Elu tekkis Maal umbes 3,7 miljardit aastat tagasi. See on järjepidevalt kestnud, võttes üha erinevamaid vorme ja kohanedes üha uute tingimustega, kuid jäädes põhitunnustelt ikka samaks. Millised tunnused eristavad elusolendeid eluta loodusest?
Mis on elu?
Kuigi kõik suudavad üldjuhul eristada elusolendeid eluta objektidest, pole elu defineerida sugugi lihtne. Selleks tuleb üles lugeda hulk mitmesuguseid tunnuseid ja ikkagi jääb objekte, mis on elus ja eluta looduse piiril, näiteks viirused, mis koosnevad samadest biomolekulidest kui elusorganismid ja funktsioneerivad paljuski sarnaselt elusorganismidega, kuid millel puudub elu jaoks vajalik keerukus.
Elusolenditele on omane ainevahetus, püsiva sisekeskkonna hoidmine, võime kasvada ja areneda, võime vastata ärritustele ning võime ennast taastoota ehk paljuneda. Organismide mitmekesisus Maal on väga suur. Nende hulka kuuluvad arhed, bakterid, protistid, seened, taimed ja loomad. Allpool on loetletud tunnused, mis eristavad organisme eluta objektidest. Teadust, mis uurib elusloodust, nimetatakse bioloogiaks.
Element |
Kogus 70 kg kaaluvas inimeses |
Kogus inimeses (%) |
Hapnik (O) |
u 46 kg |
65 |
Süsinik (C) |
u 15 kg |
21 |
Vesinik (H) |
7 kg |
10 |
Lämmastik (N) |
2 kg |
3 |
Kaltsium (Ca) |
1-1,2 kg |
1,4-1,7 |
Fosfor (P) |
700 g |
1 |
Väävel (S) |
175 g |
0,25 |
Kaalium (K) |
130-170 g |
0,18-0,24 |
Naatrium (Na) |
100-110 g |
0,14-0,16 |
Kloor (Cl) |
100-105 g |
0,14-0,15 |
Magneesium (Mg) |
19-30 g |
0,02-0,04 |
Raud (Fe) |
3-4 g |
0,004-0,006 |
Tsink (Zn) |
1,9-2,5 g |
0,002-0,003 |
Fluor (F) |
2-2,4 g |
0,002-0,003 |
Räni (Si) |
0,75-1,5 g |
0,001-0,002 |
Vask (Cu) |
70-100 mg |
~0,0001 |
Jood (I) |
15-20 mg |
~0,00002 |
Lisa. Protistid – süstemaatika prügikast
Kuigi inimestele meeldib kõiki objekte süstematiseerida ja klassifitseerida, ei ole looduses tegelikult võimalik tõmmata nii järske piire, kui korralik süstemaatika nõuaks. Elusorganismide jagamine seenteks, loomadeks, taimedeks, bakteriteks ja protistideks on samuti tehislik süsteem, millele loodus kuigi hästi ei allu. Kui muud rühmad on veel võimalik ühiste tunnuste ja ühise põlvnemise kaudu defineerida, siis protistide rühma puhul ei ole see võimalik. Siia kuuluvad peamiselt mikroskoopilised päristuumsed organismid, keda muudesse riikidesse paigutada pole õnnestunud – näiteks algloomad, limaseened ja üherakulised vetikad, aga ka hulkraksed vetikad, kes taimeriiki ei mahu oma lihtsa ehituse tõttu. Nende ainsaks ühiseks tunnuseks ongi suhteliselt lihtne ehitus (kuid ka see tunnus ei kehti kõigi protistide kohta). Nii võibki protistide riiki nimetada „süstemaatika prügikastiks”. Teadlased on välja töötanud ka bioloogiliselt korrektsemaid süsteeme, mis jaotavad protistid 30–40 eristunud rühmaks. Sellised süsteemid on aga suured ja keerukad, seega on lihtsuse huvides praegu siiski veel kasutusel ka protistide riigi nimetus.
Elu tunnused I
1. Kõik organismid koosnevad rakkudest
Rakk on väikseim üksus, millel on kõik elu tunnused. Kõige esimesed elusolendid olid üherakulised organismid. Tänapäeval kuuluvad üherakuliste organismide hulka kõik bakterid, aga ka paljud protistid ning mõned seened. Hulkraksed organismid koosnevad paljudest rakkudest, mis teevad omavahel tihedalt koostööd.
2. Kõikidel organismidel on aine- ja energiavahetus
Organismid vajavad elutegevuseks mitmesuguseid aineid. Nad saavad neid väliskeskkonnast ja eritavad jääkained sinna tagasi. Sellise ainevahetuse käigus toimub pidev ainete lagundamine ja sünteesimine. Selle kaudu on organismid tihedalt seotud ümbritsevaga.
Taimed saavad väliskeskkonnast anorgaanilisi aineid ja sünteesivad orgaanilised ained ise. Loomad saavad väliskeskkonnast nii anorgaanilisi kui ka orgaanilisi aineid, kuna ise nad orgaanilist ainet ei sünteesi. Jääkained tekivad ainevahetuse käigus ja need eritatakse tagasi väliskeskkonda.
Kõik organismid vajavad elutegevuseks energiat. Peale ainevahetuse toimub elusolendites ka energiavahetus. Organismid võtavad väliskeskkonnast energiat ja annavad seda soojusenergiana endast välja. Rohelised taimed kasutavad päikeseenergiat ja salvestavad seda orgaanilistesse ainetesse. Loomad saavad orgaanilistesse ainetesse salvestatud energia kätte söödud toidu lagundamisel.
Meeldetuletus
Autotroofid – organismid, kes toodavad ise orgaanilist ainet anorgaanilisest ainest. Valgusenergia abil teevad seda näiteks taimed. See protsess on fotosüntees:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Heterotroofid – organismid, kes peavad saama orgaanilist ainet, et varustada ennast energia ja keha ülesehitamiseks vajalike molekulidega. Need on loomad, seened, paljud bakterid. Energiat saavad loomad ja seened vabastades fotosünteesil orgaanilistesse ühenditesse talletatud energia. See protsess on rakuhingamine:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
3. Kõik organismid kasvavad ja arenevad
Kõikide organismide elukäik on üldjoontes ühesugune: nad sünnivad, kasvavad, arenevad ning surevad.
Kasvamise käigus muutub organismi suurus, arengu käigus organismi ehitus ning nad kohanevad keskkonnaga. Eluiga on organismidel erinev, see sõltub nii pärilikkusest kui ka keskkonnast.
4. Kõik organismid paljunevad
Kõik elusolendid paljunevad. Nii annavad nad oma geenides sisalduva informatsiooni edasi uuele põlvkonnale. Esineb nii sugulist kui ka mittesugulist paljunemist. Sugulisel sigimisel saab uus organism alguse kahe raku geneetilise materjali segunemisel, mittesugulisel sigimisel geneetilise materjali segunemist ei toimu ja järglane on vanemorganismiga geneetiliselt identne. Mittesuguliselt paljunevad kõik üherakulised organismid, kuid seda esineb ka seene-, taime- ja loomariigis. Hulkraksed organismid paljunevad peamiselt suguliselt.
Elu tunnused II
5. Kõik organismid reageerivad ärritusele
Kõik organismid reageerivad välistele ärritajatele. Elusolendid vastavad väliskeskkonnast tulevatele signaalidele ja mõjule omapoolse tegevusega. Reageerimine toimub nii ainuraksetel kui hulkraksetel põhimõtteliselt ühtmoodi – retseptorvalkude abil. Erinevus seisneb vaid selles, et hulkraksetel on teatud organites – meeleelundites – olevates rakkudes neid retseptoreid tohutult rohkem ning seetõttu on hulkraksed võimelised vastu võtma tunduvalt rohkem informatsiooni ning välja töötama keerukamaid vastuseid. Üherakuliste organismide välismembraani valgumolekulid annavad info väliskeskkonnast edasi raku sisemusse ning organism reageerib vastavalt ärrituse iseloomule.
6. Kõikide organismide keemiline koostis on sarnane ja sisekeskkond püsiv
Kõikide organismide keemiline koostis on sarnane ja sisekeskkond püsiv. Selle tagab organismi elutegevus. Organismil on kindlates piirides püsiv happesuse tase (pH), vee- ja mineraalsoolade sisaldus ja kehatemperatuur. Inimesel võib enesetunne muutuda väga kehvaks juba temperatuuri kõikumisel 1 kraadi piires, mitmekraadine kehatemperatuuri muutus on aga juba eluohtlik. Linnud ja imetajad suudavad oma kehatemperatuuri hoida, teised elusorganismid sõltuvad välistemperatuurist.
7. Kõik organismid on keerulise ehitusega
Organismide ehitus ja elutegevus on keerulised. Organismi osad teevad koostööd ja sõltuvad üksteisest. Meeleelundid võtavad vastu ärritusi, saadavad info piirdenärvisüsteemi abil kesknärvisüsteemi, seal töötatakse välja sobiv vastus ning saadetakse käsklus reageerimiseks lihasrakkudele. Kogu see protsess nõuab tuhandete rakkude koostööd, kuid toimub vaid mõne millisekundi jooksul. Kõik, mis organismis toimub, on reguleeritud. Ka mitmekesised molekulid, millest organism koosneb, on keerulised. Need on biomolekulid, mis esinevad ainult elusolendite koostises. Kus leidub biomolekule, seal võib leiduda ka elu.
8. Evolutsioneerumine
Elu tunnuseks on pidev muutumine – organismide evolutsioneerumine. Evolutsiooni aluseks on organismide võime kohastuda muutuvate keskkonnatingimustega aja jooksul. See tuleneb keskkonda paremini sobivate isendite eelistatud ellujäämisest ja paljunemisest, võrreldes keskkonda kehvemini sobivate isenditega. Evolutsiooni saavad põhjustada ainult need muutused, mis toimuvad organismide genoomis ja päranduvad edasi järglastele.
Kust on pärit organismides sisalduvad elemendid?
Universumi levinuimad elemendid on vesinik ja heelium. Teised üldlevinud elemendid on hapnik, süsinik, lämmastik ja fosfor. Kõik need, välja arvatud heelium, on ka levinuimad elemendid organismides. Miks just need?
13,8 miljardit aastat tagasi toimus tänapäevaste arusaamade järgi nn suur pauk. Varem väga tihedas kogumikus olnud aine levis gaasi ja tolmuna universumis. Tähed ja nende ümber tiirlevad planeedid sündisid aegamööda ainepööriste tihenedes. Tähtedelt kiirguv valgus ja soojus pärineb nende sisemuses toimuvast termotuumareaktsioonist, mille käigus kerged vesinikutuumad liituvad ja muutuvad heeliumiks, kusjuures vabaneb tohutult energiat.
Kui vesinik on otsas, muutub heelium edasi süsinikuks. Ka siis, kui heelium on ära kasutatud, reaktsioonid tähtedes jätkuvad. Järgmistes faasides tekivad lämmastik, hapnik ja fosfor. Tähed ei eksisteeri siiski igavesti, ka nende aeg saab varem või hiljem läbi: nad plahvatavad ja neid moodustanud elemendid paiskuvad kosmosesse. Siis on elemendid taas uute tähtede ja planeetide tooraineks. Kogu meie Päikesesüsteem – Päike ja tema ümber tiirlevad planeedid – on sündinud elementidest, mis levisid kosmosesse algplahvatuses tekkinud ja hiljem plahvatanud tähtedest. Nii võibki öelda, et me oleme tähtede lapsed.
Maakeral on elemendid pidevas ringluses. Kui organism sureb, lähevad elemendid lagundajate toimel tagasi eluta loodusesse, st õhku, vette või mulda, ning neist saab uute organismide ehitusmaterjal. Aineringluse tõttu on meis kõigis aatomeid, mis pärinevad varem elanud organismidest, olid need siis inimesed, loomad, taimed või bakterid.
- Tekkisid suures paugus
- Moodustusid aegamööda ainepööriste tihenedes
- Moodustusid termotuumareaktsioonide käigus lihtsamatest elementidest
- Tekkisid varem elanud organismidest
Lisa. Kas mujal universumis võib olla elu?
Millised tingimused peavad olema täidetud, et mingil planeedil võiks esineda elu? Elu olemasoluks on vaja süsinikku, sest see suudab moodustada suure hulga erinevaid ühendeid. Teadlased on väitnud, et mujal esinevad eluvormid võiksid baseeruda näiteks ränil, kuid süsinikuga võrreldes on ränil mitu puudust: räni ei suuda moodustada nii pikki molekuliahelaid kui süsinik ja hapnikuga reageerides moodustab räni kivikõva ränidioksiidi. Peale süsiniku on eluks vaja veel sobivat temperatuuri, vedelas olekus vett, piisavalt keemilisi tooraineid ja atmosfääri.
Kas universumis on peale Maa veel selliseid taevakehi, kus oleksid olemas eluks vajalikud tingimused? Marsi pinna alt on leitud jääd, aga vähemalt esialgu pole avastatud mingeid märke elust. Suurt huvi tuntakse tänapäeval Jupiteri kuu Europa vastu. 1997. aastal edastas mehitamata kosmoselaev Galileo pilte, millelt selgus, et Europa pind on kaetud jääga, mille all võib olla vett. Meie Päikesesüsteemist väljaspool olevaid taevakehi on eluks sobilikkuse seisukohalt uurida tunduvalt keerulisem, kuid samas on täiesti võimalik, et vähemalt mõnel välisplaneedil (neid on miljardeid) võib olla eluks vajalikke tingimusi. Ei pea ka eeldama, et kõik organismid on välistingimuste suhtes ühtemoodi nõudlikud. Mõned, näiteks bakterid, taluvad selliseid kosmilisi tingimusi, mis üldiselt on elusolenditele vastuvõetamatud. Ühes katses külmutati bakterid –196 ℃-ni ja neid pommitati elementaarosakestega. Üle poole bakteritest jäi ellu.
Mõisted
- bioloogia – teadus, mis uurib elusloodust
- ainevahetus – kõik organismis toimuvad, üksteise ja väliskeskkonnaga seotud reaktsioonid
- rakk – väikseim üksus, millel on kõik elu tunnused
- pärilikkus – organismi geenide edasikandumine vanematelt järglastele, mistõttu järglased sarnanevad vanematega
- biomolekulid – ained, mis esinevad ainult elusolendites: süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped
