Arkisto
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- heinäkuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- heinäkuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- heinäkuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Elämän synty – mitä siitä tiedetään nyt
Elämän synnyn yksityiskohtia ei vielä tiedetä – eikä ehkä koskaan voidakaan varmuudella tietää, koska tuosta tapahtumasta ei ole säilynyt mitään konkreettisia jäämiä eikä fossiileja. Ei siis tiedetä missä, milloin tai miten se tapahtui. Kuitenkin jo vanhimmissa tänne asti säilyneissä kallioissa, eli Länsi-Grönlannin Isuan liuskeisissa kallioissa esiintyy ilmeisiä eloperäisiä hiilihippusia. Nuo kalliot syntyivät syvän meren sedimenteistä noin 3,8 miljardia vuotta sitten – ja jos nuo hiilijäämät ovat todella jäänteitä merenpohjalle painuneista eliöistä, ne osoittavat että elämä oli syntynyt jo ennen tuota ajankohtaa. Vieläkin vanhempi jäänne mahdollisesta eloperäistä hiilestä on löydetty 4,1 miljardia vuotta vanhan zirkoni kiteen sisältä.
Siis on mahdollista että elämä syntyi jo Hadeisella aikakaudella – mutta millaisessa maailmassa? Planeetta oli siihen aikaan meren peitossa. Meren pohjalla oli kiinteä Maan kuori eli merenpohjan laatta. Planeetan sisemmät kerrokset olivat vähitellen jäähtymässä: vaipassa kiertävät konvektiovirtaukset kuljettivat lämpöä pinnalle. Tämä todennäköisesti tuotti runsaasti tulivuoritoimintaa ja tulivuorisaaria planeettaa peittävään valtamereen. Kuu kiersi Maata paljon lähempänä, ja Maa pyöri nopeammin kuin nykyisin: jopa 100 metriä korkeat vuorovesiaallot kiersivät planeettaa sen pyörimisliikkeen tahdissa ja pyyhkivät korkeina tsunamiaaltoina varhaisten tulivuorisaarten kallioille.
Nuori aurinko oli tuolloin vielä noin kolmanneksen viileämpi kuin se on nykyään, ja tämän takia planeetta olisi voinut painunut pitkiksi ajoiksi jäisiin lämpötiloihin. Ilmasto-oloihin vaikuttivat kuitenkin myös useat muutkin tekijät, ja niiden yhteisvaikutusta ei tiedetä: jos planeetalla säilyi paksu hiilidioksidi-ilmakehä, ja jos maan sisältä purkaantui runsaasti lämpöenergiaa, nämä saattoivat pitää meret sulana ja jopa lämpiminä koko Hadeisen kauden ajan. Lämmin meri olisi aiheuttanut runsaasti sadetta ja myrskyjä; myös voimakkaat tulivuorenpurkaukset olisivat aiheuttaneet vulkaanista salamointia tulivuorten ympärille. Ja sitten, Hadeisen kauden loppupuolella, planeettaa kohtasi voimakas meteoriitti-iskujen sarja, joista suurimmat – ehkä – haihduttivat kaikki valtameret. Ehkä. Tämä ei kuitenkaan ole varmaa.
Mutta jossakin näiden vaiheiden myllerryksissä elämä syntyi; tai sitten se syntyi heti sen jälkeen kun olosuhteet rauhoittuivat.
Elämä koostuu pienehköstä sarjasta kemillisia rakennuspalikoita, joista kukin tuottaa oman oleellisen osansa solujen rakenteisiin ja toimintoihin: Nukleiinihapot, DNA ja RNA, toimivat geneettisen informaation varastona. Nämä kumpikin rakentuvat neljästä erilaisesta nukleotidista jotka ketjuuntuvat pitkiksi ketjuiksi. Kemialliset työkalut eli protiinit taas muodostuvat 20 erilaista aminohaposta, jotka nekin ketjuuntuvat pitkiksi ketjuksi. Nyt oletetaan että elämä lähti käyntiin niin että näitä syntyi jossakin sopivissa olosuhteissa niin paljon että ne spontaanisti kasaantuivat toimiviksi polymeeriksi ja rakenteiksi. Kolmas rakennekomponetti elävissä soluissa ovat vielä lipidit, eli rasva-aineet, joiden ansiosta kaikki elävät solut sulkeutuvat oman kalvovaippansa sisään. Solut käyttävät monia erilaisia lipidejä – mutta niidenkin runkona toimiva molekyyli, eli fosforyloitunut glyseroli, on kaikissa eliöissä samanlainen.
Elämän synnyn tutkimuksen eräänä haasteena on ollut se että on näiden rakennuspalikoiden syntyreittejä on ollut vaikea ymmärtää; lisäksi on ollut vaikea ymmärtää miten nämä hyvin erilaiset orgaaniset yhdisteet voisivat spontaanisti syntyä ja kerääntyä samoissa olosuhteissa ja ympäristöissä.
