Ajatuksia elämästä, aineesta ja energiasta

21.1.2018 klo 00.30, kirjoittaja
Kategoriat: Astrobiologia

Astrobiologian aihepiiriin kuuluu keskeisesti joitakin peruskysymyksiä joihin emme vielä osaa vastata. Tällaisia kysymyksiä ovat 1) miten elämä aikoinaan syntyi täällä Maa-planeetalla, 2) voisiko se syntyä jollakin toisella tavalla, ja 3) onko muualla maailmankaikkeuden ulottuvuuksissa elämää, ja jos on, niin onko se samanlaista kuin täällä, vaiko jotakin ihan toisenlaista.

Nämä kysymykset aina johtavat seuraavaan, vielä perustavampaa laatua olevaan kysymykseen: Mitä elämä ylipäänsä on? Vuosikymmenien mittaan tätä kysymystä on pohdittu paljon, ja eri alojen tutkijat ovat koettaneet antaa siihen kattavia ja ymmärtäväisiä vastauksia. Esimerkiksi nobel-palkittu fyysikko Erwin Schrödinger aikoinaan, jo 1940-luvulla, määritteli elämän hyvin fysikaalisesta näkökulmasta, sanoen että se on ”negatiivista entropiaa”. Tämä tarkoittaisi jotakin sellaista että elämä edustaa energiarikasta, korkeaa järjestystä. Nobel-palkittu kemisti Albert Szent Györgi on taas määritellyt elämän ”paikaksi missä elektroni voi levätä”, minkä perusteella elämä  pelkistyisi energiarikkaiden orgaanisten yhdisteiden kemiaksi. Nämä määritelmät kuvailevat joilstakin osin elämän perusolemusta, mutta eivät kovinkaan hyvin kuvaa sen dynaamista luonnetta.

Monet biologiset määrittelmät taas luettelevat monia elämän toiminnallisia ominaisuuksia. Näistä ensimmäisenä yleensä sen että elämällä on kyky tuottaa uusia kopioita itsestään. Muita oleellisia ominaisuuksia on evoluutio eli se, että eliökunnassa ja ekosysteemeissä menestyvät ja monistuvat parhaiten juuri sellaiset eliöt jotka ovat parhaiten sopeutuneet juuri niihin olosuhteisiin. Elämä on dynaamista, reaktiivista ja yllättävää. Myös hiiliyhdisteistä muodostuva kemiallinen koostumus ja toiminta vesiliuoksessa ovat oleellisia Maan elämän ominaisuuksia.

Nämä ns. määritelmät kuvaavat sitä millaista elämä on, mutta eivät kerro kovinkaan syvällisesti sen perusolemuksesta. Hiukan filosofisemmin ajattelavat kemistit Addy Pross ja Robert Pascal taas kuvaavat elämää alati vaihtuvana ja muuttuvana, energian ajamana aineen muotona, sellaisena jota voi verrata vaikkapa suihkulähteeseen. Materia vaihtuu koko ajan, energia virtaa läpi, mutta kokonaisuus säilyy suunnilleen samanlaisena, ainakin niin kauan kuin vettä ja energiaa riittää ja pumppu pysyy ehjänä. He sanovat elämän olevan toiminnallisuuteen perustuva stabiili tila, joka toimii ulkopuolelta tulevan energian varassa. He kutsuvat tällaista ilmiötä Dynaamiseksi Kineettiseksi Stabiilisuudeksi.

Mielestäni elämän olemusta voisi pohtia vieläkin perusteellisemmalla tasolla.  Voisimme todeta että elämä on aineen, energian ja informaation dynaaminen yhdistelmä joka hakee uusia muotoja. Se on prosessi jossa energia sitoutuu suuriin orgaanisiin molekyyleihin ja rakenteisiin, ja tekee työtä näiden rakenteiden ylläpitämiseen ja uudistamiseen. Toimintaa, rakeita ja energian käyttöä koordinoi informaatio, joka myös on syntynyt aineen ja energian (nukleotidit ja niiden tuottamiseen ja kopioimiseen tarvittu energia) vuorovaikutuksista. Informaatiota syntyy kun energian virtaa aineen rakenteissa ja tuottaa toimintoja jotka pitävät yllä näitä rakenteita, niin että prosessi voi jatkua loputtomasti.

Aineen ja energian virtaus elävien systeemien läpi voidaan ajatella osana sitä ikiaikaista jatkumoa, jossa aine ja energia levittäytyvät laajenevassa maailmankaikkeudessa, ajan virrassa.

Alkuräjähdyksessä, valtavan suuressa kuumuudessa ja paineessa, energia ja aine edustivat yhtä ja samaa olemisen muotoa. Maailman laajetessa ja lämpötilan laskiessa osa tästä ”alkuolevaisesta” päätyi pysyvästi aineelliseen muotoon, eli alkeishiukkasiksi, ja näiden yhtymisen kautta edelleen atomeiksi. Tähtien sisällä tapahtuvissa ydinreaktioissa jotkut protonit fuusioituvat isommiksi atomiytimiksi, ja osa niiden massasta muuttuu taas takaisin energiaksi. Vapautuva energia voi taas jossakin toisaalla sitoutua atomien välisiin sidoksiin ja tuottaa monimutkaisia rakenteita ja toimintaa, kuten elämää ja eliökuntia.

