Elämä

Elämä on biologinen tila, joka on jollain syntyneellä, mutta ei vielä kuolleella asialla. Käsitteellä ei ole yksinkertaista määritelmää. Elämän määrittely olisi suhteellisen helppoa, jos pitäydyttäisiin vain siinä, millaista elämää maapallolla on nyt. Kun otetaan huomioon kysymykset elämän synnystä maapallolla, Maan ulkopuolisesta elämästä ja keinotekoisesta elämästä, aihe osoittautuu huomattavasti monimutkaisemmaksi.
Elämä on levinnyt maapallolla lähes kaikkialle, Etelämantereen jäätiköistä Saharan autiomaan kuivaan hiekkaan. Maapallon ulkopuolista elämää ei ole etsinnöistä huolimatta havaittu.
Elämää tutkiva tiede on biologia kaikkine osa-alueineen. Ulkoavaruuden elämää etsii ja tutkii astrobiologia.

Määrittely

Elämän määrittely on monestakin syystä vaikeaa. Elämälle on vaikea tehdä yleistyksiä, koska ainoa tunnettu esimerkki elämästä on maapallolle yhdestä alkusynnystä lähtöisin oleva elämä. On myös vaikea vetää raja elollisen ja elottoman välille. Elottoman ja elollisen välimaastossa ovat virukset ja prionit.
Fyysikko Erwin Schrödinger määritteli 1940-luvulla elämän negatiiviseksi entropiaksi. Kemisti Albert Szent-Györgyi määritteli elämän paikaksi, jossa elektroni voi levätä. Biologisissa määritelmissä elämän ominaisuudeksi mainitaan yleensä kyky tuottaa uusia kopioita itsestään. Astrobiologi André Brackin mukaan elämä on “vesiliukoinen kemiallinen systeemi, joka siirtää molekyylirakenteisiin sisältyvän informaation ja kehittyy”. Nasan versio elämän määritelmästä astrobiologian tutkimusohjelmassaan on, että elämä on “vesiliukoinen kemiallinen systeemi, joka perustuu molekyylirakenteisiin koodattuun informaatioon ja kehittyy”. Kemistien Addy Pross ja Robert Pascal mukaan elämä on toiminnallisuuteen perustuva stabiili tila, joka toimii ulkopuolelta tulevan energian varassa. Fyysikko Pekka Janhusen mukaan elämän voisi määritellä pitkäikäisenä, monimutkaisena ja kehittyvänä autokatalyyttisenä reaktiojoukkona.

Perusta

Maapallon elämä perustuu veden ja hiilen ominaisuuksiin. Vedystä ja hapesta muodostuva vesi on elämälle välttämätöntä useasta syystä. Vesi on esimerkiksi monipuolin liuotin. Vesi myös sitoo hyvin lämpöä, minkä ansiosta suuret vesimassat kuten meret pitävät maapallon lämpötilan tasaisena ja elämälle soveltuvana. Myös veden pintajännitys, koheesio ja jään kelluminen veden päällä on tärkeää elämän kannalta. Hiili on osana tuhansissa elämälle tärkeissä molekyyleissä, koska hiilimolekyyleillä on monipuolinen ja elämän kannalta välttämätön kyky muodostaa lähes loputtomasti erilaisia molekyylejä.
Avaruudessa mahdollisesti olevalla elämällä voi olla erilainen kemia kuin maapallolla. On ehdotettu esimerkiksi piihin, fosforiin ja typpeen sekä rikkihappoon tai ammoniakkiin perustuvaa elämän kemiaa. Näiltä puuttuu kuitenkin veden ja hiilen hyödyllisiä ominaisuuksia elämän kannalta, minkä vuoksi niihin perustuvaa elämää pidetään epätodennäköisempänä kuin veteen ja hiileen perustuvaa.

Rakennusaineet

Elollinen aine rakentuu pääasiassa makromolekyyleistä: aminohapoista, rasva-aineista, nukleotideista ja hiilihydraateista.
Aminohapot muodostavat proteiineja, ja eliöillä esiintyy 20 erilaista aminohappoa, joista kaikki proteiinit rakentuvat. Proteiineja ovat muun muassa elimistön sisäiset viestinviejät hormonit. Proteiinit myös avustavat lähes kaikissa eliön kemiallisissa reaktioissa toimimalla entsyymeinä. Lisäksi proteiinit auttavat erilaisten atomien ja molekyylien kuljettamisessa elimistössä. Proteiinit ovat myös välttämättömiä liikkeen syntymiseen solussa ja eliössä.
Hiiilihydraatit toimivat solun ja elimistön lyhytaikaisina energianlähteinä, energiavarastoina sekä tukirakenteina.
DNA-nukleiinihapoksi on nukleotideilla kirjoitettu elämän perinnöllinen koodi. Nukleotidit koostuvat sokerimolekyyleistä, fosforihaposta ja emäksestä. DNA:n luentaan tarvitaan myös toista nukleiinihappoa RNA:ta. Myös solun elintoimintojen energian lähde, ATP, on nukleotidi. Nukleotidit toimivat lisäksi entsyymeinä ja hormoneina.
Rasva-aineita eli lipidejä on hyvin erilaisia. Ne eivät liukene helposti veteen ja hakeutuvat yhteen muodostaen kalvomaisia tai pisaramaisia rakenteita, kuten solukalvoja. Triglyseridit toimivat eliön pitkäaikaisina energiavarastoina. Steroidit toimivat esimerkiksi solukalvon rakennetta tukemassa sekä muodostavat eliön toimintoja sääteleviä hormoneja.

Elämän loppu

Elämä loppuu maapallolla viimeistään viiden miljardin vuoden kuluttua, kun Aurinko on laajentunut punaiseksi jättiläiseksi ja kuumentanut maapallon elämälle sopimattomaksi. Jo miljardin vuoden kuluttua maapallo on niin kuuma, että elämä on mahdollista enää ehkä vain kaikkein sopeutuvimmille yksisoluisille eliöille.

Elämän äärirajat

Elämä on maapallolla sopeutunut hyvin erilaisiin olosuhteisiin. Äärimmäisissä olosuhteissa viihtyviä eliöitä kutsutaan ekstremofiileiksi. Ne ovat sopeutuneet erilaisin keinoin muun muassa äärimmäiseen kuivuuteen, kylmyyteen, kuumuuteen, korkeisiin suolapitoisuuksiin, happamiin ja emäksisiin olosuhteisiin, korkeaan paineeseen sekä syvällä maan alla oleviin elinolosuhteisiin. Elämää on tavattu maapallon ilmakehässä jopa 40 kilometrin korkeudella merenpinnasta. Elämää esiintyy myös metaanihydraattijäässä merenpohjassa sekä neljän kilometrin paksuisen jääpeitteen alla Vostokjärvessä Etelämantereella. Maan sisällä kallioperässä lämpötila pysyy elämälle soveliaana aina viiteen tai kuuteen kilometriin asti. Maan alla elävän mikrobiston painon on arveltu olevan yhtä suuri kuin maan päällä olevan eliökunnan paino.

Elämän muokkaus

Ihminen pystyy nykyisin muokkaamaan elämän perusosia geenitekniikan avulla. Se on tehnyt mahdolliseksi esimerkiksi kloonaamisen eli eläinyksilöiden kopioinnin. Yksittäisten geenien siirrolla voidaan siirtää ominaisuuksia lajista toiseen, kuten muuntogeenisille viljelykasveille parempaa vastustuskykyä tai ravintopitoisuutta. Ihmisen genomin tekninen muokkaaminen on tällä hetkellä kiellettyä. Sallittua on vain geeniseulonta sekä luonnollisten mutaatioiden ja olemassa olevien geenien hyödyntäminen.