Alkuräjähdyksessä ja tähdissä syntyneet yleiset, kovalenttisia sidoksia helposti muodostavat alkuaineet – hiili, vety, typpi, happi fosfori ja rikki (CHNOPS) – reagoivat keskenään sopivissa ympäristöissä, kuten avaruuden jäisillä pinnoilla tai nuorten planeettojen kuumilla pinnoilla.
– Spontaaneissa reaktioissa syntyi pieniä orgaanisia molekyylejä, jotka edelleen reagoivat keskenään ja tuottivat miljoonia erilaisia hiiliketjuja tai renkaita. Tästä suuresta molekyylien kirjosta on jotenkin, ja jossakin, valikoitunut pieni joukko hyvin spesifisiä molekyylejä, joista rakentui pitkiä, itse itseään ylläpitäviä ketjuja. Syntyi elämä, tiivisti dosentti, astrobiologian tutkija Kirsi Lehto elämän synnyn Tieteen päivillä Helsingissä.
Hänen mukaansa molekyylipuuron kehittyminen solulliseksi elämäksi oli hyvin monivaiheinen prosessi, joka eteni yhä uusien ja uusien satunnaisten tapahtumien kautta.
– Prosessin käynnistymiseen tarvittiin sopivia rakennuspalikoita eli neljä erilaista ribonukleotidia (RNA). Jossakin paikassa nuorella Maa-planeetalla tai sen lähiavaruudessa ribonukleotidejä rikastui niin suuri määrä, että ne alkoivat ketjuuntua lyhyiksi ketjuksi. Ketjut alkoivat pariutua peilikuviensa eli vastinjuosteidensa kanssa, ja muodostui kierteisiä kaksoisjuosteita – kuin vetoketjuja, Lehti kuvailee.
– Pariutuminen oli satunnaista ja epätarkkaa, mutta se auttoi ketjujen pysymistä ehjinä, kasvamista pidemmiksi ja vähitellen myös kopioitumista. Prosessi tarvitsi hyvin suotuisat olosuhteet, esimerkiksi kuuman vetysyanidiliuoksen ja sopivan, syklisesti vaihtelevan lämpötilan, hän jatkaa.
Varhaisimmat kehitysvaiheet – eli edellä mainitut rakennuspalikat ja RNA:sta syntynyt proteiinisynteesi-koneisto – ovat kaiken myöhemmin tapahtuneen kehityksen perusta. Ne jäivät käyttöön elämän perusominaisuuksina, ”frozen accidents” tyyppisinä muinaisjäänteinä.
Lehdon mukaan vielä ei tiedetä, oliko RNA:n syntyyn ja kehitykseen pohjautuva elämä ainoa vaihtoehto, vai olisiko elämä voinut syntyä ja kehittyä myös jonkin toisenlaisen kemian avulla.
– Elämän synty ja kehitys vaihe vaiheelta on kuitenkin ollut suurta, luonnon valinnan sallimaa ja ohjaamaa sattumaa, hän tiivistää.
Syanobakteerit elämän mahdollistajina
Dosentti Kirsi Lehto tutkii syanobakteerien – sinilevien – sopeutumista Marsin kaltaisiin olosuhteisiin. Marsin olosuhteet, ainakin teoriassa, mahdollistavat kasvien yhteyttämisen, sillä vettä, hiilidioksidia ja mikroravinteita on siellä saatavilla. Kasvatus olisi kuitenkin mahdollista vain suojatuissa kammioissa.
Lehto keskittyy kahteen syanobakteerilajiin, joista Arthrospira sp. PCC 8005 tuottaa syötävää ravintorikasta biomassaa. Anabaena cylindrica puolestaan on tehokas biovedyn tuottaja.
– Avaruuden valloitus vaatii ihmiselämän edellytysten mahdollistamista, ruuan ja hapen tuotantoa eli kasvien yhteyttämistä, perustuotantoa, kertoo Lehto.
– Sinilevät ovat oiva tutkimusväline tässä työssä, kuten myös perustuotannon tutkimisessa maanpäällisiin sovelluksiin, hän jatkaa.
Syanobakteerit olivat ensimmäisiä yhteyttäviä ja happea tuottavia eliöitä Maan elämän evoluutiossa.
– Yhteyttämisessä eli fotosynteesissä auringonvalon energian avulla tuotetaan vedestä, hiilidioksidista ja mineraaliravinteista orgaanisia yhdisteitä toisenvaraisten eliöiden ravinnoksi. Samalla vapautuu happea. Fotosynteesi mahdollistaa edelleen elämän Maassa, Lehto huomauttaa.