Elämän keitaita

Ihmisen aika

11.11.2016 klo 22.34, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Maa-planeetan pitkää historiaa, aikojen tasaista jatkuvuutta ja eliökunnan kehitystä jaksottavat suuret muutokset. Luonnontutkijat – erityisesti geologit ja paleontologit – nimeävät pitkiä tasaisen kehityksen aikoja tietyillä nimillä, ja sitten kun suuret myllerrykset tulevat, nimi muuttuu. Geologisia kausia erottavat muutokset ovat olleet niin suuria, että ne ovat jättäneet selvät jälkensä maan geologisiin kerrostumiin. Ne liittyvät suuriin ja merkittäviin ilmaston (ja jopa ilmakehän)  muutoksiin, joiden seurauksena osa, joskus jopa suurin osa entisistä eliöslajeista on kuollut sukupuuttoon. Ajan mittaan ekosysteemit ovat täyttyneet taas uusilla lajeilla, ja lajiston muutokset havaitaan sedimenttikerroksiin tallentuneista fossiileista. Geologiset aikakaudet perustuvat sedimenttikerrosten tutkimuksiin.

Viimeisen viidensadan miljoonan vuoden aikana geologiset kaudet ovat vaihtuneet planeetalla 12 kertaa: kausien nimet ovat olleet kambri- (alkoi noin 541 miljoonaa vuotta sitten, ma), ordoviki- (485 ma), siluuri- (443 ma), devoni- (419 ma), kivihiili- (359 ma), permi- (298 ma), trias- (252 ma), jura- (201 ma), liitu- (145 ma), paleogeeni- (66), neogeeni- (23 ma), ja kvartäärikausi (2,3 miljoonaa vuotta sitten). Kolme viimeisintä kautta, alkaen dinosaurusten ajan päättäneestä Chicxulubin törmäyksestä lähtien, jaetaan edelleen vielä epookkeihin, joista viimeisin, holoseeni nimeltään, alkoi jääkauden päättyessä noin 12 000 vuotta sitten.

Tuo nimistö muodostaa  aikakausien virallisen luokittelusysteemin. Aikakausien määrittelystä ja nimeämisestä vastaa kansainvälinen stratigrafiakomissio (International Commission on Stratigraphy), ja se vaatii tiukkoja kriteerejä sille että maailma siirtyy toisennimiseen aikakauteen. Tähän tarvitaan sitä että  merkittävät indikaattorit planeetan sedimenttikerroksissa muuttuvat.

Viime vuosina tutkijat eri suunnilla ovat todenneet että planeetan olosuhteet ja geologiset kerrokset ovat nyt muuttumassa niin kovaa vauhtia että maailmanaika – siis epookki –  pitäisi nimetä uudelleen. Muutokset ovat oman lajimme aiheuttamia – uuden ajan nimi olisi siis ”Antroposeeni”, Ihmisen aika. Innokkaimmat ekologit arvelevat että tuo ihmisen aika voitaisiin katsoa alkaneeksi jo siitä kun ihmisen laji lähti vaeltamaan pois Afrikasta ja levittäytymään koko planeetalle; sosiaalitieteilijät taas arvelevat että se alkaisi siitä kun ihminen alkoi asettua paikoilleen, viljellä maata ja kesyttää kotieläimiä ja viljelykasveja noin 10 000 vuotta sitten. Tämä toiminta toki muutti ainakin lajistoa, jonkin verran. Seuraava etappi ihmisen ajassa olisi voinut olla korkeiden sivilisaatioden nousu noin 5000 vuotta sitten – tai ehkä suurten löytöretkien aika, noin 500 vuotta sitten, jonka seurauksena eläin- ja kasvilajit levisivät uusille mantereille, samaan aikaan kun ihmisen populaatio lisääntyi entisestään. Ja kaiken tämän myötä on tapahtunut markittävä lajien sukupuutto –

Kuitenkin varsinaisia merkittäviä muutoksia geologisiin sedimentteihin on alkanut kerääntyä vasta noin 1950-luvulta lähtien. Siitä lähtien niihin on laajalti kertynyt ihmisen tuottamia ”teknofossiileja”: alumiinia, sementtiä, muovia, ja öljyn polttamisesta syntyvää hiiltä ja tuhkaa. Kaikenlaiset asumisjätteet,  ja myös suuret ympärisömuutokset kuten metsien hävittämisestä johtuva eroosio, jokien patoamisesta johtuvat virtausten muuttumiset,  ja teiden ja kaupunkien rakentaminen muodostavat pysyviä jälkiä sedimentteihin.

Näiden lisäksi  – tietysti – monet suuret globaalit parametrit ovat hissukseen (??) muuttumassa. 1900 luvun alusta lähtien ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on noussut, sen C¹³ isotoopin osuus laskenut ja ja O¹⁸  isotoopin osuus noussut – nämä ovat lämpenemisen indikaattoreita; valtamerten pinta on noussut, hiukan, vuosi vuodelta, ja jäätiköt pienentyneet. Nämä muutokset ovat lisääntyneet 1950 luvulta lähtien.

Nämä kaikki – ja erityisesti nuo sedimenteissä näkyvät muutokset, puoltavat sitä että ”Ihmisen aika” on alkanut viime vuosisadan puolivälin aikoihin. Mutta asiantuntijat painottavat, että nämä muutokset näkyvät nyt paljon laajemminkin kuin vain stratigrafian (eli sedimenttien) tasolla. Nyt ne alkavat näkyä myös systemaattisen planetologian (Earth system science) tasolla: systeemisiä  muutoksia ovat ilmakehän ja ilmaston muutokset, ja niistä seuraavat muutokset valtamerten kemian, lämpötilan, kerroksellisuuden ja merivirtojen tasolla. Näistä kirjoittavat näinä viikkoina suuret sensaatiolehdet Nature (Hamilton C. 2016, Nature 536: 251, http://www.nature.com/news/define-the-anthropocene-in-terms-of-the-whole-earth-1.20427) ja Science  (Waters CN ym. 2016, http://science.sciencemag.org/content/351/6269/aad2622).

Tuleepa mieleen tuo James Lovelockin Gaia teoria: Nyt taas Maa-planeetan eliökunta ja ympäristöolot ovat suuren myllerryksen vallassa, ja etsivät uutta tasapainotilaansa. Ne elävät ihmisen aikaa. Miten lie, riittäneekö tälle muutokselle se että tuo epookin nimi muuttuu, vai muuttuko myös geologinen kausi. Joskus tulevaisuudessa sen vasta tietävät.

Ilmeisesti Yhdysvaltojen uuden presidentin aika tulee tätä ihmisen aikaa vahvistamaan, kaiken muun luonnon kustannuksella.

Miksi emme itse vie elämää muille planeetoille?

31.10.2016 klo 20.14, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

HS:n tiedetoimitus pyytää nyt vastausta tällaiseen, jonkun Tiede-lehden lukijan lähettämään kysymykseen.

Niinpä niin. Monet muutkin ovat tätä kyselleet, ja varmaan edelleenkin kyselevät. Jotkut astrobiologit ovat jopa vakavissaan ehdotelleet että kasvien siemeniä pitäisi lähettää luotainten mukana pitkin avaruutta. Mutta ei toki, avaruusluotainten mukana ei ole lähetetty yhtään siementä mihinkään. Tärkein syy on se että jos jossakin siellä – jossakin tavoitettavien etäisyyksien päässä – olisi olemassa joku elinkelpoinen ympäristö, meidän ensimmäinen velvollisuus on olla häiritsemättä siellä mahdollisesti jo olemassa olevaa elämää.

