A Hét 1988/2 (33. évfolyam, 27-52. szám)
1988-11-25 / 48. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA FEJEZETEK A FÖLD NAPLÓJÁBÓL hogy az észak-olaszországi csatornaépítkezések során előkerült csigák és kagylók arra utalnak, hogy ott valamikor tenger hullámzott. Az ősmaradványok tudományos igényű feldolgozása csak a XVIII. század elején kezdődött, ezzel szemben Leonardo da Vinci zsenialitására jellemző, hogy fent említett megállapítását a XV. század végén jegyezte le. Az első nagy kérdés mindjárt az élet kialakulásával, a szervetlen anyag szervessé válásának Az élet útja a földön i. A környezetét nyitott szemmel figyelő ember gyakran rácsodálkozik az őt körülvevő természet gazdagságára. Ez csak fokozódik, ha valamilyen módon elénk tárulnak a számunkra általában elérhetetlen messzi vidékek képei, legyen az akár a trópusi növény- és állatvilág kusza bujasága, vagy a mélytengeri árkok dermesztő mélységében a búvárhajó kamerája elé bukkanó élőlény látványa. Felmerül a kérdés: hogyan jött mindez létre, hogyan indult, milyen utat járt be az élővilág, míg kialakult a mai állapot? Ezekre a kérdésekre nem egyszerű választ adni. Szükség van egyrészt elméleti megfontolásokra, másrészt a régmúlt időkben élt és a kőzetekben megőrzött élőlények maradványainak tanulmányozására. Az élőlények sorsa haláluk után a pusztulás. A lágy részek általában elbomlanak és gyakran ez a sors vár a szervetlen anyagokból álló szilárd vázra is, amelyet a fizikai és kémiai mállás folyamatai akár homokszem nagyságúra is felaprózhatnak. Szerencsés esetben azonban az elhullott élőlény eltemetődik, így lehetővé válik, hogy a szilárd alkotórészek (például héj, csontváz, tüskék, pikkelyek), sőt nagyon ritkán, különleges körülmények közt a lágy testrészek is megmaradjanak. így jönnek létre a kövületek (fosszíliák), melyeket az élet fejlődését rekonstruálni hivatott tudomány, az őslénytan tanulmányoz. Ez a tudomány csak néhány évszázada létezik. Kövületeket persze régebben is találtak, de sokáig legfeljebb babonák, mesék, mitológiai történetek, sőt nemegyszer rémmesék formájában éltek a köztudatban. Elsőként Leonardo da Vinci jelentette ki. folyamatával kapcsolatban vetődik fel. Ezzel a kérdéssel elsősorban a biokémia foglalkozik. Századunk során több elmélet született arra vonatkozólag, milyen úton alakulhattak ki az őslégkört alkotó angyagokból azok a tulajdonságaikat átörökíteni is képes legprimitívebb egysejtűek, melyeket már élőlényeknek tekinthetünk. Ezek közül a legszélesebb körben a szovjet Oparin akadémikus 1924-ben publikált elméletét használják, melynek sok elméleti állítását ma már bizonyítékokkal támaszthatjuk alá. Oparin szerint a Föld 3,6 milliárd évvel ezelőtt alapvetően vízgőzből, szén dioxidból és kéndioxidból tevődött össze, ezenkívül gazdag volt metánban és ammóniában. Oxigént nem tartalmazott, ezért erősen reduktív hatású volt. A légkört alkotó gázok elsősorban intenzív vulkáni tevékenység eredményeként kerültek az atmoszférába. A Földet még nem védte ózonpajzs, a napsugárzás és ezenbelül az ultraibolya-sugárzás még szabadon perzselte a felszínt, a légkörben gyakoriak lehettek az elektromos kisülésekkel járó viharok. Bolygónk fokozatos hűlése következtében a vízgőz nagyrésze lecsapódott és az ősóceánokban koncentrálódott. Az élet kialakulásához szükséges legfontosabb elemek (hidrogén, oxigén, szén, nitrogén) a Naprendszer leggyakoribb elemei. így tehát a Földön is adottak voltak. Oparin elmélete szerint ezekből a kiindulási anyagokból, elsősorban az ultraibolya-sugárzás, illetve az elektromos kisülések hatására egyre bonyolultabb szerves molekulák képződtek, melyekből aminosavak és ezekből a későbbiek során a legegyszerűbb fehérjék, a proteinek alakultak ki. Ezt a szakaszt gyakran kémai evolúciónak nevezik. Nagyon érdekesek az amerikai Miller laboratóriumi kísérletei, aki 1953-ban ammónia-metán-vízgőz-hidrogén elegyéből elektromos kisülés segítségével szerves vegyületeket állított elő, köztük aminosavakat is, melyek az élő anyag szempontjából létfontosságú fehérjék építőkövei. 1957-ben az ugyancsak amerikai Abe/son a Miller-féle elegyhez szén-dioxidot. szénmonoxidot és nitrogént adva az élethez szükséges valamennyi aminosavat előállította, fehérjéket (proteineket) szintetizált. Elérkeztünk tehát ahhoz a ponthoz, amikor is a kémiai evolúció átválthat a biológiai evolúcióba és kialakulhat az az anyag, amelyet már élőnek tekinthetünk. Oparin kísérletei során különböző proteineket kevert össze, melyek aztán cseppek formájában különültek el a folyadéktól. A cseppek hasonlítottak a mai élő sejtek kocsonyás anyagához, a protoplazmához. Koacervátumoknak nevezte el ezeket és mivel szelektíven olvasztották magukba az őket körülvevő anyagokat, az anyagcsere bizonyos folyamatait mutatták és korlátlanul növekedtek, átmeneti anyagnak tekintette az élettelen és az élő anyag közt. Ha valamelyik koacervátum nukleinsavat kebelez be. az átörökítés kódoló rendszerét teremtheti meg és így élőlénnyé válik. Ebből természetesen következik, hogy az első élőlény egysejtű volt. Ezek még fotoszintézisre nem voltak képesek, táplálékuk az óceánban felhalmozódott szerves anyag lehetett. így vázolta fel tehát a szovjet Oparin az élet kialakulásának lehetséges menetét. Azt, hogy hogyan is folytatódott tovább az élet fejlődése, a földi légkörnek — elsősorban épp az élő tevékenység által befolyásolt — 02 tartalma változásának keretében célszerű tárgyalni. A Föld vulkanikus eredetű őslégköréből az 02 szinte teljesen hiányzott. A légkör 80 százalékát viszont vízgőz alkotta, amely az UV-sugárzás hatására disszociálódott, aminek következtében 02 és ózonmolekulák keletkeztek. Az ózonpajzs létrejöttével egy önszabályozó rendszer alakult ki, melyben a jelenlegi 02 tartalom 0,1 százalékánál a vízgőz fotodisszociációja leállt (ezt az oxigéntartalmat Urey-pontnak nevezzük). A számítások szerint a kialakult ózonpajzson kívül ebben az időben 10—13 méternyi vízoszlop volt szükséges ahhoz, hogy a legegyszerűbb, sejtmag nélküli élőlények (banktériumok, kék• WJ-/»!'•*— A mintegy 700 millió évvel ezelőtt létezett Edia car a fauna rekonstrukciója 1 tengeri tolihoz hasonló csalánozók 2. medúzák 3. gyűrűsférgek 4. ízeltlábúak 5. tengeri tüskésbőrűek ősei algák) életben maradhasanak. A fotoszintetizáló kékalgák megjelenésével gyorsan nőtt a légkör 02 tartalma és a vörös színű üledékek megjelenése a légköri oxidáció beindulására utal. A további fejlődés során kialakultak és egyre jobban elterjedtek a sejtmagos (Eukarionta) szervezetek. A mai légkör 02 értéke 1 százalékának (Pasteur-pont) elérésekor újabb fontos változások indultak be. Sok szervezet ekkor tért át a fermentációról a légzésre és ezzel hatalmas távlatok nyíltak az élővilág további fejlődése előtt. Az ózonpajzs vastagsága ebben az időben az élőlények számára már szinte a teljes víztömeg meghódítását lehetővé tette. Mindez mintegy 700 millió évvel ezelőtt, a felső-proterozoikumnak nevezett időszak végén játszódott le. Mivel azután az élővilág fejlődése kutatásának szempontjából jelentős változások mentek végbe, érdemes áttekinteni, milyen nyomai is maradtak az élet jelenlétének az ezt megelőző időből. Ezek kutatását nagyon megnehezíti a szilárd váz hiánya és az ősmaradványokat bezáró kőzetek jelentős részének a földkéreg későbbi mozgásai során történt nagymértékű átalakulása. A földi élet nem lehet idősebb 3,8 milliárd évnél, mivel addig nem volt a Földön cseppfolyós állapotban víz. A fent vázolt folyamat alapján a kialakulását 3,5 milliárd évvel ezelőttre becsülik. Az első életnyomokat Dél-Afrikában, a legalább 3,1 milliárd éves Fig-Tree sorozat finom üledékes kőzeteiben találták. Ezeket baktériumokkal és egyszerű algákkal azonosították. A 3,0 milliárd éves délkelet-afrikai Bulawayo-szisztéma kőzetei már az élő tevékenység sokkal meggyőzőbb bizonyítékait rejtik. Az itt található, sztromatolitnak nevezett zátonyüledékek a fotoszintetizáló és ma is hasonló szerkezetű kőzeteket kialakító kékalgák jelenlétét bizonyítják, sőt az Egyesült Államokbeli Minnesota államban 2,7 milliárd éves kovapalákban magukat a kékalgákat is megtalálták. A fotoszintetizálás beindulásával fokozatosan nőtt a légköri oxigén mennyisége és mintegy 1,8—2,0 milliárd évvel ezelőtt megjelentek a már korábban említett vörös színű üledékek. A többsejtű szervezetek kifejlődése kezdetének tartott Pasteur-pont elérése előtti időből találtak még néhány kivételes körülmények között fosszilizálódott kövületet. így például egy 1 milliárd éves közép-ausztráliai lelőhely kovapaláiban gombamaradványokat leltek jól kivehető sejtmagokkal, sőt sejtosztódás fosszilizálódott nyomaival. Korábban már röviden érintettük a Pasteurszint elérése után az élőlények fejlődésében bekövetkező változásokat. Az ezt követő időszakból származik a hatvanas években megtalált, 700 millió éves világhírű ediacarai fauna. Egy dél-ausztráliai rétegsor kvarcitjaiban a kivételes betemetődési körülményeknek köszönhetően megmaradt egy szilárd váz nélküli gazdag tengeri fauna. 10 év gyűjtése során 1 600 példányt találtak, melyeket 30 fajba soroltak be. A legnagyobb számban az ürbelűek (Coelenterate — főképp medúzák és hydrozoák), gyűrűsférgek (Annelida) és ízeltlábúak (Arthropódák) fordultak elő, tehát ebből következik, hogy az állatvilág már ebben az időben több, ma is nagyon elterjedt törzsre tagolódott. Ezt bizonyítja az is, hogy azóta a világ számos más pontján találtak az ediacaraihoz hasonló lelőhelyet. Ezt követően, mintegy 570 millió éve jelentős változás ment végbe az élővilág fejlődésében. Már az őslénytannal foglalkozó régi tudósoknak is feltűnt, hogy a vizsgált rétegsorok kőzeteiben egyszer csak ősmaradványok jelennek meg és ez alapján a Föld történetét a fosszíliamentes prekambriumxa (tehát kambrium előtti) és a kövületgazdag kambrium nevezetű időszakkal kezdődő fanerozoikunna osztották. Annak ellenére, hogy amint azt az előbbi példák is bizonyítják, azóta már a prekambriumból is előkerült az élet számos megkövült dokumentuma, ezek a fosszilis váz hiányában csak a különleges megtartási körülményeknek köszönhetik megmaradásukat. Remélhetőleg a változatlanul nagy intenzitással folyó kutatás a jövőben újabb láncszemeit tárja fel az élővilág fejlődésének e korai, még sok homályos pontot tartalmazó szakaszának. TUBA LAJOS 16
