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
• huhtikuu 2017
• maaliskuu 2017
• helmikuu 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

---

Astrobiologiasta ja elämänkatsomuksesta

24.5.2017 klo 22.44, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Astrobiologia on outo tieteenala. Se on monitahoinen ja monikerroksellinen lähestymistapa elämän, ja siinä ohella, myös kaiken muunkin olemassaoloon. Se toimii luonnontieteiden maailmassa, mutta pyrkii hakemaan vastauksia ihmisen ikuisiin  maailmankatsomuksellisiin kysymyksiin, kuten kysymykseen miksi me olemme täällä. Tässä kohtaa sana ”me” ei tarkoita vain meitä ihmisen lajisia, vaan koko eliökuntaa, kaikessa monimuotoisuudessaan. Tuo olemassa olemisen kysymys laajenee heti samantien lukuisiksi seuraaviksi kysymyksiksi. Näihin kuuluvat myös  ihmisen lajin oman olemassa olon kysymykset: miksi me kädelliset, kahdella jalalla kulkevat, älykkäät ja teknisesti taitavat eliöt olemme kehittyneet tällaisiksi.

Ensimmäinen ja lähes itsestään selvä vastaus mainittuun kysymykseen on tietysti se että olemme täällä pitkällisen evoluution, lisääntymisen ja luonnonvalinnan tuotteena. Mutta heti seuraava ksymymys onkin: mitkä tekijät ovat ajaneet evoluutiota tähän suuntaan? Millaiset ovat olleet ne olosuhteet jotka ovat vaikuttaneet lajien kehitykseen tämän planeetan historian aikana? Miten planeetan kallioperän ja ilmakehän prosessit ovat aikojen kuluessa muovanneet olosuhteita? Tai, miten kehittyvä eliökunta itse on vaikuttanut olosuhteisiin, tai miten lajien keskinäiset suhteet, kilpailu ja olemassa olon taistelu ovat vaikuttaneet lajiston kehittymiseen. Millaisten vaiheiden kautta elämä on kehittynyt, mihin kaikkiin olosuhteisiin se on sopeutunut? Näihin kysymyksiin asianomaiset tieteenalat tietävät jo hyvinkin seikkaperäisiä vastauksia, ja ne kaikki yhdistyvät myös siihen kokonaiskuvaan ja jatkumoon jota astrobiologia rakentaa.

Sellaisiin kysymyksiin kuin miten elämä on saattanut syntyä elottoman kemian tuotteena, tai, mitä elämä ylipäätään on, luonnontieteillä ei vielä ole olemassa selkeitä vastauksia. Nämäkin kuuluvat astrobiologian keskeisiin kysymyksiin.

Tuo elämän alkuperän kysymys sisältää ensin kysymyksen siitä, miten eloton (prebioottinen) kemia muuttui biokemiaksi, ja itseään ylläpitäväksi elämäksi. Tuo tapahtuma ilmeisesti kehittyi valtavan laajan kemiallisen verkoston tuotteena, mutta silläkin on hyvin pitkät juuret myös toiseen suuntaan: Meidän pitäisi tietää ja ymmärtää millaiset olivat ne olosuhteet nuorella maapallolla mitkä  johtivat elämän syntyyn täällä.

Seuraavaksi, haluaisimme ymmärtää elämän syntyä ja kehitystä myös yleisemmin, ja laajemmassa mittäkaavassa: Millaiselle planeetalle elämä ylipäänsä voi syntyä, tai millaisella planeetalla se voi säilyä ja kukoistaa? Millaiset olosuhteet täytyy vallita kyseisellä planeetalla, tai koko planeettakunnassa? Entä, minkälainen emotähti voi pitää yllä elävää planeettaa? Onko avaruudessa ehkä paljonkin tällaisia elämän kodiksi kelpaavia planeettoja. Jos on, niin onkohan siellä muualla elämää. Jos on, niin millaistahan se olisi: olisiko se välttämättä tällaista samanlaista kuin täällä meillä? Onko ”elämä” juuri tämä tarkasti määräytynyt ilmiö joka perustuu samoihin rakenneosiin ja samanlaiseen kemiaan kuin täällä meillä, vai voisiko se olla jotakin muuta? Voisiko se olla moninainen ja vaihteleva, aina uutta muotoansa hakeva ja vallitseviin olosuhteisiin sopeutuva prosessi?  Onko se täällä kerran toteutunut sattuman oikku, vai onko se kosminen imperatiivi joka juontaa juurensa alkuaineiden ominaisuuksista, ja fysiikan peruslaeista.

Me olemme oppineet ajattelemaan että maailmankaikkeuden kattavana lakina on termodynamiikka, joka ajaa kaikkia maailman rakententeita kohti yhä suurempaa kylmyyttä ja epäjärjestystä. Elämä kuitenkin sinnittelee tätä perussuuntausta vastaan. Olisiko sittenkin niin, että maailmankaikkeudessa, aineen ja energian olemuksessa on vallalla myös jonkinlainen järjestystä tuottava ja ylläpitävä lainalaisuus.

Ennen aikaan ihmisten maailmankatsomukset rakentuivat vain myyttisten mielikuvien varaan. Nyt tämä meidän olemassaolomme suuri tarina rakentuu yhä enemmän, ja yhä tarkemmin, tutkitun tiedon varaan. Se suuri tarina rakentuu kuitenkin pienistä, ja loputtoman monista yksityiskohdista. Lienee jopa niin, että tuo tarina ei (ehkä?) koskaan tule valmiiksi. Se tarkentuu, ja varmentuu, mutta yleensä uudet löydökset tuovat mukanaan myös seuraavan, tai monia seuraavia kysymyksiä: kun saadaan selville asioiden ja tapahtumien kulkua, seuraavaksi aina voidaan kysyä miten se tapahtui, ja miksi. Tai, mitä sitten.

Pienistä yksityiskohdista vähitellen rakentuu suuren kokonaisuuden ymmärtäminen. Mutta silti, meiltä varmaan puuttuu monia perustavaa laatua olevia palasia tästä kuvasta. Emme esimerkiksi ymmärrä mi(t)kä tekijä(t) ajoivat sellaista rakenteiden monimutkaisuuden lisääntymistä, joka johti itseään kopioivan toiminnallisen informaation syntyyn, tai, mi(t)kä johti(vat) sellaisen tietoisuuden ja käsitteellisen ajattelun syntyyn, jotka voivat kysellä, ja jopa ymmärtää, omaa alkuperäänsä.

---

Elämän merkkejä

12.5.2017 klo 16.11, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Terveisiä Silja-kraaterin reunalta ja rannalta, kauniista Tällbergin kylässä. Olen viettänyt täällä joitakin päiviä Tukholman yliopiston astrobiologiakeskusksen kokouksessa – mukavaa kun naapurimaassa on merkittävän kokoinen ryhmä poikkitieteellisesti kiinnostuneita tieteentekijöitä, ja että he vielä kutsuvat mukaan samalla tavoin ajattelevia ihmisiä lähialuielta.

Täällä on kuultu ja keskusteltu monia mielenkiintoisia asioita. Listalla on ollut juttuja mm. Trappist 1 systeemin planeettojen olosuhteista ja elinkelpoisuudesta, planeettojen havaitsemisesta aktiivisten M-tähtien ympäriltä, mahdollisten elinkelpoisten planeettojen ilmakehistä, ja orgaanisten molekyylien synnystä avaruusolosuhteissa, kuten Titaanin ilmakehässä. Biologille oli mielenkiintoista myös kuulla kaikkien eukaryoottisolujen yhteisistä puolustusjärjestelmistä ja geenitoiminnoista jotka liittyvät vaikkapa syövän syntyyn, tai joilla solut suojautuvat säteilyvaurioita vastaan: kannattaa syödä paljon antioksidantteja.

Itselleni kiintoisinta oli kuulla uusista mikrofossiililöydöksistä, eli jäljistä mitä muinainen elämä on jättänyt maan  kallioperään. Tukholman museossa toimiva Magnus Ivarsson kertoi 2,4 miljardia vuotta vanhoista merenpohjan basalteista löytyvistä ilmeisistä sienirihmastoista (Bengtson et al.  Fungus-like mycelial fossils in 2.4-billion-year-old vesicular basalt.  NATURE ECOLOGY AND EVOLUTION 1, 0141 (2017) | DOI: 10.1038/s41559-017-0141). Aiemmin, ensimmäisinä monisoluisten eukaryoottien edustajina on pidetty noin 1,5 miljardia vuotta sitten fossiililajistoon ilmestyneitä monisoluisia punaleviä, mutta nämä sienirihmastot ovat olleet olemassa lähes miljardi vuotta aikaisemmin. Yllättäen, monisoluisten eukaryoottien vanhimpia edustajia ovatkin meren pohjassa litotrofeina tai hajottajaeliöinä eläneet sienikasvustot, eivätkä merivedessä fotosynteettisinä autotrofeina eläneet levät.

Magnuksen esittämien sienirihmastojen eloperäisyyttä ei kokousväki asettanut ollenkaan kyseenalaiseksi: rihmastojen monimutkaiset, toisiinsa liittyvät tai haarautuvat rihmat, ja niiden reaktiot kallioperän eri mineraaleihin näyttävät varsin vakuuttavasti elävien eliöiden tuottamilta. Kuitenkin muiden esitysten kohdalla kokousväki keskusteli vilkkaasti vanhojen mikrofossiilien tulkinnan vaikeudesta: millaisten havaintojen ja fossiloituneiden jälkien perusteella voidaan olla varmoja siitä että ne ovat oikeasti elävien eliöiden tuottamia jälkiä tai muodostumia, eli biomarkkereita, eivätkä elottoman luonnon tuottamia artifakteja.

Aiemmin asian oletettiin olevan ihan selvä jo sillä perusteella että fossiloituneet rakenteet näyttävät eloperäilille: jos ne näyttävät solujen, solumattojen tai filamenttien jättämiltä painanteilta, tai niiden tuottamilta tunneleilta kallioperässä tai sedimeteissä, ne ovat elämän tekemiä jälkiä. Kontrollihavainnot ja laboratoriokokeet oat kuitenkin osoittaneet että moninaiset elottomat prosessit tuottavat hyvin elämän kaltaisia rakenteita ja jälkiä. Esimerkiksi mineraalien liukeneminen ja kulkeutuminen veden mukana, tai kiteytyminen uudelleen lasimaisesta basalttista  tai suolaliuoksista tuottaa hyvinkin samanlaisia ympyräisiä, tunnelimaisia, ja monen monen muotoisia rakenteita, ihan sellaisia kuin mitä elämä tuottaa. Pelkkien rakenteiden perusteella ei voi siis päätellä oikeastaan mitään.

Eloperäisyys tulee varmemmaksi jos rakenteista löytyy eloperäistä, siis kevyellä isotoopilla rikastumutta hiitä. Kuitenkin, monissa hapettuneissa ympäristöissä, kuten hematiitissa ja kalsiitissa, kaikki hiili on hapettunut kaasumaiseen muotoon ja poistunut näytteistä jo aikaa sitten. Sitten on niinkin, että jos hiiltä vaikka löytyykin, ja vaikka se onkin isotooppikoostumikseltaan eloperäisen näköistä, sekään ei ole mikään varma biomarkkeri, koska myös geologiset prosessit voivat erotella hiilen isotooppeja toisistaan. Hiili-isotooppien sijaan näytteistä voidaan koettaa analysoida nikkeli-isotooppeja, mutta niidenkin fraktioitumiseen liittynee tuo sama ongelma.

Elämän tunistamiseen eivät sovellu biokemian käyttämät rakennemolekyylit, kuten amonohapot ja lipidit, koska näitä syntyy myös elottomissa prosesseissa. Myös nukleodija syntyy elottomasti – on ainakin joskus syntynyt, maassa, koska ilman niitä elämä ei olisi koskaan käynnistynyt. Niinpä, tutkijakunta onkin jonkun verran ymmällään siitä, millaisia havaintoja voitaisiin pitää varmoina elollisen alkuperän tunnusmerkkeinä. Elämän mahdollisten jälkien tunnistaminen on erityisen ongelmallista, jos niitä tavattaisiin jossakin oudossa ympäristössä, vaikkapa Marsissa.

Yksi varsin varma elämän tunnusmerkki olisi ehkä riittävän suuri kompleksisuus – mutta ei ihan helposti sekään, koska tämäkin kriteeri täyttyy esimerkiksi jo mineraalikiteissä, jotka muistuttavat kukkia tai kasveja. Toisaalta, yksisoluiset eliöt eivät itsekään täytä mitään kovinkaan monimutkaisten rakenteiden kriteeriä, ja jäisivät tämän kriteerin perusteella täysin tunnistamatta. Mutta, jos analytiikan erottelukyky riittäisi, ja jos molekyylien rakenteet olisivat vielä tallessa ja ehjiä, niin solujen sisältä löytyvä solukoneisto edustaisi sellaista kompleksisuutta jota ei elottomassa luonnossa mitenkään esiinny. Molekyylien polymeerit, niiden vuorovaikutukset ja erityisesti, niiden kopioituminen ovat ehdottomasti elämän omia tunnusmerkkejä. Mutta näitä taas ei löydy fossiloituneesta materiaalista.

Voisi ajatella että riittävä määrä elossa olevia eliöitä voidaan tunnistaa niiden tuottamista tuotteista ja prosesseista, kuten hiilen sitomisesta orgaanisiin yhdisteisiin, tai hiilen vapaauttamista ilmakehään. Mutta näitä hapetus- ja pelkistysreaktioita tapahtuu myös elottomassa luonnossa: monimutkaisia hiiliyhdisteitä syntyy voimakkaan säteilyn vaikutuksesta avaruudessa, tai esimerkiksi Titaanin ilmakehässä.

Elämän tunnusmerkki olisi varmaankin sekä lähtöaineiden että tuotteiden esiintyminen rinnakkain, eli sellainen epätasapainotila missä hiili kiertää koko ajan muodosta toiseen. Joka tapauksessa: edesmenneen, kaukaisen, vähäisen tai erilaisen elämän tunnistaninen ei ole helppoa. Tulisiko teille mieleen mitään varmoja tunnusmerkkejä?

---

Uusi uljas ihminen

1.5.2017 klo 23.10, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Edellisessä blogissa oli puhetta älykkäistä koneista ja niiden mahdollisuudesta nousta uudeksi valtalajiksi tällä planeetalla, ja mahdollisesti myös muiden planeettojen asuttajina. Jos tuo skenaario kuulostaa toistaiseksi pelkälle tieteiskirjallisuuden fantasialle, niin ajatellaanpas näitä teknologian mahdollisuuksia myös ihmisen kannalta.

Tällä hetkellä jo lähes kaikki mitä teemme ja touhuamme tapahtuu teknologian avulla. Liikumme autoilla ja muilla välineillä jotka sisältävät paljon automaattista tekniikkaa. GPS-laitteet ja satelliitit auttavat meitä paikantamaan itsemme ja suunnistamaan paikasta toiseen, ja niiden avulla voimme seurata kaikkia liikkuvia  kohteita mitä haluamme seurata, ovatpa ne eläimiä, muistisairaita vanhuksia tai ehdonalaisvankeja. Kaikki palvelut, onpa ne pankkipalveluja, logistiikkaa, tilauksia, hakemuksia ja varauksia, hoidetaan verkon kautta. Kaikki älylliset touhumme  – ovatpa ne kirjoitettuja, laskettuja, piirrettyjä tai muuten suunniteltuja tai prosessoituja – teemme tietokoneiden avulla. Muistimme on internetissä google-palvelimella, arkistomme ovat pilvipalvelimella; kaverit kohdataan somessa. Nämä elämän tekniset tehosteet ovat oleellinen osa tavallista arkeamme.

Myös omat metatietomme ovat tarkaan tiedossa moninaisissa tietoverkoissa: google ja facebook tietävät ja muistavat koko verkkokäyttäytymisemme historian, ja terveys- ja kuluttajatietomme, mahdolliset rikosrekisterimme ja yhä useampien ihmisten geenisekvenssitkin tulevat talletetuiksi  erilaisiin tietokantoihin.

Terveydenhoito on mullistunut, ja muuttuu yhä teknisemmäksi. Lääkärit voivat konsultoida potilaansa ja tehdä dignoosia etätyönä. Hoito- ja hoivapalvelut ovat automatisoitumassa; robotit toimivat, ihan hyvin, jopa hoivapotilaiden lohtueläiminä.

Teknillisiä lisukkeita voidaan asentaa myös ihmisen kehoon. Ihon alle asennettavat lääkepumput annostelevat lääkkeitä elimistöön tarpeen mukaan, seuraten veriarvoja reaaliajassa. Sydänten rytmihäiriöitä on jo pitkän aikaa osatttu pitää kurissa elektronisten tahdistimien avulla. Nyt myös parkinsonin tautia sairastavien ihmisten aivotoimintoja voidaan ylläpitää jonkinlaisilla neurostimulaattoreilla, tai ”aivotahdistimilla”. Puuttuvaa värinäköä on korjattu antennin päähän asennetulla valokuitusensorilla joka yhdistetään ihmisen aivoihin; sensorin välittämän signaalin ihmisen tietoisuus oppii pian tulkitsemaan oikeiksi väreiksi. Keinotekoiset verkkokalvot ovat kehitteillä. Kuulokojeilla ja tärykalvoimplantella pystytään korjaamaan kuuroutumista.

Ihon alle voi asentaa myös teknisiä apuvälineitä, mm. radiolähettimiä joiden avulla voi helposti ja henkilökohtaisesti avata ovia tai kirjautua sisään erilaisille laitteille. Ihmisen aivot voidaan yhdistää tietokoneeseen jonka kautta kyseinen henkilö voi lähettää signaaleja – jopa ohjeistaa robotin toimintaa.

Huikeinta on, että meidän mahdollista korjailla myös oikeita biologisia ominaisuuksiamme, näin teknillisiä ja tieteellisiä apukeinoja hyväksi käyttäen. Tässä vaiheessa ihmisen genomia saadaan tosin muokata vain  luonnollisten mutaatioiden seulontaa tekemällä ja hyödyntämällä: Koeputkihedelmöityksen yhteydessä voidaan ihmisen alkioiden genomeita tarkistaa ja seuloa esimerkiksi sen selvittämiseksi, mitkä alkiot kantavat vakavia taudinaiheuttajageenejä. Tällä tavalla voidaan auttaa perillöllisiä tauteja sairastavia vanhempia saamaan lapsia, joille kyseiset tautigeenit eivät ole periytyneet.  Mutta – tietyillä kulttuurialueilla, kaukaisilla itäsillä mailla, samaa teknologiaa käytetään kehittyvän lapsen sukupuolen valitsemiseen. Joillakin muilla kulttuurialuilla, läntisillä mailla, sitä voidaan käyttää joidenkin tiettyjen periytyvien omainaisuuksien  kuten silmien tai hiusten värin valitsemiseen.

Kuitenkin se tärkein ominaisuus mitä ihmiset – tai tutkimusohjelmat – ehkä haluaisivat kehittää tulevissa sukupolvissa olisi älykkyys. Tämäkin määräytyy geneettisesti, ainakin osittain, mutta sen geneettisiä määräytymisperusteita ei toistaiseksi tunneta, eikä niitä siis voida seuloa kehittyvistä alkioista. Kuitenkin, jos erilaisia älykkyyden ja luovuuden lajeja, kuten matemaattista, teknillistä tai taiteellista kyvykkyyttä voitaisiin linkittää tiettyihin geeneihin, niin ehkä niitäkin sitten –  joillakin kulttuurialueilla – alettaisiin valitsemaan kehittyviin alkioihin.

Myös geenien editoiminen tarkoilla DNA:n muokkausmenetelmillä,  erityisesti CRISP menetelmän avulla, on näinä vuosina tulossa yhä tehokkaammaksi. Sitä mukaa kuin eri ominaisuuksia koodaavat geenit tulevat paremmin tunnetuiksi, tulisi myös mahdolliseksi poistaa genomista haitallaisia geenejä, tai lisätä sinne hyödyllisiä tai haluttuja sekvenssejä. Toistaiseksi kaikki tällainen ihmisen genomin keinotekoinen muunteleminen on kielletty kansainvälisen moratorion perusteella. Mutta sitten kun menetelmä on riittävästi testattu muilla lajeilla, kun geneettisiä ominaisuuksia voidaan riittävän luotettavasti ja turvallisesti korjata ja optimoida – niin todennäköisesti, sen soveltaminen myös ihmisen genomin korjailuun tulee hyvin houkuttelevaksi.

Itseään tietoisesti ja suunnitellusti korjailevana ja kehittävänä lajina tulemme olemaan valtavien eettisten ja moraalisten kysymysten ja haasteiden edessä. Tarjolla on sekä uusia lupauksia, mahdollisuuksia, uhkia, riskejä, eturistiriitoja, virheitä … ja pitkän ajan kerrannaisvaikutuksia joita tuskin osaamme edes arvata, saati sitten arvioida…