Viime vuosina kuitenkin parikin erillistä tutkimusryhmää on osoittanut että nämä kaikki molekyylituotteet muodostuvat vetysyanidin erilaisina johdannaisina ja pelkistystuotteina; pelkistävänä reagensseina tarvitaan vetysulfidia ja erilaisia metalli-ioneita, ja katalyyttinä tarvitaan pelkistynyttä fosforia. Elegantissa artikkelissaan John Sutherlandin työryhmä (Patel ym. 2015, Nature Chemistry 7: 301-307) – osoittaa vaihe vaiheelta, miten kaasumainen vetysyanidi voi ensin sitoutua erilaisiin metalli-ioneihin ja muodostaa erilaisia rautasyanideja. Korkeissa lämpötiloissa, Na- ja K-suolojen läsnäollessa ne muuttuvat natrium- ja kaliumsyanideiski, mutta myös muiksi pelkistyneiksi typen ja hiilen yhdisteiksi, kuten nitriiteiksi ja amideiksi aldehydeksi, ammoniakiksi ja syanoasetyleeniksi. Nämä reagoivat keskenään, erilaisten reaktioreittien kautta, ja yhä uudelleen reagoiden vetysyanidin kanssa, vetysulfidin pelkistäminä ja UV-valon katalysoimina.
Kaikki nämä reaktiot olisivat voineet tapahtua kuumilla tuliperäisillä saarilla, missä kaasumainen vetysyanidi liukenee veden kastelemille pinnoille ja reagoi rauta-ionien kanssa; se voi liueta myös suoraan veteen ja muodostaa formamidia. Syanidiyhdisteet kerääntyvät erilaisiin valumavesilätäköihin, konsentroituvat veden haihtuessa, ja muuntuvat erilaisiksi hiili- ja typpiyhdisteiksi joko vulkaanisen kuumuuden tai meteoriitti-törmäysten ajamana; myös pelkistynyt fosfori ilmeisesti saadaan meteoriiteista. Yhdisteet valuvat kuumilla mineraalipinnoilla, ja erilaisten reaktioreittien kautta, välillä kastuen ja välillä kuivuen, ne voivat muodostaa fosforyloituneita nukleotideja, ainakin 12 erilaisen aminohapon esiastetta, ja fosforyloitunutta glyserolia. Täten elämän kaikki keskeiset rakennuspalikat olisivat syntyneet ainakin tuon saman kemiallisen ympäristön tuotteina, joskin vaikka erillisten reaktioreittien tuottamina.
Myös Mulkidjanian ja kumppanit (2012) kuvaavat samantapaista komplesisoitumiskemiaa varhaisilla tuliperäsillä saarilla (PNAS 821-E830). Nämä tutkijat myös huomauttavat, että kaikien elävien solujen tyypilliset soluliman ionikoostumukset, ja erityisesti, solujen sisällä esiintyvät korkeat K, Zn ja Mn pitoisuudet periytyvät juuri tämän tyyppisistä, kuivista vulkaanisista ympäristöistä. Olemme siis vetysyanidin reaktiotuotteita, tulivuorisaarilla syntyneitä. Tämä paperi korostaa myös sitä, että elämän piti kehittyä varsin pitkälle, tuottaa tiukkaoja kaksikerroksisia solukalvoja ja niihin tehokkaita ionipumppuproteiineja, ennekuin se pystyi levittäytymään kuivilta syntysijoiltaan mereen. Siis, alussa mainitsemani 3,8 miljardin vuoden ikäiset Isuan sedimentien hiilifossiilit olisivat olleet jo aika pitkälle kehittyneen elämän tuotteita.
Näin tämä kemia tällä hetkellä kirjoitetaan. Se on paras tämänhetkinen rekonstruointi elämää tuottaneesta prebioottisesta kemiasta. Sen lähtöaineena on vetysyanidi ja pelkistynyt fosfori, ja pelkistimenä vetysulfidi. Sutherlandin ryhmä kutsuu tätä syanosulfidiseksi kemiaksi.
Hyvät lukijat, mitä te ajattelette tämän kemian käyttövoimasta? Ovatko meteoriitit ainoa mahdollinen lähde pelkistyneelle fosforille (schreibersiitille)? Olisiko vulkaaninen kuumuus ja salamointi voinut tuottaa enemmän sitä? Entä suuret törmäykset – mitä ne tekivät? Tuottivatko ne kuivaa ja kuumaa maata, vaiko vain paljon vesihöyryä – entä olisiko niissä voinut syntyä kuumaa silikaattihöyryä joka olisi nostanut lämpötiloja vielä korkeammiksi?? Onko olemassa sellaisia erikoisia energisoivia olosuhteita joita ei ole vielä mainittu?
9 kommenttia “Elämän synty – mitä siitä tiedetään nyt”
Vastaa
Viroottista syntyvyyden säännöstelyä
Parissa edellisessä blogissani olen keskustellut älykkyydestä, tietoisuudesta, ja elämää ylläpitävästä informaatiosta. Kerronpa tässä vielä pari esimerkkiä kaikista yksinkertaisimmista elämänmuodoista joka osoittavat älykästä (älyllisen näköistä) käyttäytymistä. Tällaiseltä näyttää esimerkiksi limasienten vaeltelu paikasta toiseen: ne ovat monitumaista soluseinätöntä solulimamassaa joka pystyy siirtymään paikasta toiseen ravintoa etsiessään, hakeutumaan ravinnon perässä labyrinttimaisen sokkelon läpi lyhintä mahdollista reittiä, haarautumaan ”itsensä kanssa” moneen eri suuntaan ja sitten taas kasaantumaan yhteen. Ankeiden aikojen koettaessa tuo solulimaklimppi osaa hakeutua korkealla paikalle ja erilaistua soluseinällisiksi itiöiksi jotka voivat lentää tuulen mukana jonnekin muihin maisemiin.
Myös monet bakteerilajit osaavat käyttäytyä kollektiivisesti ja ”tehdä yhteistyötä”, tavallaan. Ns. ”quarum sensing” mekanismin avulla, eli aistimalla oman lajinsa erittämän signaalimolekyylin määrää, ne voivat hyödyntää ympäristössä olevien lajitovereiden joukkovoimaa. Esimerkiksi monet kasvien pinnoilla elävät lievät patogeenibakteerit käynnistävät patogeenisyysgeeninsä vasta siinä tilanteessa kun niiden määrä ylittää infektioon tarvitun vähimmäismäärän.
Mutta kuinka ollakkaan, jopa virukset osaavat viestitellä keskenään ja reagoida kollektiivisesti niin että ne pystyvät optimoimaan infektiosykliään isäntäsoluissa.
Virusten välinen kemiallinen viestintä on havaittu aivan äskettäin bakteereja infektoivissa viruksissa, eli bakteriofaageissa. Monet bakteriogfaagit voivat käyttäytyä isäntäsoluissaan kahdella eri tavalla: Ne voivat joko aloittaa räväkän lisääntymisen, joka tuottaa nopeasti suuren määrän jälkeläisiä ja johtaa isäntäsolun hajoamiseen ja uusien virusten vapautumiseen ympäristöön. Tätä infektiomuotoa kutsutaan lyyttiseksi infektioksi. Toinen vaihtoehto on lysogeeninen infektio, missä virus ei alakaan lisääntymään, vaan liittyy osaksi isäntäsolun genomia. Se istuu siellä hiljaa, lisääntyy isäntäsolun genomin kopioituessa, ja odottaa jotakin sopivaa tilannetta missä se sitten yllättäen aktivoituu ja aloittaa aktiivisen lisääntymissyklinsä. Lysogeeninen infektio tapahtuu tietyn viruksen tuottaman proteiinin avulla, mutta pitkään on ollut epäselvää, mitkä tekijän säätelevät tämän proteiinin ilmenemistä ja virusinfektion kehittymistä joko lyyttiseksi tai lysogeeniseksi.
Nyt Zohar Erezin ja kumppaneiden julkaisema tutkimus paljastaa ratkaisun tähän kysymykseen (Nature tammik. 26, 2017. 541:488, doi:10.1038/Nature21049.). He osoittavat että phi3T faagi – kuten monet muutkin samaan ryhmään kuuluvat faagit – tuottaa kolmesta proteiinista (aim P, R ja X) koostuvan ”arbitrium” systeemin, jonka avulla ne pystyvät aistimaan ”lajitovereidensa” määrän ympäristössä. Jos tunnistussignaalin (P-proteiini) määrä ympäristössä on alhainen, virukset käynnistävät lyyttisen infektiosyklin. Siinä vaiheessa kun virusten määrä lisääntyy ja signaaliproteiinin määrä kohoaa korkeammaksi (yhtä suureksi kuin paikallinen isäntäsolujen määrä), virukset käynnistävät lysogeenisiä infektioita. Ne piiloutuvat isäntäsolujen genomeihin eivätkä tuhoa isäntäsoluja, vaan jäävät ”odottelemaan” että solut ehtivät lisääntyä niin paljon että jälkeläisillä olisi taas riittävästi uusia isäntiä olemassa. Fiksuja vekkuleita!
Nämä mikrobien käyttäytymistavat näyttävät älykkäille. Näissä on kuitenkin kysymys vain luonnon hienosta toiminnallisuudesta, joka perustuu proteiinien tunnistureaktioihin, geenien säätelyyn, ja lopulta, geneettiseen informaatioon. Ei siis sen kummempaa älykkyyttä, ainakaan nuo bakteerien ja virusten tunnistus- ja aktivoitumisreaktiot – mutta miten lie limasienten laita.
25 kommenttia “Viroottista syntyvyyden säännöstelyä”
-
Pentti S. Varis sanoo:
Bakteerit kommunikoivat paitsi kemialiselle tasolla, myös oletettavasti monella fysikaalisella tasolla
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3057284/
Bakteerien äänimaailmaa onkin jo tutkittu kiintoisin tuloksin
https://microbiomemusings.wordpress.com/2016/05/04/are-bacteria-noisy/
Äskettäin todettiin myös ainakin joillakin bakteereilla esiintyvän sähköistä viestintää:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170112141216.htm
Biofilmin muodostavat bakteerit lähettävät etäällä oleville toisen lajisille bakteereille sähköisiä viestejä, joita vastaan otettuaan kohdebakteerit saattavat tulla biofilmille ja liittyä osaksi bakteeriyhteisöä.
We found that bacteria from one species can send long-range electrical signals that will lead to the recruitment of new members from another species. As a result, we’ve identified a new mechanism and paradigm for inter-species signaling.”
-
Kirsi Lehto sanoo:
voihan olla että monenkin muotoista viestintää on olemassa erilaisten solujen välillä – mutta voi olla niinkin että näitä viestintämuotoja on vaikea erottaa toisistaan. Nimittäin kemiallinen viestintä ainakin toimii, ja muidenkin ympäristötekijöiden (kuten valon ja lämpötilan, painovoima, jopa magneettikentän) aistiminen ainakin toimii – muitakin lienee, mutta niitä ei vielä tunneta yhtä hyvin. Se erimuotoisten viestintämuotojen erottelu on vaikeaa siksi että nämä kaikki toimivat geenien koodamien proteiinien välityksellä.
