Outoja elämänmuotoja etsimässä
Meidän oma elämämme alkoi tällä planeetalla noin neljä miljardia vuotta sitten. ”Me” tarkoittaa tässä kaikkea elämää mitä Maa päällään kantaa, tai on koskaan kantanut.
Elämä syntyi noihin aikoihin jossakin Maa-planeetalla, ei tarkkaan tiedetä missä, tai miten, mutta ilmeisesti jonkin hyvin aktiivisen kemiallisen ympäristön tuotteena. Ilmeisimmin elämän kemiaa oli käynnissä jollakin vulkaanisella tulivuorisaarella, missä mahtavat luonnonvoimat tuottivat kaikenlaisia orgaanisia aineita. Sopivat virtaukset kuljettivat ja keräsivät niitä lammikoihin tai maaperän kerroksiin, UV-valo hajotti osan yhdisteitä pois ja rikasti toisia, haihdunta taas rikasti aineita niin että ne olivat välillä kuivia kiteitä.
Tämä kemia tuotti sen molekyyliyhteisön joka alkoi jossakin vaiheessa käyttäytyä elämän tavoin. Pitkät reaktioreitit muuttivat aineita toisikseen. Samoissa pitkään jatkuvat reaktioreitit vakiintuivat tuottamaan tiettyjä lähtöaineita ja niiden tuotteita. Tietyt molekyylit ketjuuntuivat keskenään, jossakin vaiheessa ketjut alkoivat toimia alustoina joiden rinnalle niistä rakentui uusia kopioita. Ympäristön runsaat kemialliset tuotteet ja reaktioreitit pitivät yllä tätä monimutkaista reaktioiden ja tuotteiden verkostoa.
Kemia oli monimutkaista, mutta myös valikoitunutta sen perusteella mitä ympäristö suosi ja piti yllä. Koko monimutkainen kemiallinen verkosto syntyi aluksi elottoman ympäristön tuotteista, mutta vähitellen (ilmeisesti pakon edessä) sille kehittyi omat synteesireitit joilla se saattoi hallitusti tuottaa vastaavanlaisia välttämättömiä molekyylejä.
Näistä perusreaktioista syntyivät ensimmäiset toimivat, eli jakaantumiskykyiset solut. Niistä edelleen ovat syntyneet kaikki solut, niin yksisoluiset kuin monisoluiset eliöt, mitä Maa-planeetalla on koskaan ollut. Ne kaikki juontavat juurensa samoista varhaisista synteesireiteistä, ja siksi ne ovat myös perustoiminnoiltaan ja koostumukseltaan samanlaisia. Täällä Maassa on olemassa vain yhdenlaista elämää. Me kuvittelemme että elämä ylipäätään, kaikkialla muuallakin, olisi tällaista samanlaista. Mutta näin ei liene laita, sillä Maan elämä on tällaista vain siksi, että se on syntynyt ja kehittynyt juuri tämän planeetan olosuhteissa.
Ensimmäisten kahden ja puolen miljardin vuoden ajan elämä tällä planeetalla pysyi yksisoluisena. Joidenkin hyvin ankarien ympäristöolojen ajamana eliökunta keksi uusia selviytymistaitoja. Näistä yksi hyvin merkittävä oli tumallisten solujen synty ensimmäisen totaalijääkauden olosuhteissa, hapen lisääntyessä ympäristössä. Toinen suuri harppaus oli monisoluisten eläinten synty, joka sekin tapahtui seuraavan totaalijääkauden olosuhteissa, ehkä noin 1,5 miljardia vuotta tumallisten solujen synny jälkeen. Näistä on sitten seurannut kaikenlaisten, kaikenkokoisten eläinkunnan eliöiden kehittyminen, kuitenkin niin että kaikissa vaiheissa suuret muutokset lajistossa ovat tapahtuneet vastineena suuriin ympäristömuutoksiin, haastaviin olosuhteisiin ja sukupuuttoihin. Se mitä nyt on olemassa on siis aikamoisen ja monivaiheisen sattuman satoa.
Nyt me hiukan älykkäiksi, ja teknisesti aika taitaviksi kehittyneet kaksikätiset eliöt olemme alkaneet ihmettelemään omaa olemassaoloamme. Tähän kysymykseen saisimme huomattavasti selkeyttä, jos tietäisimme onko ehkä muuallakin elämää. Onko elämä sellainen aineen ja energian olomuoto joka putkahtaa esiin aina kun kemialliset olosuhteet ovat suotuisat? Olisiko näitä suotuisia olosuhteita olemassa myös muualla maailmankaikkeudessa? Olisiko niitä ehkä yleisestikin, vai sattuuko nyt olemaan niin kummallisesti että se sattuivat kohdalleen vain ja juuri tällä planeetalla. Ja että näistä erittäin harvinaisista lähtöolosuhteista, kaikkien näiden suurten sattumien kautta on sitten kehittynyt laji joka osaa ihmetellä: miten, miksi ja millä edellytyksillä tässä näin on käynyt.
Ihminen tuskailee nyt näiden perustavaa laatua olevien kysymysten kanssa: Miten ja miksi elämä syntyi, miten ja miksi se on kehittynyt tietoiseksi, mikä on tulevaisuudessa tietoisen elämän, tai koko eliökunnan kohtalo. Vastauksia näihin kysymyksiin voisimme saada vain siten että näkisimme edes jonkinlaisia elonmerkkejä muuallakin. Tiedeyhteisömme yksi suurimpia tavoitteita tällä hetkellä on löytää elämän merkkejä muilta planeetoilta.
Mutta eräs perusongelma tässä etsinnässä on se että emme tiedä, mitä sieltä pitäisi hakea. Oletamme että elämä muuallakin olisi jotakin sellaista mitä täällä Maassa esiintyy – mutta tämä oletus saattaa olla väärä. Elämä täällä on tällaista vain siksi että Maan olosuhteet ovat tehtneet siitä juuri tällaista. Tämän yhden elämän perusteella ei voi vetää johtopäätöksiä siitä, millaista se olisi muualla. Jonkin toisenlainen planetaarinen kemia tuottaisi jonkin toisenlaista elämää.
Tosin luonnonlait ja alkuaineet ovat kaikkialla samat, ja näyttää siltä että hiili ja vety ovat ne alkuaineet joista syntyy monimutkaisia ja toiminnallisia molekyylirakenteita. Mutta jos lähtökohtana olisi esimerkiksi Titan –kuun kemiallinen ympäristö, lopputuotteet olisivat jotakin ihan muuta, ja jotenkin päinvastaista, kuin mitä Maassa on syntynyt.
Filosofi Carol E. Cleland pohtii vieraan elämän yleisiä ja oletettavia tunnusmerkkejä artikkelissaan ”Moving beyond definitions in search for extraterrestrial life” (Astrobiology 19:722-729, 2019). Hän toteaa että ei kannata lähteä liikkeelle ennakko-oletuksista, joissa elämän etsinnässä hylätään kaikki sellaiset ilmiöt jotka eivät sovi meidän nykyiseen käsitykseemme ja ennakko-oletukseemme ”täällä maan päällä tunnetusta elämästä”. Näiden tunnusmerkkien rajoissa monet oudot ilmiöt tulkittaisiin vain ympäristön tuottamina kummallisina tai erikoisina artefakteina.
Monenlaisia kummallisia ympäristön tuotteita saattaa esiintyä, ja löytyä näytteissä jotka tulevat oman elinpiirimme ulkopuolelta. Outoja olosuhteita edustavat esimerkiksi hyvin vanhat näytteet Maasta, tai vaikkapa Marsista. Myös tulevaisuudessa eksoplaneetoilta saatavat havainnot voivat olla hyvinkin kummalllisia. Kuitenkin juuri kummallisuudet, anomaliat, ovat niitä joiden perusteella elämän kaltaiset prosessit voivat erottua ympäristön fysikaalisista ja kemiallisista prosesseista. Näytteen tai ilmiön kummallisuus ei vielä kerro sitä että se olisi elämän tuottama. Havaintoa ei kuitenkaan kannata hylätä siksi että se ei ilmeisesti ole ainakaan ”tavanomaisen elämän” tuottama, sillä toinen mahdollisuus on se että se on jonkin toisenlaisen tai kummallisen elämän tuottama.
Kummaliset ilmiöt, ovatpa ne sitten vanhoja tai nykyisiä, ovatpa ne lähellä tai kaukana, voivat olla ilmentymiä prosesseista joissa aine ja energia käyttäytyvät jollakin oudolla, joskin luonnollisella termodynamiikan ja informaation ohjaamalla tavalla. Sitten olemmekin jo perustavaa laatua olevan kysymyksen äärellä: emme tiedä mitä elämä pohjimmiltaan on, ja miten sen voisi määritellä. Mistä tietäisimme edustavatko oudot havainnot jotakin outoja elämänmuotoja, ja millä perusteella tällaisen voisi tunnistaa tai määrittää elämäksi.
Kiitoksia tästä mielenkiintoisesta blogista!
Kiitos. Mielenkiintoista luettavaa. Tulee mieleen aiemmin lukemani Valtaojan tekstit. Mutta näitä tarvitaan meille ei tutkijoille luettaviksi. Lisää, kiitos.
Tuo elämän määritelmä on kiintoisa kysymys: olisiko esim. kiteiden kasvu joissain olosuhteissa elämää? Lisäksi voi olla monia tuntemattomia ja kuviteltavissa olemattomia muotoja ”elää”.
Moi! Niinpä— määrittely on vaikeaa kun on voin yksi esimerkki tiedossa. Siis, toistaiseksi, se on ihmisten vapaasti itse päätettävissä mitä elämä on…
Tiedämme kuitenkin, että elämää säätelee yhtäläisesti luonnonlait. Voimme ajatuksissamme olla kaikkivoipia, mutta mikäli elämään sisältyviä rajoituksia tietoisesti tai tiedostamattamme ylitämme niin siihen muodostuu tasaavia vastavoimia (toisinaan kyseisen ns. ylittävän elämän päättävääkin).
Niinpä. Astrobiologia-kirjastani lainaus: ”Paleontologi Peter Ward esittää ajatuksen, että jos teknisiä sivilisaatioita syntyy, ne myös aina häviävät hyvin nopeasti, koska ekologiset lainalaisuudet hävittävät pois liian dominoivat ja haitalliset tekijät. Hän kutsuu ilmiötä nimellä ”Suuri Filtteri”. Teknisten sivilisaatioiden lyhytikäisyys selittäisi Fermin paradoksin, eli sen miksi älykkäät elämän muodot ovat hyvin harvinaisia maailmankaikkeudesta. Se siis johtuisi siitä, että tällaiset lajit syövät loppuun oman planeettansa resurssit. Onko tämä jonkinlainen luonnonlaki, jolle emme mahda mitään? Voiko tekninen sivilisaatio ja maailman tilaa ymmärtävä ihminen selvitä totaalisen tuhon uhkasta, jonka se on itse aiheuttanut?”
Kysymykseen ei liene yleispätevää vastausta, mutta niin kauan kuin on elämää on toivoa -sanonta sopii tähänkin.
Vaikka ihminen on biologinen olento, hänen kehityksensä veturi on kulttuurievoluutio, jolle biologinen evoluutio näyttää olevan alisteinen. Ihmisen pitkä sukupolvi eli pitkä lapsuus voi olla biologinen sopeutuma tähän. Pitkä sukupolvi ja pitkä elinikä hidastavat biologista evoluutiota, mikä on sinänsä haitta. Mutta haitta ilmeisesti enemmän kuin korvautuu sillä että pitkä elinikä mahdollistaa viisauden paremman kertymisen ja sitä kautta nopeamman kulttuurievoluution.
No niin, toivoa toki on. Ja suuria visioitakin, ja mahdollisuuksia. Kukapa tietää mitä tästä vielä tulee.
Kuitenkin, evoluution suhteen meidän pitää kait myös muistaa että emme ole vain pelkkä erillinen laji, vaan myös sidoksissa koko eliökuntaan, ja planeetan olosuhteisiin. Viimeisen 50 vuoden tekninen ja tieteellinen kehitys (kulttuurievoluutio) näyttää siltä että vain ”taivas on rajana” kaikelle edistykselle. Kuitenkin tuo 50 vuotta on häviävän lyhyt aika kaikenlaisen evoluution mittakaavoissa. Biologisesti emme ole muuttuneet juuri ollenkaan lajimme historian aikana, joka on 300 000 vuotta – ja aika vähän edes viimeisen miljoonan vuoden aikana. Mutta ihmisen aikana eliökunta on muuttunut totaalisesti, ja planeetta alkaa nyt hakea uusia tasapainotiloja. Näistä varmaan voidaan selvitä kultuurievoluution keinoin — jos aletaan ymmärtää planeetan kantokyvyn rajoja.
Niin, ihminenhän on biologisesti melko hitaasti kehittyvä laji, koska sukupolvi on pitkä. Mikrobien jakautumisperiodi on jopa vain puoli tuntia eli jopa puoli miljoonaa kertaa ihmistä nopeampi, ja niiden biologinen evoluutiotahti kilpaileekin melko tasapäisesti ihmisen tekniikan kanssa, esim. antibioottien ja antibioottiresistenssin kilpajuoksu.
Minusta kulttuurievoloivan ihmisen ilmaantuminen maapallolle on jollain tavalla samantasoinen muutos ja vallankumous kuin mitä monisoluisten eläinten leviäminen oli kambrikaudella. Monisoluinen eliö on tavallaan vain yksisoluisten muodostama runkokunta, mutta on esim. sillä tavoin kvalitatiivisesti erilainen että se kokee aina yksilön kuoleman. Sitähän yksisoluinen eliö ei tee, vaan niille syntymä ja kuolema ovat yksi ja sama asia, eli jakautuminen. Toki yksisoluinenkin eliö voi kuolla ja usein kuoleekin ympäristöoloista johtuen, mutta kuitenkin kaikki nykyiset soluyksilöt ovat eläneet ”aina” ja vain askel kerrallaan mutatoituneet matkalla. Vähän samalla tavalla ihminen muodostaa kulttuurillisia yhteisöjä, joilla on oma, yksilöistä riippumaton elinkaarensa. Vaikka kulttuuri perustuu biologiaan, on se kuitenkin oma käsitemaailmansa. Vähän samoin kuin monisoluisten eliöiden luonnetta ei kunnolla voi ymmärtää jos tarkastelee niitä vain yksisoluisten muodostamina runkokuntina.
Hei! Tämä on tosi kiintoisa ajatus… tietoisuus, kulttuuri ja teknologia omana elämänmuotonaan, tai uutena kompleksisuuden tasona. Jees. Silti se on edelleen kaikista alemmista olemisen muodoista riippuvainen, sekä itsessään, että ympäristössään. Ja riippuvuudessaan hauras ja haavoittuva – joskin myös kaikkia muita tasoja kyvykkäämpi. Tällä tavalla se olisi uusin evoluution tuottama selviytymiskeino. Kiintoisa ajatus…
… Ja tietysti: kulttuurinen ja tekninen sivilisaatio on biologisen evoluution tuotetta sikäli että se on syntynyt vasta sitten kun biologinen evoluutio teki sen mahdolliseksi, eli kehitti isot aivot, kädet, pystyssä kävelevän ruumiinrakenteen, ja puheeseen taipuvan kurkun pään.
Nyt tämä kulttuurinen evoluutio kaikkine keksintöineen etenee ennennäkemättämän nopeaa vauhtia. Tämä nopeus liittyy siihen että keksinnöt voidaan tehdä porukoissa ja jakaa yhteisöissä, ja nyt koko lajin kesken, maailmanlaajuisesti.
Biologiseen evoluutioon verrattuna siinä on myös se ero että se (ehkä, hiukan) pystyy suunnittelemaan omaa kehityssuuntaansa, ja ennakoimaan muutosten hyötyjä ja haittoja.
Valtavan paljon samaa mieltä olen noista kahdesta viimeisestä kappaleesta. Asia on juuri niinkuin niissä sanot. Yhtään sanaa enkä sulkumerkkiä en muuttaisi. Teknoevoluution voima on väkevä verrattuna biologiseen evoluutioon, mutta kyky suunnitella omaa kehityssuuntaa on tasoa ”(ehkä, hiukan)”. Tämä ihmisten pitäisi tajuta.
Peter Wardin nimeä seuraamalla eksyin tällaiselle saitille:
http://microbes-mind.net/
Osa foorumien aiheista sivuaa aihetta?
Suuria ja kiehtovia kysymyksiä. Vaikeita tutkia, ilmeisesti näitä voi lähestyä informaatioteorian tai verkostotutkimuksen avulla. Kaikki elämän kehittyminen näyttää liittyvän jonkinlaisiin moniulotteisiin verkostoihin. Uskoisin että myös tietoisuus liittyy – on vain vaikea tutkia miten…
Fred Hoyle kirjoitti Musta pilvi -romaaninsa saatesanoissa, ettei keksi yhtään syytä, miksei kaasumainen pilvi voisi olla älykäs. Nykyisin elämää pidetään mahdollisena siellä, missä on juoksevassa muodossa olevaa vettä. Onko niin, etteivät kaasut oletetuksen mukaan pysty muodostamaan elämän vaatimia tarpeeksi monimutkaisia rakenteita? Vai onko niin, että elämän löytyminen planeetalta, joka on juoksevan veden kannalta oikealla etäisyydellä emotähdestään, on todennäköisintä, mutta kaasumainen elämä olisi astrobiologien mukaan silti mahdollinen?
Aineiden kaasumainen muoto on periaatteessa sellainen että molekyylit eivät ole sitoutuneet toisiinsa vaan liikkuvat vapaasti toistensa suhteen. Mitkään rakenteet eivät siis ole pysyviä — ja ainakin nykyinen käsityksemme on että elämä edellyttää jonkinlaista rakenteisiin perustuvaa toiminnallisuutta. Kaasulla ei siis voi olla pysyviä toimintoja, eikä mitään itseään (omia rakenteitaan) ylläpitäviä toimintoja.
Älykkyys taas, samoin kuin tietoisuus, ovat vaikeita käsitteitä. Ei ole olemassa ainakaan mitään näyttöä siitä että pelkkä aine, ilman rakenteita, voisi olla älykästä.
Arto Annilan näkemys syistä, miksi elämä ilmestyi. (Ei niinkään, miten). Elämä on siis luonnon yleinen ilmiö niin kuin kaikki muukin. Dan Brownin kirjassa ’Alku’ esitelty fyysikko Jeremy England käsittää elämän synnyn aika paljon samalla tavalla.
https://phys.org/news/2008-12-life.html
https://www.mv.helsinki.fi/home/aannila/arto/
https://www.google.fi/search?source=hp&ei=fYRIXZ-5OPGorgS-s4aYCw&q=jeremy+england&oq=je&gs_l=psy-ab.1.1.35i39j0i67l2j0i131i67j0i131j0i67j0l2j0i67l2.1856.3245..8224…0.0..0.128.317.1j2……0….1..gws-wiz…..0.tlRB0TTI_gY