Kuulumisia astrobiologian alalta
Tässä taas hiukan kuulumisia ja vaikutelmia astrobiologian alalta: On se huimaa miten nyt jo päästään availemaan kaikenlaisia suuria kysymyksiä jotka ovat aiemmin tuntuneet olevan ihmisen testaamisen ja tietämisen tavoittamattomissa. Teknologiat ja menetelmät paranevat, tieto lisääntyy. Nyt myös osataan jo kysyä sellaisia sopivia kysymyksiä joiden kautta voi lähestyä yleisemmällä tasallo näitä meidän oman planeetan tai eliökunnan kokoisia kysymyksiä – eli sellaisia kysymyksiä joista meillä on olemassa vain yksi tunnettu esimerkki, jonka perusteella ei voi suoraan tehdä kovinkaan pitkälle meneviä johtopäätöksiä. Mutta näitä kysymyksiä voidaan nyt purkaa pieniin osiinsa, ja katsoa miten niistä voisi syntyä se suuri kokonaisuus joka täällä nyt on olemassa. Yksi tällainen kysymys on tietenkin elämän synty – prosessi joka on alkanut jostakin yksinkertaisesta orgaanisesta kemiasta, sopivien olosuhteiden ajamana. Sopiviksi olosuhteiksi on vuosien mittaan ehdoteltu monenlaisia vaihtoehtoja, mm. jäätä ja komeettoja ja merenpohjan kuumia savuttajia. Niissä kaikissa on ollut omat ongelmansa – ja nyt alkaa näyttää siltä että prosessi onnistuisi parhaiten kuivilla, vulkaanisen kuumillla maa-aluilla, missä kuivat ja sateen-kastelemat olosuhteet vaihtelevat. Tähän viittaa se että varhaisimman RNA-kemian piti tapahtua ainakin osittain kuivissa olosuhteissa, todennöisesti formamiidiliuoksessa. Kuiviin vulkaanisiin olosuhteisiin viittaa myös se että kaikkien solujen sisäinen ionikonsentraatio näyttää olevan peräisin tuollaisista olosuhteista. Aiheesta löytyy loistava artikkeli täältä: http://www.pnas.org/content/109/14/E821.full
No entäpä tuon elämän ilmestymisen ajankohta? Tähän asti on ajateltu että elämä saattoi syntyä tai säilyä täällä vasta sen jälkeen kun ”voimakas myöhäinen pommitus” oli loppunut, noin 3,8 – 3,85 miljardia vuotta sitten. Vanhimmiksi eloperäisiksi jäänteiksi on jo aikaa sitten ehdotettu Grönlannin Isuan kallioissa esiintyviä 3,8 miljardin vuoden ikäisiä hiilihippusia, mutta geologi-yhteisö ei ole ollut oikein vakuuttunut että tuo tulkinta niiden eloperäisyydestä pitäisi paikkaansa. Nyt asia on saanut lisävarmistusta, sillä Minik Rosingin ryhmä on osoittanut että nuo hiilihippuset sisältävät jopa solukalvostojen kaltaisia hienorakenteita (Ohtomo et al. 2014. Nature Geosci. 7:25-28). Ja jos ja kun elämää oli olemassa jo 3,8 miljardia vuotta sitten, niin paljon että sitä esiintyy niissä harvoissa syvän meren sedimenteissä joita tuolta ajalta on säilynyt, tämä tarkoittaa sitä että sen piti syntyä merkittävästi ennen tuota ajankohtaa. On mahdollista että olosuhteet tällä planeetalla olivat elämälle kelvolliset jo Hadeisella ajalla. Näitä varhaisimpiin aikoihin ulottuvia uusia näkemyksiä löytyy Herve Cottinin ja kumppaneiden uudesta review-artikkelista ”Astrobiology and the Possibility of Life on Earth and Elsewhere…” Space Sci Rev. DOI 10.1007/s11214-015-0196-1.
