Livet uppstår och utvecklas
Redaktör: Anna Johnson, mars 2022. Efter artikeln Elämän synty ja kehitys av Mikko Turunen
Syftet med den här artikeln är att ge en uppfattning om det sammanhang som finns mellan jordens geologiska utveckling och livets födelse och utveckling. Jämför med artikeln Geologi och tiden – livets utveckling. Informationen i texten har hämtats från ett antal olika källor och författaren har strävat till att sammanfatta skeendena så lättförståeligt som möjligt. Därför kan här finnas uppgifter som är något inexakta till förmån för den övergripande bildens tydlighet.
Liv på jorden blir möjligt
Jorden uppstod för ca 4,7 miljarder (4 700 miljoner) år sedan. Den okonsoliderade planetklumpen växte i storlek i takt med att mera materia från den omgivande rymden drogs ihop och slogs samman, och gradvis bildades en planet med en fast skorpa. Jordens inre var smultet och när det smultna stenmaterialet erupterade på jordens yta frigjordes väte och syre. Dessa element förenades och bildade vattenånga, H2O, som sedan kondenserades till vatten. Vattnet föll ner till marken och bildade så småningom hav där livet senare kunde utvecklas.
Det finns ingen allmänt accepterad heltäckande förklaring till livets ursprung, men den avgörande faktorn var att nukleinsyrorna DNA och RNA som bestod av fyra olika nukleotider som uppstått i de då rådande förhållandena, utvecklat förmågan att bevara, överföra och replikera genetisk information vid duplicering. Tvillingkopior fortsatte att producera kopior av sig själva, dvs. de skapade avkommor som var likadana som de själva vad. Detta innebär att de genomförde biologisk reproduktion. Alla kända organismer förökar sig, reproduktion anses vara en av de egenskaper som utmärker och skiljer den levande naturen från den övriga naturen.
Under de förhållanden som då rådde på jorden utvecklades förutom nukleinsyrorna DNA och RNA även aminosyror. Aminosyrorna förenades och bildade olika proteiner. Proteiner är cellernas byggstenar, de är alltså helt avgörande för livets uppbyggnad. Vid något tillfälle började proteiner och nukleinsyror interagera vilket ledde till ett system där nukleinsyrornas information styr proteinsyntesen, dvs. vilken struktur proteinerna kommer att få samt vilka enzymer organismen kommer att producera.
Även om det finns många olika teorier kring hur livet uppstod har de alla vissa gemensamma nödvändiga faktorer. En av dessa är att jorden någon gång måste ha haft de förutsättningar som behövs för att de grundläggande molekylerna som dagens livsformer bygger på skulle kunna uppstå. En annan faktor som återkommer är DNA:s förmåga att reproducera sig själv. En tredje viktig återkommande faktor är de fettsyror som i form av dubbla lipidlager utgör cellväggarnas grundläggande byggstenar. Det dubbellagriga lipidmembranet bildade en sfärisk struktur som inneslöt vatten samt de tidigare bildade nuklein- och aminosyrorna. Dupliceringen av nukleinsyrorna (DNA och RNA) fortsatte nu inne i celler, och på det sättet började hela celler att dupliceras och ge sina arvsanlag vidare.
Livets tidigaste skeden
I början utvecklades livet mycket långsamt. Genom att studera gamla geologiska formationer har man kunnat konstatera att DNA existerade redan för ca 3,5 miljarder år (Ga) sedan. De äldsta cellerna man har hittat finns i formationer som är ca 3 Ga gamla. En av de största vändpunkterna i livets historia, fotosyntesens uppkomst, skedde för ca 2,5 Ga sedan. Då lärde sig de blågröna algerna (cyanobakterierna) att använda solens ljus som energikälla för att kombinera vatten och koldioxid till socker. Som biprodukt av fotosyntesen släpptes syre ut i atmosfären. Det atmosfäriska syret ökade mycket långsamt, man uppskattar att den nuvarande syrehalten uppnåddes så sent som för ca 400 miljoner år (Ma) sedan.
Innan mängden syre i atmosfären ökade var jorden oskyddad från solens ultravioletta strålning. Hög ultraviolett strålning är skadligt för levande organismer så detta var en faktor som bromsade livets utveckling på jorden. Organismerna behövde tillräckligt mycket solljus för att fotosyntes skulle kunna ske, för mycket ljus kunde i stället döda dem. I takt med att atmosfärens syrehalt ökade började ett ozonskikt bildas. Ozonskiktet absorberade en tillräckligt stor andel av den ultravioletta strålningen så att livet kunde flytta från de skyddande havsdjupen till de grundare kustområdena.
Cellkärnan antas ha uppstått för ca 1,5 Ga sedan genom att två celler smälte samman så att den ena på något sätt hamnade inuti den andra. I cellkärnan lagras det genetiska materialet, här dupliceras det och överförs till dottercellerna. Celler som har en cellkärna överför genetisk information mycket snabbare än celler som saknar kärna. Utvecklingen av cellkärnor har alltså varit gynnsam för livets utveckling. På bilden syns en cell med cellkärna. En cell innehåller dock mycket mer än en cellkärna.
Syrets roll i evolutionen
Syret delade livet i två grenar; syreproducerande och syreförbrukande organismer. Vissa celler (algerna) hade lärt sig att tillverka det socker de behövde genom att förena vatten och koldioxid med solljusets energi, dvs. fotosyntes. Som biprodukt skapade de syre. Eftersom de inte behövde röra på sig för att få tag i den näring de behövde, utvecklade dessa celler inte rörelseförmåga utan de vidareutvecklades så småningom till växter. De celler som inte lärde sig fotosyntes lärde sig i stället gradvis att utnyttja syret i atmosfären för sin ämnesomsättning. Detta gjorde att cellernas kemiska reaktioner snabbades upp, och organismerna utvecklade så småningom förmågan att röra sig. Rörelseförmågan gjorde det möjligt för dem att utnyttja de orörliga syreproducerande organismerna (växterna) som näringskälla. De här syreförbrukande organismerna utvecklades till djur.
De första egentliga flercelliga organismerna utvecklades för ca 700 miljoner år (Ma) sedan. Före det hade redan några flercelliga alger uppstått. Alla de nya cellkopiorna vandrade inte längre i väg från varandra utan fortatte i stället sitt liv tillsammans. En del av de flercelliga organismernas celler specialiserade sig t.ex. på att röra sig eller på att känna av ljus.
Förändringar i hur organismerna reproducerade sig gjorde att livet utvecklades allt snabbare. De encelliga organismerna skötte reproduktionen via delning (duplicering), bland de flercelliga organismerna specialicerade sig en del celler så långt att de började producera särskilda reproduktionsceller. Till exempel började alger föröka sig genom sporer. Dessa var dock genetiskt identiska med modercellerna och arten utvecklades nästan inte alls. För ungefär 600 Ma sedan utvecklades sådana sporer som inte producerade någon ny individ innan de förenats med en annan spor av samma art. Den individ som föddes på detta sätt var en kombination av generna från två andra individer. Denna sk. könliga förökning eller fortplantning påskyndade livets utveckling ytterligare. För drygt 500 Ma sedan skedde sålunda en betydande ökning av antalet arter och former hos de levande organismerna.
Livsformerna ökar
För ca 570 Ma sedan ökade antalet organismer och livsformer avsevärt (den sk. kambriska explosionen, the cambrian explosion). Under denna period uppstod stora avlagringar av kalkskalsorganismer (kalksten) på havsbottnarna samt ett stort antal andra döda organismer som gradvis omvandlades till olja och naturgas under de anaeroba (syrefria) förhållandena i havsdjupen. Utöver yttre stödskal (exoskelett) utvecklades hos en del arter ett slags inre stödskelett, endoskelett. De tidigaste ryggradsbärande urfiskarna uppstod för ca 400 Ma sedan.
De första växterna bredde ut sig på land för ca 400 Ma sedan. I vattnet behövde de knappt några stödstrukturer alls, men uppe på land behövdes sätt att hålla sig upprätt och att transportera näring från rotdelarna till toppen av växten. Det koldioxidrika klimatet som rådde då påskyndade växternas tillväxt, och de växte verkligen mycket snabbt. I synnerhet de trädlika ormbunksväxterna växte mycket snabbare än de hann förmultna bort. De döda växtdelarna begravdes och bildade anaeroba jordlager som sedan omvandlades till stenkol.
De första djuren följde växterna upp på land för ca 300 Ma sedan. De var ryggradslösa mikrober som så småningom utvecklades till landlevande insekter. Groddjuren (amfibierna) anpassade sig till ett liv på land för ca 260 Ma sedan. De andades först genom huden, senare utvecklades fiskarnas gälar och simblåsa till lungor. Fenorna bildade så småningom de lemmar som behövs för ett liv på land. Precis som växterna växte också djuren till sig i storlek när de anpassat sig till livet på land. Under dinosauriernas tidsålder (för ca 210–65 miljoner år sedan) skedde i djurriket en kraftig utveckling av t.ex. sinnesorganen, det muskuloskeletala systemet (rörelseorganen), nervsystemet och de inre organen.
Vi närmar oss nutid
För ca 350 ma sedan utvecklades de nakenfröiga växterna, de blev så småningom lika utbredda som sporväxterna. Nutida nakenfröiga växter är vedartade, i Finland utgörs de av t.ex. tall, gran och en. För ca 110 Ma sedan uppstod blomväxterna. De är en grupp vidare utvecklade fröväxter och de består av en stor mängd arter. När klimatet blev kallare för ca 60 miljoner år sedan försvann de stora ormbunksskogarna, och skogsväxtlighet som liknar de nutida skogarna blev i stället dominerande.
När dinosaurierna försvann bredde däggdjuren ut sig. De ekologiska nischer som dinosaurierna lämnade efter sig fylldes av olika växtätande däggdjur samt rovdjur som livnärde sig på växtätarna. Man har hittat spår efter tidiga hundarter, kattdjur och klövdjur som är ca 60 Ma gamla. Det har visat sig att fåglarna utvecklats från reptilerna, de tidigaste tecknen på att fågelarter existerat är så gamla som 160 miljoner år.
De äldsta spåren efter tidiga primater är ungefär 75 miljoner år gamla. För ca 35 Ma sedan skiljdes utvecklingslinjerna för människoartade apor (Hominoidea, hominoider) och markattartade apor (Cercopithecoidea) åt. Människans (Homo) och schimpansens (Pan) gemensamma anfader levde i Afrika för ca 7 miljoner år sedan. De äldsta kända fynden av släktet människa (Homo) är ca 5 miljoner år gamla. De första människor som använde något slags primitiva redskap levde i Afrika för ca 2 Ma sedan. Den moderna människan utvecklades i Afrika för mer än 100 000 år sedan, de äldsta fossilen av modern människa är ungefär 130 000 år gamla.
Världen förändras ganska lite under ett år, en del under 1 000 år, märkbart på 10 000 år, drastiskt på 100 000 år och oförutsägbart på en miljon år. Vem vet hur det kommer att se ut här om tiotals och hundratals miljoner år?
