Elämän keitaita

Keitä me olemme?

17.10.2019 klo 13.39, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Luonnontieteiden ja filosofian piirissä on pitkään pohdittu olemassa olomme peruskysymyksiä ”mistä me tulemme, mitä olemme ja minne olemme menossa”. Tieteelisemmin muotoillen: miten fysiikka ja kemia, luonnonlakien ohjaaman, ovat tuottaneet niinkin monimutkaisen ilmiön kuin elämän? Miten ensimmäinen elämän-rääpäle on kehittynyt niinkin monimutkaisiksi eliöksi ja eliökunnaksi mitä me nyt täällä tunnemme? Entä, mikä tätä eliökuntaa odottaa tulevaisuudessa? Nykyään vastauksia näihin kysymyksiin aletaan pikkuhiljaa ymmärtämään sekä kemian että solu- ja evoluutiobiologian kautta.

Tällaisten suurten ulottuvuuksien kysely ja ihmetely sinänsä on aika ihmeellinen kyky, ja siihen taas tarvitaan sellaista mielen ominaisuutta kuin ”tietoisuutta”. Me olemme tietoisia olemassa olostamme, ja siitä että olemassa olollamme on menneisyys, ja oletettavasti myös tulevaisuus. Meillä on myös kokemus ja tietoisuus siitä että olemme tietoisia; siltä ainakin tuntuu, varmasti niin. Tietoisuuden kautta myös hahmotamme, jotenkin, ”keitä me olemme”. Tietoisuuden kautta syntyy jonkinlainen omakuva.

Tietoisuus on outo, ihmisen mielenmaisemaan sijoittuva ominaisuus, jonka avulla hahmotamme itsemme, identiteettimme ja ympäristömme. Tietoisuus auttaa meitä ymmärtämään ja jäsentämään ympäröivää maailmaa. Tämä ominaisuus on meille hyvin tärkeä: ajatellaan, että nimenomana tietoisuuden asnsioista me ihmisen lajiset olemme älykkäitä, taitavia, tuntevia, viisaita ja empaattisia olentoja, siis ihmisiä.

Mutta luonnontieteille, ja psykologialle, tietoisuus on asia jonka olemusta on vaikea ymmärtää. Sen tiedetään olevan olemassa, mutta ei tiedetä miten se on syntynyt, missä se sijaitsee, tai mitä se on. Näitä kysymyksiä on ollut vaikea lähestyä ja tutkia, sillä koko tuo ominaisuus  on niin epämääräinen ja aineeton, pelkkä mielikuvista ja tuntamuksista muodostuva ilmiö, että siitä on hyvin vaikea saada kiinni. Tietoisuuden on vaikea tutkia itseään.

Princetonin yliopistosta toimiva neurotutkija Michael Grazianon kertoo artikkelissaan ”What is consiousness?” New Scientist lehdessä (3248: 34-37) tietoisuuden tutkimisen taustoista. Artikkelin mukaan tietoisuuden olemuksesta on esitetty aika erikoisiakin teorioita. Sen on ehdotettu olevan jotakin korkeamman tason informaatiota, tai jopa jotakin monesta suunnasta koostuvaa ja integroituvaa (emergenttiä) informaatiota, jota olisi olemassa kaikessa mitä maailmassa on, mm. kasveissa, planeetoissa, planeettakunnissa tai maailmankaikkeudessa. Tämän kaikkialla olevan informaation kvantitaavinen yksikkö olisi Phi, ja ihmisen aivoissa sitä olisi enemmän kuin missään muissa tuntemissamme kokonaisuuksissa. Tietoisuus voisi olla myös jonkinlainen illuusio tai harha. Näille teorioille ei kuitenkaan ole olemassa mitään käytännön todistusta. Se voisi olla myös aivojen luoma virtuaalinen työpöytä, tai alusta, jolla aivot käsittelevät kaikkia sisäisiä ja ulkoisia havaintojaan, ja ehkä tämä nyt voisi olla juuri sellainen käsite mistä tietoisuuden olemus voisi lähteä avautumaan.

Michael Grazianon tutkimusryhmä lähestyy tietoisuuden kysymystä omasta erikoisalueestaan, eli vartalon motoriikan hallinnasta käsin. Motoriikan toimintamalli ymmärretään jo varsin hyvin. Vartalon kaikkien erillisten ja samanaikaisten liikkeiden hallinta on hyvin haastava tehtävä aivoille, sillä aivot joutuvat koko ajan hallinnoimaan suuren joukon erilaisia lihaksia ja niiden liikeratoja. Suoritukset tapahtuvat nopeasti ja tarkasti, niihin liittyy suuri määrä soluja ja solukoita, ja niiden reaktioita ja aistiärsykkeitä. Aivot eivät voisi käsitellä kaikkea tätä informaatiovirtaa erikseen, yksitellen. Sen sijaan, ne hallinnoivat tätä kokonaisuutta rakentamalla siitä mallin, tai karkean kuvan, jonka avulla ne voivat nopeasti hahmottaa sen mitä on tekeillä, ja missä kohtaa ja minkälaista liikettä tai reagointia tilanne vaatii. Mielikuva, tai ruumiin kartta, toimii jonkinlaisena hallintakeskuksena tai pohjapiirroksena jonka avulla aivot pystyvät operoimaan monimutkaista toimintakenttää.

Grazianon ryhmä ehdottaa, että mieli rakentaa samalla tavalla kokonaiskuvaa myös kaikesta muustakin, sekä ympäröivästä maailmasta, ihmisen havainnoimista asoita, ihmisestä itsestään ja hänen mielenliikkeistään, ja hänen paikastaan maailmassa. Kokonaiskuva rakentuu kaikesta mitä ihminen havaitsee, tietää ja oppii. Kuvan rakentamisen pitää olla valikoivaa, niin että se tarkentuu vain tärkeisiin ja oleellisiin asioihin. Mielenmaiseman valikoiva rakentaminen toimisi siis samoin kuin valikoiva muisti.

Aivoihin tallentunut maailmankuva ei siis ole mielikuvituksen luoma illuusio, vaan aivojen hahmottama piirros tai kartta, tai moniulotteinen tarina tai sarjakuva, jonka avulla  ihminen jäsentää ja mieltää kaikki vastaan tulevat asiat. Se on työkalu jonka avulla mieli pystyy fokusoimaan havaintojaan ympäristön tärkeisiin kohteisiin, ja ymmärtämään niitä jollakin mielekkäällä tavalla. Tuota työkalua voisi myös ajatella maailman ”kuvajaisena”, jonka kentässä ihmisen mieli operoi, kuin kuvastimessa.

Tältä pohjalta voisi ajatella että monilla eläinlajeilla, kaikilla niillä jotka muistavat entisiä tekemisiään, oppivat tunnistamaan oman elinympäristönsä ja sen lajiston, ja oppivat kaikenlaisia asioita – näillä kaikilla olisi olemassa jonkinlainen tietoisuus. Ja miksipä ei olisi. Se kun ei vain muutu sanoiksi, se ei ole tarkkaan jaettavissa kenenkään kanssa.

Mielen karttateorian pohjalta Grazianon ehdottaa että samankaltainen, ihmisen mieltä muistuttavat tietoisuus voitaisiin ohjelmoida myös robottiin. Siihen tarvittaisiin neljä elementtiä: Tarvitaan havainointikyky joka syöttää robotin tiedostoon ympäristön perustiedot, pohjapiirros (tai perustarina) johon kaikkia uusia havaintoja verrataan, sopivasti/riittävästi taustatietoa kaikista havaituista kohteista, ja sitten laaja datapankki jolla kaikkia muuttuvia parametreja voi nimetä ja käsitellä.

Kuulostaa siltä että tuo digitaalisesti rakennettu mielenmaisema ja maailmankuva jäisi kuitenkin kovin karkeaksi. Meillä ihmisillähän tietoisuus on loputtoman monivivahteinen. Se rakentuu jatkuvien aistihavaintojen, ihmisten välisen sanattoman viestinnän, puhutun kielen, alitajuisen oppimisen ja tietoisen opettelun, samoin kuin kaikkien omien kokemusten ja tunnetilojen kautta.

Ihmisten tietoisuuden perusteet – se kaikista kestävin ja pysyvin maailmankuva – ilmeisesti rakentuu jo aivan varhaisissa elämän vaiheissa, siinä vaiheessa kun kaikki asiat omaksuttaan itsestään selvyyksinä ja vallitsevina tosiasioina. Pienen ihmisen mielen pohjalle tallentuvat havainnot siitä miten muut ihmiset reagoivat häneen itseensä ja toisiinsa, sinne tallentuu lapsen lähellä olevien ihmisten ilmeinen arvomaailma. Kasvatus näitä arvoasetelmia sittemmin vielä vahvistaa, ja mielikuvien voimakkuus varmaankin korreloi sen kanssa, miten tehokkasti niitä pienelle ihmiselle opetetaan. Maailmankuvat, ja samalla mielen peruskartat, siirtyvät ihmistyhteisöissä ja sukupolvelta toiselle.

Tietoisuus rakentuu ja tarkentuu myös kaikkien aistimaailman havaintojen, kohtaamisten ja kokemusten kautta: näkemällä, kuulemalla, maistamalla, haistamalla ja kokemalla me rakennamme maailmankuvaamme. Mielen prosessoinnin ja puhutun kielen avulla havaintomaailma muuttuu käsitteiksi, joita voi sitten pohdiskella tai jakaa muille sanojen avulla. Mahtava kommunikaatio- ja asioiden jäsentelyprosessi tapahtuu sekä ihmisen mielessä, että ihmisten välillä.

Vaikka tuon toiminnan ja tietojen hahmottamisen perustoiminnat voisikin rakentaa koneelle digitaalisesti, ja tietopankkien avulla, niistä jäänee kuitenkin puuttumaan ainakin kaikki henkilökohtaisten kokemusten, mieltymysten, tykkäämisten, ihastelun tai kauhistelun tunteet, ja käsitteet siitä mikä on hyvää, mikä pahaa. Moraali ja oikeuden tunto ovat aika syvälle koodattuja ja monitahoisia elementtejä ihmisen tajunnan pohjakiirroksessa, mutta ne ovat niin abstrakteja ja hienovaraisia asoita että niitä lienee vaikea koodata koneen muistilevylle. Vai onko?

Miten ruokitaan miljoonan ihmisen siirtokunta Marsissa

25.9.2019 klo 21.10, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Pelkkää suurta sattumaa?

6.9.2019 klo 17.15, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Elämän mahdollisuudet Marsissa

12.8.2019 klo 23.17, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Niin ne olosuhteet muuttuvat aikojen saatossa, planeettojenkin mittakaavassa. Useita miljardeja vuosia sitten Marsinkin pinnalla vielä lainehti mittavan laajuinen valtameri (https://svs.gsfc.nasa.gov/13016). Planeetalla oli sen verran ilmakehää että vesi pysyi planeetan pinnalla nestemäisessä muodossa. Olosuhteet olivat ilmeisesti elämälle suotuisat.  

Mutta oliko siellä silloin elämää? Olisiko tuon mahdollisen elämän jälkeläisiä vielä piilossa jossakin Mars-planeetalla, suojassa kosteissa maakerroksissa, tai pinnanalaisissa jää-tai vesitaskuissa?

Tämä on yksi astrobiologian keskeisimpiä kysymyksiä. Syyskuun alkupäivinä Orleansissa pidettävän EANA-kokouksen (http://www.eana-net.eu/index.php?page=Conferences/conferences) puheista useimmat käsittelevät erilaisten bakteerilajien selviytymismahdollisuuksia Marsin kaltaisissa olosuhteissa. Nuo olosuhteet ovat esimerkiksi hyvin suolaisia perkloraattiliiuoksia, Atacama-autiomaan tyyppisiä kuivia, kovan säteilyn olosuhteita, tai oikeita simuloituja Marsin olosuhteita.  Kaikista kestävimmät lajit säilyvät näissä testiolosuhtiessa, jos ovat suojattuna säteilyltä.

Marsin muinaisia tai nykyisiä olosuhteita lähtee seuraavaksi paikan päälle tutkimaan Mars 2020 luotain, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/. Sen  laskeutuja-mönkijä kuljettaa mukanaan poraa jolla se pääsee kaivamaan näytteitä syvältä pinnan alta. Monenlaiset kamerat ja mittalaitteet tunnistavat mineraaleja ja orgaanisia yhdisteiä. Se kerää kiinnostavia kiviä kasaan odottamaan sitä, että jokin myöhempi lento hakee ne sieltä maahan tutkittavaksi. Tällä lennolla on tavoitteena määrittää onko Marsissa ollut koskaan elämää, tutkia sen ilmastoa ja geologiaa, ja valmistella teknologiaa ja menetelmiä miehitettyä Mars-lentoa varten. https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/science/goals/#mars2020-goal-4. Miehitetyn lennon oletetaan toteutuvan 2030-luvulla, ja se on osa NASAn pitkän aikavälin tavoitteita miehitettyjen avaruuslentojen kehittämisessä.

Näyttää siis todennäköiselle että myös ihmiset tulevat vierailemaan Punaisella Planeetalla lähivuosikymmenien aikana. Mutta tästä päästäänkin seuraavaan kysymykseen: onko ihmisen kohtalona joskus myös asettua sinne pysyvästi asumaan ja elämään? Onko mahdollista, tai todennäköistä, tai edes suotavaa, että ihmisten unelmat ja suunnitelmat Marsin siirtokunnista tulisivat toteutumaan. Näitä kysymyksiä pohditaan URSAn blogaajien kesken Long Play tiedeiltamissa Cafe Mascotissa illalla 13.8.

Ihmisen levittäytymistä Marsiin voidaan perustella useilla erilaisilla tavoitteilla, joista ilmeisimpiä lienee uuden taloudellisen ja asutustoiminnan aloittaminen, tai Marsin maaperän mineraalien louhiminen ja hyödyntäminen. Toinen, dramaattisempi perustelu on se että tuollainen kaukainen tukikohta olisi turvapaikka jossa ihmisen laji voisi säilyä jos olosuhteet Maassa tulevat elinkelvottomaksi.

Mielestäni ihmisen säilymisen mahdollisuudet kaikissa tapauksissa, kaikissa olosuhteissa, ovat kuitenkin paremmat Maa-planeetalla kuin Marsissa. Ihmisellä ei ole mitään mahdollisuutta perustaa pysyvää asutusta Marsiin. Josko vaikka olisikin teknisesti mahdollista rakentaa riittävät rakenteet suojaamaan ankaralta ympäristöltä (säteilyltä, tyhjöltä, kylmyydeltä) niin näiden tuottaminen ja ylläpitäminen pitkän huoltoetäisyyden takaa, Maasta käsin, on aivan liian kallista, täysin mahdotonta. Perustarvikkeiden, eli hapen ja veden tuottaminen Marsin paikallisista vesivarastoista voi olla mahdollista, täysin suljettujen kierrätyssysteemien avulla, mutta riittävän ravinnon tuottaminen minkään kokoiselle ihmisryhmälle ei niissä oloissa ole mahdollista.

Kotieläintuotannon vanha perusohje on että Suomen oloissa yksi ”eläinyksikkö” voidaan pitää yllä noin jalkapallokentän kokoisen peltoalan tuottamalla rehulla. Sama pätenee myös ihmisen ruuantarpeeseen. Maan tuottavuus toki vaihtelee suuresti riippuen lämpötilasta, ja hiilidioksidin ja veden, sekä typen ja muiden  ravinteiden määrästä. Marsissa kaikki nämä kasvintuotannon resurssit ovat hyvin rajalliset. Lisäresurssien rahtaaminen Maasta on niin kallista, että se on käytännössä mahdotonta.

Ne yrittäjät tai tutkijat jotka haaveilevat Marsin asuttamisesta voisivat mennä testaamaan selviytymistaitojaan Etelänapamantereelle. Siellä toki ihmiset elävät ihan mukavasti miehitetyillä tutkimusasemilla, mutta täysin muilta mantereilta tuotujen resurssien varassa. Selviytymistesti pitäisi tehdä Biosfääri 3 –tyyppisessä tukikohdassa, missä asukkaat saisivat tulla toimeen täysin omavaraisesti, apunaan vain sen verran tarvikkeita mitä yhdellä tai parilla avaruuslennolla voisi kuljettaa. Elämä olisi varmaan aika karua – mutta silti merkittävästi helpompaa kuin Marsin olosuhteissa.

Aikavaellusta tunturipoluilla

5.8.2019 klo 17.24, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Terveiset Utsjoelta. Vierailimme siellä parin aikavalelus-aktivistin voimin, vietimme viikonloppua ja vaelsimme Utsjoen URSAn väen opastuksella uutta Arktista aikavaellusreittiä. Tämä uusi aikavaellusreitti on nyt syntymässä sinne, ikiaikaisille tunturipoluille. Mikä olisikaan sopivampi ympäristö tähän tarkoitukseen! Utsjoen hiljaisessa, pelkistetyssä vaaramaisemassa, ikiaikaisilla vuorenrinteillä on helppo kuunnella ajan siipien havinaa ja katsella maailman muutosta, kuin ulkoa päin tarkastellen.

Utsjoelle kaavailtu Arktinen aikavaellus on mittakaavaltaan samanlainen kuin Turun vastaava reitti: se kuvaa koko maailman luonnnonhistoriaa 13,8 km aikajanalla, niin että jokainen metri vastaa miljoonaa vuotta. Kuitenkin reitin asettelu maastoon on hiukan erikoinen, ja sellaisenaan mielikuvitusta kiehtova: Maailman historian viimeisimmät 8 miljardia vuotta käydään läpi 8 km mittaisella polulla joka lähtee koulukeskuksesta, nousee Annagurra-vaaran laelle ja ylätasangolle, ja laskeutuu taas Kirkkotupien kohdalla takaisin nelostien varteen. Tällä polulla ehditään käydä läpi koko Maa-planeetan historia, ja kosmista kehitystä siihen asti missä oma Linnunratamme oli muodostumassa.  Yhden päivän vaellukseksi tuo 8 kilometriä, ylös ja alas vuoren rinteitä, kiveltä kivelle askeltaen tai kiviä kierrellen onkin jo riittävä haasteellinen.

Tuossa haasteellisuudessa on se kiintoisa puoli että tämä luonnon muovaama polun pohja kaikkine esteineen symboloi maailman historiaa paljon paremmin kuin tasaisella asfaltilla vaeltaminen. Tunturipolulla voi ajatella että jokainen kivi merkkaa vastaavan pituista aikaa. 10 cm:n kokoinen kivi edustaa esim. 100 000 vuoden mittaista tavallisen jääkauden kestoa. 30 cm:n kokoinen kivi osoittaa koko oman lajimme olemassaolon pituuden, ja 1 cm:n kokoinen kiven siru osoittaa meidän koko tunnetun kulttuurimme ikää. Myös sadan tai kolmensadan miljoonan pituisille totaali-jääkausille voi maastossa hahmottaa sopivan kokoisia mittakaavoja.

Myös menneitä ilmastonmuutoksia on helppo havainnollistaa  siellä Lapin perukoilla sanomalla, että vielä 32 miljoonaa vuotta sitten trooppisen ilmaston kasvillisuus ulottui sinne Maan pohjoisimmille reunoille. Sellaisina lämpiminä kausina myös valtamerten pinta on ollut noin 100 metriä korkeammalla kuin nykyään. Meri on peittänyt suuren osan Eurooppaa, ja myös Suomenkin pinta-alaa.

Utsjoen Kirkkotuvilta vaellusreitti jatkuu vielä viisi kilometriä upean tunturikoivikon peittämää laaksoa, tunturipuron vartta myötäillen läpi kosmisen kehityksen, ja aina alkuräjähdykseen asti. Alkuräjähdyksen merkkipaalu sijoittuu tunturisolan taakse, Nammajärven laavulle. Tässäkin sijainnissa on oma symboliikkansa: emme voi jatkaa matkaa enää alkuräjähdyksestä eteenpäin, vaan joudumme palaamaan samaa polkua takaisin. Vaelluspolku on kuitenkin niin upea ja mietittävät asiat niin isoja, että tuo osuus kyllä kannattaa kävellä vaikka edestakaisin. Tämäkin on mukava ja ihan riittävä päivävaellus meille, kenen kunto ei ole enää ihan huipputasoa.

Tämä toimiva vaellusreitti on nyt siis valmiiksi katsottu ja suunniteltu Utsjoen maastoon. Utsjoen URSA hakee parhaillaan rahoitusta hankkeelle jossa he viitoittavat reitin informaatiotauluilla, toivottavasti ensi kesään mennessä. Sen jälkeen toivotammekin teille kaikille tervetuloa tunturipoluille vaeltamaan. Tarjolle saadaan myös asiantuntevaa opastusta, jotta voimme sitten yhdessä visioida ja miettiä maailman muutosta kautta aikojen, menneisyydessä. Niistä peilaten voimme ajatella myös tulevaisuudessa odottavia muutoksia.  

Outoja elämänmuotoja etsimässä

26.6.2019 klo 01.06, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

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.

Kesäyön aurinkoa Marsissa

17.6.2019 klo 08.41, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Näin keskikesön aikaan täällä pohjoisilla leveysasteilla saamme ihastalla ja ihmetellä oman ympäristömme suurta elinvoimaa ja energiaa: on valoa, on vihreyttä. Pellot ja metsät sitovat aurinvaloa niin että rytisee, ja tuottavat biomassaa. Tämä pitää yllä meidän omaa lajiamme, ja me osaavat ihmiset hyödymme sitä lukuisilla tavoilla Toki tuo biomassa pitää yllä kaikenlaista muutakin elämää, ensinnäkin kaikkea sitä vihreyttä itseään, sekä kaiken eläinkunnan, kaikenkokoisen ja monimuotoisen, sekä kesyt että villit eläimet. On sopivan lämmintä, kaunista ja ihanaa. Kaikki me tässä ajassa elävät eliöt olemme sopeutuneet elämään juuri näin. Tämä on lintukoto, missä kaikki tuntuu olevan hyvin.

Tämän ihanuuden keskellä tulee mieleen taas se, että jotkut tahot ihan tosissaan suunnittelevat ja miettivät sitä, miten ihminen voisi sopeutua elämään Marsissa. Astrobiologian näkökulmasta Marsiin meno  on tietysti perusteltua ja tärkeääkin. Tätä ajaa tietämisen pakkomielle: olisi suuresta merkityksestä, jos tietäisimme onko sielläkin, aivan toisenlaisissa ja karuissa oloissa elämää. Koko olemassa olomme tulisi ehkä selkeämmäksi, jos saisimme selville olisiko tuo toisen planeetan elämä perustaltaan samaa kuin on tämä elämä minkä täällä Maan päällä tunnemme, vai olisiko se erilaista.

Marsista löytyvä elämä ehkä antaisi osviittaa myös siihen, millaista elämää meidän kannattaisi koettaa havaita muualta, muista vieraista maailmoista, tai eksoplaneetoilta: pitäisikö sieltä tähyillä jokakin sellaista joka toteutuu samanlaisen biokemian varassa kuin täällä maassa, vaiko ehkä jotakin ihan muuta. Marsista ehkä löytyvä elämä ehkä hiukan selventäisi kysymykstä siitä, miten elämään ylipäänsä pitäisi määritellä, ja millä perusteella sitä voitaisin havaita.  Tosin, Mars on niin lähellä Maata että se ei suinkaan kerro meille vielä elämän koko tarinaa. Onhan mahdollista että sama eliökunta on levittäytynyt näille naapuriplaneetoille. Jos näin on, se taas kertoisi paljonkin siitä, mihin kaikkeen tämä tällainen elämä saattaa sopeutua.

Joka tapauksessa: jos Marsisssa on elämää, se lienee asustanut siellä jo lähes niin kauan kuin tuo planeetta on ollut olemassa. Se on kotiutunut sinne, ja viihtyy siellä yhtä hyvin kuin me viihdymme täällä keskikesän ihanuudessa.

Seuraava suuri periaatteellinen kysymys on se, olisiko meillä oikeutta asettautua sinne asumaan ja muuttaa olosuhteita ja lajistoa niin, että paikalliset lajit  katoaisivat. Näinhän me ihmiset olemme tehneet täällä Maassa. Emme ole olleenkaan epäilleet oikeutustamme siihen. Lähtökohtaisesti pidämme elämän perusominaisuutena ja oikeutena sitä, että vahvimmat valtaavat maan ja ottavat käyttöönsä kaiken, minkä tarvisevat (kuten eräässä kasakka-sananalaskussa: kaiken mikä on irti). Voittajat määräävät sen miten maailma kehittyy eteenpäin. Selviytyjät kirjoittavat sekä fossiilihistorian, että tiedostetun ja muistiin merkityn historian.

Ehkä kuitenkin asioiden tiedostaminen ja ymmärtäminen vähitellen myös vähentävät hyväksikäyttämisen oikeutta, ja lisäävät suojelemisen velvollisuutta.

Täällä Maassa planeetan suojelemisen näkökulmaa ja velvollisuutta lisää myös se, että alamme jo ymmärtää myös oman kohtalonyhteytemme koko planeetan eliökunnan kanssa. Viimeisen sadan vuoden aikana ihminen on valloittanut planeetan lähes kokonaan itselleen – mutta kaiken ”herruus” ei olekaan meille eduksi, koska oma lajimme on riippuvainen koko biosfäärin hyvinvoinnista.  Tälläkin planeetalla voisimme muuttaa elämäntapamme planeetan häikäilemättömän hyväksikäytöstä planeetan intohimoisen suojelun suuntaan.  Voisimme alkaa ajatella että planeetan monimuotoinen eliökunta, sen maa- ja kallioperä ja sen suuret geologiset prosessit ovat oma itsellinen olemassaolon muotonsa, jotka eivät ole kenenkään omistettavissa, vaan josta meidän tietoisten olentojen kuuluu pitää huolta. Vähän samaan tapaan miten alkuperäiskansat ovat joskus aikoinaan ajatelleet.

Kaikista hulluin on se ajatus, että meidän pitää vallata Mars, jotta voimme muuttaa sinnen sitten kun me pilaamme tämän planeetan asuinkelvottomaksi. Korkean säteilyn takia siellä sitten elettäisiin jossakin suljetuissa luolissa tai pinnan alla tunneleissa. Siellä meillä ei olisi mitään.  Ei valoa, ei lämpöä, ei vapaata vettä, ei ilmaa eikä tuoksuja, ei muita lajeja, ei raitista ilmaa missään, ei naapureita. Olisi vain haiseva, paikallaan kiertävä sisäilma, ja loputon taistelu hengissä selviämisestä. Tällaista loppusijoituspaikkaa on aiemmin kutsuttu vankityrmäksi tai kuolemanselliksi.

Marsissa asuminen on siis mielestäni kammottava ajatus. Ihmiset sinne kuitenkin vielä menevät, ainakin käymään joksikin aikaa. Ensiksi ei mennä asustelemaan, vaan jostakin aiheellisemmasta syystä, eli tutkimaan ja ymmärtämään asoita ja olosuhteita. Itse kuvittelen että eräs valoisampi vaihtoehto tällaisen retkikunnan asuinpaikaksi olisi kesäaikaan napajäätikön alla olevassa jää-luolassa. Kesäaikaan aurinko ei laske napa-alueilla, se valaisisi tehokkaasti, ja ohuen ilmakehän ansiosta se lataisi tehokkaasti aurinkopaneeleja, jos ne käännetään kohtisuoraan aurinkoa kohti. Valoa, energiaa ja lämpöä siis riittäisi. Paksu jäätikkö riittäisi säteilysuojaksi, ja jäästä sulava vesi olisi lähellä saatavissa. Tosin tuo lienee niin herkkä ympäristö että siellä pitäisi elää hyvin nätisti. Ja valoisaa päivää riittäisi vain vajaa puoli vuotta. Sitten pitäisi siirtyä vastakkaiselle napajäätikölle.

Mutta HEI, jokatapauksessa: toivottelen kaikille ihanaa juhannusta. Nautitaan nyt oikein tietoisesti tästä upeasta planeetasta!

Astrobiologiaa Euroopassa

31.5.2019 klo 18.22, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

No niin, eurooppalainen astrobiologia etenee nyt rymisten kohti tieteen tuntemattomia rajoja.

Asiasta kiinnoostuneet tahot kokoontuivat kuluneella viikolla Tsekin Liblicessä, ja perustivat euroopan astrobiologiainstituutin. Sen tiedot löytyvät täältä:

http://europeanastrobiology.eu/ga2019/index.html

Mukana on paljon väkeä Euroopan suurista tutkimuskeskuksista. mm. DRL:stä (Saksan ilmailu-ja avaruustutkimusinsituutti), UK:n uudesta, vasta perusteilla olevata astrobiologiakeskuksesta, Espanjan astrobiologiakeskuksesta, Ranskan luonnontieteiden tutkimuskeskuksesta CNRS:stä, Belgian vastaavasta tutkimuslaitokseasta, Italian kansallisesta astrofysiikan tutkimuslaitoksesta, Tsekin tiedeakatemiasta ja lukuisista muista tavallisista yliopistoista. Suomesta on toistaiseksi ilmoittautunut mukaan Turun yliopisto. Instituutin katto-organisaatio on ESF.

Tuohon instituuttiin on nyt perustettu aika monta työryhmää – tässä listattuna selvyyden vuoksi alkuperäisellä englanninkeilisellä nimellään:

• Formation and Evolution of Planetary Systems and Detection of Habitable Worlds
• The Pathway to Complexity: From Simple Molecules to First Life
• Planetary Environments and Habitability
• Evolution and Traces of Early Life and Life under Extreme Conditions
• Biosignatures and the Detection of Life beyond Earth
• Historical, Philosophical, Societal and Ethical Issues in Astrobiology

Sekä joukko toimintaryhmiä:

• Policy and Funding
• Education
• Field work and Field Site Management
• Access to European Research Infrastructures and Analysis Facilities
• Outreach, Media and Corporate Identity
• Dissemination and Intellectual Output
• Industry Liaison

Nämä koko EAI:n nyt järjestäytyvät ja aloittavat raivokkaan rahoituksen hakemisen, aloilla joilla kunkin johtohenkilöt ovatkin tietenkin jo vanhoja toimijoita. Näihin ryhmiin on varmasti helppo assosiotua ihan vain ottamalla yhteyttä kunkin ryhmän johtajaan, joiden nimet pian ilmestynet tuonne verkkosivulle)

Toinen mainittavan suuri taho tämän alan tutkimuksessa on Europlanet – joka EU:n rahoittamien Research Infrastructure (RI) ohjelmiensa puitteissa toimii merkittävänä avaruustutkimuksenrahoittajana Euroopassa. Se järjestää myös vuotuisia Euroopan avaruustutkimuksen kongresseja https://www.europlanet-society.org/european-planetary-science-congress/. Vuonna 2021 tämä kokous järjestetään Helsingissä, paikallisena järjestäjänä toimii ilmatieteen laitos.

Tervetuloa aikavaellukselle

12.5.2019 klo 18.51, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Tulevana lauantaina, 18.5., vietetään Tuorlan observatoriolla/tiedekeskuksessa kaiken kansan tiedepäivää. Päivän teemana on Muuttuva Maailma. Se varsinaisena aiheena on uuden lyhyen (1,38 km) aikavaellusreitin avaaminen. Tämä reitti sitten myös esittelee maailman muutosta, kautta aikojen. Tarjolla on opastettuja vaelluksia aikavaellusreitillä, planetaarioesityksiä, tiedepajoja ja pullakahvia.

Nykyään elämme maailmassa suuren muutoksen aikoja. Muutos ei tunnu ollenkaan mukavalle ajatukselle, se huolestuttaa ja pelottaa. Sen syitä on vaikea ymmärtää, ja sen seuraukset ovat tuntemattomat, niinkuin tulevaisuus aina on.

Maailman muutosta on kuitenkin helpompi hahmottaa ja ymmärtää jos katsomme ajassa taaksepäin: geologisten aikakausien mittakaavassa koko maailman tila muuttuu jatkuvasti. Mantereet vaeltavat paikasta toiseen, planeetan ilmakehän koostumus ja ilmastotyypit vaihtelevat lämpimistä ”kasvihuoneolosuhteista” pitkiin jääkausiin. Lajisto muuttuu aina sellaiseksi joka kulloisissakin oloissa voi selviytyä.

Nykyinenkin lajisto on  aiempien ilmastonmuutosten tuottamaa. Me ”ajattelevat ja viisaat ihmiset” (Homo sapiens) ja meitä edeltäneet esi-isälajit olemme kehittyneet ilmaston aiheuttamissa  muutospaineissa. Noin 6 miljoonaa vuotta sitten viilenevä ja kuivuva ilmasto  muutti itäisen Afrikan  sademetsät kuivaksi savanniksi. Tässä vaiheessa ihmisten kehityslinja erosi isojen apinoiden, eli simpanssi-serkkujen kehityslinjasta. Ilmaston jäähtyminen edelleen  pakotti varhaiset esi-ihmiset siirtymään asumaan savenneilla, kävelemään pystyasennossa ja kehittymään älykkäämmiksi ja taitavammiksi metsästäjiksi ja keräilijöiksi.

Kun olosuhteet kävivät riittävän haasteellisiksi, ihmisen esi-isät ja pikkuserkut (mm. Homo erectus, H. neanderdalis, H. denisovan) vaelsivat kauas maailman ääriin. Jääkausiin liittyvät matalat merenpinnat sallivat vaeltamisen uusiin maailmoihin, mm. Indonesian saaristoon, Australiaan, ja Amerikan mantereelle.

Maanviljelys ja paikallaan pysyvä kaupunkimainen asutus puolestaan alkoivat mannerliikkeiden muokkaamissa viljavassa jokilaaksoissa Mesopotamiassa n. 10 000 uotta sitten. Seuraavien vuosituhansien aikana suotuisat viljelyolot maailma viljavissa jokilaaksoissa auttoivat ihmiskuntaa kasvamaan laajemmaksi, viisaammaksi ja taivammaksi.

Viimeisimmät 10 000 vuotta, eli koko ajan maanviljelyn alkamisen jälkeen, olosuhteet ovat olleet niin tasaiset ja suotuisat, että ihmiskunnan positiivinen tekninen kehitys on saattanut jatkua keskeytyksettä. Ihmisten määrä, elintaso ja vaikutusvalta planeetalla ovat kasvaneet ensin hitaasti, ja viimeisen sadan vuoden aikana räjähdysmäisesti. On keksitty globaali kaupankäynti, tieteet, taiteet ja teknologia, joka nyt mahdollistaa melkein mitä vain. Meillä ihmisillä voi olla sellainen käsitys, että hallitsemme planeettaa.

Kuitenkin maailma muuttuu edelleen. Ilmasto on muuttumasa lämpimämpään ja kosteampaan suuntaan, ja  ilmaston muutokset aiheuttavat aina muutoksia myös eliökunnassa. Edeltävä voimakas lämpeneminen planeetalla tapahtui Plaeoseeni-Eoseenikausien vaihteessa, n. 55 miljoonaa vuotta sitten, kun lämpötila nousi noin 200 000 vuoden ajaksi peräti 5-8 astetta aikaisempaa korkeammalle. Tätä ilmastonmuutosta pidetään mahdollisena mallina nyt käynnissä olevalle tilanteelle.

Eeoseenikauden aikana (55-34 miljoonaa vuotta sitten) ilmakehän hiilidioksidipitoisuus vaihteli välillä 400 – 4000 ppm. Lähes koko kauden ajan ilmasto pysyi lämpimänä, ja meren pinnat olivat korkealla. Erityisesti korkeille leveysasteille ilmasto oli trooppista: Euroopassakin kasvoi sademetsiä ja mangrovemetsiä. Hedelmäkasvit ja pähkinät olivat yleisiä, nisäkkäiden ja lintujen lajiutuminen jatkui. Monet tutuista nisäkkäistä ilmestyivät lajistoon. Muuttuvat olosuhteet siis ajavat lajien muuttumista ja tuottavat uutta lajistoa. Evoluutio on ihmeellisesti pystynyt aina tuottamaan uusia ratkaisuja, ja luonto on aina vallannut uudelleen sen tilan mistä entiset lajit ovat kadonneet.

Nykyisessä tilanteessa ihminen hallitsee maan käyttöä niin tehokkaasti, että uusien luomu-lajien kehittymiselle ei enää ole juurikaan mitään tilaa olemassa. Ilmaston muutoksen aiheuttama kehitys tulee ilmeisesti olemaan lähinnä teknologian kehittymistä – ja eliökunta ja hallitseva lajisto tuleekin ehkä selviytymään  juuri tämän kehityksen avulla. Ja tietenkin, myös teknologia kuuluu kokonaiseen ekosysteemiin ja elinympäristöön.  Tällaisen kehityskulun kautta syntyy oikeasti teknisen sivilisaation hallinnoima planeetta. Toivottavasti kyseinen sivilisaatio oppii sopeutumaan planeetan suuriin geologisiin ja ilmastollisiin lainalaisuuksiin.

Tervetuloa lauantaina Tuorlaan yhdessä ihmettelemään menneiden maailmoiden suuria muutoksia.

Ihmisen muuttuva maailma

30.4.2019 klo 08.30, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Me ihmiset katselemme ja ymmärrämme ympäristöämme lähinnä vain oman lajimme aika-perspektiivistä. Meitä kiinnostaa parhaillaan vallitseva tilanne ja sen viimaikaiset muutokset, eli sellainen lähihistoria joka jotenkin liittyy omaan kokemuspiiriimme. Planeettamme vanha historia, sen suuret muutokset ja pitkät geologiset aikakaudet ovat meille vieraita ja käsittämättömiä. Me usein oletamme että planeetan olosuhteet ovat aina olleet jotakuinkin sellaiset kuin ne nyt ovat.

Meidän on vaikea huomata ja tunnistaa edes niitä muutoksia, joita oma lajimme on tällä planeetalla aiheuttanut. Kaikki ihmisen rakentama kulttuurimaisema, maatalous, teollisuus, liikenne ja teollisuus koetaan aikaansaannoksiksi ja saavutuksiksi, missä ihminen on kesyttänyt ja ottanut hyötykäyttöön planeetan villejä resursseja. Niistä saatu hyöty on saavutettu etu, josta meillä on oikeus pitää kiinni  ja tietenkin, rakentaa lisää kaikkea sellaista, mistä hyötyä voidaan saada lisää.

Viimeisen sadan vuoden aikana olemmekin saaneet aikaan valtavan suuria muutoksia planeettamme olosuhteissa, ja lajimme on näistä muutoksista valtavasti hyötynyt. Ihmisten määrä on lisääntynyt  maailmassa 1,65 miljardista 7,4 miljardiin (https://ourworldindata.org/world-population-growth). Kansojen keskimääräinen kansantuote on kasvanut eksponentiaalisesti, näin ainakin kaikissa länsimaissa (https://ourworldindata.org/economic-growth).  1950-luvulla käynnistyneen vihreän vallankumouksen, eli kaikenlaisten uusien kasvintuotantomenetelmien valtavat alat planeetan pintaa ovat peittyneet viljelykasvien monokulttuureihin. Näiden ansioista satotasot ja ruuan tuotanto ovat nousseet moninkertaisiksi.

Ihmisten oma elintaso ja kulutustaso on myös noussut ennennäkemättömän tasolle. Runsaan ravinnon ja terveydenhoidon ansiosta myös ihmisten terveyden tila on merkittävästi parantunut: enää ei tarvitse kuolla haavoihin, kulkutauteihin tai tulehduksiin. Ihmisten keskimääräinen odotettavissa oleva elinikä on pidentynyt oko maailmassa 34 vuodesta 71 vuoteen (https://ourworldindata.org/life-expectancy). Myös ihmisten koulutustaso on noussut kaikkialla maailmassa: lukutaitoisten määrä on noussut sadan vuoden aikana 25%:sta 85 %:iin, ja länsimaissa tuo arvo on jo jotakuinkin 100 % (https://ourworldindata.org/literacy). Lukutaidon ja teknologian myötä olemme muuttuneet yhdeksi globaaliksi yhteisöksi.

Nämä edut on suurelta osin saavutettu uusien tieteen ja teknologian, koneellistumisen, teollistumisen, kemiallisen maatalouden ja kasvavan kansainvälisen kaupan ansioista. Tärkeimpänä käyttövoimana kaikessa tuotannon ja kaupan kasvussa ovat olleet fossiiliset polttoaineet. Talouskasvu on osittain perustunut myös siihen että sekä raaka-aineiden että tavaroiden tuotanto on tapahtunut halvan työvoiman maissa, ja maksukykyisille länsimarkkinoille tuotuna niiden arvo on moninkertaistunut. Tuotannon ja kuljetuksen edullisuus on perustunut osittain siihen, että näiden prosessien ympäristöhaitoista ei ole tarvinnut kantaa suurtakaan huolta. Tuotanto ja tuotteiden arvonnousu on siis tapahtunut myös ympäristön kustannuksella.

Edelleen, tuotannon ja talouden kasvu on perustunut siihen että lähes kaikki kasvintuotantoon kelpaava maa-ala on raivattu joko tehomaatalouden tai metsäntuotannon käyttöön. Suuret maa-alat ovat peittyneet ihmisen asutuksen, teollisuusrakentamisen ja teiden alle. YK:n raportin mukaan kolme neljäsosaa maa-alasta, ja noin puolet meristä ja vesistöistä on merkittävästi muuttunut. Parhaillaan tällä hetkellä noin miljoona lajia on kuolemassa sukupuuttoon (https://reason.com/2019/04/26/leaked-u-n-report-says-a-million-species-are-at-risk-of-extinction/). Ihmiset ja ihmisten kotieläimet muodostavat nyt n. 95 % kaikkien suurten eläinten biomassasta. Elämme suuren sukupuuton aikaa.

Elämme myös suuren ilmastonmuutoksen aikaa. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee nopeammin kuin koskaan mittaushistorian aikana, jäätiköt sulavat, merenpinta nousee, oudot ja äärimmäiset sääilmiöt lisääntyvät kaikkialla maailmassa. Kansainvälinen yhteisö pyrkii rajoittamaan hiilidioksidipäästöjä ja rajoittamaan planeetan lämpötilan nousun 2 asteeseen.  Keinoina käytetään puhtaanpaa teknologiaa ja hiilipäästöjen rajoittamista (https://www.un.org/sustainabledevelopment/climate-change-2/). Ilmaston muutosta pyritään hillitsemään sekä kansainvälisten ilmastosopimusten ja kansallisen politiikan tasolla.

Tuotannon, kuljetusten ja matkustamisen rajoittaminen ja ympäristöhaittojen vähentäminen ovat kuitenkin vaikeita haasteita, sillä ne ovat oleellisia tekijöitä talouden jatkuvalle kasvulle. Jatkuvan talouskasvun taas oletetaan olevan hyvinvointimme välttämätön perustekijä: oletettavasti vain jatkuvan kasvun perusteella meillä on varaa kaikkiin nykyisiin mukavuuksiin kuten koulutukseen, terveydenhuoltoon ja sosiaalipalveluuihin, tutkimukseen, uusiin innovaatioihin ja teknologioihin. Näistä saavutetuista eduista olisi ikävää tinkiä. Olemme perustavaa laatua olevan haasteen edessä.

Ilmaston muutoksen myötä olemme nyt joutuneet kohtaamaan sen tosiasian että planeetan tila ei ole pysyvä, vaan se voi muuttua. Tulevaisuuden maailma on toisenlainen kuin nyt. Olemme varmaan näihin asti ajatelleet että se on toisenlainen siksi, että se on on teknisempi, automaattisempi ja hienompi. Se voi olla myös merkittävästi kuumempi, ja pienempi, siksi että meret peittävät suuria osia maa-alasta. Tietysti molemmatkin näkemykset voivat tapahtua. Tulevaisuus ei ole ennustettavissa, eikä arvattavissa.

Muuttuvien tilanteiden hallitseminen edellyttää sitä, että myös nuorisoa koulutetaan ymmärtämään muutosta, ja sen syitä ja seurauksia. Ilmasto-opetus onkin nyt tulossa myös koulujen ohjelmaan: ilmastokasvatuksen ja ilmastonmuutoksen opetuksen tavoitteina on opettaa nuorisoa ymmärtämään myös sitä, miten ihmisten käytäntöjen, tuotantomuotojen ja kulutustapojen korjaaminen voi auttaa ilmastomuutoksen hallinnassa.

Maj ja Tor Nesslingin säätiö kirjoittaa sivullaan: Ilmastonmuutoksen opetus perustuu niin sanotulle ekososiaalisen sivistyksen ajatukselle, joka ”pyrkii luomaan sellaista elämäntapaa ja kulttuuria, joka vaalii ihmisarvon loukkaamattomuutta, ekosysteemien monimuotoisuutta ja uusiutumiskykyä, sekä samalla rakentaa osaamispohjaa luonnonvarojen kestävälle käytölle perustuvalle kiertotaloudelle (https://openilmasto-opas.fi/ilmastokasvatus/). Tällä sivulla todetaan myös että ”ilmastonmuutoksen vaikutukset ilmenevät yhä vahvemmin kaikkialla luonnossa ja yhteiskunnassa, sekä globaalisti että paikallisesti.  Ilmastonmuutoksen ymmärtäminen edellyttää laaja-alaisen oppimisen valmiuksia. Näihin liittyy muun muassa tulevaisuuden hahmottaminen, ilmiöiden monimutkaisten kytkentöjen ymmärtäminen sekä hankittujen tietojen soveltamistaidot”.

Meidän tulisikin katsoa planeettaa ja sen olosuhteita suuremmassa perpektiivissä, ja ymmärtää mitkä tekijät vaikuttavat olosuhteisiin pidemmällä aikavälillä. Planeetan historian aikana ilmasto on muuttunut moneen kertaan, ja lähes aina se on ollut hyvinkin erilainen kuin mitä se on nyt.  Se on niin laaja ja monimutkainen kokonaisuus, että parhaalla tahdollakaan se ei ole ihmisen hallittavissa.

Planeetan lämpötila on aina riippunut sekä mantereiden sijainnista, merivirroista että kasvihuonekaasujen määrästä ilmakehässä. Näistä kaksi ensimmäistä tekijää ovat sellaisia joihin eliökunta ei voi vaikuttaa, sillä ne määräytyvät laattatektoniikan ajamina, mantereiden vaeltaessa hitaasti pitkin planeetan pintaa.

Kasvihuonekaasujen määrä taas riippuu jonkin verran eliökunnan toimista, eli siitä miten paljon se pystyy sitomaan hiiltä biomassaan, ja myös siitä miten nopeasti se vapauttaa hiiltä takaisin ilmakehään. Happea tuottavan tehokkaan fotosynteesin seurauksena planeetta onkin kahteen kertaan vaipunut syvään, totaalisen jäätiköitymisen aikaan. Ensimmäinen pitkä jäätiköityminen (Huronian totaalijääkausi) tapahtui siinä vaiheessa kun ilmakehä oli muuttumassa hapelliseksi, ja kesti noin 300 miljoonaa vuotta. Seuraava, gryogeniaksi kutsuttu jääkausi tapahtui happipitoisuuden noustessa noin 15 prosenttiin, ja kesti lähes 100 miljoonaa vuotta. Sittemmin eliökunta on vaikuttanut esimerkiksi hiilikauden aikana esiintyneisiin nopeisiin ilmastonmuutoksiin ja merenpinnan vaihteiluihin, joiden seurauksena suuret määrät biomassaa ja orgaanista hiiltä painui soistuviin rannikkovesien pohjiin, ja muuttui fossiilisiksi hiilikerroksiksi.

Kuitenkin myös ilmakehän hiilidioksidipitoisuus riippuu kaikista eniten  tektonisesta toiminnasta. Se riippuu tulivuoritoiminnan aktiivisuudesta. Se on riippunut erittäin merkittävästi myös kallioperästä liukenevien kalsiumionien määrästä, jotka  taas puolestaan saostavat meriin liuennutta hiilidioksidia (elivetkarbonaatti-ioneita). Uusi tutkimus osoittaa, että viimeisen 500 miljoonan vuoden aikana esiintyneet jääkaudet (joka täällä on vallinnut viimeisen miljoonan vuoden ajan) ovat aina esiintyneet samaan aikaan, kun planeetan trooppisella vyöhykkeellä on ollut olemassa riittävän pitkiä uusia poimuvuorijonoja. Tällaisten vuoristojen nopea rapautuminen johtaa nopeaan hiilen saostumiseen kalsiumkarbonaattien muodossa, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laskemiseen pitkiksi ajoiksi, ja ilmaston jäähtymiseen
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/03/13/science.aav5300/tab-pdf?_ga=2.37667232.1828845400.1552733137-1538233456.

Mainittu ilmaston seurantatutkimus ulottuu historiassa taaksepäin noin 500 miljoonan vuoden ajan. Suurimman osan tästä ajasta planeettamme on ollut niin lämmin, että täällä ei ole ollut olemassa ollenkaan jäätiköitä http://www.scotese.com/climate.htm. Merien pinnat ovat olleet noin 80 metriä korkeammalla kuin mitä ne ovat nyt. Nykyiset matalat mantereet (esim. Keski-Eurooppa) ovat olleet matalan meren peitossa ( http://www.scotese.com/sitemap.htm). Ilmastotyyppien vaihtuminen jääkausien ja kuuman (hot house) ilmastotyypin välillä näyttää toistuvasti tapahtuneen hyvin nopeasti, eli planeetta näyttää toistuvasti siirtyneen nopeasti yhdestä aika stabiilista tilasta toiseen.

Suuret ilmastonmuutokset ovat aina vaikuttaneet merkittävästi lajistoon. Vain kaikista kestävimmät lajit ovat pystyneet säilymään olosuhteiden muuttuessa, toiset ovat joutuneet muuttumaan ja sopeutumaan, toiset ovat taas kuolleet pois. Ilmaston muutokset ovat ajaneet voimakkaasti evoluutiota ja lajien kehittymistä. Ilmaston muutokset ovat toistuvasti muuttaneet myös ekosysteemejä eri puolilla planeettaa.

Myös Ihmisen lajin oma historia on erilaisten ilmastonmuutosten ohjaamaa: ihmisen eriytyessä isojen apinoiden linjasta n. 3 miljoonaa vuotta sitten planeetan ilmasto oli jäähtymässä kohti uutta jääkautta, ja myös Afrikassa ilmasto oli kuiva ja viileä. Sademetsien vähentyessä ihmisen esi-isien elinympäristö muuttui savanniksi, joka pakotti ihmisen linjan sopeutumaan kävelemään kahdella jalalla, pystyasennossa. Ilmastonmuutokset (jäätiköitymisen määrä, merenpinnan korkeus) ovat myös ohjailleet ihmisen lajin levittäytymistä planeetalla, ja aikoinaan (n. 10 000 vuotta sitten) ne myös vaikuttivat siihen että ihmiset vähitellen luopuivat keräilykulttuurista, ja aloittivat paikallaan pysyvän maatalouden ja teknisen yhteiskunna kehittämisen.

Sekä lajina että yhteiskuntana me olemme syntyneet ilmasto-olojen ohjaamina, ja me edelleen elämme tämän planeetan ilmaston armoilla. Planeetan eri alueiden asuinkelpoisuus riippuu ilmastosta, samoin ruuan tuotannon mahdollisuudet riippuvat ilmastosta. Ilmaston muuttuessa vain ne lajit voivat säilyä, jotka pystyvät sopeutumaan muutokseen, tai löytämään itselleen uuden elinkelpoisen ympäristön.

Lajin säilyminen on merkittävästi miekekkäämpi tavoite kuin taloudellinen kasvu. Myös jonkinlaisen positiivisen ja rauhanomaisen elämäntavan ylläpitäminen on merkittävästi tärkempää kuin jatkuvasti kasvava talous ja kulutustaso. Sitten voi tietysti miettiä sellaistakin mahdollisuutta että ehkä kaikki jajit noudattavat jonkinlaista rajallisen olemassaolon välttämättömyyttä, ja ehkä itsetuhoinen kehitys voidaan toteuttaa myös ahneuden ja teknologian kautta. Jos niin käy ihmiselle, niin sekin on vain osa lajien luonnollista kiertokulkua. Eikä se planeetan kannalta ole edes surullista. Se on sitten vain tapahtunutta historiaa.

Iloista vappua nyt kuitenkin kaikille.