Läpimurto: Ensimmäinen eläin löytyi

Darwinille aiheutti päänsärkyä se, että kaikkien aikojen ensimmäinen eläin näytti syntyneen tyhjästä ilman edeltävää evoluutiota. Nyt päänsärkyyn ei ole enää syytä: on löydetty eläinten erikoinen edelläkävijä.

Darwinille aiheutti päänsärkyä se, että kaikkien aikojen ensimmäinen eläin näytti syntyneen tyhjästä ilman edeltävää evoluutiota. Nyt päänsärkyyn ei ole enää syytä: on löydetty eläinten erikoinen edelläkävijä.

Claus Lunau

Asia oli piinannut Charles Darwinia kauan, eikä hän voinut tehdä muuta kuin esittää lempilapsensa, evoluutioteorian, pahimman kompastuskiven.

Epätoivon vallassa Darwin kastoi kynänsä musteastiaan ja kirjoitti: ”En pysty antamaan tyydyttävää vastausta kysymykseen, miksei kaikkein varhaisimmilta aikakausilta peräisin olevia fossiileja löydy.”

Ajatus on ikuistettu Lajien synty -nimiseen kirjaan, joka on luonnontieteen perusteoksia. Darwinin dilemmana tunnettuun ongelmaan kiteytyy kehitysopin keskeinen vastaväite.

Teorian mukaan lajit kehittyvät vähitellen miljoonien vuosien kuluessa, mutta Darwinin elinaikana fossiileista piirtyi esiin kuva yhtäkkiä ilmestyneistä eläinryhmistä, joiden jäsenet olivat syntyneet koko lailla valmiina niin sanotussa kambrikauden lajiräjähdyksessä noin 541 miljoonaa vuotta sitten.

Tuolloin ei tunnettu yhtä ainoaa eläinfossiilia, joka olisi ollut kambrikautta edeltävältä ajalta.

Charles Darwin

Darwin uskoi maapallolla esiintyneen mitä moninaisimpia eliöitä jo ennen kambrikautta, vaikka silloiset fossiililöydöt eivät tukeneet hänen teoriansa keskeistä oletusta.

© Julius Jääskeläinen

Jos Darwinin teoria piti paikkansa, eläinkunta oli syntynyt jo paljon ennen kambrikautta alkaneen jatkuvan kehityksen tuloksena.

Vanhinta perua olevien eläinfossiilien puute onkin kiusannut tutkijoita – viime päiviin asti.

Uusien löytöjen ja tutkimusten ansiosta tutkijoilla alkavat olla Darwinin palapelin osaset koossa, ja vihdoin nähdään, kuinka erikoisia ensimmäiset eläimet olivat.

Maata hallitsivat kummajaiset

Kambrikausi oli Maan elämän kehityksen kannalta keskeinen ajanjakso. Sitä pidetään murrosvaiheena, jonka kuluessa alkeellisten yksisoluisten eliöiden maailma muuttui eläinten leimaamaksi luonnoksi.

Nykysilmin katsottuna monet kambrikauden eläimet näyttävät omituisilta. Esimerkiksi Hallucigenia oli matomainen eläin, jolla oli pitkät jalat ja piikikäs selkä, ja Opabinia oli viisisilmäinen selkärangaton, jolla oli kärsämäinen saalistuselin.

Myös ravintoketjun yläpään eläimet olivat erilaisia kuin nykyään. Anomalocaris oli katkarapua muistuttava vesipeto, jolla oli tarttumaelimiä, eviä ja kiekkomainen suu.

"Jos teoriani pitää paikkansa, on ilmiselvää, että maailma vilisi eläviä olentoja jo ennen kuin kambrikauden kerrostumat muodostuivat." Charles Darwin

Vaikka kambrikauden eläimet näyttävät oudolta, niistä on helppo löytää tuttuja piirteitä. Monilla nykyeläimillä on paljon yhteistä muinaisten edeltäjiensä kanssa, ja vallalla olevan käsityksen mukaan melkeinpä kaikki nykyiset pääjaksot juontuvat kambrikaudelta. Niitä ovat vaikkapa kampamaneetit, nilviäiset ja selkäjänteiset.

Esimerkiksi Hallucigenia on käsnäjalkaisten edeltäjä, ja niveljalkaisiin kuuluvat äyriäiset ovat läheistä sukua Opabinia- ja Anomalocaris-lajeille. Selkärankaisia eli sitä selkäjänteisten alajaksoa, johon ihminenkin kuuluu, edusti muun muassa kalamainen Myllokunmingia.

Kambrikauden lajirunsaus ja sitä edeltävältä ajalta olevien fossiilien puute saivat – Darwinin harmistukseksi – tutkijat uskomaan, että eläinkunta oli syntynyt yhtäkkiä Raamatun luomiskertomuksen kuvaamalla tavalla.

Kun tutkijat lopulta tulivat toisiin ajatuksiin, Darwin oli ikävä kyllä ehtinyt jo aika päiviä sitten poistua elävien kirjoista.

Räjähdystä edelsi mullistus

Kambrikautta vanhempia fossiileja alettiin löytää 1940-luvulla. Ne olivat peräisin ediacarakaudeksi nimitetyltä ajanjaksolta.

Uusien löytöjen odotettiin ratkaisevan Darwinin ongelman, mutta ne aiheuttivatkin vain lisää vaikeuksia.

Fossiileissa oli kyse niin merkillisistä olennoista, että niiden luokitteleminen osoittautui hyvin hankalaksi tehtäväksi.

Kambrikauden eläimiä, Anomalocaris, Opabinia, Hallucigenia

© Shutterstock

Darwin hahmotteli elämän historian

Eläinkunta näytti 1800-luvun tietojen valossa syntyneen hetkessä kambrikaudella – mikä todisti Jumalan luomistyön ja järkytti Darwinin mielenrauhaa. Nykyään hänen kehitysoppinsa on tukevalla pohjalla.

3,9 mrd. vuotta sitten: Elämä syntyi lammessa

Darwin esitti vuonna 1871 elämän saaneen alkunsa ”pienessä lämpimässä järvessä”. Hän oli ilmeisesti oikeilla jäljillä, sillä tutkimus vihjaa maailman ensimmäisten eliöiden kehittyneen tuliperäisissä lammikoissa melkein neljä miljardia vuotta sitten.

Elämä sai alkunsa lammessa
© Claus Lunau & Shutterstock

650 milj. vuotta sitten: Elämä sai uusia muotoja

Darwinin mukaan eläinten historia ulottui kauemmas kuin siihen aikaan, jolta vanhimmat tunnetut fossiilit olivat peräisin. Dna-tutkimukset tukevat oletusta: eläimiä alkoi syntyä 850–650 miljoonaa vuotta sitten. Tuota vaihetta valaisevia fossiileja ei ole kuitenkaan löydetty.

Sienieläimet ovat alkeellisia eläimiä
© Shutterstock

550 milj. vuotta sitten: Oudot oliot hallitsivat

Kauan Darwinin kuoleman jälkeen, 1940-luvulla, alettiin löytää erikoisten kambrikauden olentojen kivettymiä. Niiden luokittelu on puhuttanut tutkijoita vuosikymmeniä. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan monissa näistä fossiileissa on kyse eläimistä.

Dickinsonia oli varhainen eläin
© Shutterstock

541 milj. vuotta sitten: Tutut eläimet valtasivat meren

Vielä Darwinin eläessä kambrikauden runsaaseen eläimistöön perehtyneet tutkijat uskoivat, että kaikki eläinryhmät olivat syntyneet yhtäkkiä samaan aikaan. Nykyään kambrikauden lajiräjähdystä pidetään yhtenä eläinten kehityksen vaiheena.

Hallucigenia eli kambrikaudella
© Shutterstock

Charnia-niminen otus muistutti merenpohjaan vajonnutta lehteä. Siksi syntyi käsitys, että eliö kuului leviin. Osa tutkijoista piti Charniaa sen sijaan sienenä tai eläimenä.

Dickinsonia-lajit puolestaan näyttivät ohukaisilta, joihin oli uurrettu uria. Niistä ei osattu sanoa varmasti edes sitä, olivatko ne monisoluisia eliöitä vai valtavia yksisoluisia ameboja.

Ediacarakauden ihmeolioita koskeva epätietoisuus on alkanut hälvetä vasta nyt, kun palapelin osaset ovat vihdoinkin löytämässä paikkansa.

Dickinsoniasta saatiin vuonna 2018 uutta tietoa biologi Ilya Bobrovskiyn tutkimusryhmän tekemän uudenlaisen analyysin ansiosta.

Tiimi jäljitti fossiilista steroideiksi kutsuttuja orgaanisia yhdisteitä, jotka toisin kuin dna ja proteiinit voivat säilyä satoja miljoonia vuosia. Steroidien koostumus on erikoinen, ja niitä esiintyy nykyään ainoastaan eläimillä.

Eläinten tuntomerkkejä löytyi myös muista fossiileista. Perusteellinen tutkimus paljasti esimerkiksi, että Charnian elinkaari on ominainen eläimelle. Kolmas eliö, Cloudina, puolestaan osoittautui suolelliseksi.

Tutkimukset tarkensivat kuvaa siitä, miltä eläimet näyttivät juuri ennen kambrikauden alkua. Kysymyksessä oli läpimurto eläinten kehityksen kartoituksessa.

Lisäksi tuoreet fossiililöydöt tekevät mahdolliseksi katsoa vielä kauemmas menneisyyteen.

Jäljet kertovat muinaiseläimistä

Varhaisimmat eläimet koostuivat ensisijaisesti – tai ehkä jopa kokonaan – pehmeistä kudoksista. Siksi niiden fossiilit ovat äärimmäisen harvinaisia. Eläimistä on kuitenkin voinut säilyä muita merkkejä.

Aikoinaan merenpohjan muodostaneista kerrostumista on löydetty muinaisten eläinten jälkiä, jotka valottavat niiden käyttäytymistä ja rakennetta.

Esimerkiksi U-kirjainta muistuttava käytävä, joka on avoin kummastakin päästä, on todennäköisesti matomaisen eliön aikaansaama. Eläin työnsi etupäänsä ulos toisesta aukosta ja takapäänsä toisesta, kun se hankki happea ja ravintoa ja ulosti.

Tunneli kertoo, että eläimellä oli suusta peräaukkoon johtava, suolen sisältävä ruoansulatuskanava. Tämä anatominen rakenne oli uusi ominaisuus varhaisilla eläimillä.

Uutta oli myös liikkumiskyky. Se vaikutti merkittävästi eläimistön monipuolistumiseen kambrikauden lajiräjähdyksen aikana.

Liikkuvat eläimet voivat jättää pysyviä jälkiä merenpohjaan. Tutkimalla jälkien muuttumista saadaan tietoa siitä, millaisiksi eläimet ovat vähitellen kehittyneet. Kambrikaudella jäljet suurenivat, syvenivät ja monimutkaistuivat. Muutos sopii tuolloin eläneiden eläinten fossiileista tehtyihin havaintoihin.

Liikkumiskyky syntyi kuitenkin ennen kambrikautta. Viime vuosikymmeninä on löydetty Australiasta jälkiä, jotka on ajoitettu ediacarakauteen.

Jälkien jättäjiksi on arveltu varhaisimpiin liikkumiskykyisiin eläimiin kuuluneita eliöitä, joiden fossiileja on kaivattu näihin päiviin asti.

Maailman ensimmäinen eläin, Ikaria wariootia

Tutkijat kuvasivat vuonna 2020 jälkiä, jotka oli jättänyt Ikaria wariootia -niminen eläin. Skannatuista jäljistä voitiin päätellä lajin olleen noin puoli senttiä pitkä ja pisaranmuotoinen.

© Scott d Evans et al./PNAS

Vuonna 2020 julkistettu Kalifornian yliopiston tutkimus käsitteli ediacarakaudella yli 555 miljoonaa vuotta sitten elänyttä eläintä ja sen jättämiä jälkiä. Matomainen laji, Ikaria wariootia, oli vain 2–7 millimetriä pitkä.

Laji edusti ensimmäisiä eliöitä, joilla oli sellaisia eläimille tunnusmerkillisiä piirteitä kuin suolen yhdistämät etu- ja takapää ja symmetrinen rakenne. Toisin sanoen vartalon oikea ja vasen puoli olivat samanmuotoisia.

Ikaria eli samoihin aikoihin tai ehkä jopa hieman aiemmin kuin Dickinsonia ja Charnia, mutta sen elimistö oli monimutkaisempi. Eläimen jäljet paljastavat liikkumistavan perustuneen todennäköisesti vartalolihasten supistumisliikkeeseen. Nykyiset kastemadot käyttävät samaa keinoa liikkuessaan.

Koska jälkiä esiintyy Ikarian saaliseläimiksi liian suurten eliöiden jäännöksissä ja näiden ympärillä, laji oli todennäköisesti raadonsyöjä.

Uusi fossiili rikkoo kaikki ennätykset

Ediacarakauden merkilliset otukset ovat osoittaneet Darwinin oletukset oikeiksi.

Siitä huolimatta eläinten kehityksen tutkimukselle on tuskin vielä pantu pistettä. Ikaria eli vähän yli 555 miljoonaa vuotta sitten, mutta dna-analyysien mukaan eläinkunnan historia on paljon pitempi.

Useat tutkimusryhmät ovat laskeneet nykyään elävien eläinten välisiä geneettisiä eroja ja määrittäneet nopeuden, jolla niitä syntyy. Lukujen valossa näyttää siltä, että kaikkien nykyeläinten viimeiset yhteiset esivanhemmat elivät 650–850 miljoonaa vuotta sitten.

Jos arvio pitää paikkansa, eläinten kehityksestä on yhä hämärän peitossa satoja miljoonia vuosia pitkä jakso.

Tutkijat löysivat 890 miljoonaa vuotta sitten eläneen sienieläimen fossiilin

Sisärakenteeltaan 890 miljoonaa vuotta vanha fossiili muistuttaa nykyluonnon alkeellisimpiin kuuluvia eläinlajeja, sienieläimiä.

© E.C. Turner

Mahdollinen päänavaus tehtiin vuonna 2021, kun kanadalainen geologi Elizabeth Turner ja hänen kollegansa kuvasivat 890 miljoonaa vuotta sitten meressä eläneen sienieläimen fossiilin. Sienieläimet ovat alkeellisia eläimiä, joita esiintyy vieläkin, ja varhaisimpien eläinlajien on oletettu jo kauan muistuttaneen niitä.

Uusi löytö ei ole saanut kaikilta lämmintä vastaanottoa, sillä fossiili on selvästi vanhempi kuin aiemmin löydetyt eläinfossiilit. Koska se on vielä varhaisemmalta ajalta kuin viimeisen yhteisen kantamuodon arvioitu elinaika, monet tutkijat suhtautuvat siihen epäilevästi.

On esitetty, että fossiilin rakenteet ovat bakteerikasvuston aikaansaannoksia tai kiteitä ja että fossiilin ikä on määritetty väärin. Kritiikki ei ole kuitenkaan horjuttanut Turnerin luottamusta tehtyjen päätelmien oikeellisuuteen.

Kiista saanee ratkaisunsa vasta sitten, kun ilmaantuu lisää fossiileja. Uutta tutkimusaineistoa onkin karttunut kiitettävästi viime vuosina.

Esimerkiksi vuonna 2021 löydettiin 73 Namacalathus hermanastes -lajin edustajaa, jotka elivät 550 miljoonaa vuotta sitten matalissa laguuneissa. Veden kemiallinen koostumus varmisti hauraiden eläinten säilymisen.

Hyvällä onnella voidaan tehdä sensaatiomaisia löytöjä vielä vanhemmista kerrostumista. Siinä tapauksessa saadaan tarkempi kuva paitsi ensimmäisten eläinten ulkonäöstä myös niiden asemasta ja sopeutumisesta luonnossa.

Jo nyt ollaan jyvällä siitä, mistä eläinten menestys sai vauhtia, ja selitykseen sisältyy Maa, joka muistutti lähinnä lumipalloa.

Lumi liukasti evoluutiota

Löytöjen valossa näyttää siltä, että monet niistä eläinten uusista ominaisuuksista, jotka on vanhastaan liitetty kambrikauden lajiräjähdykseen, ovatkin vanhempaa perua. Havainto voi auttaa selittämään, mikä oli varhaisten eläinten kehityksen liikkeellepaneva voima.

Ennen kambrikautta maapallo muuttui jatkuvasti, ja joillakin muutoksilla saattoi olla ratkaiseva merkitys eläinten kehitykselle. Sellaisten tapahtumat kuin raju meteori-isku Australiassa ja jättiläismantereen hajoaminen johtivat mullistuksiin, jotka pakottivat eliöt sopeutumaan.

Keskeinen muutos oli ankara jääkausi, joka alkoi 720 ja päättyi 630 miljoonaa vuotta sitten. Koko maapallo oli pitkiä aikoja jään ja lumen peitossa, joten varhaiset esivanhempamme joutuivat koville.

Mutta ei niin pahaa, ettei jotain hyvääkin: lajien kehitys otti pitkiä loikkia.

Sinussa on muinaismatoa

Ikaria oli tuskin riisinjyvän kokoinen, eikä sillä ollut raajoja. Muinaismadolla oli kuitenkin jotain yhteistä ihmisen kanssa, eikä tätä ominaisuutta ollut muilla eliöillä sen elinaikana.

Massiiviset jäätiköt kuluttivat vuoria ja irrottivat valtavasti ravinteita, jotka huuhtoutuivat mereen sulamisvesien mukana. Ravinnemäärän kasvusta saattoi olla seurauksena elämän kehityksen kvanttiloikka, ja pidetään mahdollisena, että eläimet laskivat juuri tässä vaiheessa tulevan menestyksensä perustan.

Todennäköisesti kuva ensimmäisistä eläimistä ja niiden evoluution liikkeellepanevasta voimasta tarkentuu sitä mukaa kuin uusia fossiililöytöjä tehdään. Voidaan kuitenkin sanoa, että Darwinin dilemmasta on tullut paradoksi.

Se osa elämän historiasta, jota Darwin piti teoriansa heikkona kohtana, on osoittautunut evoluution kouluesimerkiksi.

Pieniä lasipalloja satoi maapallolle tonneittain sen jälkeen, kun asteroidi oli törmännyt sen pintaan 66 miljoonaa vuotta sitten.

© Shutterstock

Elämä syntyi lätäkössä – ja dinosaurukset tappoi lasisade