan 200 miljoonan vuoden aikaikkuna tekee sellaisesta mahdollisuudesta epätodennäköisen. Uusi määritys viimeisen universaalin esivanhemman paikalle aikajanalla tekee elämän nopeasta ja helposta synnystä Maan olosuhteissa moninkertaisesti todennäköisemmän vaihtoehdon. Havainnon käyttäminen maailmankaikkeuden elämän esiintymisen arviointiin on niin ikään suoraviivaista.
Jos elämän synnyn vaatimukset vain toteutuvat — jos syntyy planeetta, joka muistuttaa Maata kooltaan, lämpötilaltaan ja koostumukseltaan — on todennäköistä, että elämän syntyyn vaadittava geokemiallisten reaktioketjujen muuntuminen eläväksi biokemiaksi tapahtuu hyvinkin nopeassa aikataulussa. Siksi on myös todennäköistä, että biosfäärejä on syntynyt maailmankaikkeuden historiassa runsaasti aivan kaikkialla. Koska planeetassamme ei ole oikein mitään erikoista tai erityistä, vaan samankaltaisia planeettoja on jo omassa galaksissamme miljardeja, myös elämää voidaan pitää erittäin yleisenä ja tavallisena ilmiönä maailmankaikkeudessa.
Teknisten, todennäköisyyslaskentaa soveltamaan kykenevien lajien suhteen on toisin. Niistä ei näy merkkiäkään ja näyttää todennäköiseltä, että niiden synty on hyvin hidasta, ja vaatii joka tapauksessa miljardeja vuosia. Hidasteena voivat olla monisoluisuuden kehitymisessä esiintyvät pullonkaulat, energeettisten happea vaativien aineenvaihdunnan reaktioiden käyttöönoton haasteet, tai monet muut mahdolliset ympäristön tuottamat valintapaineet, joiden puitteissa evoluutio ei vain koskaan johda teknisesti kehittyneisiin lajeihin. Teknisten sivilisaatioiden synnyn ei tietenkään tarvitse olla millään lailla vääjäämätöntä. Sillä on silti nollaa suurempi todennäköisyys ja se tapahtuu odotusarvoltaan jossakin aikaskaalassa, joka on maailmankaikkeuden ikään suhteutettuna varsin pitkä, luultavasti miljardeja vuosia. Planeettamme evoluutiohistoria vastaakin siten osaltaan kuuluisaan Fermin paradoksina tunnettuun kysymykseen: ”missä kaikki ovat?”
Jos oletetaan, että maankaltaiselle, auringonkaltaista tähteä kiertävälle planeetalle, syntyy teknisiä sivilisaatioita keskimäärin vaikkapa 10 miljardin vuoden aikaskaalassa, on selvää, että suurelle osalle planeettoja sellaista ei koskaan muodostu. Maakaan ei pysy tähtensä elinkelpoisella vyöhykkeellä kuin enää alle miljardi vuotta Auringon jatkuvasti kuumetessa ja muuttuessa kirkkaammaksi. Silloin voisimme todeta prosessin tapahtuneen Maassa poikkeuksellisen nopeasti, mikä ei ole kovinkaan tyydyttävä vastaus sen asettaessa oman planeettamme erityisasemaan. Koska luultavasti emme ole erityisasemassa, on teknisiä sivilisaatioitakin todennäköisesti syntynyt muuallakin. Silloin Fermin paradoksinkin ratkaisut ovat muualla.
Voimme mainiosti hahmotella erittäin hyviä syitä sille, ettemme ole havainneet merkkejä toisista teknisistä sivilisaatioista. Ei tarvitse kuin katsoa mitä ihmiskunta on parhaillaan teknologiansa voimien sokaisemana tekemässä oman planeettansa elinkelpoisuudelle. Sittenkin, elämä itse vaikuttaa syntyvän maailmankaikkeudessamme verrattaen herkästi, jolloin sen infektoimien planeettojen etsintä on potentiaalisesti erittäinkin hedelmällistä, kunhan vain opimme havaitsemaan elämän merkkejä. Katse kannattaa kääntää läheisten eksoplaneettojen lisäksi myös Marsiin, jonka valtameri ja ehkäpä elämä sen mukana, pakeni kauan sitten planeetan pinnan alle.
Astrobiologisesti elämme joka tapauksessa kiinnostavia aikoja. Toinen elävä planeetta saattaa löytyä jo lähitulevaisuudessa, ellei ole jo löytynyt. Sellaisen etsintä on joka tapauksessa tieteellisessä mielessä yksi kiinnostavimpia havaintoprojekteja, joita ihmiskunta on koskaan koettanut.
Hyvä kirjoitus!