Mutta olisiko elämän kylväminen avaruuteen (eli muiden taivaankappaleiden asuttaminen – tai kontaminoiminen) mahdollista? Tätä kysymystä on tutkittu paljonkin teoreettisella ja kokeellisella tasolla. Ensimmäisiä kysymyksiä tällä alalla on se, voisivatko Maan eliöt, tai edes jotkut niistä, selvitä tuollaisissa vieraiden planeettojen olosuhteissa. Seuraava kysymys on, miten ihminen voisi istuttaa elämää tällaisiin avaruuspuutarhoihin.

Selviytymiskokeet ovat osoittaneet että monet bakteerilajit, syanobakteerit, jäkälät, sienet, ja jopa jotkut monisoluiset eläimet kuten karhunkaiset säilyvät elinkykyisinä joitakin aikoja avaruuden tyhjössä ja kylmyydessä, kunhan ne vain suojataan voimakkaalta hiukkas- ja UV-säteilyltä. Kuitenkin näissä ankarissa olosuhteissa säilyvät vain näiden eliöiden lepomuodot, kuten bakteerien tai sienten itiöt, tai kuivuneet jäkälät tai karhunkaiset. Maan eliöiden aktiivinen elämä avaruuden avoimissa olosuhteissa ei onnistu korkean säteilyn, tyhjön, ja kylmyyden takia.

Omassa planeettakunnassamme olisi yksi sellainen taivaankappale jolla voisi löytyä Maan elämälle sopivia suojaisia piilopaikkoja, ja se on tietysti naapuriplaneettamme Mars. Senkin pinnalla olosuhteet ovat elämälle liian ankarat. Suurin syy tähän on se että että sieltä puuttuu suojaava otsoni-pitoinen ilmakehä joka pysäyttäisi avaruudesta tulevan UV-säteily, tasoittaisi lämpötilaa ja antaisi sellaisen ilmanpaineen joka pitää veden nestemäisessä muodossa. Meille happea hengittäville eliöille on ongelmallista myös se että ilmassa ei ole riittävästi happea, mutta tätähän tietenkään monet kasvit tai mikrobit eivät tarvitse.  Alkeellisten eliöiden elämä Marsin pinnalla saattaisi hyvinkin onnistua, jos kyseiselle eliölle järjestetään olosuhteet jotka suojaavat säteilyltä ja kuivuudelta.

Ja tällaistahan ihmiset nyt suunnittelevat niiden hankkeiden yhteydessä, joiden tavoitteena on pystyttää Marsin pinnalle sellaisia tukikohtia, missä ihmiset voisivat asia pysyvästi.

http://abcnews.go.com/Technology/spacex-unveils-plan-manned-mars-mission/story?id=42397714

Tällaisen ihmisen siirtokunnan pitäisi tietenkin viedä uudelle kotiplaneetalle mukanaan sellaisia perustuotantoeliöitä – kasveja, leviä ja mikrobeja – joiden avulla se voisi tuottaa itselleen elintarvikkeita, happea ja polttoaineita. Mutta mukana tulisi tietysti myös valtava määrä erilaisia kontaminoivia mikrobeja.

Suureellisimmat Mars-planeetan asuttamis-suunnitelmat tähtäävät koko planeetan muokaamiseen Maan elämälle kelvolliseksi, eli Marsin maankaltaistamiseen. Tähän tarvittaisiin se että Marsiin saataisiin palautettua riittävä, kasvihuonekaasuja sisältävä ilmakehä, jonka ansioista lämpötila nousisi niin että planeetan vesivarat sulaisivat, ja pysyisivät nestemäisinä. On ajateltu että tämä onnistuisi sulattamalla Marsin navoilla olevia CO₂-jäätiköitä joko avaruuspeilien avulla, tai esimerkiksi tuottamalla planeetalla runsaasti fluorihiilivety-kaasuja, jotka toimivat erittäin tehokkaina kasvihuonekaasuina.

http://www.astronomy.com/news/2016/06/these-experiments-are-building-the-case-to-terraform-mars

Tällaisia teoreettisia skenaariota on siis kehitelty – mutta ehkä tuo suunnitelma ei olekaan ihan pätevä, sillä uudet tiedot osoittavat että Marsissa ei olekaan enää olemassa niin paljoa hiilidioksidi-jäätä, että se riittäisi tuottamaan riittävän paksua ilmakehää ja ilmanpainetta nestemäisen veden ylläpitämiseen.

http://www.space.com/31044-mars-terraforming-nasa-maven-mission.html

Ainoa mahdollinen Marsin asutus-mahdollisuus lienee siis rajoittua joko suljettuihin moduleihin,  tai mahdollisesti, jonkinlaisten suljettujen kupujen alle…

Mutta tämähän on, toistaiseksi ainakin, ajatus jonka YK:ssa sovitut planeettojen suojelusopimukset ehdottomasti kieltävät.

Onko siellä ketään??

19.10.2016 klo 21.26, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Galileon Galilein (1564- 1642), Tyko Brahen (1546 -1601) ja Johannes Kepplerin (1570 – 1630 ) ajoista lähtien me ihmiset olemme – vähitellen – oivaltaneet että koptiplaneettamme Maa sijaitsee Aurinko-keskeisessä planeettakunnassa, ja että tässä lähinaarustossa on muitakin taivaankappaleita, eli planeettoja, jotka samalla tavalla kiertävät tuota samaa keskustähteä. Kaukoputkien kehittyessä tähtitieteilijät tähyilivät näitä naapuri-maailmoita. He olivat – samoin kuin tieteen uusia löydöksiä seuraava yleisö – olivat kovin kiinnostuneita selvittämään, olisiko noissa maailmoissa myös saman tapaista elämää kuin täällä Maassa. Olisiko siellä kenties ihmisten kaltaisia, teknisesti taitavia olioita, olisiko siellä kaupunkeja ja yhteiskuntia.

Italialainen tähtitieteilijä nimeltä Giovanni Schiaparelli (1835 – 1910) tutkiskeli kaukoputkellaan 1877 Marsia, ja havaitsi siellä joitakin ilmeisiä pinnanmuotoja tai vaihteluita. Havainoistaan hän piirsi tällaisen kartan

https://en.wikipedia.org/wiki/Giovanni_Schiaparelli

 

Hän nimesi kaukoputkessa erottuvat pitkät suorat kuviot tai rakenteet italialaisella sanalla ”canali” – kuvaillakseen jonkinlaisia epämääräistä rakenteita tai muotoja planeetan pinnalla. Tuo nimike tuli kuitenkin käännetyksi englannin kielelle sanalla canals – kanavia – joka taas tarkoittaa ihmisen rakentamia, veden täyttämiä uomia. Arvaahan sen, sana lähti kiertämään, ja huhu ruokki itse itseää. Erityisesti amerikkalainen tähtitieteilijä, Schiapparellin aikalainenPercival Lowell omisti koko tieteilijän uransa Marsin pintarakenteidne, ja erityisesti, vesiuomien ja mahdollisesti jopa niiden risteyksissä sijaitsevien kaupunkien havaitsemiseen. Yleinen mielipide oli vakuuttunut siitä että Marsissa on elämää, ja jopa meidän kaltaistamme älykästä, teknisesti pystyväistä, ja ehkä agressiivista. Ihmiset olivat varmoja että meillä on olemassa naapureita tässä planeettakunnassa.

Vasta ensimäinen onnistunut Mariner 4 lento vuonna 1964, ja sitä seuraavat 1969 lentäneet Mariner 6 ja 7 luotaimet kuvasivat Marsin pintaa riittävän läheltä. Kuvista nähtiin että naapuriplaneetta on kuivaa, elotonta hiekkaerämaata. Kuitenkin – valtavat joen uomien näköiset rotkot ja pinnan muodot antoivat olettaa että ehkä vettä on joskus ollut, runsaastikin. Mutta ei ole enää.

Maan asukkaiden mielessä paloi kuitenkin edelleen kysymys: olisiko siellä kuitenkin jotakin elämää. Jos ei ihan teknisesti sivustynyttä, niin kuitenkin  – jotakin. NASAn valtava teknologinen taidonnäyte, Viking 1 ja 2 lennot, 1975, kumpikin onnistuivat viemään laskeutujan Marsin pinnalle. Laitteet suorittivat kemiallisia kokeita planeetan pintakerroksista: näytteistä etsittiin orgaanisia aineita tai metabolista aktiivisuutta. Jotakin kemiallista aktiivisuutta läytyikin – mutta ei mitään Maan elämä kaltaista metaboliaa. Siis – ei elämää!! Tai – ehkä sittenkin? Kokeiden tuloksetkin saattaisivat olla positiiviset, jos tuo elämä olisi ihan toisenlaista, vaikkapa vetyperoksin hapetusreaktioihin perustuvaa. Kysymys elämän olemassaolosta oli yhä avoin.

Sittemmin Marsiin on lähetetty lisää laitteita: Mars Global Survayer (1996) oli kiertoradalla seitsämän vuotta tekemässä mittauksia, laskeutujat Mars Pathfinder ja Sojourner laskeutuivat joulukuussa 1996. Mars Orbiter meni kiertoradalle vuonna 2001, Mars Express vuonna 2003, ja molempien oletetaan pysyvän siellä toimivina vielä noin kymmenen vuotta. Myös Mars Reconnaissance Orbiter (2005) kiertää yhä planeettaa. Suurinta Mars-tutkimusta ovat tehneet mönkijät Spirit ja Opportunity, jotka laskeutuivat pinnalle 2003 – Opportunity jatkoi siellä mönkimistään sitkeästi aina toukokuuhun 2016 asti. Pinnalle ovat laskeutuneet myös Phoenix (2007) ja Curiosity (2011); tämä mönkii yhä siellä Gale-kraaterin rinteillä, ja tekee hyvin merkittäviä havaintoja ja kokeita Marsin pinnan kemiasta ja geologiasta.

Kaikkien näiden havaintomatkojen tuloksena tiedämme nyt varmasti että siellä on vettä – jossakin pinnan alla jopa sulaa vettä. Mutta elämää??? Onko ?? Voisiko olla?

Tänään – tänään on tapahtunut taas uusi suuri lähestyminen: Schiaparelli on tullut uudelleen tutkimaan Marsia, nyt luotaimen muodossa. Nyt (keskiviikkoiltana) se on jo onnellisesti laskeutunut Marsin pinnalle.

Tai – juuri noin sanottiin iltauutisissa. Kuitenkin — EI SE NIIN HYVIN ONNISTUNUTKAAN!: Yhteys ei onnistu. ESAn laskeutuminen epäonnistui, TAAS!!

Tuoreita kommetteja: http://livestream.com/esa/marsarrival

http://gizmodo.com/watch-two-space-agencies-attempt-a-daredevil-landing-on-1787926534!

Näiden matkojen haasteet ovat melkoiset: onnistuneita matkoja Marsin suuntaan on tehty tähän mennessä 26, ja epäonnistuneita on ollut 29 (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_missions_to_Mars).

Kuitenkin, teknologian kehittyessä tavoitteet kasvavat: Nyt jo monet eri toimijat – NASAn ohella myös Kiina, Intia, ja jotkut yksityiset tahot – suunnittelevat miehitettyä Mars-lentoa, ja ihmisen pysyvää siirtokuntaa sen pinnalle. Siis, varsin pian siellä on jo olemassa elämää, sekä ihminen, sekä koko joukko ihmisen mukana matkustavia pikkueliöitä…

Astrobiologiaa Euroopassa

1.10.2016 klo 00.19, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Terveiset taas jokavuotisesta eurooppalaisten astrobiologiverkostojen kokoontumisesta – tällä kertaa Ateenasta. Paikalla oli noin 140 osallistujaa 30 eri maasta; virallisten tilannepäivitysten tiimoilta kävi ilmi että  astrobiologinen tutkimus ja koulutus on kovassa nousussa useimmissa Euroopan maissa; monessa maassa se on myös erillisten tutkimusohjelmien tai astrobiologian instituuttien ylläpitämää ja tukemaa.

Varsinaisen kokouksen asialistalla on ollut runsaasti perinteisiä astrobiologisia aiheita – kuten erilaisten planeettojen ilmakehien ja ilmastojen mallintamista, joka aihe lukuisine parametreineen on osoittautunut valtavan monimutkaiseksi; nyt parametreihin kuuluu perinteisten ilmakehän, planeetan koon ja emotähden ominaisuuksien lisäksi myös koko planeetan ytimen ja vaipan toiminta ja mahdollinen tektoniikka. Myös geokemian monimutkaisuutta on ihmetelty useissa puheissa, ja erityisesti suhteessa orgaanisten yhdisteiden syntyyn ja niiden monimutkaistumiseen varhaisen Maan olosuhteissa. Myös tähtien välisten orgaanisten aineiden havaitsemista kuultiin esitelmä, ja Harry esitteli Rosetta luotaimen mukana lentäneen Cosima-instrumentin tuloksia P67/Churyumov-Gerasimenko- … komeetasta; hän piti samalla pienen ”in memoriam” muistopuheen Rosetta luotaimelle, joka tänään lopetti toimintansa laskutuessaan komeetan pinnalle. Samoin Tuorlan observatoriolta tohtoriopiskelija Boris Zaprudin esitti posterissa tuloksia ainutlaatuisesta NOTilla mitatusta  havaintosarjasta samaisesta komeetasta.

Elämän sietämien olosuhteiden rajoja pohdittiin perusteellisesti useissa eri esitelmissä; erityisesti korkeampien eliöiden selviytymisen rajat ovat varsin kapeat ja lämpötila-asteikolla ne rajoittuvat noin 0-50  asteen välille; tämä lämpötila rajaa korkeammille sivilisaatioille kelvollisten planeettojen määrää merkittävästi. Monet bakteerilajit, kuten myös jäkälät ja karhukaiset kestävät puolestaan varsin hyvin altistumista avaruuden olosuhteille (kuten exposure-kokeissa avaruusasema ISS:n ulkopinnalla) ja simuloiduille Marsin olosuhteille – kunhan vain ovat suojattuna kovalta UV- ja ionisoivalta säteilyltä.  Joissakin puheissa käsiteltiin solurakenteita jotka vaikuttavat eliöiden kestävyyteen; uusi löytö on bakteerien pinnalla yleisesti esiintyvä proteiininen S-kerros joka antaa niille valtavasti kestävyyttä kaikenlaisia stressitekijöitä vastaan. Perusteellisesti käsiteltiin myös elämän edellytyksiä Saturnuksen ja Jupiterin kuissa.

Useita puheita kuultiin myös tutkimuksissa elämän – tai eloperäisten jäänteiden eli biomarkkkereiden havaitsemista erilaisista vaikeista kohteista, kuten Maan vanhimmista kivinäytteistä, Marsin pinnalta tai eksoplaneetoilta. Myös tulevien missioiden instrumentteja ja robotiikan kehitystä esiteltiin –robottimissioiden eräänä tiukkana tavoitteena on biomarkkereiden tunnistaminen, mutta samalla myös tutkittavien kohteiden suojeleminen Maa-peräisistä kontaminaatioilta.

Myös astrobiologian yhteiskunnallisia ja filosofisia ulottuvuuksia tuli esille joissakin esityksissä. Eräässä esityksessä tuotiin esille astrobiologian merkitys tutkimusalana joka tutkii elämän syntyä ja sen kehittymistä maailmankaikkeudessa, ja jonka ainoa esimerkki tunnetaan omalta kotiplaneetaltamme. Tätä suurta tieteen haastetta  voidaan lähestyä vain monitieteisesti, ja monikansallisissa yhteistyöverkostoissa. Astrobiologia (kehitysbiologian tavoin) huomioi elämän ja eri lajien haurauden suurten luonnonmullistusten ja ekokatastrofien tilanteissa – ja se huomioi myös tutkijoiden vastuun esim. siten, että kaikessa planeettatutkimuksessa pitää varmistaa planeettojen suojelu ulkoiselta bio-kontaminaatiolta  (planetary protection principle) joka pyritään toteuttamaan myös kansaivälisten poliittisten sopimusten tasolla.

Hauskin näkemys eliökuntaan oli Charles Cockelin esittämä laskelma koko eliökunnan yhteensaskeltusta DNAn eli informaation määrästä, joka on noin 5 x 10 E³⁷ nukleotidiparia. Tämän ohjaama geenitoimintojen eli RNA-transkripitioiden määrä on yli 10 E ²⁴ nukleotidi-kopiointia sekunnissa.  Jos ajatellaan biosfääriä maailmanlaajuisen superkompuutterina, sen laskenta/operaatioteho ylittää suurimmat supertietokoneet – moninkertaisesti: Maailman nopeimman  Sunway TaihuLight (Kiinassa) koneen nopeus on noin 10 E 17 FLOPia – eli se jää jälkeen eliökunnasta vielä aika isolla kertoimella. Tätä voisi kait kutsua luonnolliseksi älyksi, sen nyt nousussa olevan keinoälyn rinnalla.

Itse puolestani esittelin eTimeTrek opetusmateriaalihanketta joka tähtää koko tämän tieteellisen maailmankuvan tuottamiseen koulujen oppimateriaaliksi Euroopan eri maissa. Tämä sai mukavasti positiivista huomiota osakseen.

 

Toisenlaista opetusta

1.9.2016 klo 00.11, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Tässä yhä monimutkaistuvasssa maailmassa tiede ja teknologia etenevät suurin harppauksin. Uusia hienoja löytöjä julkaistaan harva se päivä kaikilla tieteen aloilla, tieteellinen maailmankuva laajenee ja tarkentuu. Teknologia tuottaa lisää sovelluksia ja menetelmiä, uusia ratkaisuja vanhoihin ongelmiin, ja tekee elämän entistä helpommaksi ja  turvallisemmaksi. Ja edistys on hyvää ja positiivista, tekee maailman koko ajan paremmaksi, ainakin periaattessa, ja mahdollisesti. Mutta tämä viimeksi mainittu mahdollisuus ei kuitekaan ole tieteen vastuulla, vaan ”päättäjien” – siis kaikkien meidän kansalaisten jotka polittiikan välityksellä  valitsemme mitä tiedettä täällä tehdään, mihin sillä pyritään ja miten sen tuloksia käytetään: millaista maailmaa ja yhteisteiskuntaan sen avulla rakennetaan. Jos tieteen tekeminen vaatii paljon tietoa ja ymmärrystä, niin sitä vaatii myös tietoyhteiskunnan vastuullinen kansalaisuus. Se edellyttää että meidän väkemme – ja erityisesti nuoret ikäluokat  – pyrkisivät entistä paremmin ymmärtämään sitä miten maailma tai yhteiskunta toimii, kehittyy ja muuttuu, miten syy- ja seuraussuhteet vaikuttavat eri ilmiöiden sisällä, puhutaanpa sitten globaalista eriarvoisuudesta, ylikansoituksesta, ilmastonmuutoksesta tai jatkuvan talouskasvun periaatteista. Tai avaruustutkimuksesta, evoluutiosta ja siihen vaikuttavista tekijöistä, tai ihmiskunnan roolista ja tulevaisuudesta tällä planeetalla.

Erityisesti tieteessä asiat pitää ymmärtää perusteistaan lähtien, ja mielellään jopa jonkun verran laajasti ja poikkitieteellisesti. Mutta pelkkä perusteiden ymmärtäminen ei riitä kovinkaan pitkälle, eikä edes kova ja sitoutunut työn tekeminen, vaikka nuo ovatkin näinä aikoina tieteen tekemisen perusedellytyksiä. Näiden lisäksi tieteen tekemiseen tarvitaan, tarvittaisiin, myös ihmettelyä, haltioitumista, kyseenalaistamista, luovuutta. Ja avoimuutta ja jakamista, suunnan kyselemistä, seurauksien arvioimista.

Tarvittaisiin sitä että tiede olisi hauskaa, ja innostavaa, ja vapaata. Vanha työläs yksityiskohtien junnaaminen, oppiminen ja puurtaminen ei jaksa oikein kiehtoa nuorisoa kaiken nykyisen viihteen ja fantasian rinnalla. Yhä useampi nuori jättää tieteen oppimisen kokonaan ”jonkun muun” murheeksi.

Ehkä tieteen oppimiseen ja tekemiseen tarvittaisiin kokonaan uudenlaista näkökulmaa ja asennetta. Lienee niin että meidän koulutusjärjestelmämme pitäisi se asenne jostakin löytää ja kehittää.

Tähän suureen haasteeseen ehdottelemme täältä Turusta uudenlaisia oppimisvälineitä ja menetelmiä. Nyt kun teknologian avulla voidaan luoda kaikenlaisia virtuaalitodellisuuksia meidän ympärillemme – kuten esimerkiksi palleroisia satuolentoja pompsahtamaan eteemme mistä tahansa puskasta – niin sen avulla voidaan tuoda myös koko maailman tieteelliset ulottuvuudet ja historian hurjat kehitysvaiheet eläviksi, tai ainakin näkyviksi ja (lähes) käsinkosketeltaviksi nuorten maailmaan.

Turussa on olemassa ”Aikavaellus”-reitti, eli koko maailman historiaa kuvaava 13,8 km pitkä vaellusreitti. Tämän aikajana -idean perusteella olemme nyt suunnitelleet koko luonnonhistorian opetuspaketin, jossa luonnon suuri tarina”herätetään eloon” digitaalisesti. Aikavaelllus-reitin eri aikapisteille luodaan kuvitukset – moniin kohtiin esimerkiksi täyden ympyrän panoraamakuvat jotka näyttävät miltä maailma näytti  tuohon aikaan. Eliökunnan kummallisuudet – joita alkaa ilmestyä aikakirjoihin vasta 500 viimeisen vuosimiljoonan aikana – ilmestyvät polun varteen kukin oikeissa ilmiasuissaan, luonnollisessa koossa, virtuaalikuvina. Luokkahuoneisiin vietynä tämä opetusmateriaali sisältää animoituja tarinoita ja 3-ulotteisia malleja esimerkiksi planeettakunnista, joita koululainen pääsee kääntelemään ja katselemaan kaikilta kulmilta. Hän myös pääsee tarkkailemaan miten mantereet ovat liikkuneet planeetan pinnalla ja törmäilleet toisiinsa, miten vuoristot ovat syntyneet ja kuluneet pois. Hän pääsee itse kokeilemaan kuvaruudulla myös planeetan ilmakehän ja ilmaston säätämistä, tai vaikka elämän syntyä ja eliökunnan evoluutiota.