Olisiko elämä siis energian leikkiä aineessa, siten että ne yhdessä järjestyvät toiminnalliseksi informaatioksi?  Aine ja energia virtaavat läpi ajan toisiinsa kietoutuneina. Aine kiertää ja prosessoituu uusien tähtijärjestelmien, planeettakuntien, ja joissakin tapauksissa myös eliökuntien läpi, muuttuu vähitellen säteilyenergiaksi, ja haalistuu yhä pidempiin aallonpituuksiin. Maailman entropia eli epäjärjestys koko ajan kasvaa.

Elävien systeemien kohdalla materian järjestys kasvaa paikallisesti hyvin suureksi, ja voidaan ihmetellä mikä on se kummallinen tekijä joka tällaista tilapäistä järjestäytymistä edistää. Fyysikko Jeremy England on esittänyt ajatuksen että tämäkin prosessi olisi termodynamiikan ajama (https://www.quantamagazine.org/first-support-for-a-physics-theory-of-life-20170726/). Hänen mukaansa lämpöenergia sitoutuu molekyyleihin ja tuottaa monimutkaisia eläviä rakenteita siksi, että replikoidessaan ne vapauttavat tehokkaasti energiaa. Johtopäätös menee jopa niin pitkälle, että mitä suurempia replikoivat molekyylit ovat, sitä tehokkaammin ne vapauttavat energiaa, mikä sinänsä johtaisi kompleksisuuden kasvuun ja elämän syntyyn.

Jeremy England arvelee että elämän synty olisi siis termodynamiikan ajama prosessi, ja yhtä helppoa kuin kivien vierittäminen alas rinnettä.  Tämä tuntuu hyvin oudolle ajatukselle siksi, että elämä ei näyttäisi ainakaan lisäävän energian vapautumista, vaan paremminkin sitovan sitä. Tosiasiassa energia tietenkin virtaa biomassan läpi, eikä se varastoidu siihen kuin hetkeksi.

Mutta tässä täytyy vielä ottaa huomioon se että elävän systeemin ylläpitoon, replikaation ja kaikkiin muihin toimintoihin kuluu valtavan paljon työtä. Energian kulutuksen termein: kivet pitää ensin vierittää ylös rinteen päälle, ennenkuin ne voivat vieriä sieltä alas. Siispä, saattaahan se todellakin olla niin että Jeremy England on oikeassa, ja elämä olemassaolo lisää maailman entropiaa.

46 kommenttia “Ajatuksia elämästä, aineesta ja energiasta”

  1. Pekka Janhunen kirjoitti:

    Minulle Englandin ajatus kuulostaa oikealta. Elämähän sitoo auringon valon energiaa, joka myöhemmin vapautuu lämpöenergiana, esimerkiksi kun komposti lahoaa. Toisin sanoen lyhytaaltoinen fotoni absorboituu ja sen sisältämä energia emittoituu myöhemmin avaruuteen useampana pitkäaaltoisempana fotonina. Prosessissa maailmankaikkeuden entropia kasvaa, koska fotonikaasun entropia on verrannollinen fotonien lukumäärään. Jos elämää ei olisi, se lyhytaaltoinen fotoni voisi heijastua takaisin avaruuteen.

    Maan elämän aiheuttama entropian kasvu on toki hyvin pientä verrattuna maailmankaikkeuden tai edes aurinkokunnan entropiabudjettiin. Se ei kuitenkaan tee selitystä huonommaksi.

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Kyllä se niin taitaa olla, vaikka äkkiä ajatellen tuntuukin perin intuiition vastaisella ajatukselle. Tuohon energian vapautumisen budjettiin pitää laskea myös se lämpö mitä elämä tuottaa työn muodossa, ja joka ei siis sitoudu kemialliseksi energiaksi biomassaan.
      Niin pieni lienee kuitenkin tuo elämän aiheuttama energian ”lisäkulutus” että ei liene merkittävä minkäänlaisena selittävänä tekijänä. Varsinkin kun elämän käynnistäminen ensin vaatii suurta energian investointia.

      1. Pekka Janhunen kirjoitti:

        Perustasolla elämä on katalyytti joka mahdollistaa eksotermisen reaktion, ja siinä mielessä erikoinen katalyytti että pystyy käyttämään osan vapautuvasta energiasta rakentamaan lisää itseään eli katalyyttiä. Eli autokatalyyttinen reaktiojoukko (Kauffman). Tässä lähestymistavassa termodynamiikan rooli on helppo koska tarvitsee vain todeta että jos eksoterminen reaktio on mahdollinen, se tapahtuu. Ehkä elämän voisi määritellä pitkäikäisenä, monimutkaisena ja kehittyvänä autokatalyyttisenä reaktiojoukkona.

        1. Kirsi Lehto kirjoitti:

          Juuri näin. Oikein hyvä määritelmä!

  2. titsa kirjoitti:

    ”Aineen ja energian virtaus elävien systeemien läpi voidaan ajatella osana sitä ikiaikaista jatkumoa, jossa aine ja energia levittäytyvät laajenevassa maailmankaikkeudessa, ajan virrassa”

    Mutta itse kysymys, mitä elämä on, siihen ei vastausta ole löytynyt. Mikä on elävä systeemi? Onko se ainekasauma joka on ”elossa”. Mikä saa tämän ainekasauman, joka muodostaa elävän systeemin, elämään? Miksi aine on tietyn jakson ajan tietoinen elossa olemisestaan, tietämättä mitä on se joka saa aineesta muodostuneen elämänmuodon olemaan elossa.

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Niinpä. Tuo elävänkin monimutkaisuus kasvaa asteittain. Virus on jokeenkin helppo ymmärtää, kokonaisen solun olemus on jo pohjimmiltaan käsittämätön, vaikka tiedämmekin periaatteessa miten se toimii. Mutta sitten tuotietoisuus: se on vielä vaikeampi käsittää.

