Elämän keitaita

Kaikki sitä samaa: variaatioita samasta teemasta

13.3.2015 klo 23.03, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Viime päivinä Kosmos ja Metusaleh ovat kommentoineet edellistä blogiani – tuota maailman 25 tärkeän kehitysvaiheen listaa – ja ihmetelleet miten pienin askelin ja hitaasti tämä koko eliökunnan komeus on kuoriutunut esiin tuolta vaatimattomasta alustaan – eli yksisoluisista, primitiivisistä ja  alkeellisista elämänmuodoista. Planeetallahan oli pelkkää yksisoluista elämää ensimmäiset 3 miljardia vuotta – sitten tuli yksinkertaisia monisoluisia noin 500 miljoonaan vuoden ajaksi — ja sitten vasta viimeisen 500 miljoonan vuoden aikana on tullut kaikenlaisia kummallisia ja monimuotoisia elukoita ja kasveja. Lopuksi, viimeisen noin sadantuhannen vuoden aikana myös sellaista älykkyyttä joka osaa tehdä työkaluja – monimutkaisia sellaisia vasta viimeisen sadan vuoden aikana.

Nyky-elämän monimuotoisuudesta ja kauneudesta ja hienoudesta voisi  päätellä että sillä on ollut valtavan suuri potentiaali tuottaa ihan mitä tahansa. Kaikenkokoisia ja kaikennäköisiä eliöitä, punapuista ja valaista aina yksisoluisiin ameeboihin ja tohvelieläimiin, ja  kaikkea siltä väliltä.

Mutta kaikki tämä komeus onkin vain pinnallista ilmiasun vaihtelua – sisältä päin kaikki elämä on jojtakuinkin samanlaista, ja perustuu aika samanlaisille reaktioille ja rakenteille. Solujen peruskoneisto (informaatiokoodi ja sen tulkinta) on tietysti jotakuinkin samanlainen kaikissa soluissa. Mutta aika kumma juttu on että jopa sen tuottamat tuotteet ovat  kautta aikojen rajoittuneet aina pieneen valikoimaan. Vaikka eliöitä on paljon, ja monimutkaisten eliöiden genomit ovat suuria (esim. ihmisen genomissa n. 3,3 miljardia emäsparia, jotka koodaavat noin 30 000  erilaista proteiinia)  — niin nämä proteiinit sitten kuitenkin laskostuvat kaikki aika samannäköisiin sykkyröihin, tai 3-ulotteisiin rakenteisiin.

Nämä kolmiulotteiset rakenteet määräävät mitä proteiini tekee ja miten – aivan kuin koneen rakenne määrää mitä kone tekee. Tyypillisesti proteiinit koostuvat erilaisista paikallisista laskoksista eli domeiineista. Nämä domeiinit taas koostuvat pienestä valikoimasta erillaisia perusrakenteita: spiraalille kiertyneistä kierteistä, ja suorina toistensa viereen kiinnityneistä laskoksista sekä erilaisista käännösrakenteista. Kaikki tunnetut domeenityypit voidaan jaotella tuhansiin erilaisiin perheisiin, mutta suurin osa niistä kuuluu vain muutamaan kymmeneen perustyyppiin. Siis kaikki proteiini-laskokset ovat vain variaatioita joistakin harvoista perusteemoista!

Siis, luonto rakentaa paljon vaihtelua vain pienestä valikoimasta rakennuspalikoita, kaikilla tasoilla. Informaatio koodataan neljällä erilaisella nukleotidilla, proteiinit rakennetaan 20 erilaisesta aminohaposta, ja niiden rakenteet laskostuvat vain aika pieneen määrään erilaisia rakenteita. Luonto ei siis käytäkkään mitenkään ”hirvittävän paljon” mielikuvitusta elämän monimuotoisuutta tuottaessaan. Se vain tekee uusia variaatoita samoista vanhoista teemoista. Tämä johtuu siitä että nämä kaikki rakennustarpeet ja -ratkaisut ovat tulleet käyttöön jo hyvin varhain, elämän alkumetreillä. Nuo varsinaiset rakennuspalikat vakiintuivat käyttöö niin tiukasti että ne eivät ole sen jälkeen enää voineet vaihtua. Ja proteiinirakenteiden jatkumo on syntynyt siten että kaikki uudet geenit ovat syntyneet vanhoja, olemassa olevia geenejä kopioimalla, varioimalla ja muuntelemalla.

En tiedä mitä tämä sitten tarkoittaa, noin filosofisesti: Voidaanko ajatella että ”elämällä” (noin yleisempänä ilmiönä) olisi mahdollisuus käyttää loputtoman paljon erilaisia vaihtoehtoja toimivien rakenteiden tuottamiseen – mutta täällä Maa-planeetalla se on (käytännöllisyys- ja helppous-syistä) rajoittautunut tekemään kaiken vain yhdellä ja samalla systeemillä. Olisihan esimerkiksi mahdollista tuottaa loputtoman paljon erilaisia proteiineja – rakennuspalikoita on  20 erilaisesta, ja kun näitä laitetaan jonoon useita satoja peräkkäin, niin vaihtoehtoja olisi todella LOPUTTOMASTI. Muta erilaisia proteiineja ei ole olemassa loputtomasti, vaan hyvin rajallisesti.

Italialainen Luigi Luisi tutkimusryhmineen ihmettelikin, takavuosina, että ovatko vain nämä käytössä olevat proteiinit poikkeuksellisen hyviä, ja olisiko muissa mahdollisissa proteiineissa ehkä ”jotakin vikaa” – vai mistä johtuu että luonto käyttää vain niin pientä repertuaaria, siihen nähden että se voisi käyttää paljon enemmän. He tuottivat keinotekoisesti kaikenlaisia proteiineja mitä ei luonnossa esiinny – kutsuivat niitä ”Never born proteins” – ja halusivat testata että miten nämä proteiinit ”käyttäytyvät”. Ne näyttivät laskostuvan ja käyttäytyvän ihan ”normaalisti” — vaikka tietenkään niillä ei ollut ilman mitään toimivaa rakennetta, sellaisiahan syntyy vain evoluution kautta.

Tämä rakenteiden ja toimintojen samankaltaisuus jatkuu kautta linjan: Esimerkiksi kaikkien korkeampien eläinten aineenvaihdunta ja ruumiinrakenteet ovat hyvin samanlaisia keskenään. Hyvin samankaltaisia ovat jopa genomit – esimekriksi ihmisen ja simpassin genomeissa on eroa vain 1,5 prosenttia,eli yhteensä 15 miljoonaa emästä. Mikä mielenkiintoista, nämäkin erot näyttävät keskittyvät ihan harvojen geenien kohdalle. Katharine Pollard esittelee artikkelissaan What makes us different (Scientific American 22:31-35) että poikkeuksellisen tiheässä näitä muutoksia esiintyy vain kuudessa geenissä: Kaksi niistä säätelee aivojen kehittymistä, yksi säätelee ranteen ja käden kehittymistä, yksi säätelee kasvojen lihasten toimintaa niin että se mahdollistaa puheen muodostuksen, yksi säätelee maitosokerin hajotusta, ja yksi (amylaasi-entsyymin lukuisat lisäkopiot)  tärkkelyksen hajotusta suussa. Siinäpä siis nuo tärkeimmät ihmisen ominaisuudet.

Sitten vielä se tekijä joka on auttanut näiden hyödyllisten ominaisuuksien hankkimisessa: sehän on tietysti haasteellinen elämä ja vaikeat ja muuttuvat elinolosuhteet. Useimmiten ilmastonmuutokset: Ensin hapen tulo ilmakehään hävitti pois useimmat vanhat yksisoluiset jotka olivat tottumeet hapettomaan ilmanalaan, ja mahdollisti tehokkaan aineenvaihdunnan ja monisoluisuuden synnyn. Ilmastojen kuivuminen ja kylmeneminen pakotti ihmisen alas puista, savannille.  Selviytyminen savannilla, aterioiminen samassa ravintoketjussa leijonien kanssa kehitti pystyssä kävelyn ja puhetaidon. Niukat ravitsemusolot ovat kehittäneet maitosokerin sietokyvyn. Elämä muuttuu vasta sitten kun on pakko, eli kun luonnonvalinta suosii jotakin muuta. Kuten KOSMOS sanoi: krokotiilina on selvstikin hyvä olla – niiden ei ole tarvinnut muuttua 200 miljoonaan vuoteen.

Koko tarina – lyhyesti kerrottuna

28.2.2015 klo 22.56, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Verkosta löytyy kaikkea mahdollista, varmaan siellä on jo kaikki mitä ihminen tietää, moneen kertaan ja kaikenlaisina versioina. Sieltä löytyy esimerkiksi tälläinen kooste, lyhyt ja ytimekäs; tässä on kaikki tärkeä mitä maapallolla on koskaan tapahtunut. Eli BBC:n kooste Maa-planeetan tärkeistä tapahtumista:
http://www.bbc.com/earth/bespoke/story/20150123-earths-25-biggest-turning-points/index.html
Ne 25 tärkeää tapahtumaa jotka aikanaan merkittävästi muuttivat kehityksen suuntaa planeetalla Maa on listattu tuolla sivulla. Tässä käännös, vapaasti muokattuna. Jos näyttää kovin tutulle listalle niin kannattaa kuitenkin vilkaista tuo viimeisin vaihe – ihan vain muistin virkistykseksi:
-Maan synty, 4,5 Miljardia vuotta sitten, 4,5 Ga (Giga annii)
-Elämän synty, ehkä n. 3,5 Ga
-Fotosynteesi – eli valoenergian talteenotto – tämä varhaisin versio ei vielä tuottanut happea, n. 3,4 Ga
-Laattatektoniikka – ehkä n. 3 Ga
-Hapen nousu ilmakehässä, happea tuottavan fotosynteesin seurauksena – 2,4 Ga
-Endosymbioosi – tällä tarkoittavat tumallisten solujen alkuperää – mutta tämän tapahtuman alkuperä on kyllä paljon monikutkaisempi kuin tuo mainittu endosymbioosi. Tuo sana nimittäin tarkoittaa vain mitokondrion, eli happea käyttävän hengityselimen tuloa solun sisälle. Isompi kysymys on että mistä koko sen solun genomi tuli. Vanhimpien tällaisten solujen jäljet löytyy n. 2,1 Miljardin vuoden takaa – mutta niitä on voinut olla olemassa paljon aikaisemmminkin.
-Suvullinen lisääntyminen – monimutkainen ja vaikea (siis geneettisesti kallis) toiminta josta sittemmin kuitenkin tuli merkittävää etua lajien säilymisen kannalta, ja se vakiintui käyttöön kaikille korkeammille eliöille. Alkoi joskus ennen 1,8 – 1,2 Ga
-Monisoluisuus joka jatkossa mahdollisti kaikenlaisten monimutkaisten eliöiden kehityksen – solukkojen erilaistumisen erilaisiksi ruumiinosiksi. Tämä kehittyi ensin kasveissa – ehkä jo n. 2 – 1 Ga
-Totaalijääkausi – jääpallomaa – joka kolme eri kertaa jäädytti Maan joko kokanaan tai lähes kokonaan jään peittämäksi palloksi. Ihme kyllä elämä sinnitteli hengissä näiden vaikeiden aikojen yli, mutta suuri osa lajeista ja yksilöistä kuoli. Tätä jatkui yli 200 miljoonan vuoden ajan, ajalla 850 – 635 Ma
-Kambrikauden räjähdys – totaalijääkausien jälkeen olot lämpenivät, ilmakehässä oli paljon happea, ja planeetalla paljon tyhjää tilaa. Tyhjä tila täyttyi hyvin nopeasti mitä kummallisimmilla monisoluisilla eliöillä, mönkijäisilla ja kaivajaisilla ja uiskeltelijolijoilla. Kaikki nykyiset eliökunnan pääjaksot ilmeistyivät lajistoon – (siis niveljalkaiset, nilviäiset, sienieläimet, madot, selkäjänteiset) ja lisäksi muita mielenkiintoisia kokeiluja jotka sittemmin katosivat… tapahtui 542 Ma.
-Kasvien nousu kuivalle maalle – tämähän edellytti sitä että ilmakehässä oli jo riittävästi happea (suunnilleen nykyinen taso) ja siitä syntyvä otsonikerros joka blokkasi UV-säteilyn. Tapahtui n. 465 Ma
-Ensimmäinen suuri joukkotuho – Ordovikiajalla tapahtunut globaali kylmeneminen johti voimakkaaseen jäätiköitymiseen, meren pinnan laskemiseen (vesi sitoutui jäähän) – rannikkovesien kuivumiseen. Nämä suuret muutokset johtivat siihen että 85% merien eliölajeista kuoli sukupuuttoon. Tämä tapahtui n. 445 Ma.
-hyönteiset ja hämähäkkieläimet – ja sitten pian myös lihaseväisistä kaloista kehityneet nelijalkaiset sammakkoeläimet ryömivät ylös vedestä ja asettuivat elämään kuivalle maalle. Tämä tapahtui n. 370 Ma.
-kylmien aikojen taas koettaessa – elettiin taas jääkautta – maalle siirtyneet sammakkoeläimet kehittivät paksun ja kuivumista kestävän nahkan , sisäinen hedelmöitys ja paksukuoriset munat. Ne muuttuivat matelijoiksi. Tämä tapahtui n. 320 Ma.
-mantereet ja niiden alustoina olevat mannerlaatat ovat seilanneet ympäri planeetan pintaa. Ne ovat vuorotellen kohdanneet, törmäilleet ja muodostaneet vuoristoja, muodostaneet isompia kuivia maalueita, ja sitten taas purjehtineet erilleen. Kaikista suurinta, eli kaikkien manner-alueiden yhteenliittymää kutsutaan Pangean supermantereeksi, ja sitä ympäröivää merta Panthalassaksi. Se muodostui n. 300ma, ja oli suurimmillana n. 175 Ma. Siitä erkaannuttuaan mantereet ajautuivat suunnilleen nykyisiin asemiinsa
-Permikauden päättyminen ajoitetaan kaikkien aikojen suurimpaan lajiston kuolemaan ja sukupuuttoon: n. 95% merien lajistosta ja 70% maalla elävistä lajeista katosi pois planeetalta. Tämän nopean joukkotuhon aiheutti ehkä suuri meteoriittitörmäys, tai ehkä Siperian laakoasaltti-purkaus, suuren hiilidioksimäärän purkautuminen ilmakehään ja sitä seuraava ilmastonmuutos (ydintalvi?). Tämä tapahtui 252 Ma.
-Triaskauden aikana kaikki eliömuodot kukoistivat ja monipuolistuivat: krokodiilit, dinosaurukset (näitä lajeja oli yli 550) , lentoliskot, joutsenliskot, kalaliskot – kasvitossa käpypalmut, neidonhiuspuut, havupuut. Ja sitten taas iski joku valtava joukkotuho. Sen aiheuttajaa ei tarkaan tiedetä – ehkä se oli asteroidi tai tulivuoren aiheuttama ilmastonmuutos – mutta noin puolet lajeista kuoli taas sukupuuttoon.
-höyhenpeitteisistä dinosuruksista kehittyivät linnut. Näistä kuuluisin on on Archaeopteryx, joka eli 150 Ma, mutta joitakin tätäkin vanhempia lintujen fossiileja tunnetaan.
-Kasvien kehitys on ollut oleellinen ylläpitävä tekijä koko eläinkunnan kehittymiselle: paljassiemeniset kasviet levittäytyivät kuivalle maalle jo 465 Ma, mutta koppisiemeniset kukkivat kasvit ilmestyivät vasta 130 Ma, ja heinäkasvit noin 70 Ma. Heinäkasvien myötä ilmestyi kuvaan savanni-ja aro-tyyppiset ekosysteemit.
-Noin 65,5 Ma iski viides Maan eliökuntaa kohdannut suuri joukkotuho: Jukatanin niemimaalle Meksikoon iskeytyi läpimitaltaan kymmenen kilometrin kokoinen adteroidi. Iskun aiheuttama tuhovoima nosti ilmakehään runsaasti kiveä ja pölyä, sytytti laajoja tulipaloja. Samaan aikaan tapahtui masssivinen Deccan basalttipurkaus maan toisella puolella. Yhdessä nämä aiheuttivat useita vuosia kestävän ydintalvi-ilmaston joka johti vaihtolämpöisten dinosaurusten sukupuuttoon.
-Dinosaurusten kadottua pääsivät kehittymään eteenpäin olemassa olevat pienet sekärankaiset – jyrsijät, ja kädelliset. Kädellisten linja tuotti myöhemmin apinat.
-fotosynteesikapasiteetti kasvaa kun C4 rektioreittiä käyttävät kasvit kehittyvät, n. 30 Ma.
-Kädellisistä kehittyy apinoiden linja n. 25 Ma. Apinoiden linjasta erkaantuu hominidi-linja noin 7 Ma.
-nykyinen ihmislaji kehittyy Afrikassa Homo heidelbergis-lajista n. 200 000 vuotta sitten

-Ihminen on asuttanut kaikki mantereet, ja valjastanut suuren osan Maan pinta-alasta omaan käyttöönsä. Ihmisen toiminta on aiheuttanut kuudennen massatuhon ja laajan sukupuuttoaallon planeetalla, ja käynnistänyt historian nopeimman ilmastonmuutos prosessin. No, toisaalta – onhan ihminen myös ensimmäinen laji joka pystyy kartoittamaan ja kirjaamaan koko planeetan menneen hisorian – kait se sitten tietää mitä se tekee…. Vai tietääkö, oikeesti? Isossa mittakaavassa?

Paras mahdollinen maailma

10.2.2015 klo 16.47, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Näin elävän olennon kannalta katsottuna, tämä olemassa oleva maailma – ja kaikki sen ominaisuudet ja historia – ovat todella hyvät, suorastaan parhaat mahdolliset. Kosminen kehitys kaikkine hienosäätöineen on tuottanut kaiken mitä maailmassa nyt on. Elämänkin.
Tässä kehityksessä oleellisen tärkeää oli – ensin – että maailma syntyi. Kaikki aine ja energia syntyivät tyhjästä, inflaation tuotteena. Maallikon mielestä tuo on yhtä kummallista (tai jopa kummallisempaa) kuin se että tänä päivänä elvytetään Euroopan taloutta painamalla lisää rahaa, ihan vain tyhjän päälle. No, tuon rahan varaan rakennetaan nyt kaikkea aineellista, investoidaan rakennuksiin ja tuotantoon. Nämä sitten alkavat elää omaa ja ihan todellista elämäänsä. Niin kait kävi tuon maailman syntyessäkin …
Inflaatioprosessisssa syntyvästä massasta ja energiasta erityivät vuorovaikutusvoimat: ensimmäisenä niistä erottui gravitaatio – tämä on edelleen omassa laatuluokassaan, sillä sitä ei vielä ole onnistuttu yhdistämään samaan kvanttifysikaaliseen kokonaisteoriaan muiden vuorovaikutsvoimien kanssa. Muita voimia ovat vahva, heikko ja sähkömagneettinen vuorovaikutus. Gravitaatio on synnyttänyt kaikki maailmankaikkeuden massiiviset rakenteteet, kuten planeetat, tähdet, galaksit ja galaksijoukot. Gravitaation suuruus on herkkä juttu: jos se olisi ollut vallitsevaa arvoaan pienempi, tähtiä ei olisi syntynyt, ja jos suurempi, olisi universumi luhistunut oman painonsa alle. Gravitaatio myös muuttuu tähden säteilyenergiaksi joka toimii energialähteenä planeettojen (mahdollisille) eliökunnille.
Vahvat ja heikot vuorovaikutukset vaikuttavat taas hyvin lyhyillä etäisyyksillä, alkeishiukkasten välillä. Vahvat vuorovaikutukset stabiloivat atomien ytimet: ne sitovat kvarkit toisiinsa ja muodostavat protoneita ja neutroneita. Ne myös ja pitävät koossa atomiytimiä sitomalla yhteen protoneita – jotka muutoin positiivisen sähkövarauksensa takia hylkisivät toisiaan – ne myös sitovat protonit atomiytimiin. Vahvan ydinvoima voimakkuus määrää siitä miten lujasti atomiytimet pysyvät kasassa, ja miten helposti ne yhtyvät raskaammiksi ytimiksi. Tämän voiman suuruuden ansiosta ydinreaktiot ovat tuottaneet raskaampia alkuaineita, esimerkiksi happea ja hiiltä, juuri niissä suhteissa kuin ne ovat tuottaneet. Heikot vuorovaikutukset vaikuttavat alkeishiukkasiin – leptoneihin ja kvarkkeihin – siten että ne voivat muuttaa niitä toisiksi hiukkasiksi – tämä on myös valttämätöntä atomiytimien fuusioituessa raskaammiski alkuaineiksi. Sähkömagneettiset vuorovaikutusten kautta taas protonien positiiviset ja elektoriniennegatiiviset varaukset neutraloivat toisensa ja pitävät koossa atomien rakennetta…

Maailmankaikkeuden ominaisuuksia määrittää myös koko joukko kosmisia vakioita – mm. keskitiheys, tiheysvaihteluiden voimakkuus, laajenemisnopeus (= Hubblen vakio), pimeän aineen ja energian määrä, näkyvän aineen ja energian määrä. Kaikkien näiden ominaisuuksiensa takia maailmankaikkeus on sitä mitä se on – kaikkien näiden takia se tuottaa uusia tähtiä, planeettakuntia, ja planeettoja elinkelpoisella alueella. Se tuotaa alkuaineita – kuten hiiltä, vetyä, typpeä ja happea – jotka voivat reagoida keskenään ja tuottaa molekyylejä, kemiaa missä elektronit siirtyvät molekyyliltä toisella ja kuljettavat mukanaan energiaa. Monimutkaisiin yhdisteisiin sitoutuva energia voi tuottaa ja pitää yllä hyvin korkeaa järjestystä. Tämä taas saattaa synnyttää monimutkaisia rakenteita ja niiden monimutkaisia toimintoja. Tämä kaikki yhdessä saattaa johtaa elämäksi kutsuttuun ilmiöön.
Niinkuin lasten ominaisuudet määräytyvät vanhemmilta saaduista perintötekijöistä, niin samalla tavalla elämän ominaisuudet ovat määrätyneet niistä lähtöaineista ja kosmisista ja kemiallisista lainalaisuuksita jotka ovat elämän synnyttäneet. Tämä maailmankaikkeus on ollut paras mahdollinen maailma – ainoa mahdollinen maailma – tuottamaan tällaista elämää – tuottamaan meidät, juuri sellaisina kuin me olemme.

… sattuman ja säädetyn rajamaalla

28.12.2014 klo 12.14, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

… tässä pitää hiukan vielä jatkaa tuon edellisen blogini aiheesta – sitä minkä otsikko on ”Kaikkiko suurta sattumaa”. Aktiivine kommentaattori Metusaleh esitti siihen huomatuksen että sattumaahan kaikki on – esimerkkinä se miten suuri komeettatörmäys – aivan sattumalta – pyyhki pois dinosaurausten ja liskojen valtalajiston, ja antoi uuden tilaisuuden nisäkkäiden nousulle valtaan. No niin – tätähän yleisesti kutsutaan sattumaksi. Mutta tämä tapaus on kyllä hieno esimerkki fysikaalisesta määräytymisestä – tämä törmäys tapahtui ihan välttämättä, siksi että kyseinen komeetta oli törmäysradalla maan kanssa.

Ainoa alue missä sattuma selvästi ja selkeasti ottaa vallan on se kun elämä käynnistyy. Sattumanvaraiset muutokset eliöiden genomeissa tuottavat sen muuntelun, josta taas (aika määräytynyt) luonnonvalinta ottaa käyttöön ne versiot jotka ovat toimivia.

Kaikkiko suurta sattumaa??

27.12.2014 klo 00.37, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia , Elämä , Elämän keitaita , Yleinen

Seuraavia tieteen päiviä pidetään jo pian, uuden vuoden toisella viikolla, 7-10.1. Päivien teemana on Sattuma – sattuman vaikutus erilaisissa prosesseissa, alkaen maailman synnystä ja kehityksestä aina taloustilanteeseen ja uuteen kirjallisuuteen asti. Omana aiheenani näillä päivillä tulee olemaan sattuma ja elämän synty: Mikä oli sattuman osuus ja vaikutus Elämän Synty-prosessissa. Tähän kysymykseen on ihan mahdotonta vastata mitenkään tietellisen tarkasti – johtuen siitä että elämän syntyy liittyy yhä vielä niin monia kysymyksiä joihin ei tiedetä tarkkaa vastausta, ja joihin vaikuttanetita olosuhteita ja tekijöitä voidaan (toistaiseksi) vain spekuloida ja arvailla. Kuitenkin, ihan varmasti voin sanoa että Elämän Synty – niin kuin KAIKKI muutkin asiat tällä planeetalla, ja maailmankaikeudessa, ovat seurausta pitkästä kehityskulusta joka juontaa juurensa aina alkuräjähdykseen asti. Siitä alkaen maailma on kehittynyt asteittain, niin että aina se uusi mitä eri aikoina on tapahtunut ja kehitynyt, on seurausta kaikesta siitä mitä aikaisemmin on tapahtunut. Kehitys muodostaa lukemattoman moneen suuntaan haarautuvan Markovin ketjun tapaisen järjestelmän, tai verkon, missä tilat, jokaisessa ajassa ja paikassa, riippuvat aina edellisestä tilasta siinä samassa paikassa. Jokaisen asian ja ilmiön historiaan sisältyvät kaikki aiemmat tilanteet — ja niiden määräävät tekijät ja olosuhteet, kuten myös niihin vaikuttaneet sattumat.

Maailman kehityksen suuntaan vaikuttaneita tilanteita on ollut monia. Ensimmäinen niistä tietysti koko maailman synty – jonkinlaisena kvanttiavaruuden (jota ei edes ollut olemassa?) todennäköisyystilan heilahduksena – tätä osaavat selittää vain kosmologit. Alkuräjähdyksessä syntyneessä plasmapuurossa maailman kehittyminen jatkui luonnonlakien ohjaamana – mutta oliko luonnonlakien syntyminen sattumaa vaiko välttämättämyyttä? Gravitaatio ohjasi ensimmäisten tähtien syntymisen, ja sitten niiden sisällä ydinreaktiot (protonien vahvat vuorovaikutukset) ohjasivat alkuaineiden syntymisen. Tuloksena oli että vedyn ja heliumin maailmaan syntyi myös hiiltä, happea, typpeä, fosforia, rikkiä – ja jonkun verran muitakin raskaampia alkuaineita. Tähtien ”palaessa” loppuun nämä pöllysivät pitkin avaruutta.

Gravitaation ajamina alkuaineet kasaantuivat pilviin. Sopivan tilanteen tullen pilvet alkoivat kerääntyä uusiksi planeettakunniksi – auringoiksi ja planeetoiksi. Pölypilvissä ja planeettakuntien kertymäkiekoissa vallitsi myös hyvin erilaisia olosuhteita – jossakin kylmää, jossakin muualla hyvin kuumaa – ja olosuhteista riippuen alkuaineet muodostivat erilaisia yhdistä, riippuen alkuaineiden määräsuhteista ja kemiallisista ominaisuuksista, ja vallitsevista olosuhteista. Yleisimpiä molekyylejä, joka paikassa, kuitenkin olivat molekyläärinen vety ja pienet hiiliyhdisteet.

Markovin ketjun haaraantuessa erilaisia maailmoita – planeettakuntia ja planeettoja – on syntynyt paljon. On syntynyt myös kivisiä planeetoja joiden keskellä rautainen ydin ylläpitää magneettikenttää – ja jotka ovat sopivan kokoisia, ja sopivalla etäisyydellä auringosta niin että niiden pinnalla vesi pysyy nestemäisenä. Näitä on ainakin joitakin – ja ehkä montakin – maailmankaikeudessa.

Ainakin yhdellä planeetalla – Maassa – syntyi sellaiset sopivat olosuhteet (jonkin toistaiseksi tuntemattoman valintapaineen ansioista!) jotka aiheuttivat sinne suuren kertymän tietynlaisia molekyylejä – juuri sellaisia jotka pysytivät ketjuuntumaan pitkiksi ketjuiksi! Nyt tiedetään että ne olivat juuri tietynlaisia molekyylejä (neljää erilaista nukleotidia, paria kymmentä erilaista aminohappoa) – ja nämä synnyttivät keskenään sellaisen pitkien molekyylien kirjon, jossa molekyyliketjut alkoivat kopioida toisiaan, tiettyjen periaatteiden perusteella.

Tuo erikoislaatuinen molekyylikemia – ketjuuntuminen ja kopioituminen – tapahtui kemiallisten lainalaisuuksian ja olosuhteiden mukaisesti. Toisaalta, emme vielä tiedä minkä verran sen toteutuminen oli puhtaasti sattuman tulosta: mistä johtui että sopivia molekyylejä kerääntyi juuri sellaisiin olosuhteisiin jotka sallivat – tai ohjasivat, tai pakottivat – niiden kasvamisen monimutkaiseksi ja keskenään reagoivaksi molekyyliyhteisöksi . Ei myöskään tiedetä pitikö elämän käynnistyä juuri näistä rakennuspalikoista – vai olisiko samantapainen prosessi voinut käynnistyä myös jostakin toisista (samankaltaisista? tai ihan erilaisista?) lähtöaineista. Tai, olisiko se saattanut käynnistyä joidenkin toisenlaisten (solu-)rakenteiden varaan: Olivatko nämä meidän elämämme perusrakenteet (geneettinen koodi ja proteiinisynteesikoneisto) ainoat mahdolliset elämän lähtökohdat, vai olivatko ne vain sattumia, jotka vakiintuivat käyttöön (frozen accidents) ja johtivat eteenpäin kohti yhä uusia ja monimutkaisempia sovelluksia.

Elämän käynnistymisessä näyttää toteutuneen vain yksi ainutlaatuinen vaihtoehto. Mutta kerran käynnistyttyään elämä on taas haaraantunut lukemattoman moniin eri suuntiin. Evoluution myötä se tuottanut koko ajan uusia vaihtoehtoisia muotoja ja ominaisuuksia, joiden avulla se on sopeutunut aina uusiiin ja vaihteleviin olosuhteisiin. Markovin ketju on haaraantunut yhä uudelleen ja uudelleen, sattumanvaraisten olosuhteiden ajamana …

Tämän voin sanoa, varmasti: Elämä on juuri tällaista siksi että se on kehittynyt kaikkien niiden välivaiheiden kautta joiden kautta se on kehittynyt. Menneisyys on johtanut nykytilanteeseen. Mutta mitkään varhaisemmat kehitysvaiheet eivät ole tapahtuneet missään erityisessä tarkoituksessa, tai mitään tiettyä päämäärää tai kehityssuuntaa varten. Eivätkä ne ole myöskään määränneet kehityksen kulkua tähän suuntaan. Markovin ketju olisi voinut joka kohdassaan haaraantua eri tavalla. …

Sano nyt sitten onko tämä sattumaa vai ei … tämä lienee puhtaasti semanttinen kysymys…

---

Valinnan tulos

16.12.2014 klo 23.04, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Jos jollakin planeetalla on elämää, niin se muotoutuu sellaiseksi että se pystyy elämään juuri sen planeetan olosuhteissa. Sen planeetan ilmakehässä, lämpötiloissa, paineissa, säteilyssä – ja käyttäen siellä esiintyviä energialähteitä. Olemassa oleva elämä myös itse muuttaa olosuhteita. Meidän planeettamme perustuottajat (yhteyttävät kasvit ja muut vihreät) ovat esimerkiksi tuottaneet hapekkaan ilmakehän. Ne myös tuottavat biomassaa – ja sen myötä energialähteen lukuisille toisenvaraisille eliöille. Ne pitävät yllä ravintoketjuja, jotka aste asteelta hyödyntävät niiden sisältävän energian ja hajottavatt niiden sisältämät hiiliyhdisteet hiilidioksidiksi ja vedeksi.

Ravintoketjuissa kasvillisuuden sisältämä biomassa ja energia siirtyy ensin kasvisyöjille, sitten ensimmäisen asteen pedoille – ja niin edelleen eteenpäin, korkeammille pedoille, ja lopulta hajottaja-eliöille. Eloonjäämis-taistelussa jokaisella kuluttaja-portaalla tarvitaan erilaisia ominaisuuksia, erilaisia saalistamisen ja pakenemisen taitoja ja kykyjä.

Myös ihminen, aikanaan, on kehittynyt ja löytänyt paikkansa omassa ravintoketjussaan. Ihmisen lajin selviytymisessä, sekä saaliina että petona, on tärkeänä apuna ollut älykkyys. Ihmisen fyysiset kyvyt ovat aina olleet rajalliset (muihin petoihin verrattuna), mutta luonnon oloissa se selviytyi terävän älynsä avulla. Ankarat olot pitivät myös fyysiset ominaisuudet kohtuullisen vahvoina, sillä heikot yksilöt karsiutuivat jo nuorina pois populaatiosta.

Terävän älynsä avulla laji myös kohensi asemaansa ja elinolosuhteitaan. Ensin, noin 10 000 vuotta sitten, se omaksui varsin yksinkertaisen mutta turvallisen viljelykulttuurin. Sitten, teknisen kehityksen myötä, se nousi asemaan missä se pystyi tehokkaasti hyödyntämään monia erilaisia lajeja, sekä perustuottajia että ravintoketjuja. Teknologian ansiosta myös käytännön elämä on merkittävästi helpottunut ja keventynyt, ja lääketieteen ansiosta tauditkaan eivät juurikaan enää karsi populaatiota. Näiden seuraksena ihmisen lajiin ei kohdistu enää juuri minkaanlaisia ympäristön aiheuttamia valintapaineita.

Mutta geneettinen muuntelu – ja jonkinlainen valintakin – kuitenkin koko ajan jatkuvat, aina. Nyt ne tapahtuvat vain toisenlaisilla valintakriteereillä – jotka taitavat nyt olla enimmäkseen sosiaalia ja yhteiskunnallisia.

Tämän kehityksen myötä ihmisten keskimääräinen aivojen koko on pienentynyt n. 15 % viimeisen 10 000 vuoden aikana. Tämä hidas geneettinen muutos liittyy ilmeisesti siihen, että helpomman elämän ansiosta myös tyhmemmät yksilöt ovat voineet jäädä henkiin ja lisääntyä. Toinen mielenkiintoinen ja nopea, ilmeisesti kulttuuriin ja oppimiseen liittyvä muutos on se että vuoden 1998 jälkeen nuorten testattujen (varusmies) ikäluokkien älykkyysosamäärä on ollut hienoisessa mutta jatkuvassa laskussa. Samalla tavalla laskevat ihmisten reaktio-ajat, jotka ilmeisesti korreloivat hyvin älykkyyden kanssa.

Mitäs tästä voidaan päätellä? Että helppo elämä ei ole hyväksi älykkyydelle? Mutta minkäs mahtaa – kun se on niin ylivoimaisen makeeta…

Asiasta kirjoitti mielenkiintoisen artikkelin Bob Holmes, viimeisimmässä Tiede lehdessä (12/2014).

 

 

Astrobiologiaa tarjolla Euroopassa

17.11.2014 klo 15.45, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Kaikille teille astrobiologiasta kiinnostuneille lukijoille haluaisin kertoa että astrobiologiset aktiviteetit ovat reippaasti lisääntymässä Euroopassa, ja erilaisten yhteistyökanavien kautta ovat tulossa tarjolle myös suomalaisille opiskelijoille, ja muillekin asiasta kiinnostuneille.
Astrobiologia määritellään EANAn (European Astrobiology Network association) uudella verkkosivulla (www.eana-net.eu – joka avautuu yleisölle myöhemmin tällä viikolla) – vapaasti suomennettuna, suunnilleen näin: … “tutkimusalue joka käsittää elämän synnyn, evolution ja esiintymisem maailmankaikkeudessa, tietenkin mukaanlukien myös oman planeettamme Maan. Elämän synnyn alkuperä on jo pitkään kiehtonut Euroopan tutkijoita, ja tämän tutkimuksen uranuurtajia olivat Charles Darwin, Louis Pasteur ja Alexander Oparin. Viime vuosikymmenien aikana Euroopan tiedeyhteisö on laajentanut tutkimuskohteitaan käsittämään elämän esiintymisen ääriolosuhteissa, tai Maapallon ulkopuolella. Elämän synnyn kysymyksiä tutkiva astrobiologia nojautuu nyt kemiaan, biologiaan, paleontologiaan, geologiaan, ilmastotieteeseen ja planetologiaan, ja avaruusfysiikaan. Keskeisiä – ja vaikeita – kysymyksiä on miten elämä eroaa elottamista systeemeistä, ja miten se käynnistyi elottomien prebioottisten prosessien kautta.

Nykykäsityksen mukaan elämä ilmestyi Maa-planeetalla jo hyvin varhain, ja kerran käynnistyttyään se on ollut hyvin kestävää ja sopeutuvaa. Tämän perusteella ei ole mitään syytä olettaa että se ei olisi käynnistynyt myös muilla planeetoilla. Nyt tiedämme että lukuisten, ehkä jopa useimpien tähtien ympärillä on olemassa niiden omat planeettakunnat – ja on todennäköistä että (mikrobitasoista) elämää esiintyy monilla muillakin planeetoilla. Kuitenkin, mikrobien (elämän) todellinen löytyminen muilta taivaankappaleilta olisi yksi maailman suurimpia löytöjä – ja älykkään elämän löytyminen olisi tietysti kaikista suurenmoisinta! Kontakti jonkun toisen sivilisaation kanssa mullistaisi lopullisesti ja totaalisesti ihmisen käsitykset uskonnosta, etiikasta ja sosiaalisesta kanssakäymisestä.
Eikö olisikin liian kummallinen sattuma, jos tässä maailmankaikkeudessa joka on tulvillaan galakseja, ne taas tulvillaan tähtiä ja planeettakuntia, jos tämän kaiken keskellä vain yhden galaksin yhden satunnaisen haaran yhdellä ihan tavallisella tähdellä kiertäisi aivan sattumalta satunnainen planeetta, jonka pintaa peittäisi lajissaan täysin ainoalaatuinen elämän kerros”.

Tuo kuvaus taas kerran tuo esiin sen että astrobiologia, eli elämän alkuperän ja esiintymisen tutkimus on todellakin kaikkien tieteenalojen yhteinen harrastus ja haaste. Sen ympärille täällä Euroopassa on järjestäytynyt jo vuosia sitten tuo edellä mainitty EANA järjstö. Lisäksi viime keväänä käynnistyi uusi Euroopan laajuinen COST-hanke nimeltä ”Origins and evolution of life on Earth and in the Universe” (ORIGINS) (TD1308) – tässä ovat mukana suunnilleen kaikki Euroopan maat, samoin ulkopuolisia yhteistyökumppaneita (Australia, Etelä-Afrikka…). Hankkeen tavoitteina on kehittää lukuisia kansainvälisiä yhteistyöprojekteja, kokouksia ja koulutustapahtumia – joista löytyy tietoa sivulta http://life-origins.com/
COST-hankkeen rinnalla on syntynyt ja käynnistynyt myös uusi ERASMUS+ koulutushanke nimeltä ”European astrobiology campus” – tällä ei vielä ole toimivaa verkkosivua mutta tulossa on, ilmoittelen sitten. Mutta nyt on jo tiedossa että tämä hanke järjestää esim. seuraavat kansainväliset kesäkoulut, informaatio poimittuna suoraan ERASMUS-hankkeen ohjelmasta:

Introduction course in Astrobiology (Spring 2015, Bordeaux, France)
Molecules in Space (June 2015 Onsala Space Observatory)
Water, Ice and the Origin of Life (July 2015 Iceland)
Volcanism, Plate Tectonics, Hydrothermal Vents and Life (Spring 2016, Azores, Portugal)
Biosignatures and the search of life on Mars (July 2016, Iceland)
Life Cycle of Stars and formation of habitable planetary systems (August 2016, Moletaï Observatory, Lithuania)
Biochemical Evolution – From organic molecules to Life (May 2017, Tartu, Estonia)
Impacts and their Role in the Evolution of Life (July 2017, Saaremaa, Estonia)
Exoplanets (August 2017, Moletaï Observatory, Lithuania)
Astrobiology summer camp for first year university students (Tuorla, Finland, June 2016)

Myös Pohjoismainen astrobiologiaverkosto järjestää yhdessä mainitun COST hankeen kanssa Kesäkurssin ”Life on Earth and Beyond – The History and Philosophy of the Origin of Life” Ven-saarella 4 – 6 toukokuuta 2015.

Tämä viimeksi mainittu kurssi on nyt jo avoinna haettavaksi, ja sen esiteessä lukee:
The aim of the course is to give participants a thorough overview of the historical, philosophical and ethical questions arising in this field. The course is open for students and scientists in humanities, natural, social and political sciences. It will, amongst others deal with the following themes:
• Definition of life in a historical and philosophical context
• Biochemical evolution
• The tree of biological evolution
• Search for life outside Earth
• Philosophical, ethical and political questions arising with the quest for life on other celestial bodies

Kurssin hakuaika päättyy 15.1. 2015, ja lisätietoja löytyy sivulta http://www.nordicastrobiology.net/Ven2015/

Huomaattehan että valittujen nuorten osallistujien osallistumiskulut kaikkiin näihin kursseihin katetaan, ainakin suurimaksi osaksi, COST-hankkeesta. Jos olet vielä ollenkaan nuori, ja kiinnostunut asiasta, niin KANNATTAISI HAKEA!!

Joukkoälystä

29.10.2014 klo 10.17, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia , Elämä , Yleinen

 

Edellisissä blokeissaan Harry on pohdiskellut joukkojen älykkyyttä – sitä miten yhteistoiminta tuottaa älykkyyttä monilla eri tasoilla. Harry antoi esimerkkejä lähinnä eläinten maailmasta – muurahaisista, kaloista, mehiläisistä, linnuista – nämä ehdottomasti harrastavat älykästä parvikäyttäytymistä. Ja mainitsihan Harry siellä myös ihmisen älykkäät toiminnot – eli eivät kait yksittäiset aivosolut ymmärrä mistään mitään, älykkyys syntyy vasta solujen yhteistoiminnasta. Haluaisin tässä jatkaa vielä samasta aiheesta – antaa asiaan kuuluvaa meriittiä ihmisten joukkoälylle. Nimittäin, emmehän me ihmisetkään varmaankaan kovin kummallista teknologiaa tai tieteitä keksisi jos ihan yksin täällä olisimme. Aivot ovat tietysti se elin joka mahdollistaa älyykkyyden, mutta sen – tai ainakin tiedon – koko sisältö syntyy kanssakäymisestä ja tiedon jakamisesta muiden ihmisten kanssa. Tätä taas mahdollistaa puhuttu käsitteellinen kieli, ja viestintä, kaikissa muodoissaan.

Nyt, näinä aikoina, tämä ihmisen joukkoälyn kehittyminen onkin ihan vallan huimaa – nyt kun tietoa voidaan jakaa tietoverkkojen kautta reaaliaikaisesti ja globaalisti. Nyt ihmiset voivat ryhmääntyä helposti ja löytää yhteistyökumppaneita mihin tahansa asiaan. Voidaan rakentaa kaikenlaisia älykkäitä tuotteita, kuten wikipediaa tai avoimia lähdekoodeja, pelata pelejä, käydä keskusteluja, jakaa tietoja, opettaa, tehdä projekteja – tai ihan vain viestitellä – yli paikan ja ajan rajojen. Tätä kaikkea kait kutsutaan englanniksi termillä collective intelligence – suomeksi vaikkapa kollektiiviseksi älyksi – jossakin tätäkin myös joukkoälyksi. Vaikka – ihmettelenpä että riittävätkö mitkään yksittäiset sanat kuvaamaan tätä tiedon ja viestinnän vyöryä, mikä on niin suuri ja monipuolinen että se ei ehkä ole nimettävissä eikä rajattavissa. Tämä meidän kollektiivinen (joukko)älykkyytemme on siis tullut pii-pohjaiseksi ja kasvanut eksponentiaalisesti. Ja kasvaa yhä. Tietääkö teistä kukaan miten pitkälle se voi kasvaa – tuleeko rajaa vastaan – vai räjähtääkö se äärettömään?

Tämä uusi ylimaailmallinen tiedonsiirto tuottaa valtavasti uusia mahdollisuuksia. Tämä mahdollistaa sen miten teemme nykyään töitä tieteen piirissä – verkosta löytyy kaikki olemassa oleva tieto, helposit ja nopeasti. Sovellukset ovat enimmäkseen hyviä ja positiivisia, siksi että ihmiset ovat yleisesti ottaen hyviä ja positiivisia. Mutta johtuen siitä että ihmiset eivät ole pelkästään hyviä, eivätkä heidän tekonsa ja aikeensa ole pelkästään rakentavia, kollektiivinen äly mahdollistaa myös kaikenlaisten tuhoisten aikeiden kasvamisen uusiin mittaluokkiin. Toisaalta – ehkä tämä kaiken verkottuminen j a läpinäkyvyys myös mahdollistaa sen että ihmiset tietävät mitä tapahtuu ja pahat asiat pysyvät paremmin kurissa.

Itse olen hiukan hämmentynyt siitä mitä kaikkea tämä digi-tieto tuo tullessaan – hyvät lukijat, voisitteko te antaa omia näkemyksiänne näihin kysymyksiin. Yksi kiintoisa kysymys on tuo että miten suureksi voi tiedon määrä kasvaa? Toinen – kiehtova tai pelottava – kysymys on tiedon mahdolliset sovellutukset. Alkaako tuo pii-pohjainen META-tieto pian hallita meitä – ja kenen eduksi, ja kenen kustannuksella. Esimerkiksi taloudellisen voiton tavoittelu on jo toteutumassa joukkoviestimien ja internetin välityksellä – siten että sitä kautta voidaan ohjailla yksittäisten ihmisten päätöksen tekoa, ajatuksia, tarpeita ja ostotottumuksia. Tätä asiaa valotettiin YLE I:n ulkolija ohjelmassa torstaina 23.10. klo 22. Dokumentti kertoi miten isot internet-yhtiöt, google, facebook ja tweet ja muut sellaiset – samoin kuin mobiililaitteiden paikanninohjelmat – keräävät käyttäjistään meta-tietoa: kaikki nettilataukset, ostokset ja viestit, fb-tykkäyksestä ja päivitykset kirjautuvat käyttäjän rekisteritiedostoihin – ja näiden perusteella ko. ohjelmat suodattavat jatkossa tietoja joita käyttäjille lähettävät. Näistä palvelin-ohjelmista tulee ikäänkuin filttereitä jotka – automaattisesti – seulovat ja ohjaavat ja suuntaavat meidän kommunikaatiovirtojamme. Kauppaliikkeet myös keräävät samalla tavalla tietoa kuluttajien ostotottumuksista, ja tämän tiedon perusteella suuntaavat markkinointia ja ennustavat kuluttujan käyttäytymistä. Mobiililaitteiden seurannan avulla voidaan koko ajan myös seurata ihmisen liikkeitä – käykö hän esimerkiksi hampurilaisbaarissa vaiko terveyskaupassa – ja jopa sitä ketä (muita mobiililaitteita) on hänen ympäristössään. Onhan Japanissa käytössä jo mm. palvelu joka piippaa puhelimeen jos sinkun lähistöllä on liikkuu muita sinkkuja. JEE!

Ainakin isoille markkinatutkimusyrityksille ja verkko-operaattoreille tämä meta-tieto on arvokasta, mainitun ohjelman mukaan se on miljardien dollareiden arvoista. Se saattaa olla yhtä arvokasta kuin raha – sillä se on ihmisten omaa, kuluttajapotentiaalia kuvaavaa ja hallitsevaa tietoa. Tästähän sitten syntyykin aika mielenkiintoisia tietoturvaongelmia. Hauskasti, sen ohjelman lopussa eräs tiedonkeräysohjelmia kirjoittava insinööri sanoi että ei ihmisen tarvitse olla huolissaan – ei hän itsekään ole, koska hänellä ei ole mitään salattavaa. Ja että ihmisten ei tarvitse olla huolissaan koska tietoa keräävät juuri hänen kaltaisensa ihmiset, ja toki hän luottaa itseensä. Kuitenkin, hänen oma puhelimensa on täysin yksinkertainen, ilman mitään verkkosovellutuksia – se hiukan nauratti häntä.

Tästä kovin maallisesta aiheesta koetan vielä kiepsauttaa tämän jutun astrobiologiaan: Jos suurten ihmismassojen käyttäytymistä voidaan hallita joukkoviestimien tiedonkäsittelyn kautta, niin mitähän tämä tarkoittaa älykkään lajin käyttäytymiselle tulevaisuudessa?

---

Perspektiiviä luonnontieteisiin ja maailmankuvaan

20.9.2014 klo 12.48, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia , Elämän keitaita

Viimeisten vuosikymmenien aikana luonnontieteellinen tieto on lisääntynyt räjähdysmäisesti. Tiedon lisääntymisessä on se hauska ominaisuus että se ei tule koskaan valmiiksi – jokainen uusi tieto tuo aina mukanaan useampia uusia kysymyksiä, ja tietämisen taso kasvaa joka suuntaan, korkeutta, syvyyttä ja leveyttä, eksponentiaalisesti.  Tiedon lisääntyminen heijastuu myös ihmisten maailmankuvaan. Luonnontieteellisen maailmankuvan perusteet opitaan koulussa. Kouluopetuksen kautta suuri osa väestöstä – ainakin Suomessa  – tietää että maailmankaikkeus on saanut alkunsa alkuräjähdyksessä, jossa syntyneestä materiasta ja energiasta on kehittynyt avaruus suurine rakenteineen, galaksit, tähdet ja planeetat. Koulussa opitaan –  jonkun verran – fysiikkaa ja kemiaa – opitaan luonnonlait ja alkuaineet. Opitaan jonkun verran Maapallon olosuhteista, tiedetään planeetan ja ilmakehän perusrakenne. Tiedetään myös että kaikki elävät lajit täällä maapallolla ovat kehittyneet evoluution kautta, ja tiedetään millaista geneettinen materiaali on ja miten se määrää eliöiden perinnölliset ominaisuudet.

Koulussa opitaan tiedon palasia – mutta nykyopetuksessa ei juurikaan opeteta sitä miten nämä palaset liittyvät toisiinsa ja miten suuret kehitysprosessit ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Suurten kehitysprosessien keksinäisiä riippuvuuksia ei edes täysin tunneta eikä ymmärretä tieteellisesti, mutta tieto niistäkin lisääntyy, pala palalta. Niiden ymmärtäminen yksittäiselle henkilölle on kuitenkin vaikeaa siksi  se että  ihmisen oma muisti, kokemusmaailma ja aikaperspektiivi ovat kovin lyhyet. Lyhyen perspektiivimme takia olemme myös taipuvaisia pitämään nykytilannetta jokseenkin vakiona ja itsestäänselvänä. Ihmisen on vaikea kuvitella maailmaa joka olisi toisenlainen kuin tämä missä elämme – on vaikea kuvitella edes toisenlaisia, alkeellisempia yhteiskuntia, sellaisia kuin ihmisen yhteiskunnat olivat ehkä pari sataa, tai pari tuhatta vuotta sitten – saati sitten maailmaa jossa esi-isämme elivät kymmeniä tuhansia tai miljoonia vuosia sitten.  On myös vaikea kuvitella olosuhteita, ilmastoa ja lajistoa jotka olisivat hyvin erilaiset kuin nyt – siitä huolimatta että tiedämme että nämä kaikki ovat moneen kertaan muuttuneet, totaalisesti, maapallon historian aikana. Muutosten totaalisuutta, ja toisaalta niiden hitaita aikaskaaloja on vaikea hahmottaa. On vaikea ajatella mantereiden liikkuvan tai vuoristojen kohoavan, kun ne tapahtuvat parin senttimetrin vuosivauhdilla. On vaikea myös kuvitella sitä että joskus taas kaikki on muuttunut hetkessä, jonkun katastrofin pyyhkiessä pois suuren osan ekosysteemiä tai jopa lajistoa. Ihminen on taipuvainen näkemään maailman – ja  etenkin luonnonvaraisen maailman – jotakuinkin muuttumattomana. Kuitenkin ainoa pysyvä asia planeetalla, aina, on ollut muutos.

Näinä päivinä muutoksen vauhti on kiihtynyt. Tieto lisääntyy nopeasti, sen myötä ihmisen käsitys maailmasta muuttuu nopeasti – ja myös itse maailma näyttää muuttuvan käsittämättömän nopeasti. Ilmasto muuttuu, ympäristö muuttuu, lajisto muuttuu (vaikka näitäkin muutoksia on vaikea havaita normaalissa arki-ympäristössä).  Ihmisen oma asema kaikkien ekosysteemien hallitsijana ja asuttajana on täysin muuttunut viimeisen viidenkymmenen vuoden aikana, ja ihmisen elämäntapa on täysin muuttunut. Tiedon käsittely ja välitys mullistuvat uusien tekniikoiden myötä. Lääketiede muuttuu, uudet tutkimusmenetelmät avaavat aivan uuden tarkkuustason havaintoja ihmisruumiin eri osiin ja sen terveyden tai sairauden tutkimukseen ja hallintaan. Muuttuvan teknologian ja tiedon aikana koko maailmamme on suuren muutosprosessin alaisena.

Tässäkin muuttuvassa ajassa tieto tulee meille palasina. Jopa tutkijoille – niille jotka tietoa tuottavat – tieto näyttäytyy palasina, jopa ehkä pienempinä, joskin tarkempina palasina kuin suurelle yleisölle, koska tutkijoiden tieto fokusoituu aina yhä kapeampiin (joskin syvällisempiin) kysymyksiin. Tässä fragmentoituneen tiedon maailmassa on vaikea hahmottaa kokonaisuutta ja rakentaa kokonaista maailmankuvaa: miten eri prosessit ja tapahtumat liittyvät toisiinsa – mitä kaikkia seurauksia on sillä että tietyt olosuhteet muuttuvat – mihin suuntaan kokonaisuus kehittyy, mitkä ovat muutokset lyhyellä ja pitkälla aikavälillä. Suuret dynaamiset kokonaisuudet – kuten eliökunnan kehitys, ilmasto, yhteiskunnallinen tilanne, tai talous – ovat hyvin monitahoisia, monimutkaisia, takaisinkytkettyjä mutta myös kaaottisia kokonaisuuksia. Niiden syy-seuraus-suhteet eivät ole (ainakaan täysin) ihmisen hallittavissa – eivätkä ehkä edes ymmärrettävissä – mutta ne ovat hyvin mielenkiintoisia ja tärkeitä tuntea.

Kokonaista luonnontieteellistä maailmankuvaa voimme hahmottaa vain ymmärtämällä eri kehitysprosessien ajallista jatkumoa ja niiden keskinäisiä riippuvuuksia ja vuorovaikutuksia. Koko maailman luonnontieteellistä historiaa ei täysin tunneta eikä ymmärretä – tunnetut yksityiskohdat vähenevät sitä mukaa mitä pidemmälle historiaan katsotaan. Palasista kuitenkin voidaan rakentaa kokonaiskuvaa siitä miten meidän maailmamme on syntynyt ja kehittynyt, ja siitä miksi se on tänä päivänä juuri sellainen kuin se on. Tämä on nykyajan maailmanselitys-oppi.

Tämän kokonaiskuvan hahmottamiseksi olemme tuottaneet Aikavaellusreitin. Aikavaellus on 13,7 km pituinen, Tuorlan observatoriolta Turun yliopistolle kulkeva vaellusreitti joka toimii maailmankaikkeuden historiaa kuvaavana aikajanana. Yksi kilometri reitillä vastaa miljardia vuotta, ja yksi metri miljoonaa vuotta ajan historiassa. Reitin varrelle on merkitty messinkisten informaatiolaattojen avulla maailmankaikkeuden, Maan ja eliökunnan historian merkittävimmät tapahtumat; laatat on kiinnitetty joko punagraniittisiin merkki-paaluihin tai reitin varrella oleviin kallioihin. Reitin informaatiosisältö tuotettiin Turun yliopiston eri laitosten yhtesityönä vuonna 2011. Merkintöjä reitin varrella on nyt yhteensä n. 80. – mutta informaatio-sisältöä voisi kasvattaa rajattomasti.

Aikavaelluksella ihmiset voivat konkreettisesti havaita suurten kehitysprosessien keskinäisen jatkuvuuden, miettiä niiden syys-seuraussuhteita, ja ihmetellä niiden ajallisia mittakaavoja. Kuvaavaa mittakaavoille on se että koko 13,7 kilometrin pituisella reitillä Maa-planeetan osuus on 4,56 km, elämän historian osuus n. 4 km, hapellisen ilmakehän osuus n. 2 km, monisoluisen elämän osuus n. 1 km, maalla elävien eläinten osuus n. 500 m, nisäkkäisen olemassa olon osuus n. 60 m, ihmisen lajin olemassaolon osuus 20 cm, ja ihmisen kulttuurihistorian osuus 1 cm. Totaalijääkausia esiintyy matkan varrella kahteen otteeseen, jopa 200 metrin matkalla, ja viimeisin jäätiköitymisen aika esiintyy viimeisen 6 metrin matkalla. Meren pinnan korkeus vaihtelee matkan varrella n. 200 metrin verran ylös ja alas.

Uskon että tämä esitystapa voi antaa yleisölle  ymmärtämisen kokemuksia siitä miten maailma on kehittynyt, ja millainen se on tänään.

---

Ihmisen muuttuva maailma

30.8.2014 klo 10.47, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia