Riippuvuuksia

9.11.2015 klo 12.41, kirjoittaja
Kategoriat: Astrobiologia

Me ihmiset olemme riippuvaisia monenlaisista asioista: toisistamme, työnantajista, teollisesta ruuantuotannosta, kaupasta ja talouselämästä, yhteiskunnan palveluista ja infrastruktuurista. Mutta ennen kaikkea: olemme riippuvaisia mikrobeista.  Suolistossamme ja limakalvoillamme asustava mikrobisto – solumäärältään noin kymmenen kertaa suurempi kuin oman lajimme solujen määrä ruumiissamme –  vaikuttaa oleellisesti terveyteemme ja hyvinvointiimme. Tätäkin paljon tärkeämpi tekijä elämässämme ovat ne lukemattoman monet – useimmat tieteelle tuntemattomat – mikrobilajit jotka pitävät yllä elinkelpoisia olosuhteita tällä planeetalla.

Suurin planeetan olosuhteita muuttanut evolutiivinen loikka – aikoinaan, noin 2,5 miljardia vuotta sitten – oli syanobakteerien happea tuottavan fotosynteesin käynnistyminen. Hapellinen ilmakehä ja auringon valon avulla tuotettu runsas biomassa tarjosivat aivan uudenlaisia elämän mahdollisuuksia: planeetan erilaiset ympäristöt täyttyivät mikrobeilla jotka pystyivät joko tuottamaan biomassaa fotosynteesin avulla, tai hajottamaan fotosynteesin tuottamaa biomassaa ja  pitämään sen avulla yllä pitkiä ja monilajisia ravintoketjuja. Näistä ravintoketjuista syntyi myös uusia solullisia muunnoksia: Aerobinen bakteeri päätyi esi-eukaryoottisolun (jokin Lokiarkeota-tyyppinen, monimutkainen arkeoni ehkä) sisälle – asettui aloilleen, ja kehittyi kyseisen solun mitokondrioksi. Tästä syntyi eukaryoottien linja. Joku eukaryoottisolu otti edelleen sisäänsä olemassa olevan syanobakteerin , ja tästä fuusiosta kehittyivät erilaisten levien ja kasvien linjat. Loppu onkin sitten ollut darwinilaista evoluutiota: mikrobien hallitsemalle planeetalle ovat ilmestyneet myös monimuotoiset ja alati muuttuvat ja vaihtelevat eläin- ja kasvilinjat.

Mutta edelleen kaikki me eukaryootit olemme riippuvaisia mikrobeista: Ensinnäkin olemme riippuvaisia solujemme sisälle olevista mitokondrioista, ja kasvit ovat riippuvaisia myös viherhiukkasistaan, jotka alun perin olivat syanobakteereita. Kaikki me eukaryootit olemme riippuvaisia syanobakteereiden ja viherhiukkasten tuottamista hiiliyhdisteistä ja niiden tuottamasta hapesta. Myös typen suhteen olemme täysin riippuvaisia joko typensitojabakteerien ja syanobakteerien sitomasta typestä, tai siitä ilmakehän typestä joka sidotaan ammoniakiksi kasviperäisen, fossiilisista polttoaineista saadun energian avulla. Kaikki käyttämämme orgaaniset aineet ovat alun perin luonnon tuotteita. Vaikka tuotamme kaikenlaisia hienoja synteettisiä tuotteita, vaikkapa prosessoitua ruokaa tai lääkkeitä – niin niidenkin lähtömateriaalina ovat erilaiset luonnontuotteet, kasvit, eläinproteiinit, tai fossiiliset hiilifraktiot. Ja suurin osa eliökunnassa (tai ihmisen teknologisessa maailmassa) kiertävästä energiasta on fotosynteesin sitomaa auringon valon energiaa.

Lisäksi olemme riippuvaisia mikrobeista silläkin tavalla että hajottajamikrobit (tai eukaryoottien sisällä olevat eubakteeri-peräiset mitokondriot) kierrättävät biomassaan sidotun hiilen takaisin ilmakehään. Hiilen ja typen kierrätys biomassaan, ja siitä taas takaisin ilmakehään, tapahtuu mikrobien avulla.

Lähiaikoina ihminen on aikeissa lähteä pitkille tutkimusmatkoille – tai peräti pysyvästi asumaan – toiselle planeetalle, Marsiin. Sielläkin elämän ylläpitäminen tulisi perustumaan samantyyppisiin fotosynteettisten ja hajottajamikrobien ylläpitämiin biomassan tuotto- ja hajotusreaktioihin. Olosuhteet ovat karut – kaikelle elävälle tarvitaan riittävä suojaus säteilyä, kylmyyttä ja matalaa ilmanpainetta vastaan – mutta riittävästi suojattuna syanobakteerit voivat sielläkin sitoa ilman hiilidioksidia ja (NIUKASTI SAATAVANA OLEVAA) typpeä. Elämän raaka-aineiksi tarvitaan myös pieni määrä mineraaleja (K, Fe, Na, Ca, Mg …). Näitä voidaan liuottaa käyttöön Marsin kallioperästä kivensyöjä-syanobakteerien avulla. Suljetuissa olosuhteissa ja kierrätysjärjestelmissä eri syanobakteerit, yhdessä hajottajabakteerien kanssa, voivat ylläpitää raaka-ainekiertoa, ja sen kautta pientä kasvien ja eläinten (ihmisen) ekosysteemiä.

Täällä Maassa evoluutio on aikojen kuluessa tuottanut kaikenlaisia lajeja, mikrobeja, kasveja ja eläimiä, joita me ihmiset olemme oppineet hyödyntämään ruokana, kuituina, lääkkeinä ja vaikkapa maanparannusaineina. Kaikkia näitä hyödyllisiä ja tarpeellisia lajeja ei ole mahdollista viedä mukana tuonne uudelle kotiplaneetalla, mutta nyt on mahdollista toteuttaa sellainen ihmisen ohjaama supernopea evoluutio – eli geneettinen muokkaamis-operaatio – jonka avulla noita välttämättömiä hyötytuotteita päästään tuottamaan erilaisissa mikrobilajeissa.

17 kommenttia “Riippuvuuksia”

  1. Metusalah sanoo:

    ”Nyt on mahdollista toteuttaa sellainen ihmisen ohjaama supernopea evoluutio – eli geneettinen muokkaamis-operaatio – jonka avulla noita välttämättömiä hyötytuotteita päästään tuottamaan erilaisissa mikrobilajeissa.”

    90-luvulla jenkeistä kuului kummia: siellä oli geenitekniikalla kehitetty uusi tomaattilajike, joka kesti hyvin pientä pakkastakin kasvun siitä häiriintymättä. Tästä piti tulla sensaatio kasvinviljelyn ja ruoantuotannon alalla, vaan kuinkas sitten kävikään? Asia vaiettiin kuoliaaksi, koska jatkotutkimuksissa kävi ilmi, että uusi lajike tuottaa niin runsaasti toksiineja, että se ei kelpaa ravinnoksi sen enempää ihmisille kuin eläimillekään.

    Monet muistanevat myös ”sikalehmän”, eli sen onnettoman eläinparan, jolle sikana oli annettu lehmän kasvugeeni. Eläin saatiin kyllä syntymään, mutta sen kasvaessa raajat eivät kestäneet ruhon painoa. Eettisistä syistä aiheen jatkokehittely kiellettiin.

    Eli raskaiden virheiden kautta tätä ”supernopeaa evoluutiota” viedään eteenpäin. Ei ihme, että monet tiedemiehet suhtautuvat hyvin skeptisesti näihin hankkeisiin, vaikka uteliaat ja nokkelat kollegat niitä tämän tästä virittelevätkin.

    1. Kirsi Lehto sanoo:

      Geenimuunnettuja kasveja on viljelty ja käytetty hyvinkin onnistuneesti Jenkkilässä, ja muuallakin 90-luvulta lähtien – ei se ole sen kummempaa kuin muukaan kasvinjalostus, tosin vain tarkempaa, kohdennetumpaa ja tavoitteellisempaa. Ongelmat mitä siihen liittyy ovat lähinnä taloudellis-poliittisa — eli kuka kasvit omistaa, ja minkälaisiin taloudelisiin jatkovaikutuksiin ja viljelytekniikkoihin ne liittyvät. Jos on kysymys elintarvikkeiden tai muiden tarvikkeiden tuottaminen Marsissa olevalla retkikunnalle, niin siellä mahdollisimman tehokkaat ja ympäristöä säästävät menetelmät ovat varmasti aiheellisia, ja välttämättömiä.

      1. Metusalah sanoo:

        No joo. Kirsi hallitsee nämä faktat sata kertaa paremmin kuin minä. Tahdoin tuolla edellisellä kommentillani vain ilmaista sen asian, että meidän maallikoiden ei pidä ihan kritiikittömästi niellä kaikkea sitä, mitä tieteilijät eteemme tuottavat.

        Tässä linkissä on melko lyhyesti peketoituna infoa niistä riskeistä, joita geenimuumntelu – kaiken hyödyn ohella – pitää sisällään.

        http://www.gmovapaa.fi/gmo-tietoa/geenimuuntelun-ongelmia/

        1. Kirsi Lehto sanoo:

          Tämä GMO-keskustelu on valtavan tunnepohjaista – ja enimmäkseen pelkojen värittämää. Ihmiset pelkäävät sellaisen teknologian edessä, jota eivät voi itse omin käsin hallita eivätkä edes tarkkaan ymmärtää, ja joka kuitenkin vaikuttaa jokaiseen ihmiseen, jos se tuodaan elintarviketuotantoon. No, kuitenkin, se on vain teknologia – ja hyvin hyvin turvallinen koska se on ainakin täällä euroopassa säännöstelty ja valvottu yhtä tiukasti kuin lääketeollisuus. Sen käyttöön otto vaatii niin suuria testauksia, että täällä kenenkään ei enää edes kannata tehdä sitä. Siitä huolimatta että sillä olisi paljon potentiaalia ratkaista isoja ekologisia ja – myös – taloudellisia ongelmia ja haasteita.

          Tyypillisseti, erilaisia teknologioita voidaan soveltaa monenlaisiin tarkoitusperiin ja tavoitteisiin. Teknologiaa sinänsä ei ole syytä leimata pahaksi siitä huolimatta että sitä voidaan haluttaessa käyttää kyseenalaisiin tarkoituksiin. Eihän ole autoteollisuuden vika että liikenneonnettomuuksia tapahtuu, siksi että kuskit ovat huolimattomia, ja ydinteollisuutta ei voi kokonan leimata pahaksi, vaikka sitä voi käyttää myös pommien tuottamiseen.

          Jos ihminen aikoo asettua Marsiin asumaan, hänellä ei ole muuta selviytymisen mahdollisuutta kuin tuottaa mahdollisimman nopeasti sellaisia lajeja jotka voivat säilyä (suojattuna) siinä ympäristössä ja tuottaa kaasuista, valosta, vedestä ja kivestä niitä aineita mitä ihminen elääkseen tarvitsee.

          1. Minäkään en pidä geenimuuntelun käytöstä maataloudessa. Perusteluni on lähinnä se että tehokkaiksi optimoidut lajikkeet voivat olla (ja todennäköisesti ovat) jossain toisessa suhteessa heikompia, esim. heikompi kestävyys jotakin sellaista loista tai tautia tai ympäristöolosuhdetta vastaan jota ei kehitystyössä oltu älytty ottaa huomioon. Silloin saatetaan joutua luopumaan kyseisestä tehokkaasta lajikkeesta ja palaamaan takaisin johonkin perinteisempään ja vähemmän tehokkaaseen. Tilanne on ongelma jos ihmislaji on siihen mennessä jo ulosmitannut teholajikkeen hyödyn esim. lisääntymällä ja tottunut siihen ”kuin leivän syöntiin”. Äärimmäinen virittely ei ole viisasta kun on puhe ruoantuotannosta, pitää jättää marginaalia eli pelivaraa yllättäviä tilanteita varten. Tietysti voidaan kysyä että pakkoko on GMO:llakaan viritellä lajikkeita ihan äärimmilleen, mutta rajaa voi olla lainsäädännöllä vaikea vetää, ja firmojen talousjohtajat vetävät joka tapauksessa viran puolesta asiat aina tappiin. Sen takia kannatan konservatiivista pitäytymistä GMO:n ulkopuolella toistaiseksi. GMO:n käyttöönotto säilyy kuitenkin optiona pahan päivän varalle.

          2. Kirsi Lehto sanoo:

            Hmm — no joo. Ja onhan ihan perinteisilläkin keinoilla ja valinnalla nyt taas löydetty jopa suolaa kestävä peruna, joka huomattavasti auttaa vilejlyä sitten kun isot viljelyalat ovat jäämässä meriveden alle. Tai suolaantuvat liian kuivumisen takia. Siis – ehkä näille maanpäällisille ruuantuotannon haasteille viel pärjätään. Mutta sitten kun ihminen menee Marsiin niin siellä ei kyllä entisillä kasveilla eikä lajikkeilla pärjätä!

          3. Marsiin itse asiassa ei kannata mennä asumaan isommassa määrin. Parempi rakentaa pyöriviä keinopainovoimalla varustettuja habitaatteja vapaaseen avaruuteen (kuvia esim. nss.org/settlement/space/). Koska sellaisiin saa 1 g painovoiman, 1 bar ilmakehän ja Maata vastaavan säteilysuojan kunhan käytössä on riittävästi massaa – ja massaahan saa asteroideista louhimalla. Vapaan avaruuden habitaatit myös skaalautuvat paremmin, niiden kokonaispinta-ala ei rajoitu planeettojen pinta-alaan vaan voi olla niitä paljonkin suurempi. Aurinkokunnassa on sellaiseen riittävästi pienkappaleiden materiaa.

          4. Kirsi Lehto sanoo:

            Jees. Sinne! Tuollaanen ihan ihmisen tekemä olis varmaan hyvä, sen sais tehdä ihan sellaiseksi mitä ihminen tarvii, eikä tarviis samalla sotkea kaunista olemassa olevaa planeettaa…

            Mutta ruuan ja hapen tuotanto tuollaisella miniatuuri-taivaankappaleella tulee olemaan tosi hasteellista – vaikka eihän se tietysti muuta tarvitse, periaatteessa, kuin oikeita alkuaineita, energiaa ja pelkistyspotentia. Ehkä se onkin sitten kokonaan synteettistä sapuskaa, bioreaktoreista. Ehkä sopivia solulinjoja välissä muuttamassa pienet orgaaniset aineet esim. keinolihaksi ja keinosalaatiksi. Mutta tämä kyllä vaatii sitten geneettistä muokkausta, jos mikä.

        2. Jos puhutaan habitaatista jossa on esim. 30 neliökilometriä pinta-alaa, luulisi että siellä jo pärjäisi ihan kunnon ekosysteemi. Biosfääri2-koe jossa pinta-ala oli 1.2 hehtaaria elätti useita ihmisiä, vaikkakin koe keskeytyi liian pian jotta pitkän tähtäimen johtopäätöstä voisi tehdä. Suurin ongelma oli muistaakseni ilman tunkkaantuminen. Henkilömäärän pienentäminen suhteessa pinta-alaan olisi varmaan helpottanut koetta.

          Jotkut pullopuutarhurit ovat pitäneet elävää juoru-kasvia kymmeniä vuosia ilmatiiviissä metrin kokoisessa lasipullossa. Kaiketi pullossa on silloin tuottajasta (yksi) ja hajottajista muodostuva pieni ekosysteemi joka tulee toimeen keskenään vähintään kymmeniä vuosia.

          1. Kirsi Lehto sanoo:

            Jees! Ja tuikka kaikkien ravintoaineiden kierrätys on se salaisuus millä tuo ekosysteemi pysyy elossa. Tehokas kierrätys ratkaisisi paljon ongelmia isossakin ihmisen yhteiskunnan mittakaavassa!

  2. Harry Lehto sanoo:

    Tuosta pakkastomatista. Se pakkasen vaikutusta kestävä geeni otettiin pohjoisista kampeloista. Se ei vaan toiminut tomaatissa eikä estänyt jääkiteiden syntyä. Varsinaista toksisuutta tai ihmiselle kelpaavuutta ei päästy kokeilemaan.
    Viite:http://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.arplant.58.032806.103840

    Tomaatin pakkasenkesto ei olisi edes hirveä yllätys, kun suuresta capsicum sukulaissuvusta löytyy pakkasenkestäviä lajeja.

    1. Kirsi Lehto sanoo:

      Joo – ja kaikenlaiset hyötygeenit ja niiden tuotteet, sellaisetkin mitä on koetettu viljelykaseveihin siirtää, liikkuvat ravintoketjuissa muutenkin. Esimerkiksi erilaisia kylmänkestävyysgeenejä ja niiden tuotteita on jo aktiivisina olemassa kasvilajeissa jotka kestävät kylmää – samoin kaloissa — kumma että ne eivät siinä yhteydessään ole aiheuttaneet mitään huolta ihmisille. Eräs aiheellinen huolenaihe on kuitenkin antibioottiresistenssigeenit, joita nyky-käytännöissä käytetään siirtogeenisten solujen valintaan niiden tuottovaiheessa. On pidetty todellisena riskinä sitä että nämä resistenssigeenit voivat siirtyä villiin mikrobikantaan ja lisätä luonnonkantojen antibioottiresistenssiä…. No, mutta se varsinainen riskitekijä tässä asiassa on tolkuttoman suuri antibioottien käyttö sekä ihmisten että eläinten lääkinnässä. Tämän seurauksena mikrobit kehittävät aivan oma-alotteisesti resistrenssiä. Luonnonvalinta on se armoton tekijä joka voi tehdä ihmisen teknologiat haitallisiksi tai käyttökelvottomiksi – ja lääketieteen alalla tähän sopeudutaan kehittämällä sitten aina uusia ja korvaavia teknologioita.

    2. Metusalah sanoo:

      Kiitos Harrylle tarkennuksesta. Tässä on nyt mahdollista se, että muistin väärin jonkin yksityiskohdan, tai sitten Harryn linkki koskee jotakin myöhempää tutkimusta:
      ”First published online as a Review in Advance on February 19, 2008.”
      En löytänyt netistä tuota itse kertomaani pakkastomaattikoetta, mutta se oli varmuudella 1990-luvulta.

      1. Kirsi Lehto sanoo:

        Tietoakin liikkuu niin monenlaista. Sitä on hyvä keskustella ja arvioida – mitään ei voi ihan suoralta l´kädeltä pitää varmana, paits niitä juttuja mitkä on korkeimmin arvositetuissa vertais-arvioiduissa lehdissä…

  3. Kosmos sanoo:

    Luonto on todella tehokas kierrättäjä. Lawrence Krauss’in kirjasta Atomi, olen lukenut, että meissä jokaisessa voi olla jokunen atomi, joka on ollut Jeesuksessa, Julius Caesarissa ja kaikissa menneisyydessä eläneissä ihmisissä, eläimissä ja kasveissa.
    Juomme, syömme ja hengitämme esivanhempiemme tuhkaa. Lämmitämme asuntojamme ja tankkaamme kulkuneuvojamme menneiden(ja nykyisten) elämänmuotojen kierrätysjätteellä.
    Jotenkin tuntuu merkilliseltä, että tulen olemaan osa elollista luontoa myös tulevaisuudessa. Vieläpä monella tasolla. Suuri osa geeneistäni säilynee pitkälle tulevaisuuteen. Ovathan ihmist sukua toisilleen 99, jotakin prosenntisesti. Jos ihminen lajina katoa, siinnäkin tapauksessa elämä ehkä jatkuu…

    1. Kirsi Lehto sanoo:

      Hienoa tiedostaa tuo juttu! Kaikki ollaan osa yhtä suurta kokonaisuutta, osa suurta alkuaineiden kiertoa, osa suurta geenipoolia, osa samaa eliökuntaa, osaa samaa enerigian läpivirtausta…

    2. Kirsi Lehto sanoo:

      Hienoa tiedostaa tuo juttu! Kaikki ollaan osa yhtä suurta kokonaisuutta, osa suurta alkuaineiden kiertoa, osa suurta geenipoolia, osa samaa eliökuntaa, osaa samaa energian läpivirtausta, osa yhteista tietoisuutta ??

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *