aulun koordinaatit Galileon linkkisysteemissä (https://www.kyberturvallisuuskeskus.fi/fi/toimintamme/satelliittipaikannus): 69,8991; 26,9814
Yhteyttäminen, Happea tuottava fotosynteesi
Ensimmäinen happea tuottava yhteyttämisreaktio käynnistyy noin 3 – 3,2 miljardia vuotta sitten, kun syano- eli sinibakteerit, eli sinilevät kehittivät uuden fotosynteesin muodon. Valoenergian avulla ne hajoittavat vettä, ja jätteenä syntyy happea. Aiemmin fotosynteesissä hyödynnettiin elektronien lähteenä mm. rikkivetyä, mutta tällaista fotosynteesiä rajoittaa rikkivedyn ja muiden elektronien lähteiden rajallinen saatavuus. Vettä sen sijaan on kaikkialla.. Elektronien irroittaminen vedeltä on kuitenkin vaikeaa, ja vaatii hyvin monimutkaisen molekyylikoneiston.
Aluksi kaikki tuotettu happi sitoutui mineraaleihin ja meriveteen.
Ilmakehän happipitoisuus alkoi nousta vasta paljon myöhemmin, n. 2,4-2,2 miljardia vuotta sitten. Ensin hapen määrä nousi merivedessä, mutta meriveden hapettumista hidasti valtavan vesimäärän lisäksi hapen kuluminen erilaisten mineraalien, kuten meressä liukoisena esiintyneen kahdenarvoisen raudan hapettamiseen. Havaintoja biologisesta hapentuotannosta jopa 3,2-3 miljardia vuotta sitten on saatu analysoimalla rautakerrostumien isotooppisuhteita.
Happea tuottava fotosynteesi: Valoreaktiossa hajotetaan vettä ja muutetaan valoenergiaa kemialliseksi energiaksi. Pimeäreaktiossa valmistetaan hiilidioksidista sokereita valoreaktiossa tuotettujen ATP:n ja NADPH:n avulla.
Huom! Fotosynteesistä löytyy lisätietoa vielä erillisestä artikkelista.
Ur, mannerten yhteenliittymä
Laattatektoniikka liikuttaa hitaasti merenpohjan laattoja, ja sen seurauksena jotkut varhaiset mantereiden palat, kratonit, törmäsivät toisiinsa. Kratonit ovat erittäin vanhoja ja stabiileja litosfäärin osia, joiden ”juuret” ulottuvat hyvin syvälle – aina astenosfääriin asti. Kratonien yhteenryhmittymästä syntyi varhaisin tunnettu suurempi manner, Ur. Ur juontaa juurensa saksankielestä, jossa se tarkoittaa alkua. Urin ydinalueet tunnetaan nimellä Vaalbara.
Ur voidaan edelleen tunnistaa planeettamme pinnalta. Tutkimalla nykyisiä mantereita on havaittu, että niistä löytyy vanhojen kratonien reuna-alueita, jotka sisältävät keskimäärin 3000 miljoonan vuoden ikäisiä matalaan veteen muodostuneita vulkaanisia kerrostumia. Tällaisia yhtä vanhoja ja samantyyppisiä kerrostumia löytyy Maasta ainoastaan viiden kratonin reuna-alueelta. Vaikka nämä alueet ovat nykyisin jakautuneet ympäri maapalloa tiedetään, että ne sijaitsivat yhdessä vielä viimeisimmän supermantereen, Pangean, hajoamisen aikoihin. Hajoamisen jälkeen Urin osat päätyivät osaksi muita mantereita.
Alkuperäinen Ur sisälsi osia esimerkiksi Intiasta ja Etelä-Afrikasta (Kaapvaal-kratoni). Ur laajeni, kun siihen yhtyi lisää kratoneita noin 2500 miljoonaa vuotta sitten. Kasvu jatkui ainakin tuhannen miljoonan vuoden ajan, jolloin muun muassa Australian itäosa hitsautui kiinni Uriin.
Happivallankumous ja lumipallomaa: 2400 – 2100 miljoonaa vuotta sitten
Maapallon historian alkuaikoina ilmakehässä ei ollut lainkaan happea. Syanobakteerit eli ’sinilevät’ aloittivat hapentuotannon jo 3 miljardia vuotta sitten, mutta aluksi kaikki happi sitoutui välittömästi veteen ja mineraaleihin.
”Happivallankumous” tapahtui 2,4 – 2,2 miljardia vuotta sitten: noina aikoina hapen pitoisuus ilmakehässä alkoi housta, mutta hyvin hitaasti. Suuri osa vapautuneesta hapesta edelleen sitoutui erilaisiin aineisiin. Vasta n. 800 miljoona vuotta sitten happinielut olivat viimein täynnä ja happipitoisuus lähti nopeaan nousuun.
Veden happipitoisuuden nousetessa siihen liennut rauta hapettuu ja saostuu merien pohjalle tummana ruosteisen raudan kerroksena. Veden happipitoisuuden taas laskiessa tällaista tumma saostumiskerrosta ei synny. Vaaleat ja tummat kerrokset vuorottelevat meren pohjan sedimenteissä, mikä osoittaa hapen määrän valtamerissä vaihdelleen aikojen kuluessa.
Ilmakehän happipitoisuuden noustessa ilmasto kylmeni voimakkaasti: Happi hapetti ilmakehän metaanin hiilidioksidiksi joka on huomattavasti metaania heikompi kasvihuonekaasu. Auringon säteilyteho oli ainoastaan 80 % nykyisestä, joten metaanin väheneminen johti laajoihin jäätiköitymisiin. Laajat jäätiköt heijastavat auringon säteilyä tehokkaasti takaisin avaruuteen, ja näin kylmä ilmastovaihe ruokki itse itseään. Maa oli ajoittain kokonaan jään peitossa. Tämä Huroninen jäätiköityminen, tai Lumipallo-Maa, vallitsi planeetalla 2400 – 2100 miljoonaa vuotta sitten. Sen päättyminen liittyi todennäköisesti tuliperäiseen toimintaan tai massiiviseen asteroidi-törmäykseen.
Meressä happipitoisuuden nousu puolestaan aiheutti kahdenarvoisen raudan hapettuminen ruosteeksi, mikä tuotti ns. raitarautakerrostumia. Näissä kerrostumissa sijaitsee suuri osa maailman louhintakelpoisesta raudasta.
Huom! Maan ilmaston muutoksista löytyy lisätietoa vielä erillisestä artikkelista.
Happivallankumous ja aitotumalliset
Kun syanobakteerien eli ’sinilevien’ tuottamaa happea alkoi kertyä ilmakehään, se oli hapettomiin oloihin tottunneille eliöille hyvin myrkyllistä. Se oli vaarallinen aine, joka myrkytti maapallon vedet ja ilman. Lisäksi se hapetti ilmakehän metaanin, minkä seurauksena maa jäätyi jääplaneetaksi, jolla oli niukalti elintilaa. Samalla monien ravinteiden saatavuus muuttui. Esimerkiksi aiemmin helposti saatavilla ollut kahdenarvoinen rauta hapettui ruosteeksi vapauttaen samalla hyvin vaarallisia happiradikaaleja. Happivallankumous oli yksi eliökunnan suurimmista katastrofeista.
Valtavasti mikrobeja hävisi. Monet vetäytyivät turvallisiin hapettomiin olosuhteisiin, mutta joillekin kehittyi monimutkaisia suojamekanismeja, joiden avulla ne oppivat sietämään happea. Jotkut näistä oppivat jopa hyödyntämään tätä reaktiivista myrkkyä ylivertaisena energianlähteenä. Nämä aerobiset eliöt pääsivät monimuotoistumaan jään vetäydyttyä. Yksi näistä happea hyödyntämään oppineista lajeista oli varhainen aitotumallinen, josta kaikki monimutkainen makroskooppinen elämä on saanut alkunsa.
Aitotumaisten elämänmuotojen kehittyminen
Aitotumallisia eliöitä ovat kaikki kasvit, eläimet, sienet sekä lukuisat alkueliöryhmät. Aitotumalliset solut ovat paljon suurempia ja monimutkaisempia kuin alkeistumalliset bakteerit ja arkeonit . Niillä on tuma ja lukuisia muita soluelimiä. Ilman aitotumallisia maapallolla ei olisi monimutkaista makroskooppista elämää.
Aitotumallisten eli eukariootien synnystä on esitetty erilaisia näkemyksiä. Ensimmäiset aitotumallisten fossiilit ovat noin 1,8 miljardia vuotta vanhoja, mutta todennäköisesti eukariootit kehittyivät jo aiemmin. Eukaryooteilla on paljon samanlaisia geenejä sekä arkeonien että bakteerien kanssa. Arvellaan, että eukarioottigenomi olisi saattanut saada alkunsa näiden fuusiosta.
Mitokondrio eli solun energiantuottolaitos kehittyi, kun happea hyödyntävä bakteeri siirtyi elämään symbioosissa arkeonin tai esieukaryootin sisään. Kaikki nykyiset eukaryootit näyttävät polveutuvan tästä yhdestä mitokondriollisesta esi-isästä. On edelleen epäselvää, kehittyivätkö muut aitotumallisille eliöille tyypilliset ominaisuudet, kuten tuma, ennen mitokondrion ilmestymistä vai sen jälkeen. Vähitellen suuri osa mitokondrion geeneistä siirtyi tuman genomiin. Mitokondrion energiantuotanto vaatii toimiakseen happea, joten hapellinen ilmakehä on suosinut eukaryoottilajien kehitystä.
Myöhemmin samantapaisessa endosymbioosiprosessissa jotkut eukaryootit ottivat sisäänsä fotosynteettisen syanobakteerin eli sinilevän. Tästä kehittyi toinen soluelin, viherhiukkanen. Viherhiukkasen sisäänsä saaneet solut kehittyivät ensin yksisoluisiksi leviksi, joista myöhemmin edelleen kehittyivät monisoluiset levät ja kasvit.
Arktinen Aikavaellus 