Elämän keitaita

Elämän merkkejä

12.5.2017 klo 16.11, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Terveisiä Silja-kraaterin reunalta ja rannalta, kauniista Tällbergin kylässä. Olen viettänyt täällä joitakin päiviä Tukholman yliopiston astrobiologiakeskusksen kokouksessa – mukavaa kun naapurimaassa on merkittävän kokoinen ryhmä poikkitieteellisesti kiinnostuneita tieteentekijöitä, ja että he vielä kutsuvat mukaan samalla tavoin ajattelevia ihmisiä lähialuielta.

Täällä on kuultu ja keskusteltu monia mielenkiintoisia asioita. Listalla on ollut juttuja mm. Trappist 1 systeemin planeettojen olosuhteista ja elinkelpoisuudesta, planeettojen havaitsemisesta aktiivisten M-tähtien ympäriltä, mahdollisten elinkelpoisten planeettojen ilmakehistä, ja orgaanisten molekyylien synnystä avaruusolosuhteissa, kuten Titaanin ilmakehässä. Biologille oli mielenkiintoista myös kuulla kaikkien eukaryoottisolujen yhteisistä puolustusjärjestelmistä ja geenitoiminnoista jotka liittyvät vaikkapa syövän syntyyn, tai joilla solut suojautuvat säteilyvaurioita vastaan: kannattaa syödä paljon antioksidantteja.

Itselleni kiintoisinta oli kuulla uusista mikrofossiililöydöksistä, eli jäljistä mitä muinainen elämä on jättänyt maan  kallioperään. Tukholman museossa toimiva Magnus Ivarsson kertoi 2,4 miljardia vuotta vanhoista merenpohjan basalteista löytyvistä ilmeisistä sienirihmastoista (Bengtson et al.  Fungus-like mycelial fossils in 2.4-billion-year-old vesicular basalt.  NATURE ECOLOGY AND EVOLUTION 1, 0141 (2017) | DOI: 10.1038/s41559-017-0141). Aiemmin, ensimmäisinä monisoluisten eukaryoottien edustajina on pidetty noin 1,5 miljardia vuotta sitten fossiililajistoon ilmestyneitä monisoluisia punaleviä, mutta nämä sienirihmastot ovat olleet olemassa lähes miljardi vuotta aikaisemmin. Yllättäen, monisoluisten eukaryoottien vanhimpia edustajia ovatkin meren pohjassa litotrofeina tai hajottajaeliöinä eläneet sienikasvustot, eivätkä merivedessä fotosynteettisinä autotrofeina eläneet levät.

Magnuksen esittämien sienirihmastojen eloperäisyyttä ei kokousväki asettanut ollenkaan kyseenalaiseksi: rihmastojen monimutkaiset, toisiinsa liittyvät tai haarautuvat rihmat, ja niiden reaktiot kallioperän eri mineraaleihin näyttävät varsin vakuuttavasti elävien eliöiden tuottamilta. Kuitenkin muiden esitysten kohdalla kokousväki keskusteli vilkkaasti vanhojen mikrofossiilien tulkinnan vaikeudesta: millaisten havaintojen ja fossiloituneiden jälkien perusteella voidaan olla varmoja siitä että ne ovat oikeasti elävien eliöiden tuottamia jälkiä tai muodostumia, eli biomarkkereita, eivätkä elottoman luonnon tuottamia artifakteja.

Aiemmin asian oletettiin olevan ihan selvä jo sillä perusteella että fossiloituneet rakenteet näyttävät eloperäilille: jos ne näyttävät solujen, solumattojen tai filamenttien jättämiltä painanteilta, tai niiden tuottamilta tunneleilta kallioperässä tai sedimeteissä, ne ovat elämän tekemiä jälkiä. Kontrollihavainnot ja laboratoriokokeet oat kuitenkin osoittaneet että moninaiset elottomat prosessit tuottavat hyvin elämän kaltaisia rakenteita ja jälkiä. Esimerkiksi mineraalien liukeneminen ja kulkeutuminen veden mukana, tai kiteytyminen uudelleen lasimaisesta basalttista  tai suolaliuoksista tuottaa hyvinkin samanlaisia ympyräisiä, tunnelimaisia, ja monen monen muotoisia rakenteita, ihan sellaisia kuin mitä elämä tuottaa. Pelkkien rakenteiden perusteella ei voi siis päätellä oikeastaan mitään.

Eloperäisyys tulee varmemmaksi jos rakenteista löytyy eloperäistä, siis kevyellä isotoopilla rikastumutta hiitä. Kuitenkin, monissa hapettuneissa ympäristöissä, kuten hematiitissa ja kalsiitissa, kaikki hiili on hapettunut kaasumaiseen muotoon ja poistunut näytteistä jo aikaa sitten. Sitten on niinkin, että jos hiiltä vaikka löytyykin, ja vaikka se onkin isotooppikoostumikseltaan eloperäisen näköistä, sekään ei ole mikään varma biomarkkeri, koska myös geologiset prosessit voivat erotella hiilen isotooppeja toisistaan. Hiili-isotooppien sijaan näytteistä voidaan koettaa analysoida nikkeli-isotooppeja, mutta niidenkin fraktioitumiseen liittynee tuo sama ongelma.

Elämän tunistamiseen eivät sovellu biokemian käyttämät rakennemolekyylit, kuten amonohapot ja lipidit, koska näitä syntyy myös elottomissa prosesseissa. Myös nukleodija syntyy elottomasti – on ainakin joskus syntynyt, maassa, koska ilman niitä elämä ei olisi koskaan käynnistynyt. Niinpä, tutkijakunta onkin jonkun verran ymmällään siitä, millaisia havaintoja voitaisiin pitää varmoina elollisen alkuperän tunnusmerkkeinä. Elämän mahdollisten jälkien tunnistaminen on erityisen ongelmallista, jos niitä tavattaisiin jossakin oudossa ympäristössä, vaikkapa Marsissa.

Yksi varsin varma elämän tunnusmerkki olisi ehkä riittävän suuri kompleksisuus – mutta ei ihan helposti sekään, koska tämäkin kriteeri täyttyy esimerkiksi jo mineraalikiteissä, jotka muistuttavat kukkia tai kasveja. Toisaalta, yksisoluiset eliöt eivät itsekään täytä mitään kovinkaan monimutkaisten rakenteiden kriteeriä, ja jäisivät tämän kriteerin perusteella täysin tunnistamatta. Mutta, jos analytiikan erottelukyky riittäisi, ja jos molekyylien rakenteet olisivat vielä tallessa ja ehjiä, niin solujen sisältä löytyvä solukoneisto edustaisi sellaista kompleksisuutta jota ei elottomassa luonnossa mitenkään esiinny. Molekyylien polymeerit, niiden vuorovaikutukset ja erityisesti, niiden kopioituminen ovat ehdottomasti elämän omia tunnusmerkkejä. Mutta näitä taas ei löydy fossiloituneesta materiaalista.

Voisi ajatella että riittävä määrä elossa olevia eliöitä voidaan tunnistaa niiden tuottamista tuotteista ja prosesseista, kuten hiilen sitomisesta orgaanisiin yhdisteisiin, tai hiilen vapaauttamista ilmakehään. Mutta näitä hapetus- ja pelkistysreaktioita tapahtuu myös elottomassa luonnossa: monimutkaisia hiiliyhdisteitä syntyy voimakkaan säteilyn vaikutuksesta avaruudessa, tai esimerkiksi Titaanin ilmakehässä.

Elämän tunnusmerkki olisi varmaankin sekä lähtöaineiden että tuotteiden esiintyminen rinnakkain, eli sellainen epätasapainotila missä hiili kiertää koko ajan muodosta toiseen. Joka tapauksessa: edesmenneen, kaukaisen, vähäisen tai erilaisen elämän tunnistaninen ei ole helppoa. Tulisiko teille mieleen mitään varmoja tunnusmerkkejä?