Pelkkää suurta sattumaa?
Eliökuntamme olemassaoloa ja kehitystarinaa ajatellessani minua aina hämmästyttää: miten onkaan voinut käydä niin ihmeellisesti, että maailmankaikkeutemme, kaikkien luonnonlakiensa ajamana ja ohjaamana, on tuottanut näin hienon planeetan ja näin mahtavan eliökunnan. Tietenkin, elämän ja eliökunnan kehityksen ohjaajana on toiminut evoluutio, se että tarkoituksenmukaiset ja toimivat ominaisuudet ovat valikoituneet ja säilyneet. Toisaalta, evoluutio on sokeaa ja sattumanvaraista. Se ei suunnittele mitään uusia keksintöjä, se ei aio mitään, sillä ei ole mitään suuntaa eikä päämäärää. Jotenkin voisi olettaa, noin intuitiivisesti, että se ei olisi erityisen taipuvainen tuottamaan monimutkaisuutta, sillä monimutkaiset keksinnöt ja rakenteet ovat vaikeita tuottaa ja pitää yllä, ne ovat energiaa vieviä ja epätehokkaita. Tästä syystä elämä pääsääntöisesti päätyisi minimaaliseen ja mitättömään mössöön.
Näin on tietysti tapahtunutkin: suurin osa eliökuntaa on aina koostunut yksisoluisista bakteereista ja arkeoneista, tai korkeintaan yksisoluisista eukaryooteista. Siitä huolimatta aikojen kuluessa myös monimutkaisuus on lisääntynyt eliökunnassa. Joissakin vaiheissa se on lisääntynyt suurin harppauksin. Tämäkin kaikki lienee vain suurta sattumaa, mutta kuitenkin ainakin näin jälestä käsin näyttää jotenkin siltä, että tähän kehitykseen liittyisi jonkinlainen trendi.
Sattuman ja trendin välinen ero on merkittävä myös periaattessa: jos kaikki täällä on ollut aivan sattumanvaraista, tämä satunnainen kehityskulku lienee myös ainutlaatuinen. Jos taas tähän kehitykseen liittyy ohjaava valintapaine, jonkinlaiset monimutkaiset eliökunnat voisivat olla normaaleja ilmiöitä eri planeetoilla.
Ensimmäinen ihmeellinen monimutkaisuuden lisääntyminen eliökunnan kehityskulussa tapahtui jo elämän syntyessä. Emme tiedä minkälaiset tekijät ajoivat tätä prosessia. Tiedämme että maailmankaikkeudessa on loputtoman paljon muitakin planeettakuntia; kuitenkin elämän kodiksi ilmeisesti tarvittaisiin jotenkin ”sopiva”, ehkä jotakuinkin Maan kaltainen planeetta. Sen pitää olla sopivan kokoinen ja sopivan märkä kiviplaneetta, sopivalla etäisyydellä sopivan kokoisesta emotähdestä, sopivan ilmakehän alla. Ei kuitenkaan tiedetä mikä on tuo ”sopivan” määrä ja mitta. Ainakin varhaisessa Maassa kaikki nuo kriteerit olivat oikein sopivia, vaikkakin hyvin erilaisia kuin mitä ne ovat nyt. Sattumalta. Emme tiedä olisiko muilla planeetoilla sellaisia olosuhteita jotka käynnistäisivät elämän kaltaisen, loputtomasti itseään ruokkivan ketjureaktion.
Heti alustaan asti elämä on ollut täysin opportunistista. Se käytti juuri niitä rakennusaineita ja energialähteitä mitä oli ympärillä olemassa. Itseasiassa, nämä rakennusaineeet ja energialähteet synnyttivät elämän. Se että elämän kemiasta tuli juuri sellaista kuin tuli, johtui siitä millaisessa ympäristössä se syntyi. Täällä syntyprosessin lähtöaineina olivat erilaiset nukleotidit ja aminohapot, vesiliuoksessa. Oleellista oli vielä sekin, että ympäristössä on tarjolla riittävästi rasvaisia aineita, eli lipidejä, joiden muodostamat kalvot pystyivät sulkeutumaan huokoiseksi vaipaksi toimivien molekyylien ympärille. Oli onnekasta sattumaa, että ympäristössä oli kaikkia sellaisia komponentteja, joista monimutkainen kokonaisuus saattoi koostua.