Näiden visuaalisten ja selitettyjen todellisten tarinoiden toteuttaminen edellyttää sitä että me kouluttajat ensin mietimme mitä hurjia juttuja luonnontieteestä pitäisi norisolle kertoa – ja sitten pelintekijät  kertovat sen kuvallisessa, animoidussa ja vuorovaikutteisessa muodossa. Onneksi meillä täällä Turuss on yksi maailman parhaista pelilalaboratorioista.

Mikä tärkeää, niin oppimismateriaalin perään laitetaan hauskoja pelejä tai simulaatioita– hauskanpitoa ei pidä unohtaa (huom: otetaan vastaan hyviä peli-ideoita). Ja mikä vielä tärkeämpää: kunkin oppipaketin taakse laitetaan filosofista ja eettistä pohdiskelua siitä mitä tämä merkitsee meidän olemassaolomme tai arvomaailmamme kannalta.  Samantyyppiset materiaalit tuotetaan sitten myös planetaarioihin ja museoihin…

No niin, olikohan tuo nyt vain yhden tiedekasvattajan toiveuni?? Toivottavasti ei pelkästään sitä, sillä tämän sisältöinen hakupaketti lähti eilen H2020 hakuun. Mukana 10 Euroopan maata, 14 partneri-instituuttia.

 

Näytteitä Maan ulkopuolelta?

10.8.2016 klo 14.35, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Edellisen blogini yhteydessä joku kommentoija kysyi, miksi ei vielä tähän mennessä ole tuotu Marsista näytteitä Maahan tutkittavaksi, kun kaikki sen alan tutkijat kuitenkin niin kovin mielellään omin käsin analysoisivat, mitä kivien koostumus kertoo tuon planeetan varhaisemmista oloista ja mahdollisesta elämän esiintymisestä.  Varsinainen syy ja selitys tähän on tietenkin se että se on niin kovin kovin kallista, ja teknisesti vaativaa.

Kommentissaan Heikki epäili syyksi myös sitä että näitä näytteitä ei ehkä uskallettaisi tuoda Maahan vierasperäisten biokontaminaatioiden pelossa. Siispä päivitän tässä nyt tiedon siitä, miten tähän hypoteettiseen riskiin tällä hetkellä varaudutaan.

Euroopassa on parhaillaan käynnissä lukuisten museoiden ja tutkimuslaitosten yhteinen EU-hanke nimeltä EURO-CARES: EURO-curation for astromaterials returned from Exploration of Space (http://www.euro-cares.eu/). Hankkeen tehtävänä on suunnitella prosessi, jonka avulla Eurooppaan rakennetaan erityinen tutkimuslaitos jonka suojiin avaruudesta tuotavat näytteet voidaan eristää, ja jossa niitä voidaan säilyttää ja tutkia pitkiä aikoja.

Hankkeen erillisiksi tavoitteiksi mainitaan seuraavia asioita:

-kehittää tehokas, laillisesti sopiva ja realistinen planeettojen suojeluohjelma, jonka puitteissa Maan ulkopuoliset kohteet eivät vahingoitu vaan säilyvät kelvollisina tutkimuskohteina, jotka ovat myös tulevaisuuden tutkijoiden tavoitettavissa. (SIIS: myös muita planeettoja suojellaan rtionaalisella tavalla!)

-määritellä sellainen uusimman tietotason infrastruktuurijärjestelmä,   joka tarvitaan näiden näytteiden vastaanottoon, tallentamiseen, ja käsittelyyn, ja joka myös varmistaa sen etteivät ne kontaminoi maanpäällistä ympäristöä.

-määrittää laitteet ja menetelmät joilla näytteitä tutkitaan niin että ne eivät kontaminoidu, ja niin että niiden vahingoittuminen on mahdollisimman pieni.

-määrittää mitä maanpäällisiä analogi-näytteitä voidaan käyttää Maan ulkopuolisten näytteiden tutkimusmentelmien kehittämisessä ja optimoinnissa.

-Kehittää järjestelmä jonka avulla Maahan tuotavat näytteet voidaan ottaa vastaan ja kuljettaa tähän eristyslaitokseen (kuljetus tapahtuu lennättämällä suoraan laskeutumispaikalta suoraan tähän laitokseen).

Tämä laitos on nyt siis vasta suunnitteluvaiheessa, mutta projektin dokumenteissa todetaan että se pitää suunnitella ja rakentaa hyvissä ajoin, niin että se on valmiina olemassa jo useita vuosia ennen näytteiden tuloa. Laitos pitää ehtiä sisustaa ja testata, ja sen henkilökunta pitää kouluttaa tehtäväänsä.

Näytteiden tuontiprojektin eräänä potentiaalisen a riskinä pidetään yleisen mielipiteen negatiivista suhtautumista ja Maan ulkopuolisiin näytteisiin kohdistuvaa pelkoa. Tämä kuulostaa minusta hyvin oudolle – olisihan suuri ja hieno löytö jos näistä kivenmoukuista löytyisi jotakin joka muistuttaa meidän elämäämme. Uskon että se joka tapauksessa olisi niin poikkeavaa maanpäällisistä elämänmuodoista, että sillä ei olisi mitään selviytymisen mahdollisuuksia meidän ympäristössämme.

Ihmisten mielessä liikkuu kaikenlaisia kysymyksiä näihin arvokkaisiin avaruusnäytteisiin liittyen. Tavallisimpiin on vastattu sivulla http://www.euro-cares.eu/faqs

 

 

 

Kaukaista elämää?

31.7.2016 klo 22.09, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Galaksimme syvyyksistä on jo löytynyt lukuisia aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja ja planeettakuntia – heinäkuun 15, 2016, eksoplaneettoja on tunnistettu jo 3472 kappaleta,  yhteensä  2,597 planeettakunnassa, joista 589 on moniplaneettakuntia (exoplanet.eu). Havaintojen perusteella voidaan arvioida että lähes jokaisella (kertaluokalleen jokaisella) töhdellä on olemassa ainakin yksi kiertolainen. Näiden löytöjen myötä  keskeiseksi havaintohaasteeksi on tullut noiden kaukaisten maailmoiden olosuhteiden määrittäminen: mikä on kunkin planeetan etäisyys sen emotähdestä, mikä on emotähden lämpötila, ja mikä on planeetan massa, eli voiko se pitää yllään ilmakehää. Nämä tekijät yhdessä määräävät planeetan lämpötilan; meitä kiinnostavat tietenkin suuresti sellaiset tapaukset joissa lämpötila näyttäisi asettuvat alueelle missä vesi pysyy nestemäisenä – eli alueelle missä maaillisen elämän kaltainen elämä olisi mahdollista.

Elämälle mahdollisiiin olosuhteisiin vaikuttaa myös planeetan koostumus ja tiheys – oletamme että elämää voisi esiintyä vain kiviplaneetoilla joilla on olemassa kiinteä pinta, jolla pinnalla vesi voi olla olemassa nesemäisessä muodossa. Planeetan massasta ja koostumukseseta voidaan tehdä myös joitakin (joskin epävarmoja) päätelmiä siitä voisiko planeetalla olla käynnissä tektoniikka, joka pitäisi yllä hiilen kiertoa orgaanisen/mineraalisen ja kaasumaisen muodon välillä, ja samalla pitäisi yllä eliökunnan stabiileja olosuhteita.

Tietystenkään nuo olosuhteet – vaikka olisivatkin elämälle suotuisat – eivät vielä kerro siitä onko siellä elämää. Elämän itsensä havaitseminen ja tunnistaminen näin pitkän matkan takaa pn varsin haastavaa. Oletetaan että elämän tunnusmerkit voisivat erottua helpoiten planeetan ilmakehän koostumuksesta, jota on jo mahdollista havaita erottelukykyisillä teleskoopeilla, kuten Hubblen avaruusteleskoopilla. Näihin asti on ajateltu että ilmakehässä esiintyvä happi olisi varsin varma elämän indikaattori, onhan kaikki Maankin ilmakehän happi eliökunnan eli kasvien fotosynteesin tuottamaa.  Mutta mutta…. tämä asia ei olekaan ihan niin itsestään selvää!

Curiosity –mönkijän keräämät tiedot Marsin Gale kraaterista osoittavat, että siellä esintyy varsin runsaasti mangaanioksidia. Nina Lanzan tutkimusryhmä raportoi, että tätä yhdistettä on voinut syntyä merkittäviä määriä vain hapellisissa olosuhteissa; lisäksi sen esiintyminen sedimenttikivien pinnoilla ja halkeamissa osoittaa että tuo yhdiste on kertynyt sinne virtaavan veden kuljettaman http://www.manyworlds.space/index.php/2016/07/01/the-confounding-world-of-remote-biosignatures/. Nämä havainnot osoittavat että Marsin pinnalla on jossakin vaiheessa ollut jonkin kokoinen happea sisältävä ilmakehä, samaan aikaan kun sen pinnalla on ollut nestemäistä vettä. Etähavaintona tämä yhdistelmä vaikuttaisi vahvalle bioindikaatorille. Ei voi olla totta!

Nina Lanza tarjoaakin toisenlaisen, abioottisen selityksen hapelliselle Marsissa esiintyneelle hapelle: Happea on vapautunut suuret määrät ilmakehään siinä vaiheessa kun planeetan (magneettikenttä katosi ja sen) vesi alkoi hajota UV-säteiyn vaikutuksesta. Kevyt vety karkasi nopeasti avaruuteen, mutta happi jäi kaasumaiseen muotoon niin kauaksi aikaa että se sitoutui erilaisiin mineraalien oksideidhin.

Näin ollen hapellisia ilmakehiä voi syntyä muutenkin kuin elävän biosfäärin ja sen harjoittaman vedenhajotustoiminnan tuoteena. Elämän varmaksi indikaattoriksi ilmakehästä pitäisi löytyä muitakin eloperäisiä kaasuja, kuten metaania, typpioksidia tai vetysulfidia. Mutta näiden pitoisuudet – ainakin Maan elämän tuottamina – ovat toivottaman matalia havaittaviksi.

Eräs – ihan pistämätön – elämän tunnusmerkki olisivat sellaiset planeetan pinnan absorbtio/emissiospektrit, jotka osoittasivat siellä olevan joitakin pigmenttejä jotka absorboivat vain tietyillä aallonpituuksilla. Niinkuin maan kasvien klorofyllipigmentit, jotka absorboivat sinistä ja punaista valoa, ja heijastavat pois vihreän, ja pitkäaaltoisen punaisen valon. Tätä voimakasta pitkäaaltoistapunaista emissioaluetta Maan spektrissä kutsutaan ”punaiseksi reunaksi (Red edge)”. Se edustaa kasvikunnan omaa lämmönsäätelyjärjestelmää.

Muille eläville planeetoille tuo absorbtio/emissiospektri olisi toki jotenkin toisenlainen, ja edustaisi sen planeetan valo-olosuhteita – eli olisi riippuvainen sinne sisääntulevan säteilyn laadusta ja määrästä. Kuitenkin se osoittaisi että planeetalla on käynnissä valoenergian keräysjärjestelmä, joka käyttää hyväkseen vain tiettyjä valon aallonpituuksia.

Biosignatuurien tunnistaminen kaikessa haasteellisuudessaan ja moniselitteisyydessään on näinä aikoina kehittymäsä ihan omaksi tieteenalakseen….

Kuka keksi seksin?

15.7.2016 klo 16.32, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Seksi on ihan mukavaa, useimpien mielestä. Mutta miksi se on olemassa? Tietenkin siksi että se on lähes kaikkien monimutkaisempien eliöiden lisääntymistapa – noin 99% monisoluisista eliölajeista lisääntyy suvullisesti eli seksuaalisesti. Tässä mielessä seksi on siis varsin tarpeellista. Mutta biologit,  jo Charles Darwinin ajoista lähtien, ovat ihmetelleet kysymystä miksi tällaiseen monimutkaiseen ja vaivalloiseen lisääntymistapaan on päädytty. Miksi se on tarpeellista, elovuution suosimaa ja luonnonvalinnan ylläpitämää, siitä huolimatta että se on geneettisesti ja toiminnallisesti hyvin kallista ja vaativaa touhua: sehän vaatii, ensinnäkin, että kaksi erilaista yksilöä jollakin tapaa yhdistävät kromosomistonsa, ja tuottavat sittten yhden yhteisen, yhdistellyn, ja kokonaan ainutlaatuisen ja erilaisen jälkeläisen. Jälkeläisiä voi tuottaa vain toinen osapuoli, eli naaras. Toinenkin tarvitaan, antamaan tähän tarkoitukseen toinen toimiva kopio samaa geneettistä materiaalia. Llaji joutuu siis pitämään yllä noin puolet sellaisia yksilöitä –  koiraita – jotka eivät itse lisäänny, eikä naaraskaan pääse itsekkäästi lisäämään vain omaa genomiaan, vaan joutuu sekoittamaan sen jonkun ”vieraan” genomin kanssa. Lisäksi tuo koko toimenpide on fysiologisesti varsin vaativa: tarvitaan erillisiä sukusoluja, jotka syntyvät hyvin erikoisen solunjakaantumisen (meioosin) kautta, ja tarvitaan erityisiä sukuelimiä. Tarvitaan myös varsin vaativia parinhankinta-prosesseja, jotka monesti sisältävät ankaria kilpailuja ja taisteluita paritteluhaluisten yksilöiden kesken. Hyvin kuluttavaa, ja hyvin epätaloudellista, noin voimavarojen kannalta. Onhan se hauskaa, tai jopa pakottava vaistonvarainen tarve – ja täytyykin olla, muuten yksilöt eivät ollenkaan viitsisi vaivautua mokoman touhun takia. Mutta miksi meille monisoluisille eliöille on kehittynyt tällainen tarve ja keino lisääntyä?

Tätä kysymystä ja sen historiaa pohditaan Vivien Cummingin tiedeuutisessa BBC:n sivulla http://www.bbc.com/earth/story/20160704-the-real-reasons-why-we-have-sex. Gummingin kertoo että seksuaalinen lisääntyminen on eliöiden selviytymisstrategia tilanteissa missä olosuhteet käyvät haastaviksi. Ne tumalliset eliöt jotka pystyvät lisääntymään suvuttomasti,  kuten hiivat, monet sienilajit, tai kirvat – tekevätkin hyvissä olosuhteissa juuri niin, mutta vaikeiden olosuhteiden alaisina ne turvautuvat seksuaaliseen lisääntymiseen. Tämä lisää eliölinjan hengissä säilymisen mahdollisuuksia, sillä se lisää syntyvien yksilöiden geneettistä vaihtelua. Näistä sitten luonto pääsee valitsemaan ne jotka ovat kyseisiin olosuhteisiin sopivimmat. Tätä kautta myös lisääntyvä naaraseliö, eli pentujen tai jälkeläisten äiti, parantaa omien geeniensä säilymisen mahdollisuuksia.

Kilpailukyvyn paraneminen – tai ainakin sen maksimoiminen – selittää myös seksuaalivalinnan. Kaikkien korkeampien, parittelun kautta lisääntyvien lajien naaraat valitsevat vaistonvaraisesti parittelukumppaneikseen koirarita joilla näyttää olevan parhaat geenit: lintukoiraita joilla on komeimmat höyhenpuvut tai laulut, tai uroshirviä joilla on suurimmat sarvet ja jotka taistelevat raivoikkaimmin toisia hirvikoiraita vastaan. Ja niin edelleen. Koiraat ja urokset toimivat siis geenivalikoimien testaajina. Valinta tapahtuu joko koiraan voiman perusteella, tai sen tekevät naaraat, suuressa viisaudessaan.

Milloin tämä kaikki sitten alkoi? Sitä on vaikea sanoa tarkkaan, koska eri sukupuolet eivät välttämättä ole helposti tunnistettavissa fossiiliaineistoissa, ei ainakaan sellaissa alkeellisissa ja pehmeissä eliöissä joista ei jää jäljelle paljoa minkäänlaisia fossiileja. Ja kuten sanottua, suvuttomastikin on lisäännytty – ja alkeelliset eliöt kuten bakteerit ja arkeonit edelleen tekevät niin; ja ne lisääntyvätkin hyvin hyvin tehokkaasti. Ne huolehtivat geneettisen vaihtelun ylläpitämisestä toisilla mekanismeilla, eli siirtämällä satunnaisesti pelkkää DNAta soluista toisiin, sekä samojen että lähisukuisten lajien kesken.

Eläinmaailman fossiiliaineistossa vanhimmat seksuaaliseen lisääntymiseen ja paritteluun liittyvät merkit tunnetaan Microbrachius dicki nimisistä alkeellisista kaloista. Nämä elivät planeetan merissä noin  385-miljoonaa vuotta sitten – niiden fossiileja löytyy tuon ikäisistä kivistä Skotlannista. Näillä kaloilla oli olemssa alkeelliset raajat – jonkinlaiset tarttumaelimet – joita ilmeisesti käytettiin nimeomaan parittelun apuvälineinä. Kuitenkin, suvullisen lisääntymisen täytyy olla paljon vanhempaa kuin tämä aktiivinen halailu.

Esimerkiksi kalat ja sienieläimet lisääntyvät edelleen alkeellisempaa suvullista lisääntymistä, eli ulkoista hedelmöitystä: sukusolut vain lasketaan veteen, satunnaisen yhtymisen armoille.

Myös kaikki kukkivat kasvit, ja myös itiökasvit lisääntyvät suvullisesti – siitä huolimatta että monet niistä voivat lisääntyä lähiympäristöönsä myös suvuttomasti, kaikenlaisten versojen tai pistokkaiden avulla.  Nekin käyttävät passiivista hedelmöitysmekanismia, eli ulkopuolisia kantajia (tuulta, tai niitä kuuluisia mehiläisiä) joiden avulla siitepöly pääsee siirtymään joko saman tai eri kasvin kukan emilehdille. Ulkoisista eroista huolimatta tuo sukusolujen jakaantuminen (meioosi) ja hedelmöittyminen tapahtuvat periaatteessa samalla tavalla kuin eläimillä. Selvästikin, kaikki seksuaalinen lisääntuminen juontaa juurensa yhdestä ja samasta alkuperästä. Vanhin nyt tunnettu eliö, minkä fossiilien pinnalta on löydetty itiöitä, on Bangiomorpha pubescens  niminen monisoluinen punalevä, joka on elänyt planeetan lämpimissä merissä noin 1.2 mrd vuotta sitten…

Mitä astrobiologia on

11.6.2016 klo 12.30, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

Monilla tahoilla tuntuu olevan jotenkin epämääräinen ja jopa väärä käsitys siitä mitä astrobiologia on. Ajatellaan että se olisi outojen elämänmuotojen etsimistä jostakin tämän planeetan ulkopuolelta. Tämä on myös se asia joka kiinnostaa suurta yleisöä eniten, samoin kuin spekulatiivinen keskustelu siitä millaisesta tuo elämä sitten olisi, ja mitä meidän pitäisi sen kanssa tehdä.

Joissakin tapauksissa – kuten Mars-tutkumuksessa ja exoplaneettakartoitusohjelmissa tätä tehdäänkin, mutta tämä rajoittuu vain NASAn ja ESAn missiohin, ja kattaa vain pikkiriikkisen osan koko astrobiologian tutkimuskenttää.

Muutoin astrobiologiaa tehdään ihan tavallisilla luonnontieteiden tutkimusmenetelmillä ja tiedoilla, perus-luonnontieteiden projekteissa. Näkökulma vain on erilainen: jos luonnontieteilijät yleisesti hakevat tietoa vain tietämisen vuoksi, tai ehkä kaupallisten sovellutusten vuoksi, peruskysymys astrobiologisessa tutkimuksessa on: mitä tämä asia merkitsee elämän olemassaolon – ja meidän itsemmekin olemassaolon kannalta. Miten elämä on tullut ja kehittynyt tähän asti, ja miten sen voidaan ajatella jatkuvan tulevaisuudessa. NASAn nykyinen astrobiologiaohjelma (suurin yksittäinen toimija tällä alalla) pyrkii vastaamaan kysymyksiin: How does life begin and evolve? Is there life beyond Earth and, if so, how can we detect it? What is the future of life on Earth and in the universe? Näitä kysymyksiä ei voi tutkia tuntematta kaikkine keskenään vuorovaikuttavien luonnontieteiden perusteita.

Astrobiologia muodostaa jatkumon eri luonnontieteiden välillä, eli fysiikan, kemian, geologian, biokemian biologian, ekologian ja jopa kognitiivitieteen välillä. Se koettaa hahmottaa niistä isoa jatkuvaa tarinaa, kosmologian alueelta tähtitieteeseen, planetologiaan, geotieteisiin, biologiaan, ja teknologiaan asti.

Jos että usko että astrobiologia on kovaa luonnontiedettä – eikä pelkkää syntyjä syviä pohtivaa filosiaa – niin tulkaapa osallistumaan vaikka seuraavaan EANAn vuosikokoukseen – http://www.astrobiology.gr/eana16/

tai voisitte myös osallistua  tällaiseen perusastrobiologian kokouksenen: http://www.astrobiology.gr/eana16/Evolution of Chemical Complexity: From simple interstellar molecules to terrestrial biopolymers” Liblice Castle, Czech Republic, 13 – 15 September 2016. Tämän kurssin osallistumiskulutkin tulisivat suunnilleen katetuksi järjestävän COST-hankkeen taholta, ks. http://www.cost.eu/COST_Actions/tdp/TD1308?parties

Astrobiologian kysymykset ovat kovin kiehtovia, ovathan ne koko ihmiskunnan perimmäisiä kysymyksiä. Mutta tutkimustyö – samoin kun opetus – ovat kovin haasteellisia alan poikkitieteellisyyden takia. Kuitenkin poikkitieteellinen opetus voisi olla suureksi hyödyksi meidänkin opetussysteemissämme, sillä se auttaisi ihmisiä hahmottamaan kokonaisuutta ja oman tieteenalan merkitystä kokonaisuudessa. Tämä saattaisi olla jopa luovuuden lähtökohta – ja ainakin hauskempaa kuin meidän nykyinen koulutussysteemimme, joka opettaa valtavan hyvin valtavan syvällisiä tiedon murusia, jotka eivät yhdisty oikein mihinkään.

 

Hiilipohjaisen elämän ylivoimaisuus?

31.5.2016 klo 23.47, kirjoittaja Kirsi Lehto
Kategoriat: Astrobiologia

katselin tuossa Prismadokumenttia science-fiktion historiasta – miten monenlaisia koneellisia elämänmuotoja ihmiset ovatkaan osanneet kuvitella ja kauhistella; kaikkihan ne ovat olleet vihamielisiä ja brutaaleja planeetanvalloittajia. Mutta herääpä tästä kysymys: voisiko elämä oikeasti olla koneellista? Voisiko? Miksi ei??

Teknisesti suuntautuneet ihmiset ovat monesti koettaneet kuvitella kone-elämää – eli robottia joka pystyisi kopioimaan ja ylläpitämään itseään. Tällaisen konekonseptin julkaisi ensimmäisenä matemaatikko John von Neuman, joka 1940-luvilla visio robottia, joka pystyisi kasaamaan itsensä aina uudestaan ja uudestaan valmiina olevista varaosista. Konseptia kutsutaan von Neumannin koneeksi.

Voitaisiinko nyt ajatella että jonkinlaisista mekaanista osista tai vaikka mineraalikiteistä voisi jollakin konstilla kasaantua mekanismi jolla olisi kyky rakentaa kopioita itsestään. Tämä sitten kehittyisi evoluution kautta monimuotoiseksi, millaiseksi vain. No – mineraalikiteistä ei kyllä synny mitään muuta kuin lisää samanlaisia kiteitä, joiden rakenne määräytyy tarkkaan kyseisen mineraalin atomin tai molekyylin koosta ja rakenteesta. Monimutkaisempien rakenteiden synnyttämiseen tarvittaisiin ilmeisesti jonkinlaista fiksua suunnitteluapua: esimerkiksi tietokonerakentajat voisivat koettaa rakentaa koneen joka kopioi itseään, valmiiksi annetuista komponenteista. Energiansa se voisi kerätä valokennoilla, tai virittyvillä mineraaleilla, niinkuin muutkin omavaraiset elämänmuodot (kasvit ja levät) tekevät.  Voisiko tälläinen kopioituva kone synnyttää loputtomasti pysyvän ja kehittyvän elämänmuodon?

Ehkä voisi, tai sitten ei. Olennaisena ongelmana tuollaisen koneen elossapysymisessä olisi että silläkin pitäisi toimivat komponentit (puolijohteet, magneettisirut .. mitä kaikkea, ruuveja ja muttereita) saatavana siinä ympäristössä missä se on olemassa. Tai sen pitäisi osata valmistaa näitä ympäriltä saatavista aineista (metalleista??? puolimetalleista?? orgaanisista komponenteistea??). Jos komponentteja oli alun perin runsaasti tarjolla, koneen ainakin pitäisi kehitellä paitsi kokoamislinja, myös purkulinja, ja purkurobotteja, jotta se voisi kierrättää osiaan uusiokäyttöön. Koneiden loputtoman pitkästä ”eliniästä” ei olisi hyötyä niiden kehitykselle (paremminkin haittaa) koska vanhoja koneita pitäisi purkaa pois tieltä. Uusien rakentaminen puolestaan olisi välttämätöntä koska vain se ajaisi evoluutiota. Mutta miten luonnonvalinta voisi toteutua? Koneet eivät varmaankaan taistelisi keskenään? Vai suorittaisivatko ne jonkinlaista rationaalista ja altruistista uusimista, esim. kierrättämällä ja päivittämällä konekannan aina tietyn ajan välein.

Entä mikä olisi yksittäisten koneiden kontribuutio lajinsa kehittämiseen? Rakentaisivatko ne jälkeläisiä itselleen siten että ne pyrkisivät korjaamaan kaikki havaitut puutteensa? Vai tapahtuisiko niiden päivitys liukuhihnalla, jonkin yhteisen ja testatun ohjeen perusteella? Kehitystä ei ohjaisi luonnonvalinta, vaan konevalinta. Yksittäiset koneet eivät taistelisi tai kilpailisi oman konekohtaisen linjansa puolesta, vaan käyttäytyisivät yhteisöllisesti kuten kollektiiviset yhdyskuntaeläimet.

Digitaalisten tiedostojen kopioinnissa ei varmaankaan tapahtuisi virhetiä jotka ajaisivat lajin kehitystä? Pitäsikö muutoksia siis hakea satunnaisvaihtelun avulla? Tai muutokset olisivat tarkoin harkittuja ja hallittuja – mutta ainakin luovuus puuttuisi tästä prosessista; suunnittelu ei ehkä pystyisi tuottamaan mitään kovinkaan uusia ratkaisuja yllättäviin tilanteisiin.

No, mitä toimintoja jäisi yksittäisten koneiden hoidettavaksi – mikä olisi niiden ”elämäntehtävä”? Olisiko se kenties raaka-aineiden hankkimista ja kokoamista, liukuhihnatyötä, tuotantoa? Ja joillekin fiksummille koneille se olisi suunnittelua ja ohjelmointia? Voisivatko ohjelmoijat keksiä uusia toimia uusille koneille? Olisivatko ne luovia? Vai toimisivatko kaikki koneet ohjelmien testauskappaleina? Tätä kautta luonnonvalintakin voisi toteutua…mutta kuka tekisi valinnan? Konemaailmassa tarvittaisiin siis myös robotteja päättäviin tehtäviin: politiikoiksi ja johtajiksi.

Koneille siis kehittyisi bio-elämästä poikkeavia evoluutiomakenismeja. Kone-evoluutio voisi edetä vaikka komponettien vaihtamisen kautta, ilman yksilöiden kuolemaa, siten että niiden tietoisuus siirtyisi ikuisesti kovalevyltä toiselle. Koneet voisivat ehkä valita mihin suuntaan ne haluaisivat ”konekohtaisesti” kehittyä – voisi käynnistyä koneiden ”kulttuurievoluutio”. Entä olisiko koneiden maailmassa mitään arvoperusteita: olisiko niillä kaikilla tasa-arvoiset mahdollisuudet tehdä valintoja – olisiko kaikilla saatavana samalla tavalla komponetteja ja päivityksiä?

Mutta yksi ilmeinen olgelma olisi ainakin se että raaka-aineiden saatavuus tulisi rajoittavaksi tekijäksi konekannan kasvulle. Hiilipohjaisen elämän komponentit saadaan tuotettua kierrätysmateriaalista – eli hiilestä, hapesta, vedystä ja pienenstä määrästä mineraaliravinteita. Nämä kiertävät todella helposti, toiset ilman, toiset veden kautta. Koneiden mineraalikomponentit eivät kiertäisi ainakaan näin helpoisti, mutta niilläkin voisi toimia tehokas mineraalien kierrätys sulatuksen ja prosessoinnin kautta. Ja piitä ja alumiinia olisi varmasti helposti saatavana. Jalometallit tai muuta harvinaiset alkuaineet olivat varmasti kasvua rajoittava komponetti, kuten hiilipohjaisella elämällä ovat fosfori ja rauta.

Ja elektromagneettiset pulssit ja auringon koronamassapurkaukset tietäisivät jonkinasteista massatuhoa, tai pahimmillaan sukupuuttoa.

Kaiken tämän perusteella voisi kait ajatella että konemaailma voisi kehittyä ja pärjätä ihan hyvin. Toistaiseksi ihminen ei ole pystynyt rakentamaan alkeellisintakaan von Neumannin konetta – mutta ehkä se tulee sitten sen keinoaläyn räjähdyksen myötä…