-
-
Juhani Harjunharja sanoo:
Mistä on ”äly” tehty? Siinäpä perin kimurantti asia, kun limasienetkin ”ratkovat toiminnallisia ongelmia”. Mitä onkaan siis äly, älyämmekö sitä?
-
Jees. Olemme jotenkin asianosaisia ja jäävejä arvioimaan sitä mikä on älykkyyttä, mikä ei — mutta onhan näitä silti kiva pohtia. Tuo ”älyn” erottaminen omaksi erilliseksi ilmiökseen on sillä tavalla ongelmallinen että sekin (oletettavasti) syntyy proteiinien välittämänä hermosolujen toimintana.
-
-
Lasse Reunanen sanoo:
Näyttää käytännössä olevan toimivien ratkaisujen mallintamisesta niiden perimään. Miten ne ovat siten kehittyneet lienee monivaiheinen ja pitkäaikainen jatkumo kyseessä.
Niistä tunnistus- ja aktivoitumisreaktioista yms. tulee mieleen ”elottomat” lumi- ja vesipisarat, jotka pudotessaan tasaisesti jakaantuvat ja muotoutuvat kukin yksilöllisesti. -
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170112141203.htm
Vuoden tiedeuutinen! Vaikutustaan tehostaakseen virukset, tässä kokeessa isot bakteriofagit, tartuttivat ensin bakteereja. Bakteriofagien asetuttua bakteerisoluun ne alkoivat toimia sisustusarkkitehtina tuhoten ensi töiksi suuren osan bakteerin rakennetta. Bakteerin DNA myös tuhottiin. Sen jälkeen virukset kaappasivat jäljelle jääneen osan bakteerin koneistosta ja järjestivät sen uudelleen tehtaaksi, jonka tehtävänä oli tuottaa uusia virus-sukupolvia.
Virusten bakteerista tekemä tehdas ympäristöineen muistutti oudosti normaaleja eläin- tai kasvisoluja!
Luonnostaan bakteereilta puuttuu monia eläin- ja kasvisolujen rakenteita, erityisesti geneettisen informaation sisältävä tuma sitä ympyröivine kalvoineen. Sisustusarkkitehti-virukset osasivat kuitenkin tehdä kaappaamaansa geenittömään bakteeriin onkaloita, joihin ne sijoittivat omat geeninsä siinä järjestyksessä, missä niitä tarvittiin virustehtaan toimiessa. Virusten bakteerista tekemän järjestelmän toiminta muistutti suuresti eläin- ja kasvisolun tuman toimintaa.
Kun käsitellyssä bakteerissa uusi virussukupolvi oli valmiina, bakteeri repesi ja uudet virukset alkoivat jatkaa infektiotoimintaansa uusissa bakteereissa.
Hienoja tutkimuslaitteita käyttäen tutkijat tulivat ensi kertaa tietoisiksi tämän laatuisesta vuorovaikutuksesta virusten ja bakteerin välillä. Erityisen hämmästyttävää oli se, miten suuresti virusten uudelleenjärjestämä bakteerisolu ympäristöineen muistutti normaalia, paljon käsittelemätöntä bakteeria monimutkaisempaa eläin- tai kasvisolua.
”These compartments enclose all the viral DNA, just as a nucleus does in a plant or mammalian cell,” said Chaikeeratisak, the first author of the paper. ”DNA processes, like replication or transcription, occur inside the compartment while proteins are produced outside the compartment.”
-
Tuo on todella iso löytö. Pitkän aikaa on jo tiedetty että virukset ohjelmoiat uudelleen isäntäsolujen toimintoja – ja että ne esim. kasvisoluissa tuottavat pikkiriikkisiä kalvorakkuloita joiden sisällä ne lisääntyvät — mutta että ne tuottavat tumakaltaisen rakenteen bakteerien sisällä, se on uusi ja merkittävä juttu!! Kiitos linkistä!! Tämän tapaista aihetta olikin aikomus käsitellä seuraavassa blogissa – palaillaan tähän…
-
-
Jorma Kilpi sanoo:
Monen kommunikaatiota, aistimista ja älyä sisältävän ilmiön taustalla on siis geeneihin koodattu informaatio. Pystyisiköhän geneettisiä koodinpätkiä luokittelemaan niiden kompleksisuuden perusteella? Kompleksisuusmittari voisi nimittäin paljastaa jotain tällaisten ilmiöiden taustalta tyyliin ”vähiten kompleksinen koodi on todennäköisesti syntynyt ensin”. Vähiten kompleksinen geneettinen koodi ei mitenkään välttämättä ole sama kuin yksinkertaisimman ilmiasun omaava ilmiö.
Mulla olisi yksi argumentti algoritmisen informaatioteorian käyttämiseksi myös elämän synnyn tutkimisessa. Se vain on aika pitkä perustelu. Mietin vielä laitanko sen tänne.