Toinen iso kysymys on planeetan elinkelpoisuus, ensin siten että onko elämän synty siellä mahdollinen, ja sitten, voiko elämä siellä säilyä ja kehittyä isoksi ja monimuotoiseksi eliökunnaksi. Tähän liittyy edelleen kysymys siitä, että jos planeetalla kehittyy merkittävän kokoinen eliökunta, miten se yhdessä ilmakehän ja planeetan geologian kanssa vaikuttaa olosuhteisiin. Jos eliökunta tai geologiset prosessit eivät pysty kierrättämään hiiltä riittävän tehokkaasti, olosuhteet eivät ehkä pysy elämälle suotuisina. Tiedämmehän että olosuhteet esimerkiksi lähimmillä naapuriplaneetoillamme ovat muuttuneet elinkelvottomiksi. Ilmakehän säilyminen elämälle suotuisana näyttää läheisesti liittyvän siihen, että planeetalla toimii veden ja silikaattien ylläpitämä rapautumissykli joka kuljettaa ylimääräistä hiilidioksidia meren pohjan sedimentteihin. Toisaalta, planeetalla pitää toimia MYÖS tektoniikka, eli merenpohjan laattojen ja sedimenttien kierrätysprosessi, joka kuljettaa kaikki hiilipitoiset sedimentit (sekä orgaaniset että epäorgaaniset) planeetan kuumaan vaippaan. Kuumassa vaipassa ne sulavat, ja niiden haihtuvat aineet vapautuvat mineraaleista ja palaavat tulivuoritoiminnan kautta takaisin ilmakehään. Tämä on se suuri mylly joka pitää yllä jokseenkin stabiilia ilmakehää täällä Maassa – mutta Aurinkokunnassa Maa on tiettävästi ainoa planeetta missä näin tapahtuu. Belgialainen geologian tutkimusryhmä, Lena Noack kumppaneineen, on jo useiden vuosien ajan mallittanut tektoniikkaan vaikuttavia tekijöitä. Näitä ovat mm. planeetan koko ja tiheys, eli sen gravitaatio, veden määrä vaipassa, sekä kiinteän ytimen olemassaolo ja koko, jotka yhdessä vaikuttavat siihen syntyykö sen ytimessä riittävä kuumuus pitämään yllä konvektiovirtauksia vaipassa. Jos konvektiovirtaukset ovat käynnissä, planeetan gravitaation suuruus vaikuttaa myös siihen, painuvatko vaipassa syntyvät sulat kivilajit alaspäin, vai nousevatko ne ylöspäim. Lena Noackin ja kumppaneiden esittämien tulosten perusteella tektoniikan toiminta riippuu aika herkällä tavalla useista eri parametreistä: planeetan pitää olla riittävän suuri, ja sillä pitää olla kiinteä ja riittävän suuri metallinen ydin – mutta kumpikaan ei saa olla liian suuri – jotta planeetta olisi tektonisesti aktiivinen (Planetary and Space Science 08/2014; 98. DOI: 10.1016/j.pss.2014.01.003). Tämän tiedon tiimoilta tulee taas mieleen se vanha antrooppinen periaate: tiedämme että elämä pystyy syntymään ja kehittymään pitkälle juuri tällaisissa olosuhteissa kuin mitä meillä on täällä Maassa. Mutta pystyisikö se kehittymään myös jossakin toisenlaisissa maailmoissa – siitä meillä ei ole, toistaiseksi, mitään tietoa.
Astrobiologian peruskysymys on: onko muualla elämää – voisiko muualla olla jopa teknisesti kehittynyttä elämää. Tämänhetkisen tutkimustilanteen perusteella tähänkin todennäköisesti saadaan aika pian vastaus. Nyt kun eksoplaneettoja tunnetaan jo useita tuhansia, ja kun periaatteessa lähes jokaisen tähden ympärillä näyttää olevan jonkinlainen planeettakunta – niin nyt planeettatutkimuksen suuri seuraava kysymys on: löytyykö sieltä maan kaltaisia, mahdollisesti elämänvyöhykkeellä olevia planeettoja. Jos löytyy – – – ovatko ne kooltaan sellaisia että niillä voisi olla aktiivista tektoniikkaa (Lena Noackin mukaan toistaiseksi sellaista ei ole löytynyt). Jos löytyy planeetta joka näyttäisi olevan kaikin puolin elämän kodiksi kelvollinen, löytyykö sen ilmakehästä merkkejä vedestä? metaanistä? hapesta????
