Elämän keitaita

Elämän merkkejä

12.5.2017 klo 16.11, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Terveisiä Silja-kraaterin reunalta ja rannalta, kauniista Tällbergin kylässä. Olen viettänyt täällä joitakin päiviä Tukholman yliopiston astrobiologiakeskusksen kokouksessa – mukavaa kun naapurimaassa on merkittävän kokoinen ryhmä poikkitieteellisesti kiinnostuneita tieteentekijöitä, ja että he vielä kutsuvat mukaan samalla tavoin ajattelevia ihmisiä lähialuielta.

Täällä on kuultu ja keskusteltu monia mielenkiintoisia asioita. Listalla on ollut juttuja mm. Trappist 1 systeemin planeettojen olosuhteista ja elinkelpoisuudesta, planeettojen havaitsemisesta aktiivisten M-tähtien ympäriltä, mahdollisten elinkelpoisten planeettojen ilmakehistä, ja orgaanisten molekyylien synnystä avaruusolosuhteissa, kuten Titaanin ilmakehässä. Biologille oli mielenkiintoista myös kuulla kaikkien eukaryoottisolujen yhteisistä puolustusjärjestelmistä ja geenitoiminnoista jotka liittyvät vaikkapa syövän syntyyn, tai joilla solut suojautuvat säteilyvaurioita vastaan: kannattaa syödä paljon antioksidantteja.

Itselleni kiintoisinta oli kuulla uusista mikrofossiililöydöksistä, eli jäljistä mitä muinainen elämä on jättänyt maan  kallioperään. Tukholman museossa toimiva Magnus Ivarsson kertoi 2,4 miljardia vuotta vanhoista merenpohjan basalteista löytyvistä ilmeisistä sienirihmastoista (Bengtson et al.  Fungus-like mycelial fossils in 2.4-billion-year-old vesicular basalt.  NATURE ECOLOGY AND EVOLUTION 1, 0141 (2017) | DOI: 10.1038/s41559-017-0141). Aiemmin, ensimmäisinä monisoluisten eukaryoottien edustajina on pidetty noin 1,5 miljardia vuotta sitten fossiililajistoon ilmestyneitä monisoluisia punaleviä, mutta nämä sienirihmastot ovat olleet olemassa lähes miljardi vuotta aikaisemmin. Yllättäen, monisoluisten eukaryoottien vanhimpia edustajia ovatkin meren pohjassa litotrofeina tai hajottajaeliöinä eläneet sienikasvustot, eivätkä merivedessä fotosynteettisinä autotrofeina eläneet levät.

Magnuksen esittämien sienirihmastojen eloperäisyyttä ei kokousväki asettanut ollenkaan kyseenalaiseksi: rihmastojen monimutkaiset, toisiinsa liittyvät tai haarautuvat rihmat, ja niiden reaktiot kallioperän eri mineraaleihin näyttävät varsin vakuuttavasti elävien eliöiden tuottamilta. Kuitenkin muiden esitysten kohdalla kokousväki keskusteli vilkkaasti vanhojen mikrofossiilien tulkinnan vaikeudesta: millaisten havaintojen ja fossiloituneiden jälkien perusteella voidaan olla varmoja siitä että ne ovat oikeasti elävien eliöiden tuottamia jälkiä tai muodostumia, eli biomarkkereita, eivätkä elottoman luonnon tuottamia artifakteja.

Aiemmin asian oletettiin olevan ihan selvä jo sillä perusteella että fossiloituneet rakenteet näyttävät eloperäilille: jos ne näyttävät solujen, solumattojen tai filamenttien jättämiltä painanteilta, tai niiden tuottamilta tunneleilta kallioperässä tai sedimeteissä, ne ovat elämän tekemiä jälkiä. Kontrollihavainnot ja laboratoriokokeet oat kuitenkin osoittaneet että moninaiset elottomat prosessit tuottavat hyvin elämän kaltaisia rakenteita ja jälkiä. Esimerkiksi mineraalien liukeneminen ja kulkeutuminen veden mukana, tai kiteytyminen uudelleen lasimaisesta basalttista  tai suolaliuoksista tuottaa hyvinkin samanlaisia ympyräisiä, tunnelimaisia, ja monen monen muotoisia rakenteita, ihan sellaisia kuin mitä elämä tuottaa. Pelkkien rakenteiden perusteella ei voi siis päätellä oikeastaan mitään.

Eloperäisyys tulee varmemmaksi jos rakenteista löytyy eloperäistä, siis kevyellä isotoopilla rikastumutta hiitä. Kuitenkin, monissa hapettuneissa ympäristöissä, kuten hematiitissa ja kalsiitissa, kaikki hiili on hapettunut kaasumaiseen muotoon ja poistunut näytteistä jo aikaa sitten. Sitten on niinkin, että jos hiiltä vaikka löytyykin, ja vaikka se onkin isotooppikoostumikseltaan eloperäisen näköistä, sekään ei ole mikään varma biomarkkeri, koska myös geologiset prosessit voivat erotella hiilen isotooppeja toisistaan. Hiili-isotooppien sijaan näytteistä voidaan koettaa analysoida nikkeli-isotooppeja, mutta niidenkin fraktioitumiseen liittynee tuo sama ongelma.

Elämän tunistamiseen eivät sovellu biokemian käyttämät rakennemolekyylit, kuten amonohapot ja lipidit, koska näitä syntyy myös elottomissa prosesseissa. Myös nukleodija syntyy elottomasti – on ainakin joskus syntynyt, maassa, koska ilman niitä elämä ei olisi koskaan käynnistynyt. Niinpä, tutkijakunta onkin jonkun verran ymmällään siitä, millaisia havaintoja voitaisiin pitää varmoina elollisen alkuperän tunnusmerkkeinä. Elämän mahdollisten jälkien tunnistaminen on erityisen ongelmallista, jos niitä tavattaisiin jossakin oudossa ympäristössä, vaikkapa Marsissa.

Yksi varsin varma elämän tunnusmerkki olisi ehkä riittävän suuri kompleksisuus – mutta ei ihan helposti sekään, koska tämäkin kriteeri täyttyy esimerkiksi jo mineraalikiteissä, jotka muistuttavat kukkia tai kasveja. Toisaalta, yksisoluiset eliöt eivät itsekään täytä mitään kovinkaan monimutkaisten rakenteiden kriteeriä, ja jäisivät tämän kriteerin perusteella täysin tunnistamatta. Mutta, jos analytiikan erottelukyky riittäisi, ja jos molekyylien rakenteet olisivat vielä tallessa ja ehjiä, niin solujen sisältä löytyvä solukoneisto edustaisi sellaista kompleksisuutta jota ei elottomassa luonnossa mitenkään esiinny. Molekyylien polymeerit, niiden vuorovaikutukset ja erityisesti, niiden kopioituminen ovat ehdottomasti elämän omia tunnusmerkkejä. Mutta näitä taas ei löydy fossiloituneesta materiaalista.

Voisi ajatella että riittävä määrä elossa olevia eliöitä voidaan tunnistaa niiden tuottamista tuotteista ja prosesseista, kuten hiilen sitomisesta orgaanisiin yhdisteisiin, tai hiilen vapaauttamista ilmakehään. Mutta näitä hapetus- ja pelkistysreaktioita tapahtuu myös elottomassa luonnossa: monimutkaisia hiiliyhdisteitä syntyy voimakkaan säteilyn vaikutuksesta avaruudessa, tai esimerkiksi Titaanin ilmakehässä.

Elämän tunnusmerkki olisi varmaankin sekä lähtöaineiden että tuotteiden esiintyminen rinnakkain, eli sellainen epätasapainotila missä hiili kiertää koko ajan muodosta toiseen. Joka tapauksessa: edesmenneen, kaukaisen, vähäisen tai erilaisen elämän tunnistaninen ei ole helppoa. Tulisiko teille mieleen mitään varmoja tunnusmerkkejä?

Uusi uljas ihminen

1.5.2017 klo 23.10, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Edellisessä blogissa oli puhetta älykkäistä koneista ja niiden mahdollisuudesta nousta uudeksi valtalajiksi tällä planeetalla, ja mahdollisesti myös muiden planeettojen asuttajina. Jos tuo skenaario kuulostaa toistaiseksi pelkälle tieteiskirjallisuuden fantasialle, niin ajatellaanpas näitä teknologian mahdollisuuksia myös ihmisen kannalta.

Tällä hetkellä jo lähes kaikki mitä teemme ja touhuamme tapahtuu teknologian avulla. Liikumme autoilla ja muilla välineillä jotka sisältävät paljon automaattista tekniikkaa. GPS-laitteet ja satelliitit auttavat meitä paikantamaan itsemme ja suunnistamaan paikasta toiseen, ja niiden avulla voimme seurata kaikkia liikkuvia  kohteita mitä haluamme seurata, ovatpa ne eläimiä, muistisairaita vanhuksia tai ehdonalaisvankeja. Kaikki palvelut, onpa ne pankkipalveluja, logistiikkaa, tilauksia, hakemuksia ja varauksia, hoidetaan verkon kautta. Kaikki älylliset touhumme  – ovatpa ne kirjoitettuja, laskettuja, piirrettyjä tai muuten suunniteltuja tai prosessoituja – teemme tietokoneiden avulla. Muistimme on internetissä google-palvelimella, arkistomme ovat pilvipalvelimella; kaverit kohdataan somessa. Nämä elämän tekniset tehosteet ovat oleellinen osa tavallista arkeamme.

Myös omat metatietomme ovat tarkaan tiedossa moninaisissa tietoverkoissa: google ja facebook tietävät ja muistavat koko verkkokäyttäytymisemme historian, ja terveys- ja kuluttajatietomme, mahdolliset rikosrekisterimme ja yhä useampien ihmisten geenisekvenssitkin tulevat talletetuiksi  erilaisiin tietokantoihin.

Terveydenhoito on mullistunut, ja muuttuu yhä teknisemmäksi. Lääkärit voivat konsultoida potilaansa ja tehdä dignoosia etätyönä. Hoito- ja hoivapalvelut ovat automatisoitumassa; robotit toimivat, ihan hyvin, jopa hoivapotilaiden lohtueläiminä.

Teknillisiä lisukkeita voidaan asentaa myös ihmisen kehoon. Ihon alle asennettavat lääkepumput annostelevat lääkkeitä elimistöön tarpeen mukaan, seuraten veriarvoja reaaliajassa. Sydänten rytmihäiriöitä on jo pitkän aikaa osatttu pitää kurissa elektronisten tahdistimien avulla. Nyt myös parkinsonin tautia sairastavien ihmisten aivotoimintoja voidaan ylläpitää jonkinlaisilla neurostimulaattoreilla, tai ”aivotahdistimilla”. Puuttuvaa värinäköä on korjattu antennin päähän asennetulla valokuitusensorilla joka yhdistetään ihmisen aivoihin; sensorin välittämän signaalin ihmisen tietoisuus oppii pian tulkitsemaan oikeiksi väreiksi. Keinotekoiset verkkokalvot ovat kehitteillä. Kuulokojeilla ja tärykalvoimplantella pystytään korjaamaan kuuroutumista.

Ihon alle voi asentaa myös teknisiä apuvälineitä, mm. radiolähettimiä joiden avulla voi helposti ja henkilökohtaisesti avata ovia tai kirjautua sisään erilaisille laitteille. Ihmisen aivot voidaan yhdistää tietokoneeseen jonka kautta kyseinen henkilö voi lähettää signaaleja – jopa ohjeistaa robotin toimintaa.

Huikeinta on, että meidän mahdollista korjailla myös oikeita biologisia ominaisuuksiamme, näin teknillisiä ja tieteellisiä apukeinoja hyväksi käyttäen. Tässä vaiheessa ihmisen genomia saadaan tosin muokata vain  luonnollisten mutaatioiden seulontaa tekemällä ja hyödyntämällä: Koeputkihedelmöityksen yhteydessä voidaan ihmisen alkioiden genomeita tarkistaa ja seuloa esimerkiksi sen selvittämiseksi, mitkä alkiot kantavat vakavia taudinaiheuttajageenejä. Tällä tavalla voidaan auttaa perillöllisiä tauteja sairastavia vanhempia saamaan lapsia, joille kyseiset tautigeenit eivät ole periytyneet.  Mutta – tietyillä kulttuurialueilla, kaukaisilla itäsillä mailla, samaa teknologiaa käytetään kehittyvän lapsen sukupuolen valitsemiseen. Joillakin muilla kulttuurialuilla, läntisillä mailla, sitä voidaan käyttää joidenkin tiettyjen periytyvien omainaisuuksien  kuten silmien tai hiusten värin valitsemiseen.

Kuitenkin se tärkein ominaisuus mitä ihmiset – tai tutkimusohjelmat – ehkä haluaisivat kehittää tulevissa sukupolvissa olisi älykkyys. Tämäkin määräytyy geneettisesti, ainakin osittain, mutta sen geneettisiä määräytymisperusteita ei toistaiseksi tunneta, eikä niitä siis voida seuloa kehittyvistä alkioista. Kuitenkin, jos erilaisia älykkyyden ja luovuuden lajeja, kuten matemaattista, teknillistä tai taiteellista kyvykkyyttä voitaisiin linkittää tiettyihin geeneihin, niin ehkä niitäkin sitten –  joillakin kulttuurialueilla – alettaisiin valitsemaan kehittyviin alkioihin.

Myös geenien editoiminen tarkoilla DNA:n muokkausmenetelmillä,  erityisesti CRISP menetelmän avulla, on näinä vuosina tulossa yhä tehokkaammaksi. Sitä mukaa kuin eri ominaisuuksia koodaavat geenit tulevat paremmin tunnetuiksi, tulisi myös mahdolliseksi poistaa genomista haitallaisia geenejä, tai lisätä sinne hyödyllisiä tai haluttuja sekvenssejä. Toistaiseksi kaikki tällainen ihmisen genomin keinotekoinen muunteleminen on kielletty kansainvälisen moratorion perusteella. Mutta sitten kun menetelmä on riittävästi testattu muilla lajeilla, kun geneettisiä ominaisuuksia voidaan riittävän luotettavasti ja turvallisesti korjata ja optimoida – niin todennäköisesti, sen soveltaminen myös ihmisen genomin korjailuun tulee hyvin houkuttelevaksi.

Itseään tietoisesti ja suunnitellusti korjailevana ja kehittävänä lajina tulemme olemaan valtavien eettisten ja moraalisten kysymysten ja haasteiden edessä. Tarjolla on sekä uusia lupauksia, mahdollisuuksia, uhkia, riskejä, eturistiriitoja, virheitä … ja pitkän ajan kerrannaisvaikutuksia joita tuskin osaamme edes arvata, saati sitten arvioida…

Kuninkaallisen tähtitieteilijän tulevaisuudennäkymiä

23.4.2017 klo 00.29, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Britannian kuninkaallinen tähtitieteilijä Sir Martin Rees  kertoo näkemyksiään maailman tulevaisuudesta toimittaja Matt Warrenin haastattelussa (http://www.independent.co.uk/news/science/aliens-universe-brexit-martin-rees-astronomy-britain-a7663891.html). Visioiden pohdiskelu alkaa toteamuksesta että tässä maailmankaikkeudessamme – joka hyvinkin saattaa olla vain yksi monista rinnakkaisista maailmankaikkeuksista – on todennäköisesti miljoonia (ja miljoonia) planeettoja jotka ovat jotakuinkin Maan kaltaisia. Kuitenkaan emme vielä tiedä onko niillä elämää.

Elämä alkoi täällä kotiplaneetallamme noin neljä miljardia vuotta sitten, mutta emme vielä tiedä miten. Rees arvelee että tuo kysymys tulisi ratkaistuksi seuraavan 20 vuoden kuluessa – ja tämän perusteella sitten voisimme arvioida miten yleistä elämä olisi muualla. Lähivuosina menetelmät paranevat myös Maan ulkopuolisen elämän etsimiseksi. Jos voimme havaita elämää kaukaisilla planeetoilla, seuraava suuri kysymys on, voisiko vieras elämä olla älykästä ja teknisesti kehittynyttä. Jos se olisi, niin se ei kuitenkaan olisi mitään sen kaltaista kuin täällä meillä – näin Rees arvelee. Tuo vieras älykäs elämä olisi todennäköisesti koneellista.

Rees perustaa oletuksensa toiselle tulevaisuuden näkemykselleen, jonka mukaan myös tämä maanpäällinen biologisen lajin sivilisaatio tulee lähiaikoina (joidenkin satojen vuosien kuluessa) korvaantumaan konepohjaisella älykkyydellä. Tuollainen koneäly tulee olemaan paljon kyvykkäämpää ja planeetan kantokyvyn kannalta kestävämpää kuin meidän oman lajimme alkeellinen sivilisaatio, ja siksi se tulee valtaamaan tämän planeetan. Rees toteaa että biologinen sivilisaatio tulee jäämään lyhyeksi välivaiheeksi hyvin pitkän, ei-älyllisen evoluution (4 miljardia vuotta) ja hyvin pitkäaikaisen koneellisen evoluution välissä. Tulevat, älykkäästi toimivat koneälyt voisivat selvitä ”hengissä” ja kehittyä eteenpäin tällä planeetalla niin kauan kuin tämä planeetta on olemassa. Ne olisivat täällä siis vielä noin miljardin  vuoden ajan, kunnes punaiseksi jättiläiseksi muuttuva aurinko kärventää planeetan liian kuumaksi.

Tämän aikataulutuksen perusteella Rees päättelee, että olisi hyvin epätodennäköistä että löytäisimme muilta planeetoilta elämänmuotoja jotka olisivat suunnilleen samanlaisella bio-älykkyyden tasolla kuin me nyt olemme. Paljon todennäköisempää on että muualta löytyvä elämä edustaisi joko pitkäikäistä, yksinkertaista, ei-älyllistä elämää, tai sitten, pitkäikäistä koneellista sivilisaatiota. Tietenkään, emme voi mitenkään arvailla miten todennänöistä olisi että yksinkertainen elämä koskaan nousisi koneälyn tasolle. Mutta jos se nousee, niin todennäköisesti, siinä muodossaan, se säilyy ”hengissä” lähes loputtomasti, ja levittäytyy pitkin avaruuden syvyyksiä. Sellaiseen avaruusmatkailuun taas mikään biologinen laji ei kykene; me pysymme riippuvaisina oman planeettamme suojaisista olosuhteista. Niistä joihin pitkä biologinen evoluutiomme on meidät sopeuttanut.

Rees pitää myös mahdollisena että tekno-äly saattaisi kehittyä myös  tietoiseksi  älykkyydeksi.

Itse ajattelen että pelkkä teknisesti tuomiva, itseään ylläpitävä elämänmuoto tavallaan vastaisi ei-älyllistä biologista elämää. Todellinen älykkyys edellyttää tietoisuuden kehittymistä myös koneissa. Ehkä koneidenkin pitää käydä läpi pitkä evoluutio ennenkuin ne saavuttavat tietoisuuden – mutta toisaalta, niiden evoluutio voi tietysti tapahtua paljon nopeammin ja tehokkaammin kuin biologisessa eliökunnassa.

Ja miten sitten Rees näkee meidän oman lajimme tulevaisuuden? Kompastelua globaaleihin poliittisiin vastaikkain asetteluihin ja ristiriitoihin, ilmastonmuutokseen, terrorismiin, väestön liikakasvuun, uusien teknologioiden tahattomiin tai tahallisiin virheisiin.

Toisaalta myös: suurten visioiden toteutumista: hiilivapaata energiaa, uusia ydinenergian muotoja (fuusio, neljännen sukupolven fissioenergia), keinolihaa — varmaan myös yhä tietoisempaa ja vastuullisempaa olemassaoloa.  Ehkä tuo koneellinen sivulisaatiokin tulee olemaan juuri sellainen ekologisempi ja vastuullisempi vaihtoehto, myös koko planeetan eliökuntaa ajatellen???

Mistä kaikki alkoi

31.3.2017 klo 22.57, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Elämä tällaisena ihmisen näköisenä ei ole vielä kovinkaan vanhaa. Oma lajimme on ollut olemassa noin 200 000 vuotta – kahdella jalalla kävelevät jonkun verran ihmisen näköiset eliöt taas ehkä noin 6 miljoonaa vuotta. Sitä ennen, jonkinlaisia kädellisiiin kuuluvia, pikkuisia apinoita ja monenlaisia ja monimuotoisia muita nisäkkäitä eläimiä alkoi olla olemassa jo noin 200 miljoonaa vuotta sitten. Nämä yleistyivät sen jälkeen kun dinosaurukset paleltuivat kuoliaksi Chicxulubin törmäyksen aiheuttaman, noin 10 vuotta kestäneen vulkaanisen pimeän talven aikana, noin 66 miljoonaa vuotta sitten (https://www.pik-potsdam.de/news/press-releases/how-the-darkness-and-the-cold-killed-the-dinosaurs)  – katsokaapas, tuolta sivulta löytyy myös linkki videoon missä näkyy tuon talven kesto ja lämpötilat.

Nuo varhaiset nisäkkäät taas olivat kehittyneet esinisäkkäistä, eli synapsideista. Näihin kuului esimerkiksi jo lähes 300 miljoonaa vuotta sitten elänyt, suurella selkäpurjeella varustettu Dimetrodonia, jota on joskus luultu virheellisesti dinosauruksiksi, mutta joka on paljon läheisempää sukua nisäkkäille kuin millekään matelijalle.

Tätä edelsivät taas monimuotoiset matelijat ja edelleen varsieväkalat. Nämä kaverit olivat ne jotka joutuivat kömpimään merestä kuivalle maalle, matalien rannikkovesien kuivuessa noin 370 miljoonaa vuotta sitten. Näitä edelsivät rustokalat, leualliset kalat, nahkiaisten tapaiset ympyräsuiset kalat, ja edelleen, alkeelliset selkäjänteiset jotka kehittyivät suuren monimuotoistumisen eli kambrikauden räjähdyksen aikoina, noin 540 miljoonaa vuotta sitten. Tuo vaihe tuotti monenlaisia liikkuvia eliölajeja, joilla oli jo olemassa jonkinlaisia tukirakenteita, kuten ulkoisia kitiinikuoria, tai tuo mainittu selkäjänne. Näitä monimuotoisia liikuntakykyisiä eliöitä edelsivät monimuotoiset, pehmeärakenteiset, esimerkiksi meduusojen, korallien ja pesusienten sukuiset ediakaran eläimet. Nämä asuttivat runsaslukuisina maailman merenpohjia noin 700 – 500 miljoonaa vuotta sitten.

Rihmamaiset punalevät olivat varhaisia monisoluisia eukaryootteja jotka kasvoivat maailman merissa noin 1200 miljoonaa vuotta sitten. Mutta vielä paljon vanhemmista sedimenteistä löydetään toisenlaisia fossiloituneita monisoluisia – eli sienirihmoja. Näitä kasvoi merien pohjalla jo noin 2.4 miljardia vuotta sitten. Voitaneen olettaa että mitkään eukaryootit, eli tumalliset eliöt, eivät voi olla juurikaan tuota vanhempia, sillä ilmakehän happipitisuus oli nousemassa vasta noihin aikoihin. Tiettävästi kaikki eukaryootit tuottavat energiansa hapettavan hengityksen avulla, ja tämän perusteella ne voivat elää vain hapellisessa maailmassa.

Kuitenkin, elämää on ollut olemassa paljon tätä ennekin. Monimuotoisia, ja jopa syanobakteerikasvustojen näköisiä fossiloituneita mikrobimattoja on säilynyt Barbertonin ja Pilbaran liuskeissa, ajalta 3,5 miljardia vuotta sitten.

Tätä vanhemmalta ajalta on säilynyt vain hyvin vähän mitään kiinteää maaperää, ja niinpä, niistä löytyy vain hyvin vähän jäänteitä mistään eloperäisestä materiaalista. Kuitenkin Länsi-Grönlannista, noin 3,8 miljardin vuoden ikäisistä Isuan sedimenttikallioista löytyy hiilihippusia, joiden uskotaan olevan eloperäisiä; näistä erottuu jopa mikroskooppisia rakenteita jotka näyttävät kerrostuneille hiilikalvoille (http://www.nature.com/ngeo/journal/v7/n1/abs/ngeo2025.html). Samalta seudulta,  Kanadan Quebeckistä, löytyy 3,7 (tai ehkä jopa 4,3) miljardia vuotta vanhaa rautapitoista, basalttista merenpohjaa, joka sisältää hematiittifilamentteja ja –rakeita. Selvätikin, ne ovat jälkiä rautaa hapettavista ikivanhoista mikrobeista (http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7643/full/nature21377.html). Ja yhdestä zirkonkiteestä, 4,1 miljardin vuoden takaa, löytyy myös hiiltä joka näyttää eloperäiselle (http://www.pnas.org/content/112/47/14518.abstract).