  3. Jorma Kilpi kirjoitti:

    Jos elämän olemassaolo lisää maailman entropiaa ja entropian kasvu on ajan suuntaa määrittelevä tekijä niin elämä voi ainoastaan edetä ajassa eteenpäin? Tai siis kohti tilaa jossa se ei vielä ole ollut? (”Samaan virtaan ei voi astua kahdesti.”) Ehkä vähän hämäriä tai triviaaleja kysymyksiä. Luin äskettäin kirjan jossa ehdotettiin aika-avaruuden laajenemista, siis myös ajan ”laajenemista” ja siinä kritisoitiin entropian käyttöä ajan suuntana. Siksi mietin että onko elämällä entropian kasvun määräämä suunta, mutta aika-avaruudella enemmän mahdollisuuksia. Miten kävisi elävälle olennolle joka matkustaisi aika-avaruuden madonreiän läpi ajassa taaksepäin tilaan jossa maailmankaikkeuden entropia oli pienempi? Elävä olento ei kuitenkaan voisi nuortua?

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Hmmm, ehdotteletpas vaikeita. Luulen että meillä ei yksinkertaisesti ole muuta mahdollisuutta kuin mennä ajassa eteenpäin, myös monista muista kausaliteetti-syistä kuin entropian kasvamisen takia. Ajan nuoli on yksisuuntainen, ainakin sellaisissa monimutkaisissa, vuorovaikutteisissa ja kaaottisissa systeemeissä kuin elämä on.

    2. titsa kirjoitti:

      Entä jos elävä olento matkustaisi madonreiän läpi ajassa taaksepäin tilaan jossa alkuräjähdys juuri on tapahtumassa, koska aikakin sisältyy tuohon alkuräjähtävään ”pisteeseen” niin menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus olisivat tuossa alkuräjähtvässä ”maailmankaikkeudessa, joka sisältää kaiken.

      Eli siihen sisältyisi myös elämä ja tietoisuus, jos ei sisältyisi, elämä ja tietoisuus olisivat ”jotain mikä olisi aineen ulkopuolella.

      Mutta aine, elämä ja tietoisuus muodostavat olennon, joten tässä onkin pohtimista, voiko elämä ja tietoisuus ilmetä vain aineen kanssa, voiko se ilmetä ilman ainetta, sisältyykö se maailmankaikkeuteen , mikä oli olennon elämän ja tietoisuuden tila ajan hetkellä nolla

      1. Kirsi Lehto kirjoitti:

        Aikamoisia ikuisuuskysymyksiä.

    3. Pekka Janhunen kirjoitti:

      Tosiaan syvällisiä kysymyksiä enkä osaa vastata niihin hyvin. Yritän havainnollistaa ajan suuntaa ja entropiaa itselleni seuraavasti. Kun esimerkiksi kaksi suurempienergistä hiukkasta törmää ja syntyy 3 tytärhiukkasta, tulevaisuuspuoli on se jonne on todennäköisempää joutua. Eli tulevaisuuspuoli on se jossa on ne kolme hiukkasta, koska todennäköisyys että 3 hiukkasta törmää samalla hetkellä ja muodostaa 2 on hyvin pieni, tai ainakin pienempi kuin että 2 törmää ja syntyy 3. Sama yleistyy kaikkiin eksotermisiin reaktioihin. Elämä eli me on eräs eksoterminen reaktio, joten sen takia olemme prosessi jotka menee kohti tulevaisuuspuolta.

      Luonnonlaithan ovat ajankäännössä invariantteja, mutta vaikka näin on, 3 hiukkasen törmäys on epätodennäköisempi kuin kahden. Sama pätee biljardipalloihin, planeettoihin, hiukkasiin jne.

      Entropiahan on mikrotilojen lukumäärän logaritmi (Boltzmann). Entropian kasvu kuvaa siis sitä että tulevaisuuspuolella on enemmän kvanttitiloja kuin menneisyyspuolella, joten sinne on todennäköisempää joutua. Kun on paljon hiukkasia ja siis kvanttitiloja, ero on suuri, niin suuri että käytännössä aina joudumme tulevaisuuteen.

      Tämä on tällaista ääneen ajattelua. Kuten sanoin en pysty kommentoimaan tätä kysymystä kunnolla koska se on vaikea.

      1. Kirsi Lehto kirjoitti:

        KIITOS SELITYKSESTÄ! Nyt alkaa jo tuntua sillai uskottavalle että ajan suuntaa määräytyy entropian kasvamisen perusteella…

      2. Harry Lehto kirjoitti:

        Kymmenen vuotta sitten julkaisin paperin kolmen kappaleen ongelmasta. Kolme saman massan tähteä lähtee levosta. Laskin ison joukon ratoja tällaisille systeemeille. Laskussa oli ainoana vaikuttavana tekijänä gravitaatiovoima. Jotkut kolmiot olivat hyvin herkkiä alkuarvoille. Päädyimme siihen että tässä yksinkertaisimmassa usean kappaleen deterministisessä ongelmassa näkyy ajan nuoli (ja tavallaan entropian vaikutus).

        http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2966.2008.13450.x/abstract

        1. Kirsi Lehto kirjoitti:

          Entropiaa siis, isoissa ja pienissä mittakaavoissa. Elämä siinä välimaastossa.

