Vesi vanhin voitehista

Elämän eliksiiri

Kaikki tuntemamme eliöt tarvitsevat vettä. Emme tiedä, millaista orgaanista kemiaa mahdollisesti esiintyy muualla maailmankaikkeudessa, mutta vesi saattaa hyvinkin olla elämän ehdoton edellytys. Tuon tässä esseessä esiin veden elämänkin kannalta erityisiä piirteitä. Esityksen sisältämien yksityiskohtien tarkoitus on nivoa luonnossa havaittavat ilmiöt tieteeseen. Tämä korostaa veden ainutlaatuisuutta ja sitä hämmentävää sattumaaJotkut viittaavat tähän käsitteellä hienoviritetty maailmankaikkeus. Universumin perusvakiot ja luonnonlait näyttävät asettuvan kapealle alueelle, joka mahdollistaa monimutkaiset rakenteet ja elämän., että tällainen aine on ylipäänsä olemassa.

Veden rooli elämän kemiassa

Elämää ylläpitävät kemialliset reaktiot tapahtuvat vesiliuoksessa. Vesi sopii tähän tarkoitukseen poikkeuksellisen hyvin, koska monet aineet (erityisesti ionitIoni tarkoittaa sähköisesti varautunutta atomia tai molekyyliä. ja pooliset molekyylitPoolisuus tarkoittaa, että molekyylin toisessa päässä on hieman enemmän positiivista varausta ja toisessa negatiivista. Useimpien poolisten molekyylien kokonaisvaraus on silti neutraali.) liukenevat siihen helposti. Vesimolekyylit eivät ole ainoastaan poolisia, vaan niillä on myös korkea dielektrisyysvakioDielektrisyysvakio kuvaa aineen kykyä heikentää sähköisten varausten välistä vetovoimaa.. Tämä heikentää sähköisiä vuorovaikutuksia, mikä helpottaa ionireaktioitaKemiallinen reaktio, jossa sähköisesti varautuneet hiukkaset reagoivat keskenään. Elämän kemia perustuu pitkälti ionireaktioihin..

Veden taipumus muodostaa vetysidoksiaVetysidos tarkoittaa happi-, typpi- tai fluoriatomiin liittyneen vetyatomin ja toisen happi-, typpi- tai fluoriatomin vapaan elektroniparin välistä elektrostaattista vetovoimaa. helpottaa protoninsiirtoaProtoninsiirto tarkoittaa reaktiota, jossa vetyionin ydin (protoni, H⁺) siirtyy yhdeltä molekyyliltä toiselle. Ilmiö on keskeinen happo-emäs-reaktioissa. ja vakauttaa reaktioiden välituotteita. Ilman vettä proteiinit eivät laskostuisiLaskostumisella tarkoitetaan pitkien molekyyliketjujen asettumista kolmiulotteiseen muotoonsa. Virheellinen laskostuminen voi estää proteiinin toiminnan tai johtaa sairauksiin. oikein, DNA:n kaksoiskierre ei pysyisi koossa eikä mitokondrioidenMitokondrio on soluelin, jossa ravintoaineista tuotetaan solulle käyttökelpoista energiaa soluhengityksen avulla. elektroninsiirtoketjuunElektronit siirtyvät molekyyliltä toiselle mitokondrion sisäkalvolla. Vapautuvaa energiaa käytetään protonien pumppaamiseen kalvon yli, mikä luo energiagradientin. perustuva energianmuodostus toimisi.

Vettä kutsutaan joskus hieman liioitellen yleisliuottimeksi. Esimerkiksi rasvat eivät kuitenkaan ole vesiliukoisiaPooliset aineet liukenevat poolisiin aineisiin kuten veteen. Rasvat eivät ole poolisia. Ne liukenevat toisiin ei-poolisiin aineisiin., mikä on tärkeää elämälle. Jos myös rasvat liukenisivat veteen, solukalvotPuoliläpäisevä kalvo, joka erottaa solun sisäosan ympäristöstään. Vesihakuinen osa osoittaa ulos ja vettä hylkivä osa sisäänpäin. eivät olisi mahdollisia.

Vesi on myös monien reaktioiden lähtö- tai lopputuote. Vesi toimii lähtöaineena, kun ruoansulatuksessa proteiinit hajotetaan aminohapoiksi. Toinen esimerkki on rasvojen hajoaminen rasvahapoiksi. Myös mitokondrioiden tuottaman energian vapautus solussa perustuu ATPATP (adenosiinitrifosfaatti) on solun tärkein energianvälittäjä. Lähes kaikki solun energiaa vaativat toiminnot perustuvat ATP:hen.-molekyylin hydrolyysiinHydrolyysi tarkoittaa kemiallista reaktiota, jossa molekyyli pilkotaan veden avulla. Hydrolyysi on tavallinen tapa katkaista kemiallisia sidoksia esimerkiksi ruoansulatuksessa ja solujen energiataloudessa..

Esimerkiksi aminohappojen välisten peptidisidosten muodostaminenPeptidisidoksen muodostaminen on reaktio, jossa kaksi aminohappoa liittyy toisiinsa. sekä polysakkaridienPolysakkaridi on pitkä ketju, joka koostuu toisiinsa liittyneistä monosakkarideista. Esimerkiksi tärkkelys ja glykogeeni varastoivat energiaa, kun taas selluloosa antaa kasveille rakenteen. ja DNA:n synteesi puolestaan vapauttavat vettä, jolloin vesi on reaktion lopputuote.

Vettä sekä kuluu että tuotetaan näissä prosesseissa jatkuvasti, mikä tekee elimistöstä varsinaisen kierrätyskeskuksen. Veden kierto ei kuitenkaan ole täydellinen, koska osa käytetään kuona-aineiden poistoon virtsan ja hien mukana.

Veden muut tehtävät elimistössä

Vesi toimii myös ravinteiden, hormonien ja muiden aineiden kuljettimena, kun ne siirtyvät ruumiinnesteisiin liuenneina. Veden korkea ominaislämpökapasiteettiOminaislämpö kuvaa, kuinka paljon lämpöenergiaa aine sitoo. tasaa lämpötilan vaihteluita. Sama ominaisuus parantaa myös nisäkkäiden tasalämpöisyyden energiatehokkuutta. Hikoilun teho ruumiinlämpötilan säätelyssä perustuu veden korkeaan höyrystymisenergiaanHöyrystymisenergia on energiamäärä, joka tarvitaan muuttamaan neste höyryksi.. Vesi ylläpitää solujen ja elinten mekaanista jäntevyyttä, mikä auttaa niitä ylläpitämään muotonsa.

Nämä biologiset tehtävät onnistuvat veden erityisten kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien ansiosta, joihin paneudutaan seuraavissa luvuissa.

Veden kemia

Vesimolekyyli koostuu yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista. Vety on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine ja happi kolmanneksi yleisin. Hieman yllättäen vesi ei ole kuitenkaan universumin yleisinKaikkein yleisin molekyyli on kahdesta vetyatomista koostuva H₂. kahdesta eri alkuaineesta koostuva molekyyli vaan vasta kakkossijalla. Hiilimonoksidi eli arkisemmin häkä vie voitonHäkä on myös helpompi havaita kuin useimmiten jäänä esiintyvä vesi., koska sitä syntyy avaruuden oloissa helpommin ja se on ultraviolettivalolle altistuessaankin stabiili. Maapallolla vesi on kuitenkin selvästi yleisinMaankuoressa on kyllä valtavasti piitä ja silikaatteja. Ne eivät kuitenkaan esiinny erillisinä molekyyleinä vaan kiteisinä verkostoina. molekyyli. Vesimolekyylejä on noin 600 kertaa enemmän kuin typpimolekyylejä, vaikka ilmakehä koostuu enimäkseen typestä. Planeettaamme voisikin perustellusti kutsua vesipalloksi.

Vesimolekyyli on pinnallisesti tarkastellen yksinkertainen, mutta rakenne saa sen käyttäytymään erikoisilla tavoilla. Happi vetää sidoselektroneja voimakkaammin puoleensa kuin vety, jolloin syntyy osittaisvarauksiaOsittaisvaraus tarkoittaa elektronitiheyden epätasaista jakautumista.. Vesimolekyyli ei kuitenkaan ole suora, vaan sen atomit muodostavat 104,5 asteen kulman. Osittaisvaraukset eivät kumoa toisiaan tällaisessa rakenteessa, mikä tekee vesimolekyylistä poolisenPoolisuus tarkoittaa, että molekyylin toisessa päässä on hieman enemmän positiivista varausta ja toisessa negatiivista..

Melkein kaikki veden erityisominaisuudet johtuvat suoraan poolisuudesta tai poolisuuden aikaansaamista vetysidoksistaVetysidos tarkoittaa happi-, typpi- tai fluoriatomiin liittyneen vetyatomin ja toisen happi-, typpi- tai fluoriatomin vapaan elektroniparin välistä elektrostaattista vetovoimaa.. Kahden vesimolekyylin välinen vetysidos on heikko, mutta tärkeä vetovoimaYksittäinen sidos on heikko, mutta kokonaisuutena sidokset muuttavat veden ominaisuuksia radikaalisti..

Veden fysiikka

Useimmat aineet tihenevät jäähtyessään ja painuvat pohjaan kiinteässä olomuodossa. Vesi käyttäytyy päinvastoin, minkä vuoksi jää kelluu. Tämä on elämän kannalta ratkaiseva ominaisuus. Jos jää olisi vettä tiheämpää, järvet jäätyisivät pohjasta ylöspäin. Ilman eristävää jääkantta vesistöt jäätyisivät talvella umpeen, mikä tuhoaisi vesiekosysteemit vuosittain. Tämä vaikeuttaisi ekosysteemien säilymistä makeissa vesissä.

Myös eräiden muiden aineiden kuten piin nestemäinen olomuoto on tiheämpi kuin kiinteä. Vesi on kuitenkin poikkeuksellinen siinä suhteessa, että sen tiheyshuippu on neljä astetta jäätymispisteen yläpuolella. Syksyllä neliasteiseksi jäähtynyt vesi painuu pohjaan, mikä tuo pohjalle hapekasta vettäVeden täyskierrossa järvivesi sekoittuu keväisin ja syksyisin pinnalta pohjalle. Ilman täyskiertoa vesi ei sekoittuisi tehokkaasti harppauskerroksen yli ja pohjavesi olisi vähähappista.. Talvella pintavesi jäähtyy edelleen eikä enää painu pohjalle. Tämän ansiosta olot järvien pohjalla säilyvät elämälle siedettävinä.

Veden korkea ominaislämpökapasiteetti tasoittaa lämpötilan vaihtelua etenkin merialueilla. Vaikutus ulottuu myös rannikoille, joiden ilmasto on vakaampi kuin mantereiden keskellä. Myös olomuodon muutoksenVedestä puhuttaessa olomuodon muutos tarkoittaa arkikielessä jäätymistä, sulamista, höyrystymistä tai tiivistymistä. Lisäksi tapahtuu härmistymistä ja sublimoitumista. sitomalla ja vapauttamalla energialla on suuri merkitys ilmaston vakauttamisessa. Käytännössä tämän huomaa niin, että Helsingissä on syksyllä pitkään lämpimämpää kuin Vantaalla. Alkutalvesta Helsinki peittyy usein sumuun eikä aurinko näyttäydy viikkokausiin ennen kuin meri jäätyy. Keväisin meren tasoittava vaikutus toimii päinvastoin, kun sisämaa näyttää ottavan varaslähdön rannikon vasta heräillessä eloon.

Olomuodon muutoksessa sitoutuva/vapautuva energia vakauttaa ja tasapainottaa ilmastoa myös globaalisti. Veden höyrystymiseen tarvitaan yli viisi kertaa niin paljon energiaa kuin sen lämmittämiseen nollasta asteesta sataan. Ilmavirtojen mukana kulkeutuva vesihöyry siirtää lämpöä ilmakehässä päiväntasaajalta kohti napoja.

Veden korkea pintajännitys selittää osaltaan kapillaari-ilmiönNeste voi nousta kapeassa putkessa tai huokoisessa aineessa ylöspäin. Ilmiö johtuu nesteen molekyylien keskinäisestä vetovoimasta sekä niiden tarttumisesta pintaan., joka auttaa kasveja nostamaan veden korkealle. Pintajännitys mahdollistaa myös monenlaisten hyönteisten elämän veden pinnalla. Mikrotasolla pintajännitys vaikuttaa siihen, miten vesi leviää lehdille ja maaperään. Se vaikuttaa myös kuplien käyttäytymiseen kaasunvaihdossa. Elämä voisi selvitä ilman tätä ominaisuuttakin, mutta se luo monia lisämahdollisuuksia.

Vesi on ainoa arkinen aine, joka esiintyy kolmessa olomuodossa luonnollisissa olosuhteissa, joita kohtaamme maapallolla. Tämä johtuu sen korkeasta sulamis- ja kiehumispisteestä. Ilman vesimolekyylin poolisuutta sulamispiste olisi todennäköisesti noin –90 °C ja kiehumispiste –70 °C. Elämälle suotuisa kultakutrivyöhykeKultakutrivyöhyke tarkoittaa tähteä ympäröivää elinkelpoista aluetta, jossa vesi voi esiintyä nestemäisenä planeetan pinnalla. kapenisi ja siirtyisi aivan toisenlaisiin ympäristöihin. Oma planeettamme olisi yhtä eloton kuin Mars, mutta ehkä jokin tähdestään kaukana kiertävä supermaaksi luokiteltava eksoplaneettaMuuta tähteä kuin omaa aurinkoamme kiertävä planeetta. olisi tällöin elämälle suotuisa.

Vedellä on vielä yksi erikoinen piirre eli sublimoituminen ja härmistyminen. Sublimoituminen on ilmiö, jossa kiinteä aine muuttuu suoraan kaasumaiseen muotoon ilman sulamista. Vastakkainen ilmiö on härmistyminen, jossa kaasu muuttuu suoraan kiinteään muotoon.

Veden sublimoitumisen ansiosta pyykit kuivuvat ulkona talvellakin, joskin hitaasti. Härmistymisen voi puolestaan havaita kuurankukkina. Elämälle ilmiöillä on lähinnä epäsuora vaikutus. Kuivilla ja kylmillä alueilla härmistyminen voi olla lähes ainoa kosteuden lähde, kun sademäärät ovat olemattomia.

Sublimoituminen ja härmistyminen eivät ole pelkästään veteen rajoittuva ilmiö, mutta arkisena kokemuksena melko epätavallisia. Kuivajää eli kiinteä hiilidioksidi sublimoituu huoneenlämmössä, mutta sitä ei juuri esiinny maassa. Kamferi ja jossain määrin mentoli sublimoituvat normaalioloissa, mutta määrät ovat pieniä. Maan oloissa rikkihöyry voi härmistyä, mutta ilmiö vaatii äärimmäisiä oloja.

Myyttien vesi

Vedellä on aina ollut tärkeä osa ihmistenkin elämässä ja mielissä. Niinpä on luonnollista, että se on päätynyt moniin sanontoihin ja tarinoihin. Aivan kuin esi-isämme olisivat vaistomaisesti tajunneet veden erityisyyden paitsi aineellisten tarpeiden tyydyttäjänä myös symbolisesti virittyneenä elementtinä.

Muinaisessa Egyptissä maailman alku paikannettiin rajattomaan alkumereenTunnetaan egyptiläisessä tarustossa nimellä Nun.. MesopotamianMesopotamia tulee Kreikan sanoista meso (väli) ja potamos (joki). luomismyytissä puolestaan maailma syntyy, kun MardukMuinaisten mesopotamialaisten ylijumala, erityisesti Babylonian suojelusjumala. kukistaa merta ja kaaosta edustavan Tiamat-hirviön ja rakentaa maailmankaikkeuden tämän jäännöksistä. Raamatun luomiskertomuksessa Jumalan henki liikkui vetten päällä ennen kuin sana erotti valon pimeydestä. Kalevalan luomistarinassa alussa on vain aava meri, jonka vetten päälle Ilmatar laskeutuu. Näille yhteistäOn myös toisenlaisia luomismyyttejä, joissa maailma ei saakaan alkuaan vedestä, vaan esimerkiksi oksennuksesta. on, että ennen muotoa ja rakennetta vallitsi virtaava, eriytymätön tila, josta syntyi järjestys.

Vesi on elämän lähde, ylläpitäjä ja virvoittaja. Raamatun luomiskertomuksessa EedenParatiisi (kreikan paradeisos, persian pairidaeza) tarkoittaa aidattua puutarhaa. on keskus, josta kaiken eläväksi tekevä vesi lähtee virtaamaan. Mesopotamian Kaksoisvirran maahanPääosin nykyiseen Irakiin sijoittuva, kahden suuren joen, Eufratin ja Tigrisin välinen alue, jolla syntyivät varhaiset korkeakulttuurit kuten Sumer ja Babylon. paikannettu Eedenin hyvin kasteltu puutarha symboloi vaurautta ja hedelmällisyyttä.

Vesi edustaa myös muutosta, tuntematonta uhkaa ja kaaosta. Gilgamesh-eepoksessaYksi maailman vanhimmista säilyneistä kirjallisista teoksista, joka kertoo Urukin kuninkaasta Gilgameshista ja hänen matkastaan etsimään kuolemattomuutta. ja Raamatussa kerrotaan myyttisestä hahmostaGilghamesh-eepoksessa Utnapishtim, Raamatussa Nooa, jolle Jumala paljastaa vedenpaisumuksen muodossa lähestyvän tuhon ja käskee tätä rakentamaan arkin ihmisten ja eläinten pelastamiseksi.

Vesi kuvaa myös siirtymää. Kreikkalaisten Styx-joki kuljetti kuolleiden sielut manalaan ja suomalaisessa mytologiassa Tuonelan joutsen lipuu Tuonen mustassa joessa. Kristinuskossa kaste ja hindulaisuudessa pyhässä Gangesissa peseytyminen symboloivat rituaalista puhtautta.

Ihmiset ovat aina halunneet pysäyttää virtauksen ja valaa elämän pronssiin tai kaivertaa kiveen. Kivinen patsas on kuitenkin elämän vastakohta; muuttumaton ja sen tähden kuollut. Vesi on paradoksaalinen elementti. Se on pehmeää, mutta kuluttaa vuoret. Se muuttaa muotonsa astian mukaiseksi, mutta muovaa kaiken. Kivi taas vaikuttaa pysyvältä, mutta juuri kovuus tekee siitä hauraan ajan kuluessa. Kivi ei jousta, se murenee ja siksi OzymandiaanOzymandias on hahmo samannimisessä sonetissa. Hiekkaan hautauneen patsaan jalustassa ylistetään hänen suuruuttaan. mahtipontinen tervehdys kaikuukin varoituksena.