Elämää planeetalla on ollut jo ainakin noin kauan. Ehkä kauemminkin. Ei tiedetä tarkkaan miten se syntyi – mutta nyt näyttää jo mahdolliselle, että planeetan aivan varhaisessa vaiheessa syntyi tilanne, missä Maan vaipassa hajonnut vesi tuotti ilmakehään runsaasti vetyä, ja sen seurauksena pelkistävät olosuhteet jotka olisivat voineet tuottaa elämän tyyppistä, rikasta oraagista kemiaa (Bali E, Audetat A., Keppler H. 2013. Water and hydrogen are immiscible in Earth’s mantle. Nature 495, 220–222). Kaikkina aikoina, siitä lähtien, eliökunta on sopeutunut ja ollut tiukasti sidoksissa kallioperän ja ilmaston määräämiin olosuhteisiin.

Näistä koko planeetan aikuisista vuorovaikutuksista pidämme ensi elokuussa Erasmus-kesäkurssin Tuorlassa. Tarkemmat tiedot löytyvät linkistä Timetrek2017.utu.fi.

Vanhoja juttuja

9.3.2017 klo 23.37, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Niin ne jo alkavat tulla tutuiksi, vähitellen. Esi-isämme, nimittäin. Eukaryoottien, eli tumallisten solujen alkuperä on ollut tieteelle suuri ja haasteellinen kysymys. Tutkijat ovat kuitenkin viime aikoina löytäneet ja tunnistaneet jo aika paljon jäämistöä mitä nuo varhaiset esi-isämme ovat jättäneet jälkeensä. Tuo jäämistö aukenee vain asiaan vihkiytyneille fylogeneetikoille, ja se muodostuu sellaisista geeneistä ja proteiineista jotka selvästi ovat tyypillisiä vain meille tumallisille eliöille. Näitä geenituotteita on kutsuttu ”eukaryootti-spesifisiksi proteiineiksi” (ESP), siitä ilmeisestä syystä, että niitä ei ole tavattu missään esitumallisissa eliöissä; tämä tarkoittaa, niitä ei ole tähän mennessä tavattu bakteereissa tai arkeoneissa. Ne kuitenkin esiintyvät kaikissa eukaryooteissa, ja ovat siis yhtä vanhoja kuin eukaryootit itsekin ovat. Nyt nämä tärkeät muinaissmuistogeenit alkavat kertoa tarinaa siitä mistä olemme polveutuneet.

Geenien ja genonien perusteella on ollut jo hyvän aikaa selvää että eukaryoottien keskeisen lisääntymis- ja proteiinisynteesitoiminnat ovat samaa alkuperää kuin arkeoneilla. Toisaalta, eukaryoottisolujen sisällä olevat mitokondriot ovat alunperin olleet, selvästistikin, itsenäisiä bakteereita. Tästä voidaan päätellä että tumallisten eliöiden linja on syntynyt siten että happea hengittävä proteobakteeri on tullut sisälle ja asettunut elämään arkeonisukuisen ”esi-eliön” sisällä, ja nämä molemmat komponentit ovat tuoneet omia ominaisuuksiaan uuden yhdistelmä-lajin geneettiseen repertuaariin. Mutta ongelmana on ollut se, että mistä ovat tulleet ne lukuisat eukaryoottien ”omat” ESP-geenit. Monet näistä geeneistä ovat olleet oleellisen tärkeitä eukaryoottien kehitykselle, sillä ne koodaavat mm. solujen jakaantumiseen ja tukirankaan liittyviä proteiineja (mm. tubuliinia ja aktiinia), vesikkelien muodostumiseen ja proteiinien kuljetusjärjestelmiin liittyviä proteiineita (mm. erilaisia ESCRT-proteiineita), proteinien hajotuksen liittyviä proteiineita (ubiquitin), kalvojen kaareutumiseen ja proteiinien kuljetusjärjestelmiin liittyviä proteiineita (RLC, TRAPP ja Sec23/24 proteiineja), ja lukuisia muita.

Pari vuotta sitten Thijs Etteman tutkimusryhmä Uppsalan yliopistosta julkaisi löydöksen: he olivat tunnistaneet joitakin ESP-geenien tyyppisiä geenisekvenssejä arkeoni-materiaalista, jonka he olivat sekvensoineet suoraan Atlantin pohjan sedimenteistä, Loki-linnaksi kutsutun merenpohjan savuttaja-alueelta. Löytöpaikkansa mukaan sieltä löydetty arkeoni-pääjakso sai  nimekseen Lokiarkeota  (Spang et al. 2015. Nature 521: 173-179).

Nyt tämä sama tutkimusryhmä on tutkinut lisää näytteitä Loki-linnan pohjasedimenteistä, ja löytänyt sieltä lisää Lokiarkeota variantteja. He ovat sekvenoineet näytteitä myös useista hyvin erilaisista ympäristöistä ympäri maailmaa – mm. useista kuumista lähteistä, vesialtaista Colorado joessa, White River suistoalueelta ja Århusin lahden pohjalta. Näistä on löytynyt lisää arkeonisekvenssejä, jotka nekin kantavat useita edellä mainittuja ESP geenejä (Zaremba-Niedwiedzka ym. 2017, Nature 541:353-358). Nämä arkeoni-kaverit ovat siis selvästikin – jos ei nyt ihan pikkuserkkujamme, niin kaukaista sukua kuitenkin!

Nämä löydetyt arkeonit ovat kaukaista sukua keskenään ja jakaantuvat erillisiin pääjaksoihin, eli phylumeihin. Löytäjät ovat nimenneet uudet löydökset nimillä Odinarkeota, Thorarkeota ja Heimdallarkeota; näistä viimeisimmän geenit ovat läheisintä sukua eukaryooteille. Lokiarkeotan kanssa ne yhdessä muodostavat Asgard –nimisen arkkeonien haaran. Ja nythän nämä alkavatkin jo kuulostaa hiukan tutuille: ne kaikki ovat pohjoismaisen mytologian jumaluuksia joita yhdistää Asgård ”kotipaikka”.

Eukaryoottilinja – tai päähaara – on lähtenyt kehittymään noin 2 miljardia vuotta sitten sellaisesta arkeoni-tyyppisestä lajista, jolla oli olemassa jo kaikki nuo erityiset ESP geenit. Myös kaikki Asgard-arkeonit ovat tämän saman yhteisen esi-isän jälkeläisiä, mutta ne ovat kehittyneet eri suuntiin, yksinkertaistumalla. Yhteisten geenien kokoelma kertoo siitä että yhteinen esi-isä oli jo varsin monimutkainen. Se linja joka sai  sisäänsä energiaa tuottavan mitokondrion, se pystyi kehittymään yhä suuremmaksi ja vahvemmaksi, ja ylivoimaisen monipuoliseksi.

Elämän synty – mitä siitä tiedetään nyt

20.2.2017 klo 23.02, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Elämän synnyn yksityiskohtia ei vielä tiedetä – eikä ehkä koskaan voidakaan varmuudella tietää, koska tuosta tapahtumasta ei ole säilynyt mitään konkreettisia jäämiä eikä fossiileja. Ei siis tiedetä missä, milloin tai miten se tapahtui. Kuitenkin jo vanhimmissa tänne asti säilyneissä kallioissa, eli Länsi-Grönlannin Isuan liuskeisissa kallioissa esiintyy ilmeisiä eloperäisiä hiilihippusia. Nuo kalliot syntyivät syvän meren sedimenteistä noin 3,8 miljardia vuotta sitten – ja jos nuo hiilijäämät ovat todella jäänteitä merenpohjalle painuneista eliöistä, ne osoittavat että elämä oli syntynyt jo ennen tuota ajankohtaa. Vieläkin vanhempi jäänne mahdollisesta eloperäistä hiilestä on löydetty 4,1 miljardia vuotta vanhan zirkoni kiteen sisältä.

Siis on mahdollista että elämä syntyi jo Hadeisella aikakaudella – mutta millaisessa maailmassa? Planeetta oli siihen aikaan meren peitossa. Meren pohjalla oli kiinteä Maan kuori eli merenpohjan laatta. Planeetan sisemmät kerrokset olivat vähitellen jäähtymässä: vaipassa kiertävät konvektiovirtaukset kuljettivat lämpöä pinnalle. Tämä todennäköisesti tuotti runsaasti tulivuoritoimintaa ja tulivuorisaaria planeettaa peittävään valtamereen. Kuu kiersi Maata paljon lähempänä, ja Maa pyöri nopeammin kuin nykyisin: jopa 100 metriä korkeat vuorovesiaallot kiersivät planeettaa sen pyörimisliikkeen tahdissa ja pyyhkivät korkeina tsunamiaaltoina varhaisten tulivuorisaarten kallioille.

Nuori aurinko oli tuolloin vielä noin kolmanneksen viileämpi kuin se on nykyään, ja tämän takia planeetta olisi voinut painunut pitkiksi ajoiksi jäisiin lämpötiloihin. Ilmasto-oloihin vaikuttivat kuitenkin myös useat muutkin tekijät, ja niiden yhteisvaikutusta ei tiedetä:  jos planeetalla säilyi paksu hiilidioksidi-ilmakehä, ja jos maan sisältä purkaantui runsaasti lämpöenergiaa, nämä saattoivat pitää meret sulana ja jopa lämpiminä koko Hadeisen kauden ajan. Lämmin meri olisi aiheuttanut runsaasti sadetta ja myrskyjä; myös voimakkaat tulivuorenpurkaukset olisivat aiheuttaneet vulkaanista salamointia tulivuorten ympärille. Ja sitten, Hadeisen kauden loppupuolella, planeettaa kohtasi voimakas meteoriitti-iskujen sarja, joista suurimmat – ehkä – haihduttivat kaikki valtameret. Ehkä. Tämä ei kuitenkaan ole varmaa.

Mutta jossakin näiden vaiheiden myllerryksissä elämä syntyi; tai sitten se syntyi heti sen jälkeen kun olosuhteet rauhoittuivat.

Elämä koostuu pienehköstä sarjasta kemillisia rakennuspalikoita, joista kukin tuottaa oman oleellisen osansa solujen rakenteisiin ja toimintoihin: Nukleiinihapot, DNA ja RNA, toimivat geneettisen informaation varastona. Nämä kumpikin rakentuvat neljästä erilaisesta nukleotidista jotka ketjuuntuvat pitkiksi ketjuiksi. Kemialliset työkalut eli protiinit taas muodostuvat 20 erilaista aminohaposta, jotka nekin ketjuuntuvat pitkiksi ketjuksi. Nyt oletetaan että elämä lähti käyntiin niin että näitä syntyi jossakin sopivissa olosuhteissa niin paljon että ne spontaanisti kasaantuivat toimiviksi polymeeriksi ja rakenteiksi. Kolmas rakennekomponetti elävissä soluissa ovat vielä lipidit, eli rasva-aineet, joiden ansiosta kaikki elävät solut sulkeutuvat oman kalvovaippansa sisään. Solut käyttävät monia erilaisia lipidejä – mutta niidenkin runkona toimiva molekyyli, eli fosforyloitunut glyseroli, on kaikissa eliöissä samanlainen.

Elämän synnyn tutkimuksen eräänä haasteena on ollut se että on näiden rakennuspalikoiden syntyreittejä on ollut vaikea ymmärtää; lisäksi on ollut vaikea ymmärtää miten nämä hyvin erilaiset orgaaniset yhdisteet voisivat spontaanisti syntyä ja kerääntyä samoissa olosuhteissa ja ympäristöissä.

Viime vuosina kuitenkin parikin erillistä tutkimusryhmää on osoittanut että nämä kaikki molekyylituotteet muodostuvat vetysyanidin erilaisina johdannaisina ja pelkistystuotteina; pelkistävänä reagensseina tarvitaan vetysulfidia ja erilaisia metalli-ioneita, ja katalyyttinä tarvitaan pelkistynyttä fosforia. Elegantissa artikkelissaan John Sutherlandin työryhmä (Patel ym. 2015, Nature Chemistry 7: 301-307) – osoittaa vaihe vaiheelta, miten kaasumainen vetysyanidi voi ensin sitoutua erilaisiin metalli-ioneihin ja muodostaa erilaisia rautasyanideja. Korkeissa lämpötiloissa, Na- ja K-suolojen läsnäollessa ne muuttuvat natrium- ja kaliumsyanideiski, mutta myös muiksi pelkistyneiksi typen ja hiilen yhdisteiksi, kuten nitriiteiksi ja amideiksi aldehydeksi, ammoniakiksi ja syanoasetyleeniksi. Nämä reagoivat keskenään, erilaisten reaktioreittien kautta, ja yhä uudelleen reagoiden vetysyanidin kanssa, vetysulfidin pelkistäminä ja UV-valon katalysoimina.

Kaikki nämä reaktiot olisivat voineet tapahtua kuumilla tuliperäisillä saarilla, missä kaasumainen vetysyanidi liukenee veden kastelemille pinnoille ja reagoi rauta-ionien kanssa; se voi liueta myös suoraan veteen ja muodostaa formamidia. Syanidiyhdisteet kerääntyvät erilaisiin valumavesilätäköihin, konsentroituvat veden haihtuessa,  ja muuntuvat erilaisiksi hiili- ja typpiyhdisteiksi joko vulkaanisen kuumuuden tai meteoriitti-törmäysten ajamana; myös pelkistynyt fosfori ilmeisesti saadaan meteoriiteista. Yhdisteet valuvat kuumilla mineraalipinnoilla, ja erilaisten reaktioreittien kautta, välillä kastuen ja välillä kuivuen, ne voivat muodostaa fosforyloituneita nukleotideja, ainakin 12 erilaisen aminohapon esiastetta, ja fosforyloitunutta glyserolia.  Täten elämän kaikki keskeiset rakennuspalikat olisivat syntyneet ainakin tuon saman kemiallisen ympäristön tuotteina, joskin vaikka erillisten reaktioreittien tuottamina.

Myös Mulkidjanian ja kumppanit (2012) kuvaavat samantapaista komplesisoitumiskemiaa varhaisilla tuliperäsillä saarilla (PNAS 821-E830). Nämä tutkijat myös huomauttavat, että kaikien elävien solujen tyypilliset soluliman ionikoostumukset, ja erityisesti, solujen sisällä esiintyvät korkeat K, Zn ja Mn pitoisuudet periytyvät juuri tämän tyyppisistä, kuivista vulkaanisista ympäristöistä. Olemme siis vetysyanidin reaktiotuotteita, tulivuorisaarilla syntyneitä. Tämä paperi korostaa myös sitä, että elämän piti kehittyä varsin pitkälle, tuottaa tiukkaoja kaksikerroksisia solukalvoja ja niihin tehokkaita ionipumppuproteiineja, ennekuin se pystyi levittäytymään kuivilta syntysijoiltaan mereen. Siis, alussa mainitsemani 3,8 miljardin vuoden ikäiset Isuan sedimentien hiilifossiilit olisivat olleet jo aika pitkälle kehittyneen elämän tuotteita.

Näin tämä kemia tällä hetkellä kirjoitetaan. Se on paras tämänhetkinen rekonstruointi elämää tuottaneesta prebioottisesta kemiasta. Sen lähtöaineena on vetysyanidi ja pelkistynyt fosfori, ja pelkistimenä vetysulfidi. Sutherlandin ryhmä kutsuu tätä syanosulfidiseksi kemiaksi.

Hyvät lukijat, mitä te ajattelette tämän kemian käyttövoimasta? Ovatko meteoriitit ainoa mahdollinen lähde pelkistyneelle fosforille (schreibersiitille)? Olisiko vulkaaninen kuumuus ja salamointi voinut tuottaa enemmän sitä? Entä suuret törmäykset – mitä ne tekivät? Tuottivatko ne kuivaa ja kuumaa maata, vaiko vain paljon vesihöyryä – entä olisiko niissä voinut syntyä kuumaa silikaattihöyryä joka olisi nostanut lämpötiloja vielä korkeammiksi?? Onko olemassa sellaisia erikoisia energisoivia olosuhteita joita ei ole vielä mainittu?

Viroottista syntyvyyden säännöstelyä

5.2.2017 klo 21.36, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Parissa edellisessä blogissani olen keskustellut älykkyydestä, tietoisuudesta, ja elämää ylläpitävästä informaatiosta. Kerronpa tässä vielä pari esimerkkiä kaikista yksinkertaisimmista elämänmuodoista joka osoittavat älykästä (älyllisen näköistä) käyttäytymistä. Tällaiseltä näyttää esimerkiksi  limasienten vaeltelu paikasta toiseen: ne ovat monitumaista soluseinätöntä solulimamassaa joka pystyy siirtymään paikasta toiseen ravintoa etsiessään, hakeutumaan ravinnon perässä labyrinttimaisen sokkelon läpi lyhintä mahdollista reittiä, haarautumaan ”itsensä kanssa” moneen eri suuntaan ja sitten taas kasaantumaan yhteen. Ankeiden aikojen koettaessa tuo solulimaklimppi osaa hakeutua korkealla paikalle ja erilaistua soluseinällisiksi itiöiksi jotka voivat lentää tuulen mukana jonnekin muihin maisemiin.

Myös monet bakteerilajit osaavat  käyttäytyä kollektiivisesti ja ”tehdä yhteistyötä”, tavallaan. Ns. ”quarum sensing” mekanismin avulla, eli aistimalla oman lajinsa erittämän signaalimolekyylin määrää, ne voivat hyödyntää ympäristössä olevien lajitovereiden joukkovoimaa. Esimerkiksi monet kasvien pinnoilla elävät lievät patogeenibakteerit käynnistävät patogeenisyysgeeninsä vasta siinä tilanteessa kun niiden määrä ylittää infektioon tarvitun vähimmäismäärän.

Mutta kuinka ollakkaan, jopa virukset osaavat viestitellä keskenään ja reagoida kollektiivisesti  niin että ne pystyvät optimoimaan infektiosykliään isäntäsoluissa.

Virusten välinen kemiallinen viestintä on havaittu aivan äskettäin bakteereja infektoivissa viruksissa, eli bakteriofaageissa. Monet bakteriogfaagit voivat käyttäytyä isäntäsoluissaan kahdella eri tavalla: Ne voivat joko aloittaa räväkän lisääntymisen, joka tuottaa nopeasti suuren määrän jälkeläisiä ja johtaa isäntäsolun hajoamiseen ja uusien virusten vapautumiseen ympäristöön. Tätä infektiomuotoa kutsutaan lyyttiseksi infektioksi. Toinen vaihtoehto on lysogeeninen infektio, missä virus ei alakaan lisääntymään, vaan liittyy osaksi isäntäsolun genomia. Se istuu siellä hiljaa, lisääntyy isäntäsolun genomin kopioituessa, ja odottaa jotakin sopivaa tilannetta missä se sitten yllättäen aktivoituu ja aloittaa aktiivisen lisääntymissyklinsä. Lysogeeninen infektio tapahtuu tietyn viruksen tuottaman proteiinin avulla, mutta pitkään on ollut epäselvää, mitkä tekijän säätelevät tämän proteiinin ilmenemistä ja virusinfektion kehittymistä joko lyyttiseksi tai lysogeeniseksi.

Nyt Zohar Erezin ja kumppaneiden julkaisema tutkimus paljastaa ratkaisun tähän kysymykseen (Nature tammik. 26, 2017. 541:488, doi:10.1038/Nature21049.). He osoittavat että  phi3T faagi –  kuten monet muutkin samaan ryhmään kuuluvat faagit – tuottaa kolmesta proteiinista (aim P, R ja X) koostuvan ”arbitrium” systeemin, jonka avulla ne pystyvät aistimaan ”lajitovereidensa” määrän ympäristössä. Jos tunnistussignaalin (P-proteiini) määrä ympäristössä on alhainen,  virukset käynnistävät lyyttisen infektiosyklin. Siinä vaiheessa kun virusten määrä lisääntyy ja signaaliproteiinin määrä kohoaa korkeammaksi (yhtä suureksi kuin paikallinen isäntäsolujen määrä), virukset käynnistävät lysogeenisiä infektioita. Ne piiloutuvat isäntäsolujen genomeihin eivätkä tuhoa isäntäsoluja, vaan jäävät ”odottelemaan” että solut ehtivät lisääntyä niin paljon että jälkeläisillä olisi taas riittävästi uusia isäntiä olemassa. Fiksuja vekkuleita!

Nämä mikrobien käyttäytymistavat näyttävät älykkäille. Näissä on kuitenkin kysymys vain luonnon hienosta toiminnallisuudesta, joka perustuu proteiinien tunnistureaktioihin, geenien säätelyyn, ja lopulta, geneettiseen informaatioon. Ei siis sen kummempaa älykkyyttä, ainakaan nuo bakteerien ja virusten tunnistus- ja aktivoitumisreaktiot – mutta miten lie limasienten laita.

 

 

 

Elämän ihmettelyä

18.1.2017 klo 00.18, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Ihmiset ovat jo kauan aikaa – ainakin jo Aristoteleen ajoista lähtien – koettaneet ymmärtää ja määritellä mitä elämä oikeastaan on. Monien eri alojen tutkijat ovat  perusteellisesti pohtineet, ja yrittäneet pelkistää elämän olemuksen johonkin määritelmään tai perusominaisuuteen. Monet  ovat päätyneet hyvinkin eri tyyppisiin määritelmiin. Esimerkiksi Nobel-palkittu kvanttifyysikko Erwin Schrödinger määritteli elämän negatiiviseksi entropiaksi, siis, järjestykseksi – tämä tarkoittaa suunnilleen samaa kuin suuri sisäinen informaatio. Unkarilainen Albert Szent-Györgyi, fysiologian ja lääketieteen Nobelin voittaja vuodelta 1937, puolestaan  määritteli elämän vain elektroneiksi jotka etsivät lepopaikkaa. Uudempia määritelmiä on NASA:n astrobiologian ohjelman määrittelemä: Elämä on ”Vesiliukoinen kemiallinen systeemi, joka perustuu molekyylirakenteisiin koodattuun informaatioon, ja joka kehittyy (evolves)”. Tämäkin määritelmä, niin elämänmakuinen kuin onkin, on puutteellinen. Evoluutio – vaikka onkin olennainen tekijä elämän säilymisen ja kehittymisen kannalta – ei toteudu yksilön tai yksittäisen solun elämässä, vaan vasta sukupolvien ketjussa, populaatioiden sisällä, ja riittävän pitkien aikojen kuluessa.

Elämä on jotakin joka ”on  tässä ja nyt”, ja joka myös on aina ollut ja jatkunut, alustaan asti, joka on aina muuttanut muotoaan mutta silti pysynyt perusteiltaan samana.

BBC:n tiedejutun mukaan elämästä on tehty yli 100 näennäisen hyvää määritelmää http://www.bbc.com/earth/story/20170101-there-are-over-100-definitions-for-life-and-all-are-wrong

Jos kaikki harrastelijat lasketaan mukaan, niin elämän määritelmiä on varmasti paljon enemmänkin kuin tuo sata, mutta ilmeisesti ne kaikki ovat ”väärin”. Mikään määritelmä ei tavoita elämän koko olemusta. Ne eivät pysty määrittelemään edes tätä maanpäällistä elämää, saati sitten niitä mahdollisia vieraita elämänmuotoja mitä jossakin muualla maailmankaikkeudessa saattaisi olla.

Eräs uusi tapa koettaa tehdä elämästä pelkistettyä ja ymmärrettävää on koettaa rakentaa siitä digitaalisia malleja, tietokonepohjaista keinoelämää, tai elämän toiminnallista mallia. Siis, rakentaa tietokoneohjelmia jotka testaavat laskennallisesti millaiset matemaattiset algoritmit – tai biokemialliset reaktiot – voisivat tuottaa systeemejä jotka käyttäytyvät elämän tavoin

https://astrobiology.nasa.gov/news/computing-the-origin-of-life/

Elämää ja sen kehittymistä simuloiva tietkoneohjelma Avida luo ja testaa koodeja jotka käyttäytyvät kuten elämä, ne ovat ”informaatiota joka kopioi itsensä”. Tällainen informaatio – tai koodi – muuntuu spontaanisti, voittaa ja eliminoi kilpailijansa käyttämällä tehokkaammin CPU aikaa, ja kehittyy paremmaksi ja paremmaksi. Kuin elämä itse. Ohjelman suuri haaste on vain löytää se ensimmäinen koodi joka osaa kopioitua. On hyvin epätodennäköistä että sellainen monimutkainen koodi syntyisi aivan sattumalta loputtoman suuresta valikoimasta erilaisia bittijonoja. Tarvitaan jotkut sopivat lähtöolosuhteet (tai tietokone-ohjelmassa: oletukset) jotka rikastavat sopivia lähtötekijöitä. Suotuisa lähtötilanne tuottaa paremman todennäköisyyden sille, että itseään kopioiva koodi syntyy.

Oikean elämän synnyssä on haasteena ollut myös se että pelkkä kopioituminen ei edes riitä, vaan toimivia ja yhteensopivia prosesseja on pitänyt syntyä rinnakkain vaikka kuinka monia. Kokonaista digitaalista mallia solulliselle elämälle ei pystytä koskaan kehittämään, mutta ehkä  tuo informaation (koodin) kopioituminen on jo aika hyvä malli, ja kuvaus elämän keskeisimmästä ominaisuudesta.

Siis, elämän olemus palautuu kopioituvaan informaatioon.

Nyt pitää lainata tähän erästä kommenttia joka tuli joulunaikaiseen blogiini ”Äly, tieto ja tietoisuus”. Nimimerkki Kosmos kirjoitti: ”Mitä informaatio sitten on? Tästä vallitsee tiedeyhteisössä …erimielisyys, mutta pieni fyysikkojen joukko kannattaa jo ajatusta, informaatio on jotain perustavan laatuista ”stuffia”:

http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2014/04/is-information-fundam…
http://www.space.com/29477-did-information-create-the-cosmos.html

Kiehtova linkki – tässä pari lainausta sieltä, hiukan tiivistettynä:

Paul Davies: ”Historically, matter has been at the bottom of the explanatory chain, and information has been a sort of secondary derivative of it,” Davies said. Now, he added, ”there’s increasing interest among at least a small group of physicists to turn this upside down and say, maybe at rock bottom, the universe is about information and information processing, and it’s matter that emerges as a secondary concept.”

Seth Lloyd: … The universe consists of information; every elementary particle carries information… The universe is a physical system that contains and processes information in a systematic fashion and that can do everything a computer can do. .. Information is not just a way of appreciating or approximating how the universe works, but the literal, most fundamental way it actually works. ..the universe is not like a computer as an explanatory metaphor; it really is a computer as scientific fact. All changes in the universe are ”computations.”

Tämä on hyvin hämmentävää. Mikä on konkreettisen maailmankaikkeuden – aineen ja energina  – ja informaation suhde toisiinsa? Ovatko molemmat yhtä merkittäviä, vai onko toinen näistä alisteinen toiselle? Ovatko elämä ja tietoisuus tuon kosmisen informaation ilmenemismuotoja?

Epävarmoja aikoja

1.1.2017 klo 02.34, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Nyt se sitten taas vaihtui. Vanha vuosi on takana, uusi edessä.

Tässä kohtaa ihmisellä on taipumus pysähtyä tekemään hiukan inventaariota. Mitä on jäänyt taakse, mitähän voi odottaa tai toivoa että olisi edessä. Hyvää ja tasaista elämää on jatkunut jo niin pitkään, ainakin näillä seuduilla, että nyt mennään tulevaisuuteenkin ihan luottavaisin mielin. Josko viime vuonna maailmassa näyttikin olevan paljon kaikenlaista epävarmuutta – paljon kodittomina vaeltavia pakolaisia, talouskasvu pysähtynyt, hullut vaalit Englannissa ja Amerikassa, suurvaltojen välit kylmän sodan partaalla. Hämmentävää on ollut se että maailman eri eturyhmät pyrkivät niin eri suuntiin: toiset haluavat keskittyä valvomaan vain oman ryhmänsä etuja, toiset näkevät että kaikkien kuuluisi kantaa yhteistä vastuuta siitä mihin maailma menee. Monet ovat huolissaan siitä että ilmaston muutoksesta, väestön kasvusta, levottomuuksista, ekosysteemien kemikalisoitumissta ja häviämisestä, toiset taas sitä mieltä että talous menee kaiken edelle.

Vuosien varrella ihmiskunta on kohdannut monenlaisia vastoinkäymisiä, vaikeuksia ja katastrofeja – niin kuin kaksi maailmansotaa, ja lukemattoman monia muitakin sotia, orjakauppaa ja muuta pöyristyttävää väkivaltaa. Nämä kaikki joko ihmisen ahneudesta tai käsittämättömästä vallanhalusta, rasismista, ja  suvaitsemattomuudesta johtuen. Silti, kuitenkin, kaikesta tästä ihmiset ovat selvinneet. Kehitys on kehittynyt, olot ovat parantuneet, ihmisten keskinäinen yhteydenpito ja vastuuntunto on lisääntynyt.

Ja luontokin on ollut ihmisen kehittymiselle suotuisa. Suuret imastonmuutokset ovat ajaneet ihmisen lajin kehittymistä, alkaen jo ensimmäisestä kahdella jalalla kävelevästä apinaihmisestä noin 4 miljoonaa vuotta sitten. Vaihtelevat ilmasto-olot vaikuttivat eri ihmis-lajien eriytymiseen noin miljoona vuotta sitten, ja vielä nykyihmisen syntyyn noin 200 000 vuotta sitten. Mutta sen jälkeen kun ihminen alkoi viljellä maata, ja asettui paikallaan pysyviin yhdyskuntiin, noin 12 000 vuotta sitten, luonnon olosuhteet ovat pysyneet vakaina ja suotuisina.  Ihminen on saanut rauhassa kehitellä tieteitään ja taiteitaan, teollisuutta ja talouttaan.  Kehitys on ollut koko ajan kulkenut kasvavan hyvinvoinnin suuntaan.

Ja näin se varmaan jatkuukin. Muutokset tapahtuvat hitaasti, ja ihmiset ehtivät sopeutua ja löytää ratkaisuja ongelmiin, kuten Ilmastonmuutokseen ja ympäristökatastrofiin.

Mutta eihän sitä koskaan tiedä mitä seuraavaksi tapahtuu.  Jonkun suurmiehen hulluus tai vallanhalu voi viedä koko maailman ydinsodan syövereihin. Tai, planeetan sisukset voivat kuohahtaa pintaan niin että olosuhteet muuttuuvat ihan toisenlaiseksi.

Napolin läheisyydessä sijaitsee Campi Flegrei, eli ”Palava maa” alue. Se on laaja vulkaaninen kenttä jossa on 24 kraateria, kuumia läheitä ja fumaroleja. Lisäksi siellä sijatseen yli 11 kilometrin suuruinen vanha kaldera,  supertulivuoren räjähdysmaisen purkauksen jättämä laakea painauma. Tuo supertulivuori on purkautunut viimeksi kohtuulisen rauhallisesti vuonna 1538, ja sitä ennen noin 12 000 vuotta sitten – olisikohan sellainen tuhkan pölläytys jopa edesauttanut viimeisimmän jääkauden loppumiseen. Sitä ennen tämä supertulivuori purkautui 35 000 vuotta sitten – tuon isohkon purkauksen ilmastonmuutos-vaikutukset saattoivat osaltaan edesauttaa Neanderdalin ihmisen kuolemista sukupuuttoon. Sitä edeltävän kerran se räjähti 200 000 vuotta sitten, ja tuo räjähdys on ollut suurin tunnettu tulivuorenpurkaus Euroopan historiassa. Se nosti paljon tuhkaa ilmakehään ja aiheutti monia vuosia kestäneen vulkaanisen talven. Samaan aikaan ajoittuu ilmaston hyvin nopea jäähtyminen ja ”Saalian” jääkauden alkaminen.

Nyt juuri on sellainen aika, että tuo maanalainen jättiläinen taas osoittaa heräilemisen merkkejä.

http://www.sciencealert.com/the-supervolcano-that-caused-one-of-the-biggest-eruptions-in-history-has-started-to-stir; http://news.nationalgeographic.com/2016/12/supervolcano-campi-flegrei-stirs-under-naples-italy/

Kuinkahan me ihmiskuntana selviytyisimme tuollaisesta tapahtumasta –

Jokatapauksessa: toivottelen kaikille lukijoille hyvää ja mielenkiintoista uutta vuotta.

Äly, tieto ja tietoisuus

1.12.2016 klo 00.23, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Tämäniltainen PRISMA-studio käsitteli taas mielenkiintoisia aiheita, josko ei mitenkään syvällisesti, mutta maininnan tasolla kuitenkin. Aiheena oli älykkyys. Ohjelma kertoi että jotkut kimalaiset oppivat ratkaisemaan ongelmia – herkkupaloille pääsyyn liittyviä – siten että ne käyttävät apunaan tarjolla olevia työvälineitä. Ne pystyvät myös nopeasti neuvomaan nuo keinot kavereilleen. Ohjelmassa mainittiin myös muita eläimiä jotka edustavat korkeampia älykyyden tasoja. Esimerkiksi valaspopulaatiot puhuvat keskenään erilaisia kieliä, mutta ne voivat oppia myös uusia kieliä. Myös koirat ovat tunnetusti älykkäitä. Ainakin niiden omistajat ovat sitä mieltä että ne hyvinkin ymmärtävät isäntänsä puhetta, mutta nyt ohjelmassa osoitettiin että koira ymmärtää myös ihmisen elekieltä (se voi olla helpomminkin ymmärrettävää kuin ihmisen sekavat puheet!).

Toki monet eläinlajit käyttäytyvät älykkäästi. Niiden ajatusmaailmaa on kuitenkin hankala tutkia, koska ei ole olemassa yhteistä käsitteellistä kieltä jonka avulla saisimme selville mitä eläimet ajattelevat eri asioista tai tilanteista. Käyttäytymistieteilijät kuitenkin mittaavat eläinten älykyyttä sen perusteella, miten hyvin ne pystyvät ratkaisemaan erilaisia ongelmallisia tehtäviä; ratkaisun palkintona on yleensä se, että onnistuessaan eläin pääsee nappaamaan herkkupalan. On osoitettu että yleensä eläinlajien älykkyys – tai kyky ratkaista annettuja tehtäviä ja ongelmia – ei korreloi pelkästään kyseisen eläimen aivojen koon kanssa, vaan paremminkin sen aivojen koon ja ruumiin koon suhteen kanssa.

Suhteellisen isoaivoisia ja samalla erityisen älykkäitä eläimiä ovat isot apinat, eli simpanssit ja gorillat: ne jopa oppivat puhumaan ihmisen kieltä viittomamerkkien avulla. Myös hammasvalaat, varislinnut ja papukaijat ovat tunnetusti älykkäitä. Monet muutkin lajit ovat älykkäitä, tai ainakin hyvin kykeneväisiä oppimaan uusia asioita – erityisen oppivaisia ovat siat, koirat, kissat, erilaiset apinalajit, elefantit ja mustekalat. Monet lajit, kuten hevoset, lampaat ja kyyhkyset osoittavat suurta muistia, uusien tilanteiden tunnistamista ja hallitsemista, sosiaalisuutta ja tunneälyä. Muuralaiset ja mehiläiset osoittavat ainakin kollektiivista älykästä käyttäytymistä. Älykkyyden muotoja ja tasoja riittää …

Mutta kaikkien älykkäiden eläinten rinnalla ihminen on tietysti omaa luokkaansa. Ihminen on kehittänyt puhutun käsitteellisen kielen, kirjoitustaidon, paikalliset ja globaalin yhteiskuntarakenteet, sähköisen viestinnän, eettis-moraalisen arvomaailman, avaruuslennot, teknillisen sivilisaation ja vallankumouksen, ja mitä kaikkea. Ja käsitteellisen ajattelun ja teknisten taitojensa avulla hän pystyy kaikkia näitä aiheita jopa analyyttiseti tutkimaan.

Kaikkien teknisten ja tiedollisten saavutusten rinnalla ihmisellä on kuitenkin yksi erityinen ominaisuus, joka näyttää oleellisesti liittyvän hänen älykkyyteensä. Se on tietoisuus. Ihminen on tietoinen omasta olemassaolostaan, hän ihmettelee itsensä ja koko elämän alkuperää, hän muistaa menneisyyden, ja hän pystyy jonkun verran ennakoimaan tulevaisuutta, hän pystyy suunnittelemaan ja toimimaan määrätietoisesti.

Pelkistetyimmillään, tietoisuus (tai sen ilmentyminen) on määritetty aivotutkimuksessa siten, että ihminen on tietoisessa (ympäristöön reagoivassa) tilassa, ja kykenevä kiinnostumaan ja reagoimaan ympäristössä tapahtuviin tapahtumiin (englanninkiellellä: ”awareness” ja ”arousal” ominaisuudet). Aivotoimintojen kuvantamisen avulla on nyt osoitettu että näihin tietoisuuden tasoihin tarvitaan tiettyjä pieniä alueita aivorungossa. Aivorunko on selkäytimen jatkona toimivaa aivojen sisintä solukkoa, joka mm. säätelee valve- ja unitilan vaihtelua, sydämen lyöntitiheyttä ja hengitystä. Valvetila-tietoisuuteen tarvitaan näiden alueiden lisäksi myös kahta erillistä aivokuoren aluetta, ja erityisesti, näiden alueiden keskinäistä yhteyttä tai verkottumista aivorungon kanssa. Tästä mullistavasta aivotutkimuksen löydöksestä kerrotaan Harwardin yliopiston tiedotussivulla http://www.sciencealert.com/harvard-scientists-think-they-ve-pinpointed-the-neural-source-of-consciousness. Tästä linkistä löytyy myös huima kuvannuskartta muista aivojen sisäisistä toiminnallisista yhteyksistä.

Kuitenkin, tuo edellä mainittu ”valveilla oleva” tietoisuuden taso ei taida olla vielä mitenkään erityisen korkealentoista tajuntaa, vaan paremminkin sellaista mikä on kaikille eläimille yhteistä, tavanomaista, ja välttämätöntä:  ovathan kaikki eläimet hereillä (silloin kun ovat), ja kaikki ne reagoivat ympäristöönsä. Tuo kuvantamismittaus ei siis todellakaan vielä tavoita sitä ihmisen erityistä, sisäsyntyistä, kokomusperäistä tunnetilaa että ”jotakin erityistä on olemassa, ja minä olen jotenkin osa sitä, ja sen olemassaoloa”.

Varsinainen syvällinen tietoisuus on ollut ihmiselle yksi vaikeimmin ymmärrettävistä asioita. Mitä tietoisuus tarkoittaa, mistä se syntyy, missä se sijaitsee? Mitä se on? Näitä kysymyksiä on vaikea tutkia, sillä tietoisuutta pidetään ihmisen sisäisen kokomusmaailman ilmiönä, jota ulkopuolisen on vaikea (tai mahdoton) havaita. Näistä tietoisuuden monista tasoista ja ulottuvuuksista, ja niiden määrittelemisen, havannoimisen ja mittaamisen problematiikasta kirjoittavat tietoisuuden tutkijat Antti Revonsuo ja Valtteri Arstila artikkelissaan ”Voidaanko tietoisuutta mitata?” lääketieteellisessä Aikakauskirjassa Duodecim 2011;127(12):1219

http://www.duodecimlehti.fi/web/guest/arkisto?p_p_id=Article_WAR_DL6_Articleportlet&p_p_action=1&p_p_state=maximized&p_p_mode=view&p_p_col_id=column-1&p_p_col_count=1&viewType=viewArticle&tunnus=duo99620

Tuttuahan tuo on tietenkin, meille kaikille: tietoisuuteen kuuluu paitsi tuo valveilla olo, havainnoiminen ja reagoiminen, myös tuntemukset, aistimukset ja tunteet, ihmetyksen aiheet, uteliaisuus, kysymykset, johtopäätökset, assosiaatiot, tulkinta ja arviointi, rinnastukset entisiin kokemuksiin, peilaaminen tietoon ja taitoihin, merkittävyyden arviointi tulevaisuuden kannalta. Sekä se miten kyseinen asia suhteutuu minuun itseeni, tai muuhun ympäröivään maailmaan, mikä on kaiken yhteys kaikkeen. Ja kaikki tämä samanaikaisesti, ja tiedostamatta…

Nuo ihmisen mielen ulottuvuudet taitavat olla vielä aika kartoittamatonta ja tuntematonta maailmaa, kaikista hienoista aivokuvantamiskartoista huolimatta.

Emmekä me sitäkään vertaa tiedä millaisia ulottuvuuksia avautuu muiden viisaiden eläinten mielenmaisemissa.