Jo ensimmäisestä alusta alkaen elävät solut olivat luonnonvalinnan kovakätisessä ohjauksessa. Vain ne säilyivät, jotka sopeutuivat. Ne lisääntyivät suuremmaksi ja vahvemmaksi eliökunnaksi. Energialähteenä toimi vulkaaninen lämpö ja auringonvalo; valon hyödyntäminen tuli ilmeisesti jo varhain mahdolliseksi siksi, että ympäristökemia tuotti myös valoa absorboivia klorofylli- pigmenttejä. Fotosynteesi siis käynnistyi varhain, mutta se ei pitkään aikaan vielä tuottanut happea. Ympäristö planeetalla oli täysin hapeton, ja eliöiden aineenvaihdunta perustui rauta- ja rikkiyhdisteiden pelkistymiseen ja hapettumiseen. Onneksi nämä pysyivät liukoisina hapettomassa merivedessä.
Aikanaan, noin miljardin vuoden kuluttua, eräs vihreä, bakteerilaji oppi sitomaan auringon valoa niin tehokkaasti, että se pystyi sen avulla hajottamaan vesimolekyylejä. Tästä käynnistyi happea tuottava fotosynteesi, joka hitaasti alkoi muuttaa koko maailmaa toisenlaiseksi.
Happea kertyi vähitellen ilmakehään. Tämän seurauksena monet hapettomiin oloihin tottuneet (anaerobiset) lajit kuolivat pois, jotkut painuivat meren syviin hapettomiin pohjakerroksiin, ja jotkut oppivat elämään hapellisessa ympäristössä. Ilmakehän muuttuessa olot kävivät vaikeiksi myös siksi, että koko planeetta painui totaali-jääkauteen, lumipalloplaneetaksi, noin 300 miljoonan vuoden ajaksi. Elämän selviytyminen oli tiukalla, biomassan määrä romahti hyvin pieneksi.
Noissa ankarissa oloissa sattui kerran niinkin, että joku anaerobinen arkeonisolu söi sisäänsä happea hengittävän bakteerisolun. Jostakin kumman syystä tuo sisään otettu bakteeri ei hajonnut ja kuollut, vaan jäi elämään toisen solun sisäisenä symbionttina. Tämä sattumalta syntynyt yhteiselo koitui suureksi onneksi, sillä yhdistelmä pystyi selviytymään hapellisissa olosuhteissa. Bakteerin ja arkeonin yhteiselämä oli kuitenkin myrskyisää, ja solu joutui käymään läpi valtavan suuren rakenteellisen ja geneettisen uudelleenjärjestelyn: Arkeonin monet geenit yhdistyivät ja kasvoivat paljon entistä pidemmiksi, niiden määrä lisääntyi, solun toiminnat lisääntyivät ja sen kalvorakenteet kasvoivat. Symbiontti-bakteeri taas luopui monista omista toiminnoistaan, ja siitä tuli pelkkä energiaa tuottava elin, eli mitokondrio. Suuri yhdistelmäsolu kuitenkin selvisi tuosta rytäkästä, ja siitä tuli kaikkien tumallisten solujen ja eliöiden esiäiti.
Aika kului. Totaali-jääkausi päättyi aikanaan, ja elämä kukoisi lämpimissä merissä. Yksisoluiset eliöt sitoivat tehokkaasti hiiltä biomassaan, syanobakteerit ja viherlevät tuottivat paljon happea, tulivuoritoiminta oli alhaista, ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laski. Ajan mittaan monet tekijät johtivat siihen, että koko planeetta painui uudelleen syvään ja totaaliseen jäätiköitymisen aikaan. Jäätiköityminen oli jaksottaista, mutta yhteensä nämä kryogeenikauden jäätiköitymiset kestivät lähes 100 miljoonaa vuotta.
Näiden jäätiköitymisten aikana planeetan biomassan määrä taas väheni merkittävästi. Elämä sinnitteli hengissä säilymisen rajoilla. Näissä äärimmäisissä oloissa elämä taas teki uuden, merkitävän ja monimutkaisen keksinnön: alkeellisten sienieläinten, eli kaulussiimaeliöiden pesäkkeet alkoivat erilaistua erilaisiksi solukoiksi. Ne olivat kehittymässä ensimmäisiksi monisoluisiksi eläimiksi, eli kaikkien meidän myöhempien monisoluisten eläinten esivanhemmiksi.
Evoluutio voi sattumalta tuottaa, ja sitten valita ja ottaa käyttöön juuri sellaisia uusia keksintöjä joilla on erityistä valintaetua, tai jotka voivat pelastaa eliön tuhoutumiselta. Se on tuottanut monimutkaisia selviytymiskeinoja juuri kaikkein vaikeimpien olosuhteiden, eli pitkien totaali-jääkausien aikoina. Ensin se keksi tumalliset solut, sitten monisoluisuuden. Monisoluisuuden kehittyminen on yllättävää, sillä yksisoluisuus on ollut – ja yhä on – hyvin suotuisa ja helppo elämänmuoto.
Monisoluisten eliöiden etuna oli eri solukoiden erilaiset kyvyt, yhteistyö ja synergia, jotka kaikki yhdessä vaikuttivat niiden yhteisen genomin säilymiseen.
Monisoluiset eliöt ilmestyivät planeetalla ensimmäisen kerran n. 660 miljoonaa vuotta, kryogenian aikana. Jääkauden päätyttyä lämpimissä happipitoisissa vesissä käynnistyi vilkas evoluutio, joka ensin tuotti meren pohjalla elävien liikkumattomien ediakara-eläinten runsaan lajiston. Sitten, noin 540-530 miljoonaa vuotta sitten matalien merien pohjille ilmestyi kaikenlaisten liikkuvien eläinten, pienten petojen ja saaliseläinten hyvin monimutkaiset ekosysteemit, ja niiden monimuotoinen eliökunta. Aikaa kutsutaan kambrikaudeksi. Valtaosa eliökunnan nykyisistä pääjaksoista syntyi tuona aikana.
Luonnonvalinta testasi lajien kestävyyttä. ”Kummallisimmat” lajit katosivat pois, vahvimmat lajit kehittyivät eteenpäin, luonnonvalinnan suosimina. Vahvistuva eliökunta alkoi itse vaikuttaa olosuhteisiin yhä enemmän. Tehokkaan fotosynteesin seurauksena planeetan happipitoisuus nousi korkeammalle, 20 prosenttiin, ja lopulta, hiilikauden aikana jopa 35 pitoisuusprosenttiin. Korkea happipitoisuus tehosti eläinten aineenvaihduntaa ja energian tuotantoa ja mahdollisti niiden kasvamisen suuremmiksi. Ilmakehän yläosaan kertynyt otsoni blokkasi UV-säteilyn pääsyn maan pinnalle ja mahdollisti eliöiden – sekä kasvien että eläinten – levittäytymisen kuivalle maalle.
Noin 300 miljoonaa vuotta sitten trooppisten kasvien tehokas hiilensidonta johti suhteellisen nopeisiin ilmastonmuutoksiin, jotka aiheuttivat ajoittaisia jäätiköitymisiä napa-alueilla. Näiden aiheuttamat meren pinnan vaihtelut taas puolestaan johtivat siihen, että rannikkoalueet vuoroin kasvoivat rehevää trooppista metsää, joka taas vuoroin painui soistuvan rantavyöhykkeen pohjaan ja muuttui fossiilisiksi hiilivarannoiksi. Suuri määrä hiiltä poistui ilmakehästä…
Kaikkina aikoina eliökunta on vaikuttanut elottomaan ympäristöön, ilmakehään ja planeetan lämpötilaan, ja vastavuoroisesti, nämä ovat säädelleen eliökunnan kehitystä. Ajoittain olosuhteet ovat muuttuneet kokonaan. Muutokset ovat voineet olla joko eliökunnan itsensä, tai geologisten, vulkaanisten tai kosmisten tapahtumien aiheuttamia, mutta toistuvasti ne ovat olleet niin suuria, että suuri osa eliökuntaa on tuhoutunut. Kambrikauden jälkeisenä aikana tiedetään tapahtuneen viisi suurta massasukupuuttoa. Useimmat näistä ovat johtuneet voimakkaista ilmastonmuutoksista, jotka taas ovat johtuneet hyvinkin erilaista syistä. Ilmeisesti ainakin seuraavat tekijät ovat vaikuttaneet niihin: (https://cosmosmagazine.com/palaeontology/big-five-extinctions):
Sukupuutto Ordovikikauden lopussa, 444 miljoonaa vuotta sitten: 86% lajeista katosi. Sukupuutto johtui jääkaudesta. Jäätiköityminen puolestaan johtui siitä, että vasta kohonneen Appalakkien vuoriston rapautuminen sitoi runsaasti ilmakehän hiilidioksidia, ja tämän kasvihuonekaasun väheneminen johti ilmaston viilenemiseen.
Sukupuutto Devonikauden lopulla, 375 miljoonaa vuotta sitten: 75% lajeista katosi. Tämä sukupuutto ilmeisesti johtui siitä, että maakasvillisuuden lisääntyminen vapautti maaperästä runsaasti ravinteita, jotka huuhtoutuivat meriin. Näiden aiheuttamat runsaat leväkasvustot kuluttivat paljon happea vedestä, ja pienet pohjaeliöt kuolivat hapen puutteeseen.
Sukupuutto Permikauden lopussa, 251 miljoonaa vuotta sitten: 96% lajeista katosi. Tämä “Suurena kuolemana” tunnettu joukkosukupuutto on yksi planeettamme suurimpia, ilmeisesti vain Huuronin totaali-jääkausi olisi ollut ankarampi koetus elämän säilymiselle. Tämä joukkosurma kehittyi useiden erilaisten katastrofien käynnistymisestä toinen toisensa perään. Eräs laukaiseva tekijä oli Siperian laakiobasalttipurskaus (joka taas saattoi olla asteroidi-impaktin laukaisema); tapahtuma vapautti paljon hiilidioksidia ilmakehään, ja lämpötila nousi. Tämän aktivoimat metanogeeniset bakteerit tuottivat paljon metaania, ja yhdessä nämä kasvihuonekaasut nostivat lämpötilaa edelleen. Meret happamoituivat ja muuttuivat hapettomiksi, ja merissä hajoava runsas biomassa tuotti myrkyllistä rikkivetyä. Merieläinten, suurten maaeläinten (mm. esinisäkkäät) ja trooppisen kasvillisuuden kehitys romahti. Nykyisen massiivisen ilmastonmuutoksen arvellaan kehittyvän samaan suuntaan kuin tämän joukkosukupuuton aikana tapahtui.
Sukupuutto Trias-kauden lopussa, 200 miljoonaa vuotta sitten: 80%lajeista katosi. Tämän sukupuuton varsinaista syytä ei tunneta. Planeetan lämpötila jatkui sen jälkeen korkeana, lämpimissä oloissa kehittyi matelijoiden runsas lajisto. Erilaisten dinosaurusten valta-aika kesti yhteensä noin 160 miljoonan vuoden ajan.
Sukupuutto Liitukauden lopussa, 66 miljoonaa vuotta sitten: 76% lajeista katosi. Tuho johtui nopeasta ilmastonmuutoksesta, joka aiheutui Chicxulubin alueelle Yukatanin niemimaalla tapahtuneesta, noin 10-15 km kokoisen asteroidin iskeytymisestä maahan. Isku aiheutti noin 10 vuoden pituisen vulkaanisen talven, jonka aikana ilmasto jäähtyi merkittävästi, osa kasvillisuudesta kuoli, ja kaikki dinosaurukset ja lentoliskot, lintuja lukuun ottamatta, kuolivat sukupuuttoon. Myös monia muita lajeja katosi, mm. monia nisäkkäitä, lintuja, liskoja, hyönteisiä, kaloja, haita, simpukoita ja äyriäisiä ja plankton-lajeja katosi.
Tämän sukupuuton jälkeen nisäkkäät saivat oman mahdollisuutensa kehittyä planeetan valtalajeiksi. Nyt kuitenkin niidenkin aika on jo tullut päätökseen.
Elämme parhaillaan kuudennen suuren sukupuuton aikaa: https://en.wikipedia.org/wiki/Holocene extinction. Ihmisen lyhyellä muistiperspektiivillä me luulemme että kaikki pysyy suunnilleen muuttumattomana, mutta ihmisen vaikutuksesta lajeja katoaa nykyisin 100- 1000 kertaa nopeammin kuin ennen ihmisen aikaa (https://en.wikipedia.org/wiki/Holocene_extinction). Emme tietenkään vielä tiedä miten tämä tästä kehittyy – mihin suuntaan, ja miten kauan kestäväksi episodiksi eliökunnan historiassa.
Emme myöskään tiedä miten eliökunta tulee uudelleen muotoutumaan tämän sukupuuttokauden syövereissä. Ainakin yksinkertaisten mikrobien lajisto on niin sopeutuvaista, että se ei voi kokonaan tuhoutua tältä planeetalta, ei niin kauan kuin täällä säilyy ympäristöjä joiden lämpötila ei nouse reilusti yli 100 celsiusasteeseen.
Joukkosukupuutot kuitenkin karsivat ankaralla kädellä monisoluisten eläinten ja kasvien lajistoa. Levittäytyessään maailman eri mantereille, ja valloittaessaan maan omaan käyttöönsä ihminen on ollut aikamoinen massatuhon aiheuttaja, sillä ihmisen vaikutuksesta jo 80 % ihmisen aikaa edeltäneistä isojen eläinten lajeista ja 50 % kasvilajeista on kadonnut. Ihmisen toimet ja tuotantomuodot ovat myös vaikuttaneet lajien määrään niin, että kaikkien maaeläinten massasta 60% muodostuu nyt kotieläinten massasta, 36% ihmisten massasta ja vain 4% villieläinten massasta (https://www.livekindly.co/60-of-all-mammals-on-earth-are-livestock-says-new-study/, https://www.pnas.org/content/115/25/6506). Jos ei eläinten määrä, niin ainakin niiden monimuotoisuus on siis romahtanut minimiin.
Ihmisen aikaa edeltänyt lajisto on siis jo pitkälti kadonnut, tai katoamassa. Jäljelle jäävistä lajeista kuitenkin kehittyy taas jotakin uutta, ehkä jopa jotakin uutta monimutkaisuutta. Voisikohan se olla vaikka – vaikka uusi uljas ihmislaji? Androidi, AI-laji, kyborgi? Tai vain uusi ja entistä viisaampi, ymmärtäväisempi ja vastuullisempi ihminen???
Vieläkö tämä kiintoisa kysymys: mihinkähän suuntaan nämä nykyiset valintapaineet ohjaavat ihmisen geneettistä kehittymistä?
Teesini tuosta liitukauden lopun sukupuutosta on, että sen aiheutti melko lyhytkestoinen mutta globaali pimeys, ei niinkään lämpötilan lasku.
Pimeys on kasveille myrkkyä. Kasvien globaali kuolema tai ainakin fotosynteesin loppuminen tappaa niitä syövät eläimet eli kasvinsyöjädinosaurukset nälkään. Sitten kun ne ovat poissa, niitä ravintonaan käyttävät suuret petodinosaurukset häviävät ennemmin tai myöhemmin. Peto on riippuvainen sopivan kokoisista saaliseläimistä.
Krokotiilit eivät kuolleet sukupuuttoon. Jos lämpötila olisi painunut kovin alas, sisävedet olisivat saaneet jääkannen, ja se olisi tappanut trooppiset krokotiilit joko kylmyyteen tai hapenpuutteeseen koska ne hengittävät ilmaa. Niin ei kuitenkaan käynyt.
Lämpötilan lasku ei olisi sataprosenttisen tehokas dinojen tappaja siitäkään syystä että keskellä valtamerta olevilla saarilla lämpötila ei ennätä laskea kovin paljon. Saarilla olisi säilynyt kasvipeitettä ja sitä syöviä dinosauruksia. Sen sijaan globaali pimeys selittää miksi dinot hävisivät paitsi mantereilta myös saarilta.
Tuo esihistoriallisen ihmisen aiheuttama nisäkkäiden sukupuutto on mielenkiintoinen. Arvelen että Afrikassa hominidit ja muut nisäkkäät olivat kehittyneet rinnakkain (koevoluutio), jolloin sikäläiset eläimet ovat oppineet varomaan ihmistä. Mutta kun ihminen levisi muille mantereille, niiden eläimet eivät osanneet pelätä ihmistä, koska ihminen ei muistuta mitään niiden luonnollista vihollista. Peloton eläin on helppo saalis metsästävälle ihmiselle. Osan niistä lajeista ihminen kesytti kotieläimiksi. Tunnetusti esimerkiksi intiannorsun kesyttäminen on helpompaa kuin afrikannorsun. Samoin vaikkapa gnuita ei tietääkseni käytetä Afrikassa kotieläimenä, vaan mieluummin aasialaista alkuperää olevia nautoja. Koevoluutiohistorian takia ihmisen varominen on afrikkalaisilla eläimillä geeneissä, joten niitä on vaikeampi kesyttää ja metsästää.
Nuo joukkokuolemiin vaikutaneet tekijät lienevät olleet sellaisia kuin sanot, erityisesti tuo ihmisen ja riistaeläinten yhteisen kehityshistorian vaikutus siihen mitkä ehtivät tottumaan ja selvitymään ihmisen matsästyksestä. Kuitenkin ilmastotutkijoiden käsitys Chicxulubin törmäyksen suorista vaikutuksia vaikutuksista näyttää olevan että nimenomaan kylmyys, ei pelkkä pimeä, aiheutti eniten tuhoa sekä kasveille että dinosauruksille. Vaikutusta kutsutaan asteroiditalveksi: Ensin taivas pimeni tuhkasta ja pölystä, lämpötila laski ja fotosynteesitaso aleni…. mutta pölyn ja tuhkan aiheuttama kylmyys oli varsin lyhytaikainen, kun taas sulfaattiaerosolien aiheuttaman voimakas ilmaston kylmeneminen kesti vuosikymmeniä..
Potsdamin Ilmasto-instituutin tutkija Julia Brugger kirjoittaa:
”It became cold. I mean, really cold,” says Brugger. Global annual mean surface air temperature dropped by at least 26 degrees Celsius. The dinosaurs were used to living in a lush climate. After the asteroid’s impact, the annual average temperature was below freezing for about three years. Evidently, the ice caps expanded. Even in the tropics, annual mean temperatures went from 27 degrees to a mere five degrees.
”The long-term cooling caused by the sulfate aerosols was much more important for the mass extinction than the dust that stayed in the atmosphere for only a relatively short time. It was also more important than local events like the extreme heat close to the impact, wildfires or tsunamis,” says co-author Feulner. It took the climate about 30 years to recover…
lähteitä:
https://www.pik-potsdam.de/news/press-releases/how-the-darkness-and-the-cold-killed-the-dinosaurs
https://dailygalaxy.com/2017/01/the-asteroid-winter-chicxulub-impact-blocked-sunlight-led-to-extinction-of-dinosaurs/
— eli kylmä näyttää vaikuttaneen voimakkaammin ja pidempään kuin pelkkä pimeä.
Alkuperäisjulkaisu: Article: Brugger, J., Feulner, G., Petri, S. (2017): Baby, it’s cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous. Geophysical Research Letters [DOI:10.1002/2016GL072241]
Mitä tulee isoon kuvaan, näyttää siltä että useimmat elleivät peräti lähes kaikki evoluution harppaukset ovat olleet jääkausien aiheuttamia. Tekstissä onkin tästä monta esimerkkiä. Lisäksi ihmisen esi-isien laskeutuminen puista saattoi johtua metsäkadosta, mikä oli osa viimeisten vuosimiljoonien aikana vallinnutta jääkausien ja lämpökausien vuorottelua. Kylmät olosuhteet saattoivat myöhemmin myös auttaa ihmisen leviämistä Aasiaan mahdollistamalla saalistetun lihan ja kalan säilymisen pilaantumatta. Tasalämpöiset nisäkkäät saattoivat syntyä aikanaan yöllisiksi hyönteissyöjiksi, jotka pysyivät viileässä yössä liikkuvina ja pystyivät siten tehokkaasti saalistamaan hitaasti liikkuvia vaihtolämpöisiä eläimiä. Tämänkaltaisia jääkausiesimerkkejä on yllättävän paljon. Osa niistä on toki spekulatiivisempia kