Uusi teoria: Tulivuoret sytyttivät elämän

Yhdysvaltalaisen yleishyödyllisen Foundation for Applied Molecular Evolution -järjestön tutkijat sekoittivat orgaanisista aineista koktailin ja jäljittelivät elämän syntyprosessia – aiempien tutkimusten mallin mukaan.

Uutta oli kuitenkin se, että yhdysvaltalaistutkijat lisäsivät sekoitukseen yhden ainesosan. Ja sillä oli hämmästyttävä vaikutus.

Ainesosa oli koostumukseltaan basalttinen vulkaaninen lasi, jota syntyy, kun laava jäähtyy nopeasti esimerkiksi osuessaan veteen. Lasin lisääminen johti siihen, että muodostui pitkiä rna-rihmoja, joita pidetään – suosituimman teorian mukaan – ensimmäisten eliöiden syntymisen lähtökohtana.

Rna vastaa vaatimuksia

Nykyään elämä perustuu dna:han, joka sisältää solujen geneettisen informaation. Dna on rakenteeltaan kaksoiskierre, joka koostuu kahdesta toisiinsa kiinnittyneestä rihmasta eli juosteesta. Kussakin dna:n neljässä erilaisessa rakenneyksikössä, nukleotidissa, on oma emäsosansa.

Nukleotideista puhutaan myös geneettisten aakkosten kirjaimina, sillä emäsosista rakentuu informaatiokokonaisuuksia samalla tavalla kuin tekstin kirjaimista muodostuu sanoja.

Myös rna koostuu nukleotideista, mutta siinä on kyse yksittäisestä rihmasta.

Rna:lla on ratkaiseva osuus solujen toiminnassa, sillä rna kuljettaa dna:n geneettisen informaation solujen proteiinitehtaisiin, ribosomeihin. Nämä valmistavat proteiineja, joilla on tärkeitä tehtäviä soluissa, rna:n siirtämän ohjeen mukaan.

Lähettinä toimimisen lisäksi rna:sta on paljon muuhunkin. Rihmat voivat laskostua eri tavoilla, jolloin rna:n toimenkuva muuttuu, ja se pystyy esimerkiksi tuottamaan itse proteiineja ja monistamaan itseään.

Koska rna:lla on edellytykset hoitaa monia elollisuuden kannalta keskeisiä tehtäviä, on esitetty, että se oli elämän kehityksen liikkelle paneva voima.

Käsitys tunnetaan rna-maailma-hypoteesina. Teoria perustuu nimenomaan siihen, että rna huolehti kaikista niistä toiminnoista, jotka nykyisissä eliöissä ovat dna:n ja proteiinien vastuulla. Toisin sanoen yksi ainoa ”keksintö” – rna – pani elämän alulle.

Teoria on kuitenkin sikäli hataralla pohjalla, että se ei selitä rna:n syntymistä. Siksi on yritetty saada selville, millaisissa olosuhteissa rna:ta muodostuu kuin itsestään. Yhteisymmärryksestä ollaan vielä kaukana.

Uusi ehdotus elämän kehdoksi

Osa tutkijoista uskoo, että rna:ta syntyi ensimmäisen kerran järvissä, jotka kuivuivat aika ajoin. Perusoletuksena on, että vesimäärän vaihtelu edisti rna-rihmojen muodostumista.

Toisen käsityksen mukaan rna:ta esiintyi ensiksi merenpohjan kuumien lähteiden ympärillä. Näiden niin sanottujen mustien savuttajien vesi sisältää runsaasti maankuoresta liuenneita mineraaleja, ja rna:n sisältämät orgaaniset aineet saattoivat tiivistyä niiden piippumaisissa purkausaukoissa. Simulaatioiden mukaan tämä rna:n muodostumistapa on mahdollinen, mutta se tuottaa vain hyvin lyhyitä rihmoja.

Kolmannessa teoriassa lähdetään siitä, että jääkiteet mahdollistivat rna-rihmojen syntymisen. Rna on vakaampaa matalissa lämpötiloissa, ja tutkimukset osoittavat, että rna hoitaa paremmin proteiinien tehtäviä jäisissä olosuhteissa. Maapallolla tuskin oli kuitenkaan jäätä silloin, kun rna:ta muodostui ensimmäisen kerran.

Uusi teoria, jossa basalttinen lasi on pääosassa, sopii paremmin niihin olosuhteisiin, jotka vallitsivat maapallolla, kun elämä sai alkunsa noin neljä miljardia vuotta sitten.

Eri puolilla planeettaa esiintyi rajua tulivuoritoimintaa, ja sen seurauksena syntyi runsaasti basalttista lasia, jolla saattoi olla ratkaiseva osuus rna-rihmojen muodostumisessa. Lasi edisti kemiallisia reaktioita osallistumatta itse niihin, eli se toimi katalyyttinä.

Molekyylibiologi Elisa Biondin johtama yhdysvaltalainen tutkimusryhmä teki kokeita neljänlaisella lasilla. Joukossa oli myös basalttista lasia. Lasi jauhettiin ja puhdistettiin, ennen kuin sitä lisättiin vesiliuokseen, joka sisälsi rna:n rakenneosasia.

Sekoitukset jätettiin rauhaan jopa kahdeksaksi kuukaudeksi. Tänä aikana niistä otettiin näytteitä analysoitavaksi.

Analyysit paljastivat basalttista lasia sisältävistä näytteistä pitkiä rna-rihmoja, jotka koostuivat peräti 200 nukleotidista. Muista näytteistä ei löydetty lainkaan rna:ta.

”Halusimme tutkia mahdollisuuksia saada aikaan nukleotideja, mutta yllättäen löysimme pitkiä rna-rihmoja”, kertoo Biondi.

Itse asiassa tulos oli niin hämmästyttävä, että tutkijat eivät pitäneet sitä ensin oikeana. Siksi he toistivat kokeen monta kertaa ja antoivat sekoitusten olla rauhassa aina vain pitempiä aikoja. Lopulta voitiin olla varmoja, että nukleotidien ja basalttisen lasin yhdistelmä johti pitkien rna-rihmojen syntymiseen.

Tutkimus todisti siten, että rna:ta saattoi aikoinaan syntyä itsestään.

Meteorit kylvivät elämän siemeniä

Seuraava kysymys kuuluu, mistä rna:n rakennuspalikat, nukleotidit, ja niihin kuuluvat emäsosat olivat peräisin.

Mahdollisesti ne muodostuivat maapallolla, mutta todennäköisemmin ne syntyivät Maan ulkopuolella. Koska meteoriiteista on löydetty rna:n kaikki neljä emästä, voidaan olettaa, että elämän peruselementit tulivat muualta.

Siitä huolimatta, että nyt on olemassa mahdollinen selitys sille, kuinka rna-maailma syntyi, ei voida olla varmoja, onko oletus totuudenmukainen.

”Tuloksemme tukevat voimakkaasti rna-maailma-hypoteesia. Ehkä emme pysty koskaan kuvaamaan tarkasti, kuinka elämä sai alkunsa, mutta meidän voi olla mahdollista kartoittaa niitä periaatteita, joihin prosessi perustui”, selittää Elisa Biondi.

Se basalttinen lasi, jota esiintyi maapallolla elämän syntymisen aikaan, on hävinnyt jo kauan sitten kivikehän liikkeiden vuoksi. Vajotessaan maankuoren laatat sulavat osittain, ja niistä syntyy uusia kivilajeja. Rna-maailman jäännökset katoavat jäljettömiin.

Siksi katse kannattanee suunnata Maan naapuriin, kun tutkitaan, kuinka elottomat ainekset muuttuivat elollisiksi. Mars eroaa geologisesti maapallosta, koska siltä puuttuu laattatektoniikka. Siksi Marsin pinnalla esiintyy yhä ikivanhaa basalttista lasia.

Mars oli neljä miljardia vuotta sitten lämpimämpi planeetta, joka oli vulkaanisesti aktiivinen ja jossa oli vettä. Maan tapaan siihen törmäsi silloin paljon meteoreja.

Periaatteessa elämää olisi voinut yhtä hyvin syntyä Marsissa kuin Maassa. Ehkä naapuri vastaa kysymykseen, kuinka kotiplaneetastamme tuli elävä.