Arkisto

• syyskuu 2020
• elokuu 2020
• kesäkuu 2020
• toukokuu 2020
• huhtikuu 2020
• maaliskuu 2020
• helmikuu 2020
• tammikuu 2020
• joulukuu 2019
• marraskuu 2019
• lokakuu 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
• 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

---

Miten ruokitaan miljoonan ihmisen siirtokunta Marsissa

25.9.2019 klo 21.10, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Kaupalliset avaruustoimijat, lähinnä SpaceX-yhtiö, kehittelevät parhaillaan sellaista avaruuslaivastoa joka pystyy kuljettamaan Marsiin merkittävän paljon ihmisiä, sekä kaikki tarvikkeet mitä tarvitaan  elinkelpoisen yhdyskunnan pystyttämiseen tuolle planeetalle. Ensimmäisten kuljetuslentojen on kaavailtu alkavan jo vuoden 2025 tienoilla. Nyt olisi siis jo korkea aika selvittää, miten tuollainen siirtokunta voisi ollenkaan pärjätä uudella kotiplaneetallaan, ja miten paljon sinne pitäisi kuljettaa Maasta kaikkia välttämättömiä elintarpeita.

Ihmisten mahdollisia ylläpitosysteemeitä Marsissa on toki tutkittu jo paljonkin, ja niistä on kirjoitettu lukuisia julkaisuja. Nuo kaikki ovat kuitenkin tähdänneet jonkun pienen tutkija-astronautti-miehistön väiaikaiseen ylläpitoon pienellä tutkimusasemalla, eivätkä ne ole esittäneet mitään vakuuttavaa systeemiä pysyvän ekosysteemin pystyttämiseksi. Ehkä ekosysteemit tarvitsevatkin enemmän volyymiä, enemmän materiaalia kierrätettäväksi. SpaceX yhtiön tavoitteena on kuitenkin perustaa Marsiin kokonainen pysyvä ja mittava yhteiskunta, joka asuttaisi tavallisia kansalaisia ja kaupallisia yrityksiä (https://www.businessinsider.com/elon-musk-spacex-mars-plan-timeline-2018-10?r=US&IR=T#2028-finish-building-mars-base-alpha-10).

SpaceX yhtiö kaavailee aloittansa kuljetukset Marsiin viemällä sinne ensimmäisen 12 hengen miehistön vuonna 2025. Ensimmäiset Marsin pinnalle laskeutuneet maahanmuuttajat joutuisivat asustamaan avaruusaluksissa, mutta perustaisivat sinne ensimmäiset kiinteät asumukset vuoteen 2028 mennessä. Myöhempinä vuosina 100-200 hengen kuljetuksia lähtisi Marsiin 26 kuukauden välein, aina optimaalisen laukaisuikkunan aikana. 2030-luvun aikana Marsiin kasvaisi merkittävän kokoinen ihmisten asuttama kaupunki, kaikki rakennettuna paineistettujen kupujen alle. Paikalla oleva siirtokunta kasvaisi sekä siirtolaisuuden että syntyvyyden kautta niin, että asukkaisen määrä olisi 50 -100 vuoden kuluttua noin miljoona henkeä.

Suunnitelman visonäärin Elon Muskin mukaan ihmisten erillinen siirtokunta toisella planeetalla pelastaisi lajimme, jos olot Maassa käyvät elinkelvottomiksi. Toinen, ja varmastikin tärkeämpi lyhyen aikavälin tavoite on uuden talouskasvun ja markkina-alueen luominen: Elon Musk sanoo: ”… siellä avautuvat räjähdysmäiset kaupallisen yrittämisen mahdollisuudet”. Paikallinen talous ja kaupankäynti olisivat kasvua ja rakentamista ajava tekijä paikallisesti Marsissa, samoin kuin Mars-ohjelma olisi täällä Maassa.

Tuo kaupallinen visio ja sen lentosuunnitelmat ovat siis monia kertaluokkia suuremmat kuin mitä valtiolliset avaruusohjelmat kaavailevat. Näin maallikon mielestä ne ovat megalomaanisen suuruudenhullut, ja lähempänä fiktiota kuin todellisuutta. Kuitenkin, näiden suunnitelmien toteutuskelpoisuutta pohditaan myös oikein käytännön ratkaisujen tasolla: Silmiini sattui kiintoisa artikkeli nimeltä ”Feeding One Million People on Mars”, kirjoittajina Kevin M. Cannon ja Daniel T. Britt (https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/space.2019.0018).