Frank Drake on ehdottanut, että jos maailmankaikkeudessa on runsaasti teknisiä sivilisaatioita, ne löytyvät vuoteen 2015 mennessä… Tuo aika alkaa pian täyttyä. Ja sitten kun tiedetään että niitä on – tai että niitä ei ole – niin mitäs sitten tehdään? Mitäs ehdotatte: mitä sitten tehdään??
”Sopiviksi olosuhteiksi on vuosien mittaan ehdoteltu monenlaisia vaihtoehtoja, mm. jäätä ja komeettoja ja merenpohjan kuumia savuttajia.”
Entäpä, jos yhden ainoan oikean vaihtoehdon etsiminen onkin ajatusvirhe. Eli jospa kaikki nuo esitetyt vaihtoehdot ovatkin oikeita; jospa Universumin olosuhteet suorastaan tyrkyttävät elämän syntyä eri variaatioin. Silloinhan Telluksellakin elämä olisi voinut syntyä useita eri kertoja, hyvinkin erilaisissa olosuhteissa.
Maan olosuhteet ovat muuttuneet dramaattisesti miljardien vuosien saatossa. Sekin aika on ”koettu”, jolloin kasvit oppivat yhteyttämään ja ilmakehään ilmestynyt happi oli myrkkyä muille tuon ajan eliöille. Evoluutio toki selittää valtaosan muutoksista, mutta ei välttämättä elämän syntyä itseään.
… tuokin lienee mahdollista – paitsi että nuo muut vaihtoehdot ovat kaikki sisältäneet aika olellisia ongelmia (kuten että RNA-nukleotidit eivät synny eivätkä säily vesiympäristössä) — mutta kuka tätä kuitenkaan lopulta tietää. Ja voisihan elämä (ehkä) olla vaikka ”toisenlaista”…
Jos elämää oli maapallolla jo 4,2 miljardia vuotta sitte, eikö se puhu aika vahvasti panspermian puolesta.
Ei se vielä sano mitään siitä missä elämä alkoi. Jos se prosessi lähtee käyntiin niin se voi varmaan tapahtua ”suhteellisen nopeasti”. On mahdollista että planeetta olisi ollut elikelpoinen jopa lähes kook Hadeisen ajan – se on 500 miljoona a vuotta. Pitkä aika…
Hei Kirsi
Kirjoitit Kaikki evoluutiosta (Hakapaino 2009) kirjaan osasi lopputeesiksi:Kaikkien lajien kehityshistoriat- myös omamme- ovat ainutkertaisia: ne eivät toistu samanlaisina, vaikka elämä alkaisi uudelleen täällä tai muualla”. Tässä on asian ydin hienosti kiteytettynä. Eri uskontojen maakeskeisyys on syvälle juurruttanut ihmiskuntaan maapallon elämän ainutlaatuisuudesta. Jopa osin tiedemiespiireissä on jymähdetty ajatukseen, että elämä voi perustua ainoastaan rna/ dna molekyyleihin ja syntyäkseen se tarvitsee vettä. Onko todellakin näin vai voiko elämää syntyä myös täysin erilaisista rakennuspalikoista sekä olosuhteissa jotka nykytietämyksemme mukaan ovat elinkelvottomia? Myöskin jos ajatellaan, että avaruudessa on aurinkokunta joka on syntynyt täsmälleen samaan aikaan omamme kanssa, samoista rakennuspalikoista, ulkopuoliset fyysiset ominaisuudet olisivat samanlaisia jne. lopputuloksena ei olisi nykyinen tuntemamme ekosysteemi.Syy siihen on, että evoluutiossa elämä pyrkii mukautumaan vaihteleviin olosuhteisiin, mutta mutaatioissa ei ole mitään suunnitelmaa vaan ne tapahtuu sattuman varaisesti. Eli ei siis ole mitään suurempaa suunnitelmaa mihin suuntaan evoluutio etenee!
Oma veikkaukseni on että ainakin Marsista sekä Europa-kuusta löytyy alkeellista elämää omastakin aurinkokunnasta.Myöskin maapallolta tulee todennäköisesti löytymään uusia erilaisia ekosysteemejä/ elämänmuotoja joita ei vielä tunneta.Eihän siitä ole kuin muutama vuosikymmen kun ei edes tiedetty mustien ja valkeiden savuttajien ekosysteemeistä, Vostokjärvestä, ikijään bakteerikannasta ym.
Hei Kai! Joo, juuri niin on kuin kirjoitat. Elämä on sattumoisin juuri sellaista kuin se on. Sen perusratkaisut – rakennuspalikat, solukoneisto, geneettinen koodi – ovat ilmeisesti sattumalta syntyneitä – tai paremminkin voisi sanoa, sen hetkisen tilanteen ja olosuhteiden tarjoamia vaihtoehtoja jotka sattuivat toimimaan, ja jotka siitä syystä vakiintuivat käyttöön. Frozen accidents. Tosin evoluutio on nuo perusrakenteet hionut ajan mittaan optimaalisiksi – mutta ehkä se kaikki olisi voinut alkaa jotenkin muutenkin, ja kehittyä johonkin ihan toiseen suuntaan. Onko sitten toisenlaisia elämänmuotoja ja ratkaisuja olemassa – sitä ei varmuudella voi sanoa ennen kuin sellainen jostakin löytyy.
Jokatapauksessa, elämä ja eliökunta on huikea järjestelmä – huikein mitä tämä tuntemamme maailmakaikkeus on tuottanut. Mutta onko se vain tämä yksi täällä, vai nouseeko se maailmankaikkeuden kaikilla sopivilla saarekkeilla? Ehkä eksoplaneettatutkimus antaa tähän lähiaikoina vastauksia…
Luin kerran arvion, että 99% maapallon eliölajeista (kaikkina aikoina) on kuollut sukupuuttoon, ja että nykyiset lajit edustavat vain noin yhtä prosenttia siitä määrästä, mikä kaikkiaan on ollut olemassa.
Hirmuliskot ovat ehkä viimeisin esimerkki siitä, että kerran totaalisesti tuhoutuneet tai kadonneet lajit eivät ”tule takaisin”, vaikka lintuja pidetäänkin dinojen jälkeläisinä nykyisessä eläinlajistossa. Jukatanin niemimaan jättiasteroidi 65 milj. vuotta sitten tavallaan aloitti elämän kehityksen alusta uudelleen lukemattomien lajien kohdalla, mutta paluuta entiseen ei ole ollut yhdenkään kadonneen lajin suhteen.
Juu. Näitä eliökunnan evuluution koukeroita ja satunnaisia ratkaisuja on tosi mielenkiintoista mietiskellä. Sattuma ohjaa siten että se pyyhkii pois sitä mitä on ollut olemassa. Sitten se luo uusia olosuhteita jotka taas valitsevat ne elämänmuodot jotka juuri niissä olosuhteissa sattuvat pärjäämään. Mutta on myös mielenkiintoista että tämä kaikki edestakaisin vellominen tapahtuu jotakuinkin rajallisen geneettisen repertuaarin varassa. Sekvenssit vaihtelevat mutaatioiden ja rekombinaatoiden ansiosta, sattumanvaraisesti, jonkin verran, mutta perusasit, kuten geneettinen koodi, proteiinisynteesikoneisto, ja toimivien proteiinien perusrakenteet (domainit)pysyvät varsin samanlaisina – moidenkin valikoima yhteensä on vain joitakin satoja domeineja. Näistä rakentuu jo riittävän suuri toiminnallisuus. Elämän metabolia, kaikessa vaihtelevuudessaankin – on sopeutunut käyttämään tällaista proteiini-domaiinien repertuaaria. Toimivient solukoneistojen pitää olla aika stabiileja koska ne ovat niin monimutkaisia – elämä ei pysty heittäytymään satunnaisesti ihan toisenlaiseksi. Mielestäni eliökunta on kuin yksi iso geneettisen informaation meri joka velloo ja hakee aina hiukan uusia muotoja, mutta kuitenkin se toistaa aina vain uusia versioita samoista toimivista ratkaisuista.
Metusalah kuten kirjoitit lajit (sekä ilmiöt) eivät voi koskaan tulla sellaisenaan takaisin joita ne ovat jossain vaiheessa olleet. Aika vaikka emme oikein ymmärrä mitä se syvimmillään tarkoittaa menee ainakin ihmisen näkökulmasta vain ja ainoastaan eteenpäin. Eli oli kyse mistä tahansa menneisyyden ilmiöstä ja pyrkisimme keinotekoisesti luomaaan identtiset olosuhteet jotta pystyisimme ”elää sen uudelleen” on mahdotonta. Nykyhetki ei ole irrallinen ilmiö vaan se on jatkumo jostakin mitä on ollut jo aikaisemminkin.
Elämä on mielenkiintoinen prosessi! Se ei ole ennustettavissa…
Elämä ja eliökunta itsessän on huikea järjestelmä niin kuin kirjoitit. Mistä tulemme? Keitä olemme? Mihin menemme? (ja onko meitä muitakin?) On hyvä kysymyssarja mihin ei vielä löydy vastausta. Vaan sittenkin on uskomatonta kuinka paljon jo tiedämme, vaikka se on vain hiekanjyvänen hiekkarannalla!
Sekin on jännää että vaikka molekyylitasolla nuo elämän alkuperän kysymykset ovat pikkuhiljaa ratkeamassa – nyt esimerkiksi jo ymmärretään hiukan paremmin millaisissa olosuhteissa elämä nuorella planeetalla saattoi alkaa – niin silti noihin kolmeen kysymykseen sisältyy huima syvempi taso jota on vaikea tieteellisesti tavoittaa.
Mistä tulemme: eli, josko vaikka ymmärtäisimme sen reaktioisarjan joka synnytti elämän täällä niin ollaan vielä kaukana siitä että miksi näin kävi. Onko tuo kemia helppoa vaiko vaikeaa —
Keitä olemme: Mikä on monisoluisen elämän – tai vaikka eliökunnan – elossapysymisen perusta: Palautuuko se tasan hiilen ja vedyn taipumukseen tuottaa monimutkaisia hydrofobisia yhdisteitä, joiden polaarisuutta ja reaktiivisuutta erilaiset aktiiviset kemialliset ryhmät säätävät. Mikä on tämän peruskemian riippuvuusaste ympäristön suotuisuudesta – tapahtuuko aina, jossakin muodossaan, vai onko hyvin herkkaa sille että olosuhteet ovat juuri sopivat? Entä – miten näihin lisääntyviin ja itseään ylläpitäviin perussolukkoihin syntyy tietoisuuden kipinä.
Mihin menemme: Huikea kysymys jolle ei ole olemassa vastausta. Mielestani meillä ei ole edes vatstausta kysymykseen, voimmeko me ihmiskuntana kehittyä hallitusti – vai ovatko kaikki kehitysprosessit edelleen hallitsemattomia ja sattumasta riippuvia.
Nämä kysymykset menevät mielestäni runouden puolelle. Muuten: olenkin julkaisemassa juuri uutta runokirjaa nimeltä ”Tietämisen rajamailla”. Se on parhaillaan painossa.
”Tietämisen rajamailla” runokirja tulee kuulumaan seuraviin kirjahankintoihin! Tieteen tehtävänä on selittää ympäröivää maailmaa ja sen ilmiöitä. Runokirjassa taas tiedemieskin voi edes vähän mennä tiukkojen tieteellisien kriteereiden ulkopuolle ja ottaa kantaa jossakin määrin oman mieltymyksesnsä mukaisesti.
Juu jännää on miten tiede pikkuhiljaa paljastaa mysteerin miten elottomasta aineesta kehittyy elollisia itsensä kopioivia molekyylejä ja pam näin alkoi elämä maapallolla! Tämä on ehdottomasti uskomaton harppaus ymmärtämiseen miten elämä alkoi täällä, mutta ei vastaa kysymykseen onko tämä ainoa mahdollinen elämän syntyprosessi ja pitääkö maapallolla vallinneiden olosuhteiden täyttyä, jotta elämää voisi syntyä jossain muualla.
Elämän synty ”tyhjästä elottomasta aineesta” on sinällään ihme, mutta siitä huolimatta uskon, että elämän synty ei ole pelkästään mahdollisuus vaan todennäköisyys, kunhan aikaa ja mahdollisuuksia on riittävän paljon!
Kiva että ”Tietämisen rajat” kiinnostaa – ilmoittelen kun se on ulkona….
Heh, lisäys edelliseen eli vastaus varsinaiseen kysymykseesi: jatketaan SETIÄ luonollisesti myöskin 2016 jne. löytyi uusia sivilisaatioita tai ei!