-
Jees, kaikkien biologisten ilmiöiden takana ovat erilaiset geenien tai niiden säätelyalueiden sekvenssit. Erilaisten sekvenssien alkuperää ja historiaa selvitetään niin että verrataan eri eliöiden sekvenssejä keskenään – ne jotka ovat yhteisiä useimmille lajeille ovat vanhimpia. Tuo ”yksinkertaisuuden ” hakeminen on sinänsä mielenkiintoinen ajatus, mutta ei oikein toimiva koska ”yksinkertaisuutta” ei voi oikein mitata ainakaan geeneettisestä sekvenssistä, koska se on kaikki binäärikoodia (siis verrattavissa ykkösiin ja nolliin). Mutta jotakin rakenteellista voidaan kuitenkin löytää proteiinirakenteista. Osa proteiineissa käytetyista aminohapoista on nimittäin vanhempia kuin toiset – siis vanhojen aminohappojen käyttö, sekä hyvin säilyneet 3-ulotteiset proteiinirakenteet ovat vanhojen geenituotteiden tunnusmerkkejä. Mutta näiden rakenteiden keskinäisten ikien määrittäminen on varsin vaativaa tutkimustyötä…
-
Enpä taaskaan ajatellut tarpeeksi pitkälle omaa kommenttiani. Geneettinen sekvenssi on evoluution tuottamaa ja silloin mainitsemani kompleksisuusmittari informaatioteorian mielessä on luultavasti vain ko. sekvenssin pituus. Se toimii binäärikoodille mutta on ehkä triviaali. Argumentti on silloin vain että lyhyempi sekvenssi on todennäköisesti vanhempi jos verrataan jotain vaikka älykkyydeltä tuntuvaa toiminnallisuutta eliöiden välillä ja voitaisiin tarpeeksi hyvin spesifioida ne binäärisekvenssit joita verrataan. Kun omassa päässä on vasara niin näkee kaikkialla nauloja…
-
-
-
Juhani Harjunharja: Mistä on ”äly” tehty?
Vaikea kysymys, miten pääsisi alkuun? Benardin konvektio (klikkaa benard convection ja tee kuvahaku) saattaa antaa vihjeen. Benardin konvektion lukuisat moodit, joista yleisin on kuusikulmio (vrt. nobel 2014, Moser´s), johtuvat reunaehdoista. Reunaehtoja ovat konvektioastian koko, muoto ja sileys, nesteen tai nesteiden tiheys, lisäaineet, lämpövirran kuumuus ja teho, astian pyörittely tai muu liikuttelu jne. Reunaehtojen kanavoitumisella systeemiin on jo Benardin konvektiossa monta eri tapaa, mutta voidaan olettaa, että kaikki reunaehdot kanavoituvat informaatioperäisesti. Informaatio siis ottaa oletettavasti lukuisia kanavoitumisen muotoja, joita myöten kunkin reunaehdon ”viesti” saavuttaa systeemin tuottaen reunaehtosidonnaisen, informaation modifioiman päätetilan.
Tässä on siis poikettu perinteisestä Shannonin ja Kolmogorovin informaatiokäsitteestä ja annettu informaatiolle mielikuvitusta käyttäen uusia ominaisuuksia – aivan Vlatko Vedralin ehdotuksen mukaisesti..
Jos oletetaan, että kaikki maailmankaikkeuden moodit, niin jähmettyneiltä näyttävät kuin vuorovaikutuksellisesti jatkuvasti muuttuvat, ovat ”kokemiensa” reunaehtojen informaatioperäisiä funktioita, on myös ongelman ratkaisu sellainen, olipa sitten ratkaisijana ihminen, Uudenkaledonian varis tai mikrobi. Ongelman itsensä aiheuttama reunaehto tai reunaehtokompleksi yhdessä tilanteen muiden informaatioperäisten reunaehtojen kanssa tuottaa optimaalisesti modifioidun kompleksin, joka siis sisältää ratkaisun.-
Nuo reunaehdot ja moodit menevät kovin vaikeaselkoisiksi asioiksi. Pelkistetyin ja perinteisin määritelmä älylle on kyky rantaista ongelmia sellaisissa tilanteisa joita ei ole aikaisemmin kohdannut. Siis luovuus, kekseliäsyys…
-
-
Hesarin 8.2. tiede-palstalla on kiinnostava juttu bakteriofaagien käyttämisestä lääketieteessä antibioottien asemasta. Sitä kai on jossain määrin tehty jo pitkään. Kannattaa varmaan lukaista.
-
Jees, Biologia tarjoaa sekä ongelmat että ratkaisut – siis sekä patogeenit, että hoidot. Vaikka näinhän luonnossa on aina tapahtunut, ja luonnonmukaisessa hoidossa ja paranemisessa. Taudit ja niiden voittaminen osoittavat jotakin lajien välistä tasapainottelua…
-
-
Nämäkin bakteerien kyvyt on tunnettu jo ainakin vuosia, mutta nyt tuntuu, kuin niitä alettaisiin kyetä hyödyntämään:
Bakteeri kertoo:
Minut löydettiin kolmenkymmenen kilometrin syvyydestä peruskalliosta kun Thomas Gold ( nerokas fyysikko) oli arvellut minun olevan siellä. En tarvitse lainkaan happea, vaan tulen toimeen rautapitoisilla aineilla, joita kivessä on. Mitenkö saan niitä itselleni? No, käynnistän sisässäni olevan sähkögeneraattorin ja johdan minusta lähtevillä piuhoilla elektroneja kiveen. Tapahtuu vaadittu kemiallinen reaktio.
Nyt minusta kesytetään ihmisen kotieläin hävittämään myrkylliset metalliyhdisteet (jotka ovat mieliruokaani) sekä toimimaan heidän uutena sähkönlähteenään.
http://www.earthtimes.org/scitech/rock-breathing-bacteria-power-microbial-batteries/892/Toinen bakteeri kertoo:
Minut taas voi löytää 30 km korkeudelta stratosfääristä. Siellä on meitä paljon, miljardeja. Me tuotamme syödessämme sähköä, joka voidaan johtaa elektrodeihin. Meidän sähköisyytemme on tunnettu jo kauan, mutta muutamia vuosia sitten sitä on alettu hyödyntämään.
https://www.sciencedaily.com/releases/2012/02/120221212614.htm
Joitakin meistä on ajautunut alas ilmavirtojen mukana ja kaikkein sähköisimmistä on tehty oikein super-biofilmi. Kuutiometrin määrä tätä super-biofilmiä antaa sähköä teholla 200 joulea sekunnissa! Tämä riittäisi jo antamaan sähkövaloa koteihin, joita ei ole vielä sähköistetty.-
Bakteerit ovat todella moninaisia ja monimuotoisia – ja niin ovat myös niiden sovellus- ja hyödyntämismahdollisuudet. Tämäkin on muuten aikamoista älykkyyden osoitusta, sekä bakteerien geneettisen repertuaarin osalta, ja erityisesti, sen ulkopuolisen lajin osalta joka pystyy näitä hyödyntämään!
-
-
Jos elämä on kopioituvaa informaatiota, niin informaatio kopioituvasta informaatiosta on jo vähän kuin toinen taso, näyttää älykkyydeltä? Bakteriofaagi toimii niin kuin toimii kopioidakseen omaa informaatiotaan optimaalisesti. Siihen optimaalisuuteen sen on ohjannut evoluutio. Mutta mistä bakteriofaagi on alunperin tullut?
-
Bakteriofaagit ovat tulleet sieltä mistä kaikki muutkin (tai siis oikeat solulliset) elämänmuodot ovat tulleet: Siitä yhdestä ja samasta elämän synty-prosessista, ja siitä alkumateriaalista evoluution kautta jalostumalla sellaiseksi kuin ne nyt ovat.
-
-
Kosmos sanoo:
Jussi Viitalan maininta ”bakteeriälystä”: http://yle.fi/uutiset/3-9454252
”Nykyään jopa bakteerien tutkijat puhuvat sosiaalisista mekanismeista ja jopa eri lajien kesken. Yhteistyössä ne menestyvät paremmin kuin yksinään. Vanhimmat merkit sinibakteerien sosiaalisista mekanismeista ovat noin 3,7 miljardin vuoden takaa! Sosiaalisuus näyttäytyy näin yhtenä elämän vanhimmista perusilmiönä”Virusta voi verrata ohjelman pätkään muistitikulla. Mutta millainen on virusten kestävyys solun ulkopuolella. Muistaakseni norovirus säilyy jopa seitsemän viikkoa kodin pinnoilla. Pakastaminen jatkaa virusten ikää. Olisikko viruksista avaruusmatkaajiksi. Voisivako ne matkata jäisen asteroidin mukana aurinkokunnasta toiseen?
-
Eshel Ben Jacob (R.I.P.)oli pitkällä bakteerien tutkimuksessa. Hän myös valokuvasi bakteerikollektiiveja, jotka muodostivat erilaisia ryhmittymiä, ja teki niistä värien avulla taidetta.
Tässä niitä ja esimerkiksi kuvia limasienen itseorganisaatiosta pullossa
http://www.microbialart.com/2012/01/3d-slime-mold/
-
Bakteerien ja tietenkin muidenkin mikrobien toimintaa esim. ihmisen hyödyksi voi varmaan monin vielä tuntemattominkin keinoin suuresti säädellä. Yksinkertainen tapa on tarjota niille erästä hunajalaatua:
Uudessa Seelannissa kasvavan manukapuun hunaja, Manukahunaja, voi kumota bakteerien antibioottiresistanssin
https://www.sciencedaily.com/releases/2011/04/110412201713.htm
Pahojen bakteerien kesyttämisessä apuna voivat olla myös muut eläimet, esim. mehiläinen:
Mehiläisen mahasta löydetyt kymmenet maitohappobakteerit ovat esim. hunajaan sekoitettuna osoittautuneet hyviksi laboratoriokokeissa sairaalabakteeria MRSA nujerrettaessa
https://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140908093741.htm
-
Bakteerit kommunikoivat muodostamissaan biofilmeissä paljon mm. toisiinsa hermostomaisesti kulkevien sähköjohtimien välityksellä.
Biofilmistä voidaan puhua ”mikrobien aivoina”, koska biofilmin sähköiset tapahtumat muistuttavat usein ihmisaivoissa tapahtuvia migreeniin ja epilepsiaan johtavia tapahtumia, ja koska näitä lieventävät lääkkeet tekevät samaa bakteereille.
Bakteerien ja muiden mikrobien kommunikaatiomuotojen tutkimista näyttää riittävän vielä kauan.
”I would remind you of what Joshua Lederberg wrote many years ago: ’Bacteria are communicating all of the time. We just don’t know the frequency,” Martin said. ”Well, at least we are now ’cracking the code.’ And like a microbial Tower of Babel, it is not one frequency, but a chorus of diverse signals and voices…all around us, unnoticed until recently. I look forward to the next Rosetta Stone of microbial communication.”
http://www.sandiegouniontribune.com/business/biotech/
-
Biofilmi on myös bakteerien tapa vastustaa esim. antibioottien vaikutusta. Jos bakteerit saadaan biofilmistä erilleen, ne tulevat paljon haavoittuvammiksi. Tätä mahdollisuutta koskevat tutkimukset ovat jo käynnissä.
-
Kai Miljard sanoo:
Mikrobien käyttäytymistavat joissakin tapauksissa todellakin näyttäisivät siltä, että ne parviälyn tapaisesti reagoivat ulkopuolisiin ärsykkeisiin/uhkiin. Jos näin olisi, mikrobien edes jossakin määrin pitäisi olla tietoisia lajikäyttäytymisestä joka auttaa lajia ylläpitämään elämää eli lisääntymään.
Kun valkosolut uhraavat itsensä lukiessasi tätä kommenttia käymällä viruksien ja bakteerien kimppuun niin niiden tarkoituksena ei ole yhteisesti nujertaa tunkeilijat, vaan yksittäinen/yksittäiset solut reagoivat ulkopuolisiin ärsykkeisiin.
Se, että esim. valkosolujen tehtävä on huolehtia kehon vastustuskyvystä johtuu taas niiden erikoistumisesta!
Eli onko siis bakteereilla/ viruksilla yms. mahdollisuutta levittää informaatiota joka auttaa lajia selviytymään: No on, sillä elämä on aina jatkumo ja nykytilanne perustuu aina tilanteeseen mitä tätä hetkeä on aikaisemmin ollut.Vaan sittenkin pitää ottaa huomioon, esim. ihmisikään nähden kaikki tapahtuu kovin hitaasti…
Joo vaikka näennäisesti mikrobien käyttäytymistavat näyttävät älykkäille. Näissä on kuitenkin kysymys vain luonnon hienosta toiminnallisuudesta, joka perustuu proteiinien tunnistureaktioihin, geenien säätelyyn, ja lopulta, geneettiseen informaatioon.
Kyllä, mikrobit eivät ole kovin älykkäitä mutta sitäkin uskomattoman sopeutuvaisia…
-
Juuri näin: tarkoituksen mukaista, ja lajin säilymistä palvelevaa reagointia ja toimintaa
-
Jos törmäys on noin kilometrin kappale tai alle, se tuottaa mereen osuessaan vain vesihöyryä, maksimissaan luokkaa 1e14 kg (100 kuutiokilometriä vettä), eli höyryä 0.2kg per neliömetri, eli 0.2mm kuumaa sadetta. Eli kuumuusvaikutukset silloin globaalisti merkityksettömiä. Tärkein efektin tsunami.
Jos törmäys isompi, silloin merenpohjaa paljastuu hetkeksi ja tulee silikaattipölyä. Jos törmäysenergia yli 1e25 J (törmääjä 40km tai isompi), tulee silikaattihöyryilmakehä vähäksi aikaa, eli energia riittää koko ilmakehän kuumentamiseen tuhansiin asteisiin (olettaen nykyinen ilmakehän massa). Silikaattihöyry keittää nopeasti meren pintavettä, eli hehkuvaa silikaatti-ilmakehävaihetta seuraa nopeasti vähän pitempikestoinen höyryvaihe. Höyryn pintapaine 1e25 J törmäysenergialla 1 bar, eli 10 m kerros merivettä kiehuu. Itse meri ei tuolla energiamäärällä vielä juuri lämpene. Meri kokee lähinnä vain tsunamin, merenpohjassa etenevät shokkiaallot ja hienojakoisen silikaattisateen.
Koko meret kiehuvat vasta törmäysenergialla 3e27 J mikä vastaa törmääjän läpimittaa 200km.
Pienten törmäysten lukumäärä on varmaankin aina ollut isompi kuin isojen, mutta varhaisen aurinkokunnan kappaleiden kokojakauma ei ole hyvin tunnettu (edes nykyinenkään ei ole). Nykyään asteroidivyöhykkeen massa on keskittynyt muutamaan isoimpaan, siitä huolimatta että osa on pilkkoutunut törmäyksissä. Toisaalta pieniä kappaleita on Hadean-ajan jälkeen poistunut asteroidivyöhykkeestä säteilypaine-efekteillä yms. häiriöillä. Monet poistuneet siis juurikin törmäämällä planeettoihin. NEO-populaation ikä vain muutamia miljoonia vuosia.
Kiitos Pekka näistä lukuarvoista!!!
Abiogeneesia on yritetty selittää jo kauan. Lupaavia kehityskulkuja on löytynyt, muun muassa Cairns-Smithin ”saviteoriaa” ei ole vieläkään täysin hylätty, vaikka ei todistettukaan – mahdollisten testien vaikeudesta johtuen.
http://www.bbc.com/earth/story/20160823-the-idea-that-life-began-as-clay-crystals-is-50-years-old
Siinä sovelletaan ajatusta topologisten defektien, erityisesti dislokaatioiden kyvystä aktiivisesti muuttuvalla tavalla toimia joidenkin orgaanisten aineiden strukturoitumisen templaattina. Idea saattoi 50 vuotta sitten olla paljonkin edellä aikaansa, koska topologisten defektien tuntemus alkoi merkittävästi kehittymään hieman myöhemmin
http://www.tiede.fi/keskustelu/21601/ketju/defektit_materian_ydintaso
Vuoden 2008 tienoilla esiteltiin muistaakseni Scince-lehdessä paljon huomiota herättänyt elämänsynnyn nestekideteoria, jota arvelisin seuraavankin artikkelin tarkoittavan
https://www.neowin.net/forum/topic/603162-abiogenesis-tiny-dna-molecules-show-liquid-crystal-phases/
Nämä kaksi teoriaa ovat tuntemukseni mukaan hyvin lähellä toisiaan perustuessaan molemmat esimerkiksi Nambun-Goldstonen bosonien aiheuttamaan strukturoitumiseen.
Nestekiteiden runsaat järjestyneet muodot perustuvat nimittäin Nambun-Goldstonen bosoniin:
http://alevine.chem.ucla.edu/Documents/ … ne-PRL.pdf
”Liquis crystals provide a tabletop laboratory to study broken symmetries and the resulting low energy Nambu-Goldstone -modes.”
Syanosulfidisen kemian tiimoilta herää kaksi ajatusta. Voitaisiinko tämän elämänsynnyn varsin todennäköiseltä tuntuvan kemian lisäksi tarvita vielä kemiallisia osastruktuureja yhteen kuljettava ja järjestystä luova templaatti tai vastaava, joka voisi olla esimerkiksi Nambun-Goldstonen bosonin aiheuttama. Vai voisivatko alkuaineet alun perin olla ”sisäisesti” valmiita muodostamaan jo kemiallisen toimintansa tuloksena elämänsynnyn osarakenteita ikään kuin ennalta säädetyin tuloksin?
Cairns-Smithin ”saviteoria” on edelleen ihan käypäinen: monet meistä ajattelevat että varhaiset molekyylit ovat järjestyneet savihiukkasten pinnalla. Nuo muut esittämäsi ajatukset ovat minulla vieraita, ainakin nuo nestekiteet ja Nambun-Goldstonen bosonit. Mutta tuo viimeiseksi mainitsemasi ajatus on todella merkittävä. Sitä ovat jotkin astrobiologit esittäneet aiemmin. Se myös liittyy kysymykseen siitä, onko elämä yleista vaiko aivan poikkeksellista. Sitä emme tiedä vielä.
Mielikuvitusta kutkuttava kirjoitus taas kerran! Jäin miettimään veden roolia. Vesi on toisaalta informaatiokanava joka kuljettaa mukanaan siihen liuenneita tai sen mukana kulkevia kemiallisia aineita. Toisaalta haihtuminen, jäätyminen ja vuorovesi ovat vedessä olevien molekyylien kannalta toistuvia valintaprosesseja. Elämän tarvitsemia palikoita on siis voinut syntyä vulkaanisissa ympäristöissä tai avaruudessa, veden kiertokulku on kuitenkin se tekijä joka on voinut saattaa eri tavoin ja eri paikoissa syntyneitä palikoita suhteellisen nopeasti yhteen. Nestemäisessä vedessä vielä molekyylien lämpöliike, Brownin liike, on kaikkialla läsnä oleva molekyylitason satunnaisgeneraattori. Siis veden kiertokulku synnyttää järjestystä, lämpöliike auttaa hyödyntämään sattumaa.
Jos elämä on kopioituvaa informaatiota, niin tuon informaation kopioitumisen olisi kai pitänyt alkaa jo ennen solukalvon mudostumista?
Juuri näin.
Elämänsynnyn ongelmaa pohtiessa tahtoo mieli tyhjentyä kaikesta järkevästä. Yhtäkkiä voi kuitenkin tulla mieleen jotain, joka ainakin sillä hetkellä tuntuu sanomisen arvoiselta. Tulee mieleen, että kaikki materiaalinen, mistä myös eliöt koostuvat, on vakuumin transformaatioita – niin kuin jää on veden transformaatio. Itsekin olemme vakuumissa eläviä, vakuumin ”merestä” spontaanien symmetriarikkojen ja muiden transformaatiomekanismien pitkällisten sarjojen tuloksena syntyneitä olioita.
Roman Pasechnik seuraavassa esittelee, mitä kaikkea vakuumin nykyisin tiedetään sisältävän. Useimmat taulut ovat niin korkeatasoisia, että niiden ymmärtäminen vaatisi vuosia kestäviä teor. fysiikan opintoja. Viimeinen taulu on kuitenkin varsin ymmärrettävä, koska kirjoittaja tosissaan ajattelee elämän olevan vakuumin tuote ja sen salaisuuksien selviävän vakuumia tutkittaessa
https://www.youtube.com/watch?v=ZniIYFSIcT8
Paul C.W. Daviesin uusien ajatuksien soveltaminen johtaa kuitenkin vielä syvemmän kerroksen, informaatiokerroksen olettamiseen. Vakuumin matemaattinen rakenne olisikin jonkinasteinen kuva perimmäisen kerroksen, informaation operaatioista. Mutta matematiikan ohella muutkin aineelliset ja henkiset asiat olisivat samalla tavalla vakuumin informaatioprosessien luomia kuvia itsestään. Esimerkiksi puhekieli, ajatukset ja tunteet olisivat tällaisia.
Jos näin oletetaan ja muistetaan myös, että aistimuksia, ajatuksia, tunteita jne. sävyttävä elämyksellinen tietoisuus on pysynyt salaisuutena ainakin materiaan rajoittuvalle ajattelulle, voidaan ajatella, että sekä elämyksellinen tietoisuus että elämän synty ovat informaatiotaustaisia prosesseja, joita on mahdotonta täysin kuvata materian tasoon rajoittuneen tieteen puitteissa.
Osaisitko selittää kansantajuisesti mitä nuo hematiittiputket ovat?
https://www.avaruus.fi/uutiset/astrobiologia/ennatysvanha-fossiililoyto-viittaa-elaman-kehittyneen-merenpohjalla.html
Kyseisen jutun mainittu 3.7 miljardia vuotta osuu hyvin yhteen blogissa olevan 3.8 miljardin vuoden kanssa.
… Kiitos kysymyksestä Näistä tullee uusi blogi vielä tänään…