Vee ja maismaa erinevused elukeskkonnana
Elu sai alguse vees. Siin toimus ka kõige ajamahukam väljaarenemine. Alles peale seda, kui elutegevuse põhifunktsioonid raku tasandil olid piisavalt stabiliseerunud, sai võimalikuks liikumine teistesse elukeskkondadesse – maale ja õhku.
Miks algas elu just veest? Veel on mitmeid erilisi omadusi, mis tegi sellest ideaalse esimese loodusliku eksperimenteerimiskeskkonna. Me ei asu neid omadusi uurima otseselt, vaid läbi selle, milliseid lisaülesandeid seadis elusorganismidele üleminek veekeskkonnast maismaale.
1) Toestus. Vees on gravitatsiooni surve oluliselt väiksem kui maismaal. Väiksemad organismid hõljuvad vee peal, ilma et peaksid selleks üldse pingutama. Samuti saavad organismid piiramatult kasvada, ilma et sellega kaasneks vajadus luua uusi tugistruktuure. Maismaal see nii ei ole: siin peavad taimed või loomad kasvamiseks välja arendama jäigad tugistruktuurid, mis suudaksid nende raskust kanda.
2) Kaitse kuumuse (ärakuivamise) eest. Vesi on niiske keskkond, ning elusorganismid vajavad seda niiskust igal tasandil. Lisaks muutub ookeanis veetemperatuur suhteliselt aeglaselt. Seevastu maismaal võib suhteliselt lühikese aja jooksul tulla ette radikaalseid temperatuurikõikumisi. Niisiis on maismaale liikumiseks vaja esiteks mingit sorti välist kaitsekihti, mis suudaks temperatuurikõikumisi stabiliseerida, ning teiseks muuta vee kasutamine organismis võimalikult ökonoomseks.
3) Ainete transpordisüsteem. Kui vees paiknevad kõik eluks vajalikuks ained igal pool organismi ümber, siis maismaal seda ei ole. Maismaal on keerukamatel organismidel vaja toimetada eluks vajalikud ained (vesi, toit, hapnik jne) sinna, kus seda parajasti vajatakse, ning ühtlasi toimetada eluprotsessi mürgised jääkained (CO2, väävliühendid jne) kehast välja. Selleks on vaja mingit sorti transpordisüsteemi ainete ühest kohast teise liigutamiseks. Lisaks on selge, et mida ökonoomsemalt olemasolevaid aineid suudetakse ära kasutada ja mida vähem mürgiseid jääkaineid üldse organismi elutegevuse käigus tekib, seda parem.
4) Viljastumine. Vees saavad organismide sugurakud spontaanselt kohtuda, ujudes üksteise juurde. Maismaal ei ole see võimalik väljaspool niiskeid keskkondi. Kuivades keskkondades viljastumine nõudis seega alternatiivsete viljastamismehhanismide (tuule, teiste organismide) kasutuselevõttu ja paindlikumat viljastumisstrateegiat (põlvkondade vaheldumine taimedel).
5) Embrüo arenemine ja levik. Vees saab kasvav embrüo ümbritsevast pidevalt toitu ning ei pea muretsema ärakuivamise pärast. Samuti viib vesi embrüo emasorganismi juurest ise minema ning ei teki probleemi, et järglased hakkavad konkureerima vanematega sama söögilaua pärast. Maismaal aga ähvardab embrüot pidev toitainete puudus ja kuivamine ning ka levimine ei käi loomulikult. Selleks on omakorda vaja embüo kaitsmist ning uusi levikumehhanisme (viimane on probleemiks eelkõige taimedel).
6) Signaliseerimine ja signaalide vastuvõtt. Vees liiguvad valgus ja helid teistmoodi. Samuti suudavad nö keemilised signaalained vees vabalt levida, samas kui maismaal see nii ei ole. See tähendab, et maismaa jaoks pidid muutuma nii olemasolevad meeleorganid kui ka signaliseerimismehhanismid laiemalt.
Miks algas elu just veest? Veel on mitmeid erilisi omadusi, mis tegi sellest ideaalse esimese loodusliku eksperimenteerimiskeskkonna. Me ei asu neid omadusi uurima otseselt, vaid läbi selle, milliseid lisaülesandeid seadis elusorganismidele üleminek veekeskkonnast maismaale.
1) Toestus. Vees on gravitatsiooni surve oluliselt väiksem kui maismaal. Väiksemad organismid hõljuvad vee peal, ilma et peaksid selleks üldse pingutama. Samuti saavad organismid piiramatult kasvada, ilma et sellega kaasneks vajadus luua uusi tugistruktuure. Maismaal see nii ei ole: siin peavad taimed või loomad kasvamiseks välja arendama jäigad tugistruktuurid, mis suudaksid nende raskust kanda.
2) Kaitse kuumuse (ärakuivamise) eest. Vesi on niiske keskkond, ning elusorganismid vajavad seda niiskust igal tasandil. Lisaks muutub ookeanis veetemperatuur suhteliselt aeglaselt. Seevastu maismaal võib suhteliselt lühikese aja jooksul tulla ette radikaalseid temperatuurikõikumisi. Niisiis on maismaale liikumiseks vaja esiteks mingit sorti välist kaitsekihti, mis suudaks temperatuurikõikumisi stabiliseerida, ning teiseks muuta vee kasutamine organismis võimalikult ökonoomseks.
3) Ainete transpordisüsteem. Kui vees paiknevad kõik eluks vajalikuks ained igal pool organismi ümber, siis maismaal seda ei ole. Maismaal on keerukamatel organismidel vaja toimetada eluks vajalikud ained (vesi, toit, hapnik jne) sinna, kus seda parajasti vajatakse, ning ühtlasi toimetada eluprotsessi mürgised jääkained (CO2, väävliühendid jne) kehast välja. Selleks on vaja mingit sorti transpordisüsteemi ainete ühest kohast teise liigutamiseks. Lisaks on selge, et mida ökonoomsemalt olemasolevaid aineid suudetakse ära kasutada ja mida vähem mürgiseid jääkaineid üldse organismi elutegevuse käigus tekib, seda parem.
4) Viljastumine. Vees saavad organismide sugurakud spontaanselt kohtuda, ujudes üksteise juurde. Maismaal ei ole see võimalik väljaspool niiskeid keskkondi. Kuivades keskkondades viljastumine nõudis seega alternatiivsete viljastamismehhanismide (tuule, teiste organismide) kasutuselevõttu ja paindlikumat viljastumisstrateegiat (põlvkondade vaheldumine taimedel).
5) Embrüo arenemine ja levik. Vees saab kasvav embrüo ümbritsevast pidevalt toitu ning ei pea muretsema ärakuivamise pärast. Samuti viib vesi embrüo emasorganismi juurest ise minema ning ei teki probleemi, et järglased hakkavad konkureerima vanematega sama söögilaua pärast. Maismaal aga ähvardab embrüot pidev toitainete puudus ja kuivamine ning ka levimine ei käi loomulikult. Selleks on omakorda vaja embüo kaitsmist ning uusi levikumehhanisme (viimane on probleemiks eelkõige taimedel).
6) Signaliseerimine ja signaalide vastuvõtt. Vees liiguvad valgus ja helid teistmoodi. Samuti suudavad nö keemilised signaalained vees vabalt levida, samas kui maismaal see nii ei ole. See tähendab, et maismaa jaoks pidid muutuma nii olemasolevad meeleorganid kui ka signaliseerimismehhanismid laiemalt.