  4. titsa kirjoitti:

    Niinpä, vaikeita kysymyksiä, joihin ei vielä vastauksia löydy, ehkäpä joskus kun ajan nuoli on matkannut pitkään jotain selviää. Aihe on mielenkiintoinen.

  5. Jorma Kilpi kirjoitti:

    Aikamatkustuksen paradoxit ovat minusta aina tuntuneet selviltä viitteiltä siitä, ettei aikamatkustus ole mahdollista. Aika-avaruuden madonreiätkin lienevät hyvin hypoteettisia mutta niin olivat mustat aukotkin joskus. Nyt kun gravitaatioaaltoja havaitaan niin kuka tietää mitä tässä vielä eteen tulee.

    Yritin ymmärtää tuota quantamagazinen juttua Englandin ideoista. Jos hänen (ja Pekka Janhusen) intuitio on oikeassa, niin siitä kai seuraisi että maailmankaikkeus voi synnyttää elämää aina kun olosuhteet sen vain sallivat? Koska varhaisen maan olosuhteet sen sallivat, niin elämä syntyi tänne ”nopeasti”. Tuntemamme elämän synnyn satunnaisuus olisi enemmän kiinni tarpeeksi oikeanlaisista olosuhteista kuin askel askeleelta lisääntyvästä biokemiallisesta kompleksisuudesta?

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Ajattelen ettei tästä nyt kuitenkaan voi tehdä mitään kongreettisia johtopäätöksiä. Tuo kynnys elottomasta elolliseen on edelleen kovin korkea.

    2. Pekka Janhunen kirjoitti:

      Fysiikan mukaan kaiken, siis myös elämän, pitää olla sopusoinnussa termodynamimikan kanssa. England näyttäisi selittävän miten se toteutuu. Mutta kysymys elämän syntymisen todennäköisyydestä on toinen juttu. Ja kolmas erillinen juttu on miten elämä kannattaisi määritellä. Englandin kuvaus ei määrittelyyn taida oikein soveltua. Niinkuin ei ihmistäkään kannata määritellä atomikasana, vaikka onkin totta että atomeistahan se ihminenkin koostuu.

      1. Kirsi Lehto kirjoitti:

        Niin se on. Elämä on enemmän kuin osiensa summa. Osaatko sinä sanoa mikä siinä on se oleellinen synerginen lisä??

        1. Pekka Janhunen kirjoitti:

          Ehkä se on vain se että kukin elävä olento on osa hyvin suurta kokonaisuutta eli miljardeja vuosia sitten käynnistynyttä autokatalyyttistä reaktiota joka on aiheuttanut planeetallamme aikojen kuluessa suuren määrän ennennäkemättömiä ja erikoisia fysikaalisia ja kemiallisia ilmiöitä ja joka jatkuu ja erilaistuu yhä. Mitään läheskään sen kaltaista ei ole toistaiseksi löytynyt elottomasta luonnosta. Ehkä kyse oli siitä että reaktiojoukon kompleksisuus jossain vaiheessa ylitti jonkin kriittisen rajan jonka jälkeen ilmiön robustisuus oli niin suuri että se ei kadonnutkaan vaikka olosuhteet muuttuivat.

          Jossain Veikko Huovisen varhaisessa romaanissa on kuvaus kuinka metsäherrat joutuvat rantautumaan saareen ja nukkumaan sieltä löytyneessä kämpässä kun perämoottori lakkoili. Sitten yöllä yksi ei saa unta kun muut kuorsaavat ja alkaa harmissaan ropeloida sitä rikkinäistä perämoottoria. Moottori sitten lähteekin ropeloinnista käyntiin ja ääni on ”kaikki ennakko-odotukset runsain mitoin ylittävä, yllättävän kova”.

          Samoin elämäprosessin kompleksisuus on minusta kaikki ennakko-odotukset runsain mitoin ylittävä, yllättävän iso. Eli kompleksisuus on lähinnä se sana joka minusta korostuu kun puhutaan elämästä versus eloton luonto. En tosin tiedä onko sentapaiselle kompleksisuudelle olemassa jotain täsmällistä fysikaalista tai matemaattista määritelmää.

          1. Kirsi Lehto kirjoitti:

            Juurikin näin. Elämä perustuu monitasoiseen kompleksisuuteen: Tosin alimmilla tasoilla tuo kompleksisuus ei ole kovinkaans suuri: elämähän käyttäää pääasiassa vain kuutta alkuainetta (CHNOPS) – ja sitten myös näistä syntyvien rakennuspalikoiden määrä on varsin rajallinen (4 erilaista ribo- tai deoksiribonukleotidia,nykyisin 20 erilaista animohappoa). Siis rakennustarpeita on käytetty varsin vähän. Mutta suuri monimutkaisuus syntyy näistä syntyvien ketjujen sisältämästä vaihtelusta, eli ketjujen erilaisista sekvensseistä, joiden määrä n:n pituisessa nukleotidiketjussa on jo n potenssiin 4. Jä tämä on samaa kuin informaatio, verrattavisssa kirjoitettuun tekstiin, jonka kirjoittajana on ollut luonnonvalinta.

            Tuon perusrakenteen lisäksi ajattelen että eräs hyvin merkittävä tekijä kompleksisuuden ja toimivien systeemien synnyssä on yhteistyö. Mikään ketju yksinään ei olisi saanut aikaiseksi mitään, mutta erilaisten ketjujen yhteistyö on se mikä lisää ”ulottuvuuksia ja parametreja”. Useammista liikkuvista osista voi aina valikoitua uusia ja erilaisia yhdistelmiä, jotka tuottavat uusia toimintoja ja uusia mahdollisuuksia. Useamman komponentin systeemeissä mahdollisuuksine määrä nousee.

            Esimerkiksi erilaisten polymeerien ja makromolekyylien erilaisten mahdollisten yhdistelmien määrä on jo valtavavan suuri, varsinkin kun otetaan huomiooon että ne voivat reagoida keskenään usemalla kuin yhdella tavalla. Siis monimuotoisiuus ja toiminnallisuus nousevat erilaisten komponenttien tuottamasta erilaisten yhdistelmien moninaisuudesta. Molekulaarista yhteistyötä siis ensin, sitten solullista yhteistyötä, sitten monisoluisten yksilöiden, lajien, ekosysteemien yhteistyötä. Ja sellaista missä yhteistyön muoto voi koko ajan muuttua.

        2. Harry Lehto kirjoitti:

          Se että elämä olisi poikkeuksellinen kompleksisuuden vuoksi ei ole mielestäni perusteltua. On melko antroposentrinen ajatus.

          Ympärillämme on toinen evoluutioprosessi jossa on myös kompleksisuutta mutta emme oikeastaan huomaa sitä koska aikaskaalat ovat pitkiä ja se on mineraalien evoluutio. Ne ovat maapallon historiassa kehittyneet merkittävästi.

          Mineraaleissakin ja yleensä molekyyleissä pätee aiemmin mainittu ”ei ole osiensa summa”. Happi ja vety ovat kaasuja mutta niiden yhdistelmä vesi on olosuhteissamme kiinteää tai nestemäistä (tai toki kaasumaistakin). Ei se ole ”osiensa summa ei toimi”.

          Toinen juttu jota ihmetellään elämän yhteydessä on ne ziljoonat mahdollisuudet joista elämä on ”valinnut” sopivat. Ihan sama mineraalien ja muiden molekyylien kohdalla, jos mineraalien rekenteet (atomit tai isommat blokit) eivät sovi toisiinsa, niin niistä ei tule uutta mineraalia. Vedestäkin tulee vettä tai vetyperoksidia.

          Ehkä se ”elämän” kompleksisuus onkin ”vain” oikeastaan syvällisempi kemian ja fysiikan (!) ominaisuus. Erilaisten todennäköisyyksien laskeminen lopputuloksista on mielestäni ihan älytöntä koska eri vaihtoehtoja, niiden selektiota (tai satunnaisuutta) ei voida arvioida.

          Eräänlaisena harjoituksena käykää katsomassa lumihiutaleita suurennuslasilla ja ihmetelkää niiden kompleksisuutta sillä hetkellä ja katsokaa uudelleen toisen lämpötilan aikaan ja ihmetelkää miten lämpötila vaikuttaa myös kyseisen hapen ja vedyn kompleksisuuteen ja sen vaihteluun. Näyttävät ihan erillä kussakin tilanteessa ja vaihtelun määrä muuttuu. Tämä heijastaa veden yhdistelmän molekyylien muodostaman hilarakenteen vaihtelua.

          1. Kirsi Lehto kirjoitti:

            No niin, mutta siinäpä se pieni ero sitten onkin. Veden olomuodot ja kiderakenteet voivat olla hyvin monimuotoisia, mutta elämää niistä ei sitli synny. Elämä on jotakin vielä enemmän, paljon enemmän. Siksi että sen monimuotoisuus ei ole säännöllistä, vaan epäsäännöllistä, yllättävää ja reaktiivista. Elämä ei pysähdy energiaminimiin, niinkuin vesi ja kaikki mineraalikiteet tekevät. Jos se pysähtyy, se ei ole elämää enää, vaan kuolemaa.

          2. Harry Lehto kirjoitti:

            Vesi ei olekaan elävää. Jos kaikki mineraalit olisivat energiaminimissä niin ei mineraaleillakaan tapahtuisi evoluutiota!

            Vesi oli vain esimerkki siitä että monimuotoisuutta esiintyy myös elottomassa maailmassa (vastaus Pekan kommenttiin). Sopivilla vuorovaikutuksilla (joista en heti osaa antaa esimerkkiä) voisivat nämä jo kolmiulotteiset rakenteet nostaa elottoman luonnon johonkin toiseen monimuotoisuuteen.

            Lähtöpisteenä ei tarvitse olla vesi, mutta vesi voi esimerkiksi vuorovaikuttaa silikaattimineraalien kanssa ja sitten noustaankin jo seuravalle monimuotoisuuden tasolle, saadaan mielenkiintoisia savia (esim montmorreliitti) josta tulee ohuita levymaista lehtitaikinamaista levystöä. Niillä on säännöllinen pintarakenne (tähan asti tiedetään) ja spekuloidaan etta seuraavalla tasolla niiden pinnalle muodostuu molekyyliketjuja, joista joku sopiva on sitten on esim RNAn tai muun NA:n ketju. Tuokaan ei ole vielä elämää mutta sinnepäin menee. Ja kompleksisuuden kasvaminen lähtee jostain tuolta mineraaleista, vaikka niistä alkuperäisistä reaktiosta ei lopputuloksessa (elämässä) olisi kauhean paljoa enää merkkejä jäljellä.

            Elämä alkaa mineraalien/orgaanisten kemiasta ja organisoitumisesta orgaanisiksi rakenteiksi.

          3. Pekka Janhunen kirjoitti:

            Mutta lumihiutale ei ole kone, eli ei funktionaalinen, ei ole autokatalyyttinen reaktiojoukko. Ylempänä ehdotin että elämä on ”pitkäikäinen, monimutkainen (kompleksinen) ja kehittyvä autokatalyyttinen reaktiojoukko”. Jäljemmässä kommentissani pohdin tuota kompleksisuusominaisuutta vähän lisää, mutten sillä tarkoittanut että niitä muitakaan attribuutteja tiputettaisiin pois.

            Elämän kompleksisuutta pitää minusta verrata elottomasta luonnosta löytyviin autokatalyyttisiin reaktiojoukkoihin ja lämpövoimakoneisiin kuten ilmastosysteemiin, merivirtoihin ja erilaisiin hapettumis- ja pelkistymisreaktioihin. Elämän pitää olla … elävä, eli aikadimension pitää olla ei-triviaalilla tavalla mukana, spatiaalinen kompleksisuus, kuten kiteillä on, se painii eri sarjassa.

          4. Pekka Janhunen kirjoitti:

            Lisäys: voi olla, kuten ylempänä tavallaan sanoinkin, että reaktiojoukon riittävä monimutkaisuus implikoi sen pitkäikäisyyden ja kehittymisen. Silloin elämän määritelmäksi saattaisi riittää ”monimutkainen(=kompleksinen) autokatalyyttinen reaktiojoukko”. Pitkäikäisyys ja kehittyminen olisivat sen ominaisuuksia myös, mutta niitä ei tarvitsisi ottaa määritelmään jos haluaa että määritelmä on mahdollisimman lyhyt.

  6. Pentti S. Varis kirjoitti:

    Entropia on varmaan avainsana elämän syntyä kuvattaessa. Luonnon ilmiöitä voidaan kuitenkin tunnetusti kuvata usealla eri tavalla. Seuraavassa yksi vaatimaton yritys kuvata elämän syntyä tavanomaisesta poikkeavin termein.

    Kemiassa tuttu ilmiö on kirkkaaseen kylläiseen liuokseen lämpötilan tai pitoisuuden muuttuessa nopeasti syntyvä kiderakenne. Elämä ja koko muu maailma on ehkä syntynyt eli emergoitunut periaatteessa samalla tavalla vakuumin suunnattoman ”aihiojoukon” emergoituessa esiin.

    Alussa kemian kylläistä liuosta vastaava fysikaalinen vakuumi oli tyhjä mitattavasta aineesta, informaatiosta ja tietoisuudesta. Myös energia oli vielä emergoitumatta.

    Vakuumin lämpötilan muuttuessa ja aihiojoukon emergoituessa energia, aine, informaatio ja tietoisuus alkoivat nopeasti tulemaan esiin. Seuraava linkki kuvaa yksittäisten hiukkasten ja kenttien emergenssiä

    http://home.thep.lu.se/~anders/ATP_slides/111116-vacuum.pdf

    Maailma muotoutui optimaalisuuteen johtavan, toistaiseksi tuntemattoman lain mukaisesti. Esimerkiksi kaikki elolliset oliot olivat alusta lähtien optimaalisia. Periaatteessa ne olisi voinut järjestää alkuaineiden jaksollisen järjestelmän tavoin taulukoksi.
    Optimaalisuuteen johtava laki sallisi myös elollisten olioiden vähittäisen evolutorisen muuttumisen, joka toteutuisi energian sekä ympäristön ja olion informaatiotilan muuttumisen tuloksena

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Tuossa tekstissäsi kuvaat asioita hyvinkin pitkällä aikavälillä, jos lähtökohtana on vakuumin täyttymisestä aineella, energialla ja informaatiolla. Mutta tykkään tuosta kuvaamastasi kemia-analogiasta, missä kiteet erottuvat nopeasti saturoidusta kirkkaasta liuoksesta, kun lämpötila tai pitoisuus muuttuu. Samantapainen sponttaani ”kiteytyminen” olisi voinut johtaa myös elämän syntyyn: suurten lähtöainepitoisuuksien ja olosuhteiden muutoksen ajama molekyylien ”kitytyminen” olisi tuottanut yhä suurempia ja monimutkaisempia kokonaisuuksia. Molekyylien kasvua ja toiminnallisuutta ajava tekijä on luonnonvalinta: Se mikä säilyy, se säilyy. Informaatio alkaa kerääntyä jo alusta alkaen, mutta systeemin pitää kasvaa hyvin hyvin monimutkaiseksi ennenkuin se voi tuottaa tietoisuutta.

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Liian vaikea!

    2. Pekka Janhunen kirjoitti:

      Jos luonnonlait olisivat vähänkin toisenlaiset, meidän tuntemamme elämä ei ilmeisesti olisi mahdollista. Tähän on ainakin kolme mahdollista loogista selitystä: (1) Jostain teoreettisen fysiikan syystä jota emme vielä ymmärrä, luonnonlait eivät voisi olla muuta kuin mitä ne ovat. Luonnonlait määräytyvät matematiikasta jota ei voi muuttaa, ja se että nykyiset teoriamme sisältävät vapaita parametreja on vain osoitus niiden primitiivisestä tasosta. (2) Maailmankaikkeuksia on paljon ja niissä vallitsevat erilaiset luonnonlait joista useimmissa elämä ei ole mahdollista, mutta me, koska olemme olemassa, asumme tietenkin sellaisessa kaikkeudessa jossa olemassaolomme ei ole mahdotonta. Eli antrooppinen periaate. (3) Muunkinlaisia maailmankaikkeuksia voisi periaatteessa olla olemassa, mutta todellisuudessa on vain tämä yksi ja jostain syystä se on sellainen että elämä on siinä mahdollista. Ehkä se on vain sattumaa tai ehkä se on jonkin suunnitelman tulosta.

      1. Kirsi Lehto kirjoitti:

        Perimmäisiä kysymyksiä

  7. Jorma Kilpi kirjoitti:

    Tietoisuus lienee myös emergentti ominaisuus. Elämän sivutuote (?) jonka mielestäni on mahdollistanut kommunikointi: elävät olennot voivat kommunikoida ja siten tulla ensiksi tietoisiksi toisistaan ja sen myötä tietoisiksi itsestään. Lisäksi primitiivisin (?) kommunikaatiomuoto on mielestäni suvullinen lisääntyminen: kaksi elollista olentoa yhdistävät biologista informaatiota ja tuottavat uusia yksilöitä jotka eivät ole kummankaan vanhemman klooneja. Primitiivisimmän kommunikaation tulee siis olla jotain joka ei edellytä tietoisuutta mutta joka mahdollistaa tietoisuuden emergenssin. Muistaakseni aika pitkä aika on maapallolla elämän merkkien ja suvullisen lisääntymisen ilmaantumisen välissä?

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Vanihimmat tunnetut merkit suvullisesta lisääntymisestä liittyvät monisoluisiin rihmamaisiin leviin joiden fossiilien pinnalta löytyy itiömäisiä rakenteita. Näidne ikä n. 1,4 miljardia vuotta, siis aikaa kulunut elämän synnystä noin 2,5 miljardia vuotta. Tämäkin, kuten kaikki muutkin evoluution tuottamat ominaisuudet, ovat sellaisia ratkaisuja jotka ovat parantaneet hengissä säilymisen mahdollisuuksia. Niin on ilmeisesti ollut myös kommunikaatio – ja ehkä myös tietoisuus.

      1. Jorma Kilpi kirjoitti:

        On olemassa sellainen tietojenkäsittelytieteen tutkimushaara kuin ”communication complexity”. Sen yksinkertaisimpia esimerkkejä on tilanne, jossa Alicella on informaatio x ja Bobilla on informaatio y ja heidän tehtävänään on laskea jonkin funktion f(x,y) arvo. Yksinkertaisin protokolla tähän on, että Bob antaa informaationsa Alicelle joka sitten laskee arvon f(x,y) ja antaa sen arvon Bobille. Tuollaisten protokollien kompleksisuus on siis tutkimuskohde. Kuvaus sopii mielestäni hyvin myös suvullisen lisääntymisen esimerkiksi koska luonto toimii usein yksinkertaisimmalla mahdollisella tavalla.

        1. Kirsi Lehto kirjoitti:

          Luonnonvalinnan kannalta se suuri hyöty suvullisessa lisääntymisessä on se että siinä jokaisessa uuudessa yksilössä yhdistyy kaksi lähes identtistä informaatiosettiä, kuitenkin niin että näidne kahden välillä on aina joitakin pieneiä eroja jotka voivat antaa jotakin lisäarvoa. Siis, varakopio perusinformaatiosta, ja uusilla lisäkkeillä. Se myös mahdollistaa joka sukupolvessa näiden kahden info-setin satunnaisen uuden yhdistelemisen, joten seuraavaan sukupolveen informaatio taas siirtyy (satunnaisesti) uudelleen koostettuna. Tämä taas tuottaa sitä sokeaa ja satunnaista vaihtelua jotka tuottavat uusia ominaisuuksia luonnonvalinnan testattavaksi. Siis, informaation tehokäyttöä ja uudelleen sortteeraamista.

          1. Jorma Kilpi kirjoitti:

            Voisikohan olla mielenkiintoinen tutkimushypoteesi että alussa suvullinen lisääntyminen ei ehkä ollut sokeaa, eli että Bob vaikutti vain vähän siihen mitä Alice laski, mutta että suvullinen lisääntyminen ajautui tilanteeseen jossa molempien informaatio on tasavertaista koska ennustamattomissa tulevaisuuden olosuhteissa se on paras vaihtoehto. Eli että jälkeläisen geneettinen informaatio on kutakuinkin puoliksi molemmilta vanhemmilta?

          2. Kirsi Lehto kirjoitti:

            Tuo mitä kuvailet vastaisi periaatteessa prokaryoottien geenivaihtoa missä satunnaisei geenejä vaihdellaan soluta toiseen. Suvullisesti lisääntyvät eivät ole koskaan voineet valikoida vain joitakin geenejä, vaan kokonaiset yksinkertaiset genomit ovat yhtyneet yhdeksi kaksinkertaiseksi. Koko roska siis samalla kertaa.

    2. Pekka Janhunen kirjoitti:

      ”..kommunikoida ja siten tulla ensiksi tietoisiksi toisistaan ja sen myötä tietoisiksi itsestään”. Näin olen minäkin ajatellut.

      1. Kirsi Lehto kirjoitti:

        … itsekin ajattelen että tuo tietoiseksi tuleminen on sellainen ”hitaasti hiipivä” ominaisuus. Sitä voi elävä olio jopa pohdiskella kaikenlaista, monimutkaisiakin asioita — ja jossakin vaiheessa sitten alkaa ihmetellä omaa mielentoimintaansa.

        1. Pekka Janhunen kirjoitti:

          Kyky suunnitella tulevaa toimintaa kehittää kykyä simuloida omia aistiärsykkeitään. Näköaistin tapauksessa kykyä sanotaan mielikuvitukseksi. Koska ihminen on sosiaalinen, tärkeä osa toimintasuunnittelua on puhe eli mitä aikoo sanoa ja mitä arvelee muiden vastaavan. Puheessa perustasolla kyse on simuloiduista aistiärsykkeitä jossa äänihuulia ja kieltä liikutellaan ja ollaan kuulevinaan oma ja muiden ääni. Silloin ihminen käyttää kieltä paitsi kommunikointiin muiden kanssa, myös kommunikointiin itsensä kanssa eli ajattelemiseen. Niin tehdessään ihminen alkaa kokea itsensä samanlaisena aktiivisena toimijana kuin muutkin havaitsemansa yksilöt eli tulla tietoiseksi omasta olemassaolostaan.

          1. Kirsi Lehto kirjoitti:

            Se on taas tämä yhteisöllisyys, joka on ollut välttämätön ulottuvuus elämän kaikissa kehitysvaiheissa, jo ihan alusta lähtien. Älykkään lajin eli ihmisen kohdalla tuo toisen ihmisen näkeminen, ymmärtäminen ja häneen samaistuminen, eli empatia, on varmaan juuri niitä kokemuksia jotka ovat herättäneet myös tietoisuuden omasta itsestä. Empatia lienee ollut myös luonnonvalinnan suosima ja lajin säilymistä edistävä ominaisuus, koska se perustuu ihan erityisten peilisolujen toimintaan (https://fi.wikipedia.org/wiki/Peilisolu)

  8. Pentti S. Varis kirjoitti:

    http://kirsinbookclub.com/kirjat/dan-brown-alku-origin-taattua-tietoa-jannitysta-ja-nojatuolimatkailua/

    Jeremy England -niminen tutkija esiintyy myös Dan Brownin kirjassa ”Alku”. Oikeasti Englandin teoria on eräänlainen itseorganisaatioilmiö. Elävä olento onkin täynnä itseorganisoituneita osia, joita eniten lienee tutkinut Tom Misteli. Mistelin mukaan myös genomi on itseorganisoitunut systeemi

    https://www.google.fi/search?source=hp&ei=NeZwWp6DGIeUsgGx-5TgBA&q=tom+misteli+self+organization+of+living+systems&oq=tom+misteli&gs_l=psy-ab.1.0.35i39k1l2j0i203k1l3j0i22i30k1l5.2267.11031.0.30868.12.11.0.0.0.0.125.1236.0j11.11.0….0…1c.1.64.psy-ab..1.11.1233.0..0j0i67k1j0i131k1j0i131i67k1j0i10i203k1.0.CbJxBRAjLiw

  9. Pentti S. Varis kirjoitti:

    Tietoisuus on tosi vaikea ongelma, ellei halua tai voi olla fysikalisti.

    Kun 1979 ensikerran kuulin Leidenfrostin pisarasta ja tein sellaisen, olin heti aivan varma, että siinä oli tietoisuuden analogiamalli. L-pisaran moodeista löytyy monia tietoisuudelle ominaisia piirteitä

    https://www.google.fi/search?q=leidenfrost+droplet+oscillations&hl=fi&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi4vI6g2YDZAhUxhqYKHc71AVMQ_AUICigB&biw=1152&bih=530

    Piti ainoastaan tehdä rohkea oletus, että informaatio oli pohjimmiltaan aineen kaltaista

    https://www.space.com/29477-did-information-create-the-cosmos.html

    Tällöin informaatio voisi aivoissa kondensoitua I-pisaraksi ja värähdellä L-pisaran tavoin. L-pisara värähtelisi 300-asteisella hellalla, kun I-pisara värähtelisi aivojen toimiessa. I-pisaran moninaiset värähtely- ja pyörimismoodit olisivat tietoiset tilamme.

    1. Kirsi Lehto kirjoitti:

      Hei Pentti, Kyllä tietoisuus on aika vaikeasti ymmärrettävä ongelma, vaikka sitä lähestyisi mistä suunnasta tahansa. Nuo aineelliset värähtelytilat tietenkin voivat muistuttaa aivoissa suihkivia sähkösignaaleja – paitsi joitakin kertaluokkaeroja. Neuronien sähkösignaalithan muodostavat 4-ulotteeisen valtavalla vauhdilla kommunikoivan tietoverkon. Hmmm- ja jos tätä jo jonkun verran ymmärretäänkin näin fysikaalisena sähkösignaalien tason tapahtumana, niin minua edelleen ihmetyttää se miten nämä signaalit ja sähköisen tilan muutokset voivat muuttua solukossa käsitteelliseksi ajatteluksi. Viittasin tähän juttuun hiukan vielä seuraavassa blogissani jonka laitoin sisään eilen… Kiitos sinulle taas kivasta aiheesta

  10. Markku Tamminen kirjoitti:

    ”…minua edelleen ihmetyttää se miten nämä signaalit ja sähköisen tilan muutokset voivat muuttua solukossa käsitteelliseksi ajatteluksi.”

    Eivät ne voikaan. Tässä kohdin materialistinen lähtökohta osoittaa mahdottomuutensa. Paroni von Műnchausen tosin sanoi nostaneensa itseään tukasta, mutta hän olikin tunnettu valehtelija. Tietoisuus on jo aina olemassa, aivotapahtumat vain tekevät sen konkreettisen olemassaolon mahdolliseksi toteuttamalla sen (= meidän) suhteen aineelliseen maailmaan. Subjekti-objekti-suhde on kaiken lähtökohta, ei pelkkä objekti, siis aine.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *