BIO-004: Eliökunnan historia -oppimateriaali

Tekijät: Senni Luoto, Sonja Pekkola ja Laura Ahola

Tämä oppimateriaali on tuotettu Johdatus biologian opetukseen -kurssin puitteissa AAKE-hankkeeseen. Teoriaosuuden lisäksi postaukseen kuuluu tehtäväpaketti sekä mallivastaukset.


Eliökunnan historia

Maailmankaudet

Eliökunnan historia voidaan jakaa neljään pääaikakauteen: elämän alkuaikaan, elämän vanhaan aikaan, elämän keskiaikaan ja elämän uutteen aikaan. Elämän alkuajalla eli prekambrisella ajalla ilmakehässä oli hyvin vähän happea ja eliökunta koostui pääasiassa merien arkeista, bakteereista ja syanobakteereista. Elämän alkuaika päättyi n. 570 miljoonaa vuotta sitten niin kutsuttuun kambrin räjähdykseen. Kambrin räjähdyksellä viitataan siihen, että eliömäärä lisääntyi merissä räjähdysmäisesti. Tämä oli alkusysäys seuraavalle aikakaudelle – elämän vanhalle ajalle eli paleotsooiselle ajalle.

Kaaviokuva: Senni Luoto, kuvat: Creative Commons

Elämän vanhan ajan alussa merien eläimille alkoi kehittyä alkeellista hermostoa ja näköaistia, minkä ansiosta myös ensimmäiset petoeläimet kehittyivät. Myös ensimmäiset nykypäivän merkittävät fossiilit syntyivät, kuten runsaslukuiset trilobiitit. Vanhan ajan loppupuolella elämä siirtyi asteittain merestä maalle, mikä vaati eliöiltä uudenlaisia sopeumia. Elämän historian aikakausiin merkittävästi vaikuttaneita tapahtumia oli suuret sukupuuttoaallot, joita tapahtui elämän vanhan ajan aikana kolme. Viimeisin näistä vanhan ajan sukupuuttoaalloista n. 250 miljoonaa vuotta sitten on maapallon historian tuhoisin. Äkillinen lämpötilan nousu hävitti maapallolta kaikkiaan n. 96% lajeista. Tästä sukupuuttoaallosta alkoi uusi aikakausi – elämän keskiaika eli mesotsooinen aika.

Elämän keskiajan alussa elintilaa valtavan massasukupuuton jälkeen oli paljon. Ilmasto oli kuuma, mistä todisteena ovat pohjoisilta vuoristoilta löytyneet sanikkaisfossiilit. Elämän keskiaika oli dinosaurusten ja liskolintujen sekä suurien koppisiemenisten valtakautta. Tämä valtakausi päättyi kuitenkin n. 65 miljoonaa vuotta sitten asteroidin iskeytyessä Meksikoon Jukatanin niemimaan alueelle, synnyttäen valtaisan tsunamin ja nostattaen pölypilven, joka esti auringonsäteiden pääsyn maapallolle. Näitä tapahtumia seurasi pitkä kylmä jakso, jonka aikana lähes 75% maapallon eliöistä kuoli sukupuuttoon – mukaan lukien dinosaurukset.

Maapallolla on siis tapahtunut kaikkiaan 5 suurta sukupuuttoaaltoa. Niistä viimeisin käynnisti samalla nykyisen aikamme. Elämän uusi aika eli kenotsooinen aika on nisäkkäiden evoluution kulta-aikaa, joka lopulta johti myös ihmisen kehittymiseen. Ihmisen toiminnan myötä maapallo on muuttunut paljon ja monia lajeja on kuollut sukupuuttoon. Siksi yleinen käsitys onkin, että tällä hetkellä on käynnissä kuudes, ihmisen aiheuttama sukupuuttoaalto, jonka seurauksena vuoteen 2020 mennessä selkärankaisista lajeista jopa kaksi kolmasosaa saattaa olla tuhoutunut.

Elämän synty merissä

Nykyisin arvellaan, että elämä maapallolla saattoi hyvinkin syntyä syvänmeren alueella. Tuolla, katseilta piilossa, on maailman suurin geologinen muodostuma. Se on valtamerten keskiosia peittävä vedenalainen vuoristo, joka ulottuu maapallon kaikkiin osiin. Tätä valtavaa vuoristo kutsutaan keskiselänteeksi. Vilkaise kuvaa 2 ja kuvittele, kuinka eteläisellä Tyynellämerellä merenpohja repeilee. Yli kolme neljäsosaa planeettamme tuliperäisestä toiminnasta tapahtuu syvänmeren alueella. Toiminta on keskittynyt valtamerten keskiselänteille. Rajuista purkauksista seuraa kuitenkin paljon hyvää. Halkeamista syöksyy kaasuja ja tulikuuma vettä. Näistä suihkuista tiivistyvät mineraalit muodostavat suuria piippuja, joita kutsutaan hydrotermisiksi purkausaukoiksi. Eräät arkeonit ja bakteerit viihtyvät näissä aukoissa. Nykyisin tiedetään myös, että näiden kuumien lähteiden ympärillä on yhtä paljon elämää kuin trooppisissa sademetsissä. Yhden neliömetrin alalle voi paikoitellen ahtautua jopa puoli miljoonaa yksittäistä eläintä.

Hydrotermisistä purkausaukoista ehkä tärkeimmät sijaitsevat Atlantilla. Tämä erityinen purkausaukkojen alue on nimetty kadonneeksi kaupungiksi. Sen 60 metristen tornien sisällä tapahtuu jotain todella poikkeuksellista. Äärimmäisessä paineessa ja lämpötilassa syntyy spontaanisti hiilivetyjä, molekyylejä, jotka ovat kaiken elollisen peruskomponentteja (orgaanisen kemian perusta). Monet tutkijat uskovat nykyään, että elämä maapallolla saattoi saada alkunsa tällaisen purkausaukon ympärillä 4 miljardia vuotta sitten. Jos elämää esiintyy näin äärimmäisissä oloissa maapallolla, sitä voi varmasti esiintyä myös muualla.

Hydroterminen purkasaaukko eli syvänmeren savuttaja
Credit: New Zealand-American Submarine Ring of Fire 2005

Merenalainen vulkaaninen purkaus Tyynellämerellä,
Credit: Image courtesy of Submarine Ring of Fire 2006 Exploration

 

 

 

Elämä siirtyy maalle

Elämän alkuaikana ensimmäiset monisoluiset eliöt kehittyivät yhdistymällä monista yksisoluisista. Esitumalliset kehittyivät siis aitotumallisiksi eliöiksi, joilla ei vielä alkuun ollut tuman lisäksi muita soluelimiä. Ajan kuluessa monisoluisuus mahdollisti solujen erikoistumisen omiin tehtäviinsä, sekä eliön tehokkaamman kasvun ja suuremman koon. Suvuttoman lisääntymisen rinnalle kehittyi myös uusi, tehokkaampi keino lisääntyä. Suvullinen lisääntyminen mahdollisti perinnöllisen muuntelun sekä nopeamman sopeutumisen muuttuvan ympäristön uusiin olosuhteisiin. Kemo- ja fotosynteesin myötä eliöt pystyivät myös tuottamaan itse oman energiansa. Ensimmäisiä fotosynteesiin eli valon avulla yhteyttämiseen kykenevät eliöt olivat merissä eläviä syanobakteereita. Yhteyttämisen sivutuotteesta hapesta muodostui vähitellen ilmakehään UV-säteiltä suojaava otsonikerros. Vaikka aluksi happi oli anaerobisiin olosuhteisiin tottuneille eliöille myrkyllistä, soluhengityksen kehittyessä ja sopeutumislevittäytymisen kiihtyessä elämä alkoi siirtyä hiljalleen merestä maalle.

Kambrikauden räjähdyksen myötä elämän vanhalla ajalla kehittyivät eliöiden kaikkien nykyisten pääjaksojen edustajat. Vaikka suurin osa eliöistä eli yhä merissä, kilpailu maan valloittamisesta oli alkanut.  Endosymbioositeorian mukaan viherhiukkaset ovat ilmestyneet soluun sen fagosytoimista bakteereista. Yhteyttävistä viherlevistä kehittyivät ensimmäiset maakasvit eli sammalet, sekä myöhemmin sanikkaiset ja paljassiemeniset siemenkasvit. Ensimmäiset maaeläimet puolestaan olivat selkärangattomia kuten niveljalkaisia, jotka sopeuduttuaan aerobisiin oloihin saivat kilpailuedut siirtyessään ravinnon perässä maalle. Merten ensimmäisistä selkärankaisista eli luu- ja rustokaloista kehittyi hiljalleen sammakkoeläimiä, jotka puolestaan olivat ensimmäisiä maalla eläviä selkärangallisia. Sammakkoeläimistä kehittyi ajan myötä matelijoita ja niistä edelleen ensimmäisiä lintuja ja nisäkkäitä.

Pölyttäjän ja kukkakasvin rinnakkaisevoluutio on yksi esimerkki koevoluutiosta.
Kuva: Public Domain.

Koevoluution eli rinnakkaisevoluution myötä elämän keskiajalla kehittyivät myös koppisiemeniset kukkakasvit sekä niitä pölyttävät hyönteiset. Sekä kasvien että eläinten tuli sopeutua lyhyessä ajassa suuriin muutoksiin. Uudet kehittyvät rakenteet mahdollistivat uusien lajien synnyn ja sopeutumisen maaelämään. Permikauden lopulla uusi massasukupuutto katkaisi matelijoiden valtakauden ja linnut ja nisäkkäät alkoivat kehittyä ja runsastua edelleen. Lintujen ja nisäkkäiden, sekä uusien kasvien evoluutio jatkui voimakkaasti elämän uudella ajalla, jonka lopulla kehittyi myös nykyajan ihminen.

Eliökunnan historia -oppimateriaali, tehtävät

Eliökunnan historia -oppimateriaali; mallivastaukset