Esihistoriallinen aika

Tulinen alku — maapallon synty

Noin 4,6 miljardia vuotta sitten auringon ympärillä pyörivä kaasu- ja pölypilvi alkoi tiivistyä kiinteiksi kappaleiksi. Miljardit pienet kivikappaleet törmäilivät toisiinsa, sulautuivat yhteen ja kasvoivat suuremmiksi. Niistä muodostui lopulta maapallo — mutta tuo varhainen maapallo ei muistuttanut lainkaan nykyistä kotiplaneettaamme.

Ensimmäiset sadat miljoonat vuodet — geologien kutsuma hadeaaninen kausi — olivat todellista helvettiä. Maapallon pinta oli sulan kiven eli magman peittämä. Meteorit pommittivat pintaa jatkuvasti. Ilmakehä koostui hiilidioksidista, vesihöyrystä ja typestä, eikä siinä ollut lainkaan vapaata happea. Auringon säteilyä ei suodattanut mikään otsonikerros.

Noin 4,5 miljardia vuotta sitten tapahtui yksi maapallon historian dramaattisimmista tapahtumista. Marsin kokoinen planeetta, jota kutsutaan Theiaksi, törmäsi maapalloon. Törmäys oli niin valtava, että se sulatti suuren osan maapallon pinnasta ja sinkosi avaruuteen valtavan määrän kivimateriaalia. Tästä materiaalista muodostui Kuu — maapallon ainoa luonnollinen satelliitti, joka yhä tänään säätelee vuorovesiämme ja vakauttaa planeettamme kallistuskulmaa.

Maapallon jäähtyessä vesihöyry alkoi tiivistyä sateeksi. Satoi vuosimiljoonia — kirjaimellisesti. Vesi täytti maapallon painanteet ja synnytti ensimmäiset valtameret noin 4,4 miljardia vuotta sitten. Tämän tiedämme, koska Australian Länsi-Australian Jack Hillsistä on löydetty zirkonikiteitä, jotka ovat 4,4 miljardia vuotta vanhoja ja joiden kemiallinen koostumus todistaa, että nestemäistä vettä oli jo tuolloin olemassa.

Ensimmäinen elämä ja happikatastrofi

Ensimmäiset merkit elämästä ovat noin 3,8 miljardia vuotta vanhoja. Grönlannin Isuan vihreäkivivyöhykkeestä on löydetty hiili-isotooppijälkiä, jotka viittaavat biologisiin prosesseihin. Vanhimmat kiistattomiksi tunnustetut fossiilit ovat noin 3,5 miljardia vuotta vanhoja stromatoliitteja Australian Pilbarasta.

Elämä syntyi todennäköisesti merenalaisissa hydrotermisissa lähteissä — kuumissa vulkaanisissa aukoissa merenpohjalla, joissa kiviaineksesta liukeni kemiallista energiaa. Ensimmäiset elämänmuodot olivat yksisoluisia bakteereja, jotka eivät tarvinneet happea. Ne saivat energiansa kemiallisista reaktioista eivätkä auringonvalosta.

Noin 2,7 miljardia vuotta sitten ilmestyi elämänmuoto, joka muuttaisi koko planeetan: syanobakteerit. Ne keksivät fotosynteesin — kyvyn muuttaa auringonvalo, vesi ja hiilidioksidi energiaksi, ja sivutuotteena syntyi happea. Syanobakteerit muodostivat matalia vedessä kerroksittaisia rakenteita, stromatoliitteja, joiden fossiileja löytyy ympäri maailmaa.

Syanobakteerien tuottama happi oli myrkyllistä lähes kaikelle silloiselle elämälle. Noin 2,4 miljardia vuotta sitten ilmakehän happipitoisuus nousi riittävän korkeaksi aiheuttaakseen massiivisen ympäristökatastrofin — suuren hapettumisen. Happi reagoi ilmakehän metaanin kanssa, mikä tuhosi metaanin kasvihuonevaikutuksen ja laukaisi maapallon ensimmäisen jääkauden. Samalla happi tappoi valtaosan anaerobisista bakteereista, jotka eivät kestäneet happea. Paradoksaalisesti tämä katastrofi loi perustan monimutkaisemmalle elämälle, koska happi on välttämätön energiantuotannon tehokkuudelle.

Merissä happi reagoi liuenneen raudan kanssa ja saosti sen merenpohjalle punaisina rautaoksidikerroksina. Nämä raitaiset rautamuodostumat ovat tänään maailman tärkeimpiä rautamalmiesiintymiä — Ruotsin Kirunan, Australian Pilbaran ja Brasilian Carajásin kaivokset louhivat kaikki rautaa, jonka syanobakteerit saostivat merenpohjalle yli kaksi miljardia vuotta sitten.

Lumipallomaa — maapallo jäätyy kokonaan

Noin 720–635 miljoonaa vuotta sitten maapallo koki historian äärimmäisimmät jääkaudet. Tutkijat kutsuvat niitä nimellä Lumipallomaa, koska jäätiköt ulottuivat navoilta aina päiväntasaajalle asti. Koko planeetan pinta oli jäässä — joissain malleissa jopa meret jäätyivät kokonaan satoja metrejä paksun jääkerroksen alle.

Lumipallomaa-jääkaudet tapahtuivat kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen, Sturtin jääkausi (717–660 mvs), kesti lähes 60 miljoonaa vuotta — pidempi kuin mikään dinosauruslaji koskaan eli. Toinen, Marinoan jääkausi (650–635 mvs), oli lyhyempi mutta yhtä kattava.

Miten maapallo vapautui jään otteesta? Vastaus on tulivuoret. Vaikka pinta oli jäässä, maapallon sisäinen lämpö piti tulivuoret aktiivisina. Ne puhkesivat jään läpi ja pumppasivat hiilidioksidia ilmakehään vuosimiljoonien ajan. Koska jäinen pinta ei voinut sitoa hiilidioksidia takaisin, kasvihuonekaasut kertyivät, kunnes ilmasto lämpeni riittävästi sulattamaan jään. Sulamisvaihe oli todennäköisesti yhtä dramaattinen kuin jäätyminen — maapallon keskilämpötila saattoi nousta yli 50 asteeseen.

Lumipallomaa-jääkaudet olivat ratkaisevia elämän historialle. Jään sulettua vapautunut ravinteikkaat sulamisvedet laukaisivat meriympäristössä valtavan tuottavuuden kasvun. Tämä loi perustan seuraavalle mullistukselle — ensimmäisten monisolukisten eläinten ilmestymiselle.

Ediacara-eliöstö — ensimmäiset eläimet

Noin 575 miljoonaa vuotta sitten, Lumipallomaa-jääkausien jälkeen, tapahtui jotain ennennäkemätöntä. Merenpohjalle ilmestyi ensimmäisiä suuria, näkyvillä silmillä havaittavia monisolukisia eliöitä. Tätä aikakautta kutsutaan ediacarakaudeksi, ja sen eliöstö on yksi paleontologian kiehtovimmista mysteereistä.

Ediacara-eliöt olivat outoja. Dickinsonia oli litteä, ovaalinmuotoinen olento, joka saattoi kasvaa metrin pituiseksi mutta oli vain muutaman millimetrin paksu. Charnia näytti lehtimuotoiselta rakenteelta, joka kasvoi merenpohjalla — mutta se ei ollut kasvi, koska se eli aivan liian syvällä auringonvalon ulottumattomissa. Kimberella on yksi harvoista Ediacara-eliöistä, joilla näyttää olleen kyky liikkua aktiivisesti.

Tutkijat kiistelevät yhä siitä, mitä Ediacara-eliöt oikeastaan olivat. Ne eivät ole selkeästi eläimiä, kasveja eivätkä sieniä — ne saattavat edustaa kokonaan kadonnutta elämän haaraa, joka ei jättänyt jälkeläisiä. Tai sitten jotkut niistä olivat hyvin varhaisia eläimiä, joista kehittyivät kambrikauden monimuotoisemmat elämänmuodot.

Ediacara-eliöstö katosi lähes kokonaan noin 541 miljoonaa vuotta sitten, juuri ennen kambrikauden räjähdystä. Syytä ei tiedetä varmasti — mahdollisia selityksiä ovat ympäristömuutokset, uusien saalistajien ilmestyminen tai kilpailu uusien, tehokkaampien eliöiden kanssa. Joka tapauksessa niiden paikalle tulivat nopeasti kambrikauden eläimet, jotka muistuttivat jo paljon enemmän nykyisiä eläinryhmiä.

Prekambrinen aika päättyy tähän — neljä miljardia vuotta tiivistettynä. Se kattaa yli 88 prosenttia maapallon koko historiasta, ja silti sen aikana ei syntynyt yhtäkään eläintä, joka olisi pystynyt ryömimään maalle. Kaikki elämä oli vedessä, ja suurin osa siitä oli mikroskooppista. Mutta juuri näiden neljän miljardin vuoden aikana luotiin kaikki perusedellytykset sille, mitä seuraavaksi tapahtui: hapellinen ilmakehä, monisolukinen elämä ja lopulta kambrikauden räjähdys.