5. Elämän synty ja kehitys
Luvun sisältö
- 5. Johdanto
- 5.1 Elämän historian maailmankaudet
- 5.2 Elämän synty
- 5.3 Elämän esiaika: ensimmäiset eliöt kehittyivät
- 5.4 Elämän vanha aika: eliömaailma monimuotoistuu
- 5.5 Elämän keskiaika: matelijoiden nousu ja tuho
- 5.6 Elämän uusi aika: nisäkkäiden, lintujen ja koppisiemenisten valtakausi
5. Johdanto
Elämän synty ja kehittyminen on aina kiinnostanut ihmiskuntaa. Tiede on etsinyt ja etsii yhä vastauksia kysymyksiin milloin, miksi ja miten elämä maapallolla sai alkunsa. Elämä on kehittynyt maapallolle pitkän ajan kuluessa.
Trilobiilit ovat muinaisia niveljalkaisia.
Maapallo syntyi nykytiedon mukaan noin 4,6 miljardia vuotta sitten ja ensimmäisten merkit elämästä ovat yli 3,5 miljardin vuoden takaa. Eliöt olivat pitkään yksinkertaisia, sillä ensimmäiset monisoluiset eliöt kehittyivät vasta noin 700 miljoonaa vuotta sitten.
Milloin ja miten elämä syntyi maapallolle? Tarkkaa vastausta ei ehkä koskaan saada selville.
Kaikkien nykyisten elollisten eliöiden viimeinen yhteinen kantamuoto (”esi-isä”) LUCA (last universal common ancestor) eli maapallolla noin 3,5 miljardia vuotta sitten. Sillä oli nykyisille eliöille ominaisia piirteitä, esimerkiksi jakautumiskyky sekä RNA:ta tai DNA:ta.
Trilobiilit ovat muinaisia niveljalkaisia.
Maapallo syntyi nykytiedon mukaan noin 4,6 miljardia vuotta sitten ja ensimmäisten merkit elämästä ovat yli 3,5 miljardin vuoden takaa. Eliöt olivat pitkään yksinkertaisia, sillä ensimmäiset monisoluiset eliöt kehittyivät vasta noin 700 miljoonaa vuotta sitten.
Milloin ja miten elämä syntyi maapallolle? Tarkkaa vastausta ei ehkä koskaan saada selville.
Kaikkien nykyisten elollisten eliöiden viimeinen yhteinen kantamuoto (”esi-isä”) LUCA (last universal common ancestor) eli maapallolla noin 3,5 miljardia vuotta sitten. Sillä oli nykyisille eliöille ominaisia piirteitä, esimerkiksi jakautumiskyky sekä RNA:ta tai DNA:ta.
5.1 Elämän historian maailmankaudet
Elämän historia jaetaan neljään maailmankauteen. Nämä ovat elämän esiaika (prekambrinen), elämän vanha aika (paleotsooninen), elämän keskiaika (mesotsooinen) ja elämän uusi aika (kenotsooinen). Maailmankausien rajakohdissa on tapahtunut geologisia mullistuksia, massasukupuuttoja tai harppauksia eliökunnan kehityksessä.
Elämän historian aikana on tapahtunut useita suuria sukupuuttoaaltoja, joiden aikana monet eliöryhmät hävisivät tai harvinaistuivat. Massasukupuuttoihin on liittynyt ympäristöolojen muuttuminen. Niiden syinä ovat olleet mahdollisesti merenpinnan korkeuden muutokset, mannerliikunnoista johtuvat ilmastonmuutokset, tulivuorenpurkaukset ja meteoriittipommitukset. Parhaillaan on menossa ihmisen aiheuttama kuudes sukupuuttoaalto. Joidenkin arvioiden mukaan lajeja häviää nykyään jopa päivittäin.
Elämän historian aikana on tapahtunut useita suuria sukupuuttoaaltoja, joiden aikana monet eliöryhmät hävisivät tai harvinaistuivat. Massasukupuuttoihin on liittynyt ympäristöolojen muuttuminen. Niiden syinä ovat olleet mahdollisesti merenpinnan korkeuden muutokset, mannerliikunnoista johtuvat ilmastonmuutokset, tulivuorenpurkaukset ja meteoriittipommitukset. Parhaillaan on menossa ihmisen aiheuttama kuudes sukupuuttoaalto. Joidenkin arvioiden mukaan lajeja häviää nykyään jopa päivittäin.
Massasukupuuttoja on seurannut ekologisten lokeroiden nopea tyhjentyminen. Näin on tullut elintilaa uusille eliöryhmille. Sopeutumislevittäytymisen ansiosta uuden eliöryhmän lajimäärä kasvaa hitaan alun jälkeen nopeasti. Eliökunnan evoluutiolle on ollut tyypillistä, että hallitsevan eliöryhmän on syrjäyttänyt aina joku uusi valtaryhmä.
Elämän keskiajan lopun hirmuliskojen sukupuutto on tunnetuin sukupuuttotapahtuma.
Elämän vanha aika (kaksi vasemmanpuoleista piirrosta), keskiaika ja uusi aika.
5.2 Elämän synty
Kemiallinen evoluutio
Maapallo syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten samoihin aikoihin muiden aurinkokuntamme planeettojen ja Auringon kanssa. Aluksi maapallo oli kuuma taivaankappale, koska se oli jatkuvien meteoriittipommituksien kohteena ja sen tuliperäinen toiminta oli aktiivista. Maapallon jäähtyessä tulivuorista peräisin oleva vesihöyry tiivistyi sateiksi ja valtameret muodostuivat. Maapallolle syntyi myös kiinteä kivikehä ja kaasukehä.
Varhainen kaasukehä poikkesi koostumukseltaan nykyisestä ilmakehästä. Se sisälsi vesihöyryä, hiilidioksidia, typpeä, hiilimonoksidia ja myrkyllisiä kaasuja, mutta siinä ei ollut vapaata happea eikä siten UV-säteilyltä suojaavaa otsonikerrosta. Nykyisten eliöiden olisi ollut vaikeaa tulla toimeen alkumaapallon olosuhteissa.
Oheisessa kuvassa on nuoren opiskelijan Steven Millerin laboratoriokoe, jolla tutkittiin mm. aminohappojen syntyä kuvitelluissa varhaisen Maan olosuhteissa. Koe osoitti kiistatta, että kemiallinen evoluutio on ollut mahdollista alkumaapallon oloissa.
Elämän alkuvaiheista on olemassa erilaisia teorioita ja olettamuksia. Elämän oletetaan syntyneen vaiheittain. Aluksi kaasukehässä oli vain yksinkertaisia aineita, jotka yhdistyivät salamoinnin ja meteoriittipommitusten ansiosta. Näin muodostui elämälle tärkeitä aineita, kuten aminohappoja ja nukleiinihappoja (DNA ja RNA).
Aminohapot liittyivät yhteen ja muodostui monimutkaisia makromolekyylejä, proteiineja. Elämän synty oli ottanut ensimmäisen askeleensa, kemiallisen evoluution.
Alkumaapallon aikana meteoriittipommitus, jatkuva salamointi ja Auringon UV-säteily saivat aikaan monimutkaisia kemiallisia yhdisteitä. Tätä kutsutaan kemialliseksi evoluutioksi. Elämän esiajalla kehittyivät ensimmäiset solut.
Alkusolun synty
Seuraavaksi elämän rakennusaineet kerääntyivät eräänlaisen alkeellista solua muistuttavan kalvorakkulan sisään. Ensimmäisen alkusolun arvellaan muodostuneen noin neljä miljardia vuotta sitten. Tätä voidaan pitää biologisen evoluution alkuhetkenä, josta alkoi eliöiden kehittyminen. Ensimmäiset solut olivat nykyisten esitumaisten kaltaisia mikroskooppisia eliöitä.
Kemiallisen evoluution tärkeimmistä tapahtumapaikoista ei olla varmoja. Eräs teoria on, että kemiallisen evoluution tapahtumapaikkana olisivat olleet kuivalla maalla olleet tulivuorien reunamat. Kemiallisen evoluution reaktioketjuja voidaan toistaa laboratorioissa, esimerkiksi glysiini-aminohappoa saadaan muodostumaan reaktiossa, jossa lähtöaineina on formaldehydia, vetysyanidia, ammoniakkia ja vettä.
5.3 Elämän esiaika: ensimmäiset eliöt kehittyivät
Maapallon ensimmäisiä eliöitä olivat yksisoluiset arkit ja bakteerit. Arkit sopeutuivat elämään vaativissa ääriolosuhteissa, kuten äärimmäisen kuumissa ympäristöissä.
Arkkeja löytyy nykyään alkumaapallon kaltaisista olosuhteista – esimerkiksi erittäin suolaisista, happamista ja hapettomista ympäristöistä, kuten valtamerten pohjista ja kuumista lähteistä.
Syanobakteereja eli sinileviä.
Noin 3,5 miljardia vuotta sitten tapahtui merkittävä kehitysaskel elämän historiassa: kehittyi valon avulla tapahtuva yhteyttäminen eli fotosynteesi. Ensimmäiset kasvien kaltaiseen fotosynteesiin kykenevät eliöt olivat syanobakteereita eli sinileviä. Vanhimmat tunnetut fossiilit, stromatoliitit, ovat muinaisista syanobakteereista muodostuneita kerrostumia.
Fotosynteesiin kykenevät esitumaiset saivat kilpailuedun, koska fotosynteesin tarvitsemaa vettä ja valoa oli runsaasti tarjolla. Fotosynteesi oli muullakin tavoin tärkeä kehitysaskel eliökunnan kehityksessä. Tämä johtuu siitä, että fotosynteesin sivutuotteena muodostui happea. Ensiksi sitä liukeni veteen, mutta noin kaksi miljardia vuotta sitten sitä alkoi vapautua myös kaasukehään. Happi muutti varhaisen kaasukehän koostumusta ja siitä muodostui UV-säteilyltä suojaava otsonikerros, mikä myöhemmin mahdollisti elämän siirtymisen maalle.
Happi oli myrkyllistä hapettomiin olosuhteisiin sopeutuneille esitumaisille. Suuri osa muinaisista eliölajeista ei sopeutunut uudenlaisiin aerobisiin (hapellisiin) olosuhteisiin, ja siksi ne kuolivat sukupuuttoon. Aerobisiin olosuhteisiin sopeutuneille esitumaisille kehittyi soluhengitys, joka oli uusi, happea vaativa energian vapauttamistapa. Soluhengityksen avulla voitiin vapauttaa tehokkaammin energiaa kemiallisista yhdisteistä. Niukkahappisissa olosuhteissa esitumaiset eliöt olivat saaneet siihen asti energiansa käymisreaktioiden avulla.
Vasemmalla: Stromatoliitit ovat muinaisista syanobakteereista muodostuneita kerrostumia. Ne kuuluvat vanhimpiin tunnettuihin fossiileihin. Oikealla: Syanobakteerit ovat yhteyttämiskykyisiä bakteereja, joiden ajatellaan olevan viherhiukkasten edeltäjiä. Ns. sinileväkukinnot ovat itse asiassa syanobakteeriesiintymiä.
Aitotumaiset solut ja endosymbioosi: solujen rakenne monimutkaistuu
Ensimmäisten aitotumaisten arvellaan kehittyneen 1,5 miljardia vuotta sitten. Varhaisille aitotumaisille kehittyi tuma, mutta niillä ei ollut vielä monia muita soluelimiä. Mitokondrioiden ja viherhiukkasten arvellaan syntyneen siten, että varhaiset aitotumaiset alkoivat elää läheisessä yhteistyössä bakteerien kanssa. Lopulta nämä bakteerit siirtyivät isäntäsolun sisään ja niistä kehittyi soluelimiä.
Soluhengitystä hyödyntävät bakteerit kehittyivät vähitellen mitokondrioiksi, ja fotosynteesiin kykenevistä bakteerista kehittyivät viherhiukkaset.
Tämän endosymbioositeorian mukaan aitotumaisten solujen viherhiukkaset ja mitokondriot ovat alun perin olleet bakteereita. Tätä näkemystä tukee se, että näillä soluelimillä ja bakteereilla on rengasmainen DNA:sta muodostunut genomi. Lisäksi mitokondriot ja viherhiukkaset sekä niiden perintöaines jakautuvat muusta solusta itsenäisesti.
Monisoluisuus kehittyi elämän esiajan lopulla
Noin 700 miljoonaa vuotta sitten yksisoluisten eliöiden rinnalle kehittyi monisoluisia eliöitä. Ensimmäisten monisoluisten eliöiden kehitys kesti siis noin kolme miljardia vuotta. Monisoluisuuden kehittyminen oli merkittävä käännekohta eliökunnan evoluutiossa. Solut yhdistyivät soluryhmittymiksi, joissa solujen välille kehittyi työnjakoa. Osa soluista erikoistui ravinnon käsittelyyn, osa lisääntymiseen ja osa liikkumiseen.
Monisoluisuudesta oli useita etuja. Se tehosti työnjaon kautta eliön toimintaa ja mahdollisti eliön koon kasvun. Monisoluisuus kehittyi erikseen sekä kasvi- että eläinkunnassa. Monisoluisia eliöitä löytyy myös sienistä, joistakin levistä ja limasienistä.
Ensimmäiset aitotumaiset ja monisoluiset eliöt kehittyivät elämän esiajan lopulla.
Suvullinen lisääntyminen lisäsi perinnöllistä muuntelua
Yksi mullistava kehitysaskel oli suvullisen lisääntymisen ja sukusolujen kehittyminen. Aikaisemmin eliöt olivat lisääntyneet suvuttomasti eli kopioimalla itseään. Sukusolujen kehittymisestä oli etua, sillä suvullisen lisääntymisen tuloksena kahdesta vanhemmasta syntyy aina uudenlainen jälkeläinen. Näin perinnöllisen muuntelun määrä lisääntyi.
Monisoluisuus ja suvullinen lisääntyminen olivat merkittäviä käännekohtia evoluutiossa. Suvullinen lisääntyminen mahdollistaa perinnöllisen muuntelun määrän kasvun. Munasolu ja siittiöitä.
Arkkeja löytyy nykyään alkumaapallon kaltaisista olosuhteista – esimerkiksi erittäin suolaisista, happamista ja hapettomista ympäristöistä, kuten valtamerten pohjista ja kuumista lähteistä.
Syanobakteereja eli sinileviä.
Kemo- ja fotosynteesi: solut pystyvät valmistamaan oman ravintonsa
Ensimmäiset esitumaiset hyödynsivät ympäristössä olevia orgaanisia yhdisteitä energian- ja ravinnonlähteenään toisenvaraisten eliöiden tavoin. Vähitellen osalle esitumaisista kehittyi kyky valmistaa itse orgaanisia aineita kemosynteesin avulla. Sen avulla eliöt pystyivät itse valmistamaan erilaisia orgaanisia yhdisteitä ja sitomaan epäorgaanisissa yhdisteissä olevaa kemiallista energiaa käyttöönsä.Noin 3,5 miljardia vuotta sitten tapahtui merkittävä kehitysaskel elämän historiassa: kehittyi valon avulla tapahtuva yhteyttäminen eli fotosynteesi. Ensimmäiset kasvien kaltaiseen fotosynteesiin kykenevät eliöt olivat syanobakteereita eli sinileviä. Vanhimmat tunnetut fossiilit, stromatoliitit, ovat muinaisista syanobakteereista muodostuneita kerrostumia.
Fotosynteesiin kykenevät esitumaiset saivat kilpailuedun, koska fotosynteesin tarvitsemaa vettä ja valoa oli runsaasti tarjolla. Fotosynteesi oli muullakin tavoin tärkeä kehitysaskel eliökunnan kehityksessä. Tämä johtuu siitä, että fotosynteesin sivutuotteena muodostui happea. Ensiksi sitä liukeni veteen, mutta noin kaksi miljardia vuotta sitten sitä alkoi vapautua myös kaasukehään. Happi muutti varhaisen kaasukehän koostumusta ja siitä muodostui UV-säteilyltä suojaava otsonikerros, mikä myöhemmin mahdollisti elämän siirtymisen maalle.
Happi oli myrkyllistä hapettomiin olosuhteisiin sopeutuneille esitumaisille. Suuri osa muinaisista eliölajeista ei sopeutunut uudenlaisiin aerobisiin (hapellisiin) olosuhteisiin, ja siksi ne kuolivat sukupuuttoon. Aerobisiin olosuhteisiin sopeutuneille esitumaisille kehittyi soluhengitys, joka oli uusi, happea vaativa energian vapauttamistapa. Soluhengityksen avulla voitiin vapauttaa tehokkaammin energiaa kemiallisista yhdisteistä. Niukkahappisissa olosuhteissa esitumaiset eliöt olivat saaneet siihen asti energiansa käymisreaktioiden avulla.
Vasemmalla: Stromatoliitit ovat muinaisista syanobakteereista muodostuneita kerrostumia. Ne kuuluvat vanhimpiin tunnettuihin fossiileihin. Oikealla: Syanobakteerit ovat yhteyttämiskykyisiä bakteereja, joiden ajatellaan olevan viherhiukkasten edeltäjiä. Ns. sinileväkukinnot ovat itse asiassa syanobakteeriesiintymiä.
Aitotumaiset solut ja endosymbioosi: solujen rakenne monimutkaistuu
Ensimmäisten aitotumaisten arvellaan kehittyneen 1,5 miljardia vuotta sitten. Varhaisille aitotumaisille kehittyi tuma, mutta niillä ei ollut vielä monia muita soluelimiä. Mitokondrioiden ja viherhiukkasten arvellaan syntyneen siten, että varhaiset aitotumaiset alkoivat elää läheisessä yhteistyössä bakteerien kanssa. Lopulta nämä bakteerit siirtyivät isäntäsolun sisään ja niistä kehittyi soluelimiä. Soluhengitystä hyödyntävät bakteerit kehittyivät vähitellen mitokondrioiksi, ja fotosynteesiin kykenevistä bakteerista kehittyivät viherhiukkaset.
Tämän endosymbioositeorian mukaan aitotumaisten solujen viherhiukkaset ja mitokondriot ovat alun perin olleet bakteereita. Tätä näkemystä tukee se, että näillä soluelimillä ja bakteereilla on rengasmainen DNA:sta muodostunut genomi. Lisäksi mitokondriot ja viherhiukkaset sekä niiden perintöaines jakautuvat muusta solusta itsenäisesti.
Monisoluisuus kehittyi elämän esiajan lopulla
Noin 700 miljoonaa vuotta sitten yksisoluisten eliöiden rinnalle kehittyi monisoluisia eliöitä. Ensimmäisten monisoluisten eliöiden kehitys kesti siis noin kolme miljardia vuotta. Monisoluisuuden kehittyminen oli merkittävä käännekohta eliökunnan evoluutiossa. Solut yhdistyivät soluryhmittymiksi, joissa solujen välille kehittyi työnjakoa. Osa soluista erikoistui ravinnon käsittelyyn, osa lisääntymiseen ja osa liikkumiseen. Monisoluisuudesta oli useita etuja. Se tehosti työnjaon kautta eliön toimintaa ja mahdollisti eliön koon kasvun. Monisoluisuus kehittyi erikseen sekä kasvi- että eläinkunnassa. Monisoluisia eliöitä löytyy myös sienistä, joistakin levistä ja limasienistä.
Ensimmäiset aitotumaiset ja monisoluiset eliöt kehittyivät elämän esiajan lopulla.
Suvullinen lisääntyminen lisäsi perinnöllistä muuntelua
Yksi mullistava kehitysaskel oli suvullisen lisääntymisen ja sukusolujen kehittyminen. Aikaisemmin eliöt olivat lisääntyneet suvuttomasti eli kopioimalla itseään. Sukusolujen kehittymisestä oli etua, sillä suvullisen lisääntymisen tuloksena kahdesta vanhemmasta syntyy aina uudenlainen jälkeläinen. Näin perinnöllisen muuntelun määrä lisääntyi. Monisoluisuus ja suvullinen lisääntyminen olivat merkittäviä käännekohtia evoluutiossa. Suvullinen lisääntyminen mahdollistaa perinnöllisen muuntelun määrän kasvun. Munasolu ja siittiöitä.
Kuvagalleria: Elämän kehityksen alkuvaiheet ja maailmankaudet
5.4 Elämän vanha aika: eliömaailma monimuotoistuu
Eliölajit sopeutuivat maalla elämiseen
Elämän esiajan lopussa happea oli ilmakehässä edelleen vähän ja toisaalta UV-säteilyn määrä oli suuri. Elämää esiintyi edelleen lähinnä merissä, ja useimmat eliöt olivat yksisoluisia tai yksinkertaisia monisoluisia eliöitä. Elämän vanhan ajan alussa (550 miljoonaa vuotta sitten) tapahtui "kambrikauden räjähdyksen" nimellä tunnettu nopea elämän megaevoluutio, jolloin valtaosa eläinkunnan pääjaksoista syntyi ja merien lajisto monipuolistui. Elämän vanhalla ajalla meri kuhisi elämää: nilviäisiä, piikkinahkaisia, sienieläimiä ja muita selkärangattomia sekä varhaisia leuattomia kaloja. Merissä oli jo tuolloin kaikkien nykyisten pääjaksojen edustajia.
Kambrikauden räjähdyksellä tarkoitetaan sitä, että suhteellisen lyhyen ajan sisällä syntyi paljon erilaisia eliöryhmiä. Samalla ensimmäiset eliöt nousivat kuivalle maalle.
Samoihin aikoihin elämä levittäytyi maalle: ensimmäisiä maalla eläneitä eliöitä olivat kasvit ja sienet. Maalla oli valoa, hiilidioksidia ja runsaasti tilaa, mutta kuivan maaelämän olosuhteisiin siirtyminen edellytti tiettyjä rakenteellisia sopeutumia. Kasvien perässä maalle siirtyivät erilaiset selkärangattomat eläimet. Ensimmäiset maaeläimet olivat selkärangattomia niveljalkaisia noin 450 miljoonan vuoden takaa. Niiden raajat soveltuivat maalla kävelemiseen, ja niiden ulkoinen tukiranka esti veden haihtumista. Hyönteiset, kuten sudenkorennot, ilmaantuivat noin 400 miljoonaa vuotta sitten.
Ensimmäiset maakasvit olivat sammalia, jotka olivat kehittyneet viherlevistä. Sammalista kehitys jatkui myöhemmin sanikkaisiin ja siemenkasveihin. Ne eivät olleet sopeutuneet täysin maaelämään, koska niiltä puuttui tukisolukko ja niiden johtosolukko oli heikosti kehittynyt. Lisäksi sammalten lisääntyminen oli edelleen vedestä riippuvaista, koska niiden siittiöt liikkuivat veden avulla munasolun luokse.
Ensimmäiset varsinaiset maakasvit olivat putkilokasveihin kuuluvia sanikkaisia. Ne kehittyivät noin 420 miljoonaa vuotta sitten. Vähitellen suotuisissa olosuhteissa kasvien koko suureni ja kasvilajisto monipuolistui. Liekokasvit, kortteet ja saniaiset valtasivat yhä laajempia alueita.
Sanikkaisista muodostui laajoja itiökasvimetsiä elämän vanhalla ajalla (kivihiilikausi, noin 300 miljoonaa vuotta sitten). Kivihiilikausi on saanut nimensä tuolloin kasvaneista sanikkaismetsistä, joista nykyiset kivihiiliesiintymät ovat muodostuneet.
Sanikkaiset olivat sopeutuneet sammalia paremmin maaelämään. Niillä on monta veden saamiseen ja säästämiseen liittyvää rakennetta. Ne ottavat vettä juurillaan, niiden pintasolukko estää kuivumista, ja niillä on varressa veden, ravinteiden ja yhteyttämistuotteiden kuljetukseen erikoistunut johtosolukko.
Elämän vanhalla ajalla (noin 360 miljoonaa vuotta sitten) sanikkaisten rinnalle kehittyivät ensimmäiset siemenistä lisääntyvät paljassiemeniset kasvit. Kaiken kaikkiaan kasvien levittäytyminen maalle oli merkittävää myös eläinten evoluution kannalta, koska eläimet pystyivät siirtymään maalle vasta niiden ravintona olevien kasvien perässä.
Kasvien kehittyminen.
Selkärankaiset eläimet kehittyvät
Alkukalat olivat leuattomia, kuten kuvan nahkiainen. Ensimmäiset alkukalat kehittyivät noin 500 miljoonaa vuotta sitten.
Ensimmäiset selkärankaiset olivat pieniä, leuattomia ja evättömiä ympyräsuisia. Ne elivät vanhan ajan merissä lähellä pohjaa. Varhaisten selkärankaisten liikuntakyky ja ravinnon hankinta oli heikkoa evien ja leukojen puuttumisen vuoksi. Elämän vanhan ajan keskivaiheilla joillekin selkärankaisille kehittyivät leuat, jotka paransivat saalistustehoa. Näillä rustokaloilla oli rustoinen tukiranka. Sisäinen tukiranka mahdollisti koon kasvun ja tehokkaamman liikkumisen.
Luukalat kehittyivät noin 440 miljoonaa vuotta sitten. Niillä oli monia kehittyneempiä ominaisuuksia rustokaloihin verrattuna: esimerkiksi luinen selkäranka ja parempi liikkumiskyky taipuisien evien, uimarakon ja tehokkaampien kidusten ansiosta. Leualliset rustokalat syrjäyttivät aikaisemmat leuattomat alkukalat, ja luukalat valtasivat elintilaa rustokaloilta.
Selkärankaisten siirtyminen maalle alkoi välillä kuivina olleiden lammikoiden kaloista. Maaselkärankaiset kehittyivät mahdollisesti matalissa rantavesissä eläneistä varsieväkaloista. Varsieväisillä oli myös ”raajamaiset” varrelliset evät, joiden avulla ne pystyivät siirtymään rannoilla lammikosta toiseen. Sammakkoeläimet olivat ensimmäisiä maaselkärankaisia. Maalle siirtymisestä oli hyötyä ensimmäisille sammakkoeläimille, sillä maalla ei ollut aluksi petoja, ja toisaalta siellä oli runsaasti ravintoa. Sammakkoeläinten raajat, keuhkot ja tehokas verenkierto olivat hyviä sopeumia maaelämään. Niiden lisääntyminen oli kuitenkin vedestä riippuvaista, sillä ulkoinen hedelmöitys ja poikasten kehittyminen tapahtuvat vedessä. Myös ihon piti pysyä kosteana ihohengityksen mahdollistamiseksi, sillä keuhkohengitys ei mahdollistanut riittävää hapen saantia.
Elämän vanhalla ajalla kehittyivät myös ensimmäiset maaselkärankaiset.
Kuvagalleria: Elämän vanha aika
© Simo Veistola ja e-Oppi Oy
© Shutterstock. Kuvan käyttö sallittu vain osana e-Oppi Oy:n oppimateriaalia.
© Shutterstock. Kuvan käyttö sallittu vain osana e-Oppi Oy:n oppimateriaalia.
© Oskari Härmä ja e-Oppi Oy
© Shutterstock. Kuvan käyttö sallittu vain osana e-Oppi Oy:n oppimateriaalia.
© Oskari Härmä ja e-Oppi Oy
© Oskari Härmä ja e-Oppi Oy
© Oskari Härmä ja e-Oppi Oy
5.5 Elämän keskiaika: matelijoiden nousu ja tuho
Dinosaurukset hallitsivat elämän keskiaikaa
Elämän vanha aika loppui eliömaailman kannalta tuhoisasti. Noin 250 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneessa joukkosukupuutossa eliölajeista yli 90 % hävisi. Tätä elämänhistorian suurinta massasukupuuttoa sanotaan permikauden tuhoksi. Se kohdistui erityisesti merieläimiin, sammakkoeläimiin ja sanikkaisiin.Massasukupuuton syynä on saattanut olla ilmaston kuivuminen ja viileneminen. Ilmaston muuttuessa kuivemmaksi sanikkaisten lisääntyminen hankaloitui, koska niiden siittiöt tarvitsivat vettä päästäkseen munasolun luokse.
Joukkosukupuutto raivasi elintilaa matelijoille ja mahdollisti matelijoiden sopeutumislevittäytymisen. Sammakkoeläimistä kehittyivät matelijat, jotka olivat ensimmäisiä täysin maaelämään sopeutuneita selkärankaisia. Niillä oli monia etuja maalla elämisen kannalta sammakkoeläimiin verrattuna: Niiden iho kesti kuivuutta ja raajat sopivat maalla liikkumiseen. Niiden verenkierto- ja hengityselimistö olivat sammakkoeläimiä tehokkaammat. Lisäksi matelijoille kehittyi sisäinen hedelmöitys ja munan sisällä tapahtuva alkionkehitys. Muna kesti hyvin kuivuutta ja sen sisällä oli vararavintoa alkionkehitystä varten.
Elämän keskiaikaa sanotaan matelijoiden valtakaudeksi, koska niistä muodostui monimuotoinen ja menestyksekäs eliöryhmä, joka hallitsi meriä, mantereita ja ilmaa. Ilmasto oli tuolloin lämmin ja siten sopiva vaihtolämpöisille matelijoille.
Hirmuliskoja. Tietokoneanimaatio.
Dinosaurukset eli hirmuliskot ovat tunnetuin elämän keskiajan matelijaryhmä. Ensimmäiset dinosaurukset ilmaantuivat maapallolle noin 225 miljoonaa vuotta sitten. Ne hallitsivat maailmaa yli sata miljoonaa vuotta. Samanaikaisesti dinosauruksista kehittyivät varhaiset linnut ja matelijoista ensimmäiset nisäkkäät. Lintujen ja nisäkkäiden monimuotoisuus lisääntyi nopeasti elämän keskiajan loppupuolella jo ennen dinosaurusten massasukupuuttoa.
Elämän keskiaika oli matelijoiden valtakautta sekä maalla että vesistöissä.
Siemenkasvit kehittyvät elämän keskiajalla
Maaelämään täysin sopeutuneet siemenkasvit jaetaan kahteen ryhmään paljassiemenisiin ja koppisiemenisiin. Matelijoiden kanssa elämän keskiaikaa hallitsivat siemenkasveihin kuuluvat paljassiemeniset kasvit. Nykyisin eläviä paljassiemenisiä ovat muun muassa havupuut ja käpypalmut. Paljassiemeniset kasvit olivat sopeutuneet hyvin maaelämään, sillä niiden vahapintaiset neulaset kestivät hyvin kuivuutta ja kylmyyttä. Lisäksi niiden lisääntyminen ei ollut vedestä riippuvaista kuten sanikkaisten, sillä niiden siitepöly kulkeutuu helposti tuulen mukana ja kestää kuivuutta. Siemenkasvien leviämistä edisti myös kuivuutta ja kylmyyttä kestävä siemen, jonka sisällä oli vararavintoa kehittyvälle kasville. Siemenen sisällä kehittyvää kasvialkiota suojasi myös siemenkuori. Siemen kykeni säilymään itämiskelpoisena pitkiäkin aikoja, elleivät olosuhteet olleet itämiselle suotuisat. Siitepölyhiukkasen ja siemenen ansiosta siemenkasvit sopeutuivat myös kuiviin elinympäristöihin.
Maapallon kasvillisuus muodostui elämän keskiajan alussa pääasiassa sanikkaisista ja paljassiemenisistä kasveista.
Elämän keskiajan lopussa, noin 65 miljoonaa vuotta sitten dinosaurukset kuolivat sukupuuttoon. Syynä oli todennäköisesti meteoriittitörmäys, jonka nostattaman pölypilven takia auringon säteily ei päässyt maan pinnalle. Tämän seurauksena maapallon lämpötila laski. Ilmaston viileneminen ja valon puute haittasivat kasveja. Tämä vähensi hirmuliskojen ravinnon määrää. Osa hirmuliskoista oli vaihtolämpöisiä, ja niiden oli vaikea selviytyä ilmaston viilennyttyä.
Nisäkkäät ja linnut kehittyivät elämän keskiajalla. Elämän keskiajan lopulla suuri massasukupuutto tuhosi dinosaurukset.
Kuvagalleria: Elämän keskiaika
5.6 Elämän uusi aika: nisäkkäiden, lintujen ja koppisiemenisten valtakausi
Massasukupuutto mahdollisti lintujen ja nisäkkäiden kehityksen
Nisäkkäät ja linnut kehittyivät matelijoista jo elämän keskiajalla: Ensimmäiset nisäkkäät kehittyivät noin 200 miljoonaa vuotta sitten nisäkäsliskoista. Linnut taas kehittyivät todennäköisesti noin 150 miljoonaa vuotta sitten pienistä petodinosauruksista. Lintujen ja nisäkkäiden ensimmäiset muodot olivat pieniä ja vaatimattomia. Dinosaurusten häviäminen mahdollisti nisäkkäiden ja lintujen monimuotoisuuden lisääntymisen.
Nisäkkäiden ja lintujen monimuotoisuus kasvoi elämän uudella ajalla.
Ekologisten lokeroiden tyhjeneminen mahdollisti lajien sopeutumisen uusiin elinympäristöihin ja ravinnonhankintatapoihin. Tästä seurasi nopea sopeutumislevittäytyminen ja samalla lajiutuminen. Kehittyi esimerkiksi yhä suurempia nisäkäslajeja.
Nisäkkäät kehittyivät nokkaeläimiksi, pussieläimiksi ja istukallisiksi nisäkkäiksi. Nokkaeläimet ovat alkukantainen ja vanha nisäkäslahko, joita esiintyy nykyisin ainoastaan Australiassa ja Uudessa-Guineassa. Ne munivat munia kuten pääosa matelijoista. Pussieläimiä on nykyään vain Australiassa sekä Etelä- ja Keski-Amerikassa. Kun pussieläimet kehittyivät, olivat nykyiset mantereet yhdessä muodostaen suurmantereen. Australian irtaantuessa laattaliikuntojen seurauksena suurmantereesta jäi Australiaan eristyksiin monia pussieläinlajeja. Pussieläimet säästyivät Australiassa istukallisten nisäkkäiden kilpailulta ja kehittyivät siten monimuotoiseksi nisäkäsryhmäksi. Muualla pussieläimet hävisivät todennäköisesti kilpailussa istukallisten nisäkkäiden kanssa, sillä pussieläinten poikaset syntyvät melko kehittymättöminä.Sekä linnut että nisäkkäät ovat tasalämpöisia. Linnuilla lämmöneristeenä toimiin höyhenpeite ja nisäkkäillä karvapeite. Siten nämä eliöryhmät ovat levittäytyneet ja sopeutuneet myös kylmiin elinympäristöihin.
Nisäkkäät yleistyivät elämän uudella ajalla. Savannieläimiä.
Linnut ovat sopeutuneet lentämiseen monin tavoin. Niillä on tehokas hengitys- ja verenkiertoelimistö, höyhenpeite, kevyt ja ontto luusto, isot lentolihakset, virtaviivainen rakenne sekä siiviksi muuntuneet eturaajat. Lintujen keuhkoihin on liittyneenä ilmapusseja, joiden ansiosta niiden hengitys on tehokasta. Lintujen näkö- ja kuuloaisti ovat hyvin kehittyneitä. Linnut lisääntyvät suvullisesti sisäisen hedelmöityksen avulla, jolloin hedelmöitys tapahtuu naaraan sukupuolitiehyissä.
Nisäkkäät lisääntyvät suvullisesti, ja niillä tapahtuu sisäinen hedelmöitys. Alkion- ja sikiönkehitys tapahtuu osittain tai kokonaan emon sisällä kohdussa. Istukallisilla nisäkkäillä kehittyvä sikiö saa ravintoa ja happea emolta istukan ja napanuoran kautta.
Nisäkkäät synnyttävät yleensä eläviä poikasia, kun taas matelijat ja linnut munivat. Nisäkkäät ruokkivat poikasiaan imettämällä niitä maitorauhasten eli nisien avulla, paitsi nokkaeläimet. Nisäkkäiden liikuntakyky, aivot sekä näkö- ja kuuloaisti ovat hyvin kehittyneitä.
Nisäkkään tyyppipiirteitä ovat nisät ja imetys. Kuvassa topiantilooppi.
Ihminen on kehittynyt vasta aivan elämän uuden ajan loppupuolella.
Kuvagalleria: Elämän uusi aika
Yhteenveto
| Ajanjakso | Miljoonaa vuotta sitten | Tärkeimmät tapahtumat | Uudet eliöryhmät |
|---|---|---|---|
| Elämän synty | 4 600 | Orgaanisten yhdisteiden syntyminen, alkusolun synty | Esitumaiset |
| Elämän esiaika | 4 600 – 550 | Fotosynteesi, tuma, soluelimet, suvullinen lisääntyminen, monisoluisuus | Bakteerit, arkit, aitotumaiset, ensimmäiset monisoluiset eläimet |
| Elämän vanha aika | 550 – 250 | Kambrikauden räjähdys, elämän nousu maalle | Eläinkunnan pääjaksot (+ selkärankaiset), sammalet, sanikkaiset, paljassiemeniset |
| Elämän keskiaika | 250 – 65 | Matelijoiden valtakausi | Matelijat, linnut, nisäkkäät, koppisiemeniset kasvit |
| Elämän uusi aika | 65 – | Alussa dinosaurusten massasukupuutto, lintujen ja nisäkkäiden monimuotoistuminen |