Kirjoittajat pohtivat ja laskeskelevat miten olisi mahdollista pystyttää Marsiin sellainen elintarviketuotanto, joka pitäisi yllä tuollaisen määrän ihmisiä.

Heidän mielestään Marsissa löytyy useimmat perusmateriaalit mitä elämiseen tarvitaan. Siellä on saatavana energiaa sekä auringonvalosta että ydinvoimasta, vettä on saatavana pinnan alaisista jäätiköistä ja vesialtaista sekä kidevedellisistä mineraaleista, happea taas voi erottaa sekä ilmakehän hiilidioksidista että maaperän vedestä. Marsin maaperä taas toimisi rakennusmateriaalina kaikkiin kiinteisiin rakenteisiin, samoin useimmat kasvien tarvitsemat ravinteet saataisiin maaperästä. Ravinnebudjettiin jouduttaisiin kuitenkin tuomaan Maasta ainakin typpeä.

Artikkelissa jää kuitenkin kovin vähälle huomiolle kaikki se tekninen vaikeus mitä näiden resurssien käyttöön liittyy: Esimerkiksi sekä vesi että maaperä ovat niin suolaisia, että molemmat tarvitsevat merkittävän puhdistusprosessin ennenkuin ne kelpaavat kasvualustaksi kasveille tai eläimille. Hiilidioksidin osapaine ilmakehässä on hyvin alhainen, ja samalla tavalla sen sisältämän hapen määrä on pieni; myös hapen tekninen erottaminen hiilidioksidista tarvitsee runsaasti energiaa (hiilen pelkistämisreaktio). Kallisarvoiset hiilidioksidi ja vesi onkin parasta kierrättää kasvien fotosynteesin kautta. Tämän tuotteena vedestä saadaan vapautettua happea, ja hiilidioksidi saadaan sidottua erilaisiin yhdisteisiin, jotka taas kelpaavat ruuaksi.

Fotosynteesin haasteena on taas se, että kasvit tarvitsevat lähes yhtä hyvät paineistetut ja lämmitetyt olosuhteet kuin ihmisetkin. Marsin pinnalle tuleva auringonvalo ei oikein riitä pitämään yllä kasvien tehokasta kasvua, varsinkaan paksujen suojakupujen alla, ja kasvituotanto olisikin parasta tehdä keinovalossa pinnanalaisissa paineistetuissa ja ilmatiiviissä tunneleissa. Keinovalaistus – kuten kaikki muukin siirtokunnan ylläpito – taas vaatii paljon energiaa, jota jouduttaisiin tuottamaan lähinnä ydinvoiman avulla. Kirjoittajien näkemys on että ydinenergiaan tarvittu uraani kuljetetaan Maasta, mikä lienee mahdollista rahtialusten kuljetuskapasiteetin puitteissa. Kuitenkin uraanin käyttö ydinpolttoaineena edellyttää myös mittavia reaktoreita ja ydinvoimala-teknologiaa, joita ei missään tapauksessa ole mahdollista työstää ja valmistaa paikan päällä, Marsin maaperän mineraaleista. Koko yhteiskunnan perusteiden ja tuotantolaitosten pystyttäminen nojautuu voimakkaasti valmiin teknologian kuljettamiseen Maasta.

Siirtokunnan alkuvuosina suuri osa sen tarvitsemasta ravinnosta jouduttaisiin kuljettamaan Maasta. Kuitenkin Marsiin pitää ajan mittaan pystyttää sellaiset rakenteet ja laitokset, jotka tuottavat riittävästi ruokaa ja happea koko väestön päivittäisiin tarpeisiin. Paikallinen tuotanto perustuisi erilaisiin kasvilajeihin jotka tuottavat tehokkaasti monipuolisia kasvituotteita. Hiilihydraattien lähteinä toimisivat lähinnä maissi, vehnä ja bataatti; soija ja muut pavut sekä määpähkinät tuottaisivat proteiineja ja öljyjä, ja porkkana, salaatti ja kaalit toimisivat erilaisten vitamiinien lähteinä. Kasvien ravintoarvoja ja sopeutumista paikallisiin viljelyoloihin voisi parantaa geenimuuntelun avulla. Eläinperäisiä tuotteita ruokavalioon saataisiin pienimittaisten eläintuotteiden aulla, eli hyönteisillä ja liha- tai kalasoluviljelmillä.

Siirtokunnan pitäisi siis tulla itsenäiseksi ravinnon tuotannon suhteen.  Perustuotannon pitäisi tapahtua pitkälti automaattisesti, ja paikalliset yritykset kehittäisivät nopeasti uusia prosessointi- ja tuotantomuotoja joista kehittyisi vilkas talouselämä. Yritykset kehittäisivät  perustuotteista kaikenlaisia maittavia ruokatuotteita, ja pian olisi tarjolla jo mittava valikoima elintarvikkeita. Paikalliset ravitsemusliikkeet tarjoaisivat paikallisia herkkuja sekä ”pizzaa ja olutta”, kuten Maassakin.

Cannon ja Britt esittävät mallin jonka mukaan ruantuotanto olisi hoidettavissa paikan päällä. Laskelma perustuu siihen, että kukin henkilö kuluttaa päivässä energiaa noin 2000 kcal verran. Ravinnon pitää olla riittävän monipuolista, ja lasketussa mallissa se koostuisi 40% hiilihydraateista, 30% proteiinista ja 30% öljyistä. Päivittäinen 934 g (onpa tarkka!) ruokamäärä sisältäisi 3 osaa kasvituotteita, 3 osaa liha- tai kalasolutuotteita ja 1 osan hyönteistuotteita.

Kasvintuotannon kapasiteetti on tässä mallisssa laskettu Maassa pelloilla saavutettujen maksimisatojen mukaan. Edellä mainitun ravintomäärän tuottamiseen tällaisilla satotasoilla tarvittaisiin tuotantoalaa yhteensä 46 neliömetriä henkeä kohti, eli miljoonan henkilön siirtokunnalle yhteensä 46 miljoonaa neliömetriä. Tämä on noin 50 neliökilometrin kokoista hallia, joiden ala on kokonaan viljeltynä, ilman merkittäviä hoito- tai huoltokäytäviä. Jos tuotanto tapahtuisi noin 4 metrin levyisissä tuotantotunneleissa, näitä tarvittaisiin  yhteensä noin 4500 km pituudelta.

Tuolla tavalla hypoteettisesti laskettuna, optimaalisten satotasojen perusteella, tuo suunnitelma näyttää jopa jollakin tavalla mahdolliselle. Kuitenkin se lienee pelkkää teoriaa, joka ei siirry helposti käytännön tasolle. Tuollaisen siirtokunnan perustaminen vaatisi ensinnäkin valtavia investointeja täällä Maassa. Se ilmeisesti lisäisi merkittävästi kaupallisia mahdollisuuksia, tuotekehittelyä, tilauksia ja tuotantomääriä – ja käyttäisi valtavan paljon energiaa. Näillä panostuksilla tuo prosessi olisi kiihdyttämässä Maa-planeetan suistumista ilmastokatastrofiin— ehkä jopa niin, että sen seurauksena mantereet täällä olisivat jäämässä nousevan merenpinnan alle, ja ihmisten viimeinen vaihtoehto olisikin sitten pelastautua toiselle planeetalle.

Myöskään Marsiin asettautuminen ei todennäköisesti onnistuisi aivan tuon laskennallisen mallin mukaisesti. Niissä oloissa saavutetut kasvien satotasot  ei välttämättä tule lähellekään samaa kuin mitä Maassa saavutetaan; ainakin viljelytekniikka suljetuissa oloissa tulisi olemaan aika vaativaa sekä kosteuden, kaasujenvaihdon, pölytyksen ja kasvinsuojelun osalta. Niissä oloissa tarvittaisiin uusia lajikkeita, joiden jalostaminen vie vuosikymmeniä. Alkuperäisten viljelmien geneettinen vaihtelu olisi minimaalisen pieni, joka tekisi viljelmät hyvin alttiiksi kaikenlaisille vastoinkäymisille.

Entä, miten ihmiset kestäisivät suljettua olotilaansa? Sairastuisivatko ahtaan paikan kammoisuuteen? Miten he kestäsivät sitä, että heidän yhteiskuntansa rakenteet ja olemassaolonsa ovat teknisesti niin haavoittuvaiset?

Tuollaisessa täysin karussa ympäristössä kestävää ja mielekästä elämäntapaa edustaisi vain sellainen, hyvin pitkään sopeutumiseen perustuva kulttuuri, jota täällä Maa-planeetalla noudattavat jotkut aavikkoseutujen paimentolaiset. Nämä pystyvät sopeutumaan vähään veden käyttöön, savimajoissa asumiseen ja hyvin yksinkertaiseen elämäntapaan. Marsiin kaavailtu yhteisö ja elämäntapa taas perustuisi samanlaiseen kerskakulutukseen kuin mihin me länsi-ihmiset olemme tottuneet täällä Maassa. Tuon elämäntavan kestämättömyys varmaankin aiheuttaisi jonkinlaisen ekologisen ja psykologisen uhkan myös Marsissa.

Entä biologisen supeutumisen ongelma: miten ihmisten fysiologia, tai lasten kehitysbiologia kestäisi Marsin matalaa painovoimaa?

Sitten vielä yksi kysymys mietittäväksi: miten näiden Mars-suunnitelmien kehitteleminen ja keskusteleminen vaikuttaa siihen, mitä me ihmiskuntana ymmärrämme tulevaisuuden ratkaisuiksi. Onko niin, että kun näitä riittävästi pohditaan, ne alkavat toteuttaa itseään ihan vain siksi, että niitä on jo niin paljon mietitty. Siitä huolimatta että ne eivät ole mitenkään erityisen mielekkäitä. Mielekkäämpää olisi miettiä sitä, miten me selviämme tällä planeetalla. Sitten taas nämä ajatukset alkaisivat toteuttaa itseään.

Itseasiassa, jos ihmiset pitäytyisivät juuri tuollaiseen Mars-ruokavalioon ja rajoittaisivat liikkumisensa pelkästään oman talon tai ainakin oman kaupungin sisälle, tämä saattaisi hyvinkin auttaa oman planeettamme ilmastokriisissä.

Siis, unohtakaa kokonaan tuo Marsiin meno. Alkakaa miettiä miten eläisimme täällä niin kuin Marsissa.

---

Pelkkää suurta sattumaa?

6.9.2019 klo 17.15, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Eliökuntamme olemassaoloa ja kehitystarinaa ajatellessani minua aina hämmästyttää: miten onkaan voinut käydä niin ihmeellisesti, että maailmankaikkeutemme, kaikkien luonnonlakiensa ajamana ja ohjaamana, on tuottanut näin hienon planeetan ja näin mahtavan eliökunnan. Tietenkin, elämän ja eliökunnan kehityksen ohjaajana on toiminut evoluutio, se että tarkoituksenmukaiset ja toimivat ominaisuudet ovat valikoituneet ja säilyneet. Toisaalta, evoluutio on sokeaa ja sattumanvaraista. Se ei suunnittele mitään uusia keksintöjä, se ei aio mitään, sillä ei ole mitään suuntaa eikä päämäärää. Jotenkin voisi olettaa, noin intuitiivisesti, että se ei olisi erityisen taipuvainen tuottamaan monimutkaisuutta, sillä monimutkaiset keksinnöt ja rakenteet ovat vaikeita tuottaa ja pitää yllä, ne ovat energiaa vieviä ja epätehokkaita. Tästä syystä elämä pääsääntöisesti päätyisi minimaaliseen ja mitättömään mössöön.

 Näin on tietysti tapahtunutkin: suurin osa eliökuntaa on aina koostunut yksisoluisista bakteereista ja arkeoneista, tai korkeintaan yksisoluisista eukaryooteista. Siitä huolimatta aikojen kuluessa myös monimutkaisuus on lisääntynyt eliökunnassa. Joissakin vaiheissa se on lisääntynyt suurin harppauksin. Tämäkin kaikki lienee vain suurta sattumaa, mutta kuitenkin ainakin näin jälestä käsin näyttää jotenkin siltä, että tähän kehitykseen liittyisi jonkinlainen trendi.

Sattuman ja trendin välinen ero on merkittävä myös periaattessa: jos kaikki täällä on ollut aivan sattumanvaraista, tämä satunnainen kehityskulku lienee myös ainutlaatuinen. Jos taas tähän kehitykseen liittyy ohjaava valintapaine, jonkinlaiset monimutkaiset eliökunnat voisivat olla normaaleja ilmiöitä eri planeetoilla.

Ensimmäinen ihmeellinen monimutkaisuuden lisääntyminen eliökunnan kehityskulussa tapahtui jo elämän syntyessä. Emme tiedä minkälaiset tekijät ajoivat tätä prosessia. Tiedämme että maailmankaikkeudessa on loputtoman paljon muitakin planeettakuntia; kuitenkin elämän kodiksi ilmeisesti tarvittaisiin jotenkin ”sopiva”, ehkä jotakuinkin Maan kaltainen planeetta. Sen pitää olla sopivan kokoinen ja sopivan märkä kiviplaneetta, sopivalla etäisyydellä sopivan kokoisesta emotähdestä, sopivan ilmakehän alla. Ei kuitenkaan tiedetä mikä on tuo ”sopivan” määrä ja mitta. Ainakin varhaisessa Maassa kaikki nuo kriteerit olivat oikein sopivia, vaikkakin hyvin erilaisia kuin mitä ne ovat nyt. Sattumalta. Emme tiedä olisiko muilla planeetoilla sellaisia olosuhteita jotka käynnistäisivät elämän kaltaisen, loputtomasti itseään ruokkivan ketjureaktion.

Heti alustaan asti elämä on ollut täysin opportunistista. Se käytti juuri niitä rakennusaineita ja energialähteitä mitä oli ympärillä olemassa. Itseasiassa, nämä rakennusaineeet ja energialähteet synnyttivät elämän. Se että elämän kemiasta tuli juuri sellaista kuin tuli, johtui siitä millaisessa ympäristössä se syntyi. Täällä syntyprosessin lähtöaineina olivat erilaiset nukleotidit ja aminohapot, vesiliuoksessa. Oleellista oli vielä sekin, että ympäristössä on tarjolla riittävästi rasvaisia aineita, eli lipidejä, joiden muodostamat kalvot pystyivät sulkeutumaan huokoiseksi vaipaksi toimivien molekyylien ympärille. Oli onnekasta sattumaa, että ympäristössä oli kaikkia sellaisia komponentteja, joista monimutkainen kokonaisuus saattoi koostua.

Jo ensimmäisestä alusta alkaen elävät solut olivat luonnonvalinnan kovakätisessä ohjauksessa. Vain ne säilyivät, jotka sopeutuivat. Ne lisääntyivät suuremmaksi ja vahvemmaksi eliökunnaksi. Energialähteenä toimi vulkaaninen lämpö ja auringonvalo; valon hyödyntäminen tuli ilmeisesti jo varhain mahdolliseksi siksi, että ympäristökemia tuotti myös valoa absorboivia klorofylli- pigmenttejä. Fotosynteesi siis käynnistyi varhain, mutta se ei pitkään aikaan vielä tuottanut happea. Ympäristö planeetalla oli täysin hapeton, ja eliöiden aineenvaihdunta perustui rauta- ja rikkiyhdisteiden pelkistymiseen ja hapettumiseen. Onneksi nämä pysyivät liukoisina hapettomassa merivedessä.

Aikanaan, noin miljardin vuoden kuluttua, eräs vihreä, bakteerilaji oppi sitomaan auringon valoa niin tehokkaasti, että se pystyi sen avulla hajottamaan vesimolekyylejä. Tästä käynnistyi happea tuottava fotosynteesi, joka hitaasti alkoi muuttaa koko maailmaa toisenlaiseksi.

Happea kertyi vähitellen ilmakehään. Tämän seurauksena monet hapettomiin oloihin tottuneet (anaerobiset) lajit kuolivat pois, jotkut painuivat meren syviin hapettomiin pohjakerroksiin, ja jotkut oppivat elämään hapellisessa ympäristössä. Ilmakehän muuttuessa olot kävivät vaikeiksi myös siksi, että koko planeetta painui totaali-jääkauteen, lumipalloplaneetaksi, noin 300 miljoonan vuoden ajaksi. Elämän selviytyminen oli tiukalla, biomassan määrä romahti hyvin pieneksi.

Noissa ankarissa oloissa sattui kerran niinkin, että joku anaerobinen arkeonisolu söi sisäänsä happea hengittävän bakteerisolun. Jostakin kumman syystä tuo sisään otettu bakteeri ei hajonnut ja kuollut, vaan jäi elämään toisen solun sisäisenä symbionttina. Tämä sattumalta syntynyt yhteiselo koitui suureksi onneksi, sillä yhdistelmä pystyi selviytymään hapellisissa olosuhteissa. Bakteerin ja arkeonin yhteiselämä oli kuitenkin myrskyisää, ja solu joutui käymään läpi valtavan suuren rakenteellisen ja geneettisen uudelleenjärjestelyn: Arkeonin monet geenit yhdistyivät ja kasvoivat paljon entistä pidemmiksi, niiden määrä lisääntyi, solun toiminnat lisääntyivät ja sen kalvorakenteet kasvoivat. Symbiontti-bakteeri taas luopui monista omista toiminnoistaan, ja siitä tuli pelkkä energiaa tuottava elin, eli mitokondrio. Suuri yhdistelmäsolu kuitenkin selvisi tuosta rytäkästä, ja siitä tuli kaikkien tumallisten solujen ja eliöiden esiäiti.

Aika kului. Totaali-jääkausi päättyi aikanaan, ja elämä kukoisi lämpimissä merissä. Yksisoluiset eliöt sitoivat tehokkaasti hiiltä biomassaan, syanobakteerit ja viherlevät tuottivat paljon happea, tulivuoritoiminta oli alhaista, ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laski. Ajan mittaan monet tekijät johtivat siihen, että koko planeetta painui uudelleen syvään ja totaaliseen jäätiköitymisen aikaan. Jäätiköityminen oli jaksottaista, mutta yhteensä nämä kryogeenikauden jäätiköitymiset kestivät lähes 100 miljoonaa vuotta.

Näiden jäätiköitymisten aikana planeetan biomassan määrä taas väheni merkittävästi. Elämä sinnitteli hengissä säilymisen rajoilla. Näissä äärimmäisissä oloissa elämä taas teki uuden, merkitävän ja monimutkaisen keksinnön: alkeellisten sienieläinten, eli kaulussiimaeliöiden pesäkkeet alkoivat erilaistua erilaisiksi solukoiksi. Ne olivat kehittymässä ensimmäisiksi monisoluisiksi eläimiksi, eli kaikkien meidän myöhempien monisoluisten eläinten esivanhemmiksi.

Evoluutio voi sattumalta tuottaa, ja sitten valita ja ottaa käyttöön juuri sellaisia uusia keksintöjä joilla on erityistä valintaetua, tai jotka voivat pelastaa eliön tuhoutumiselta. Se on tuottanut monimutkaisia selviytymiskeinoja juuri kaikkein vaikeimpien olosuhteiden, eli pitkien totaali-jääkausien aikoina. Ensin se keksi tumalliset solut, sitten monisoluisuuden. Monisoluisuuden kehittyminen on yllättävää, sillä yksisoluisuus on ollut – ja yhä on – hyvin suotuisa ja helppo elämänmuoto.

Monisoluisten eliöiden etuna oli eri solukoiden erilaiset kyvyt, yhteistyö ja synergia, jotka kaikki yhdessä vaikuttivat niiden yhteisen genomin säilymiseen.

Monisoluiset eliöt ilmestyivät planeetalla ensimmäisen kerran n. 660 miljoonaa vuotta, kryogenian aikana. Jääkauden päätyttyä lämpimissä happipitoisissa vesissä käynnistyi vilkas evoluutio, joka ensin tuotti meren pohjalla elävien liikkumattomien ediakara-eläinten runsaan lajiston. Sitten, noin 540-530 miljoonaa vuotta sitten matalien merien pohjille ilmestyi kaikenlaisten liikkuvien eläinten, pienten petojen ja saaliseläinten hyvin monimutkaiset ekosysteemit, ja niiden monimuotoinen eliökunta. Aikaa kutsutaan kambrikaudeksi. Valtaosa eliökunnan nykyisistä pääjaksoista syntyi tuona aikana.

Luonnonvalinta testasi lajien kestävyyttä. ”Kummallisimmat” lajit katosivat pois, vahvimmat lajit kehittyivät eteenpäin, luonnonvalinnan suosimina. Vahvistuva eliökunta alkoi itse vaikuttaa olosuhteisiin yhä enemmän. Tehokkaan fotosynteesin seurauksena planeetan happipitoisuus nousi korkeammalle, 20 prosenttiin, ja lopulta, hiilikauden aikana jopa 35 pitoisuusprosenttiin. Korkea happipitoisuus tehosti eläinten aineenvaihduntaa ja energian tuotantoa ja mahdollisti niiden kasvamisen suuremmiksi. Ilmakehän yläosaan kertynyt otsoni blokkasi UV-säteilyn pääsyn maan pinnalle ja mahdollisti eliöiden – sekä kasvien että eläinten – levittäytymisen kuivalle maalle.

Noin 300 miljoonaa vuotta sitten trooppisten kasvien tehokas hiilensidonta johti suhteellisen nopeisiin ilmastonmuutoksiin, jotka aiheuttivat ajoittaisia jäätiköitymisiä napa-alueilla. Näiden aiheuttamat meren pinnan vaihtelut taas puolestaan johtivat siihen, että rannikkoalueet vuoroin kasvoivat rehevää trooppista metsää, joka taas vuoroin painui soistuvan rantavyöhykkeen pohjaan ja muuttui fossiilisiksi hiilivarannoiksi. Suuri määrä hiiltä poistui ilmakehästä…

Kaikkina aikoina eliökunta on vaikuttanut elottomaan ympäristöön, ilmakehään ja planeetan lämpötilaan, ja vastavuoroisesti, nämä ovat säädelleen eliökunnan kehitystä. Ajoittain olosuhteet ovat muuttuneet kokonaan. Muutokset ovat voineet olla joko eliökunnan itsensä, tai geologisten, vulkaanisten tai kosmisten tapahtumien aiheuttamia, mutta toistuvasti ne ovat olleet niin suuria, että suuri osa eliökuntaa on tuhoutunut. Kambrikauden jälkeisenä aikana tiedetään tapahtuneen viisi suurta massasukupuuttoa. Useimmat näistä ovat johtuneet voimakkaista ilmastonmuutoksista, jotka taas ovat johtuneet hyvinkin erilaista syistä. Ilmeisesti ainakin seuraavat tekijät ovat vaikuttaneet niihin: (https://cosmosmagazine.com/palaeontology/big-five-extinctions):

Sukupuutto Ordovikikauden lopussa, 444 miljoonaa vuotta sitten: 86% lajeista katosi. Sukupuutto johtui jääkaudesta. Jäätiköityminen puolestaan johtui siitä, että vasta kohonneen Appalakkien vuoriston rapautuminen sitoi runsaasti ilmakehän hiilidioksidia, ja tämän kasvihuonekaasun väheneminen johti ilmaston viilenemiseen.

Sukupuutto Devonikauden lopulla, 375 miljoonaa vuotta sitten: 75% lajeista katosi. Tämä sukupuutto ilmeisesti johtui siitä, että maakasvillisuuden lisääntyminen vapautti maaperästä runsaasti ravinteita, jotka huuhtoutuivat meriin. Näiden aiheuttamat runsaat leväkasvustot kuluttivat paljon happea vedestä, ja pienet pohjaeliöt kuolivat hapen puutteeseen.

Sukupuutto Permikauden lopussa, 251 miljoonaa vuotta sitten: 96% lajeista katosi. Tämä “Suurena kuolemana” tunnettu joukkosukupuutto on yksi planeettamme suurimpia, ilmeisesti vain Huuronin totaali-jääkausi olisi ollut ankarampi koetus elämän säilymiselle. Tämä joukkosurma kehittyi useiden erilaisten katastrofien käynnistymisestä toinen toisensa perään. Eräs laukaiseva tekijä oli Siperian laakiobasalttipurskaus (joka taas saattoi olla asteroidi-impaktin laukaisema); tapahtuma vapautti paljon hiilidioksidia ilmakehään, ja lämpötila nousi. Tämän aktivoimat metanogeeniset bakteerit tuottivat paljon metaania, ja yhdessä nämä kasvihuonekaasut nostivat lämpötilaa edelleen. Meret happamoituivat ja muuttuivat hapettomiksi, ja merissä hajoava runsas biomassa tuotti myrkyllistä rikkivetyä. Merieläinten, suurten maaeläinten (mm. esinisäkkäät) ja trooppisen kasvillisuuden kehitys romahti. Nykyisen massiivisen ilmastonmuutoksen arvellaan kehittyvän samaan suuntaan kuin tämän joukkosukupuuton aikana tapahtui.

Sukupuutto Trias-kauden lopussa, 200 miljoonaa vuotta sitten: 80%lajeista katosi. Tämän sukupuuton varsinaista syytä ei tunneta. Planeetan lämpötila jatkui sen jälkeen korkeana, lämpimissä oloissa kehittyi matelijoiden runsas lajisto. Erilaisten dinosaurusten valta-aika kesti yhteensä noin 160 miljoonan vuoden ajan.

Sukupuutto Liitukauden lopussa, 66 miljoonaa vuotta sitten: 76% lajeista katosi. Tuho johtui nopeasta ilmastonmuutoksesta, joka aiheutui Chicxulubin alueelle Yukatanin niemimaalla tapahtuneesta, noin 10-15 km kokoisen asteroidin iskeytymisestä maahan. Isku aiheutti noin 10 vuoden pituisen vulkaanisen talven, jonka aikana ilmasto jäähtyi merkittävästi, osa kasvillisuudesta kuoli, ja kaikki dinosaurukset ja lentoliskot, lintuja lukuun ottamatta, kuolivat sukupuuttoon. Myös monia muita lajeja katosi, mm. monia nisäkkäitä, lintuja, liskoja, hyönteisiä, kaloja, haita, simpukoita ja äyriäisiä ja plankton-lajeja katosi.

Tämän sukupuuton jälkeen nisäkkäät saivat oman mahdollisuutensa kehittyä planeetan valtalajeiksi. Nyt kuitenkin niidenkin aika on jo tullut päätökseen.

Elämme parhaillaan kuudennen suuren sukupuuton aikaa: https://en.wikipedia.org/wiki/Holocene extinction. Ihmisen lyhyellä muistiperspektiivillä me luulemme että kaikki pysyy suunnilleen muuttumattomana, mutta ihmisen vaikutuksesta lajeja katoaa nykyisin 100- 1000 kertaa nopeammin kuin ennen ihmisen aikaa (https://en.wikipedia.org/wiki/Holocene_extinction). Emme tietenkään vielä tiedä miten tämä tästä kehittyy – mihin suuntaan, ja miten kauan kestäväksi episodiksi eliökunnan historiassa.

Emme myöskään tiedä miten eliökunta tulee uudelleen muotoutumaan tämän sukupuuttokauden syövereissä. Ainakin yksinkertaisten mikrobien lajisto on niin sopeutuvaista, että se ei voi kokonaan tuhoutua tältä planeetalta, ei niin kauan kuin täällä säilyy ympäristöjä joiden lämpötila ei nouse reilusti yli 100 celsiusasteeseen.

Joukkosukupuutot kuitenkin karsivat ankaralla kädellä monisoluisten eläinten ja kasvien lajistoa. Levittäytyessään maailman eri mantereille, ja valloittaessaan maan omaan käyttöönsä ihminen on ollut aikamoinen massatuhon aiheuttaja, sillä ihmisen vaikutuksesta jo 80 % ihmisen aikaa edeltäneistä isojen eläinten lajeista ja 50 % kasvilajeista on kadonnut. Ihmisen toimet ja tuotantomuodot ovat myös vaikuttaneet lajien määrään niin, että kaikkien maaeläinten massasta 60% muodostuu nyt kotieläinten massasta, 36% ihmisten massasta ja vain 4% villieläinten massasta (https://www.livekindly.co/60-of-all-mammals-on-earth-are-livestock-says-new-study/, https://www.pnas.org/content/115/25/6506). Jos ei eläinten määrä, niin ainakin niiden monimuotoisuus on siis romahtanut minimiin.

Ihmisen aikaa edeltänyt lajisto on siis jo pitkälti kadonnut, tai katoamassa. Jäljelle jäävistä lajeista kuitenkin kehittyy taas jotakin uutta, ehkä jopa jotakin uutta monimutkaisuutta. Voisikohan se olla vaikka – vaikka uusi uljas ihmislaji? Androidi, AI-laji, kyborgi? Tai vain uusi ja entistä viisaampi, ymmärtäväisempi ja vastuullisempi ihminen???

Vieläkö tämä kiintoisa kysymys: mihinkähän suuntaan nämä nykyiset valintapaineet ohjaavat ihmisen geneettistä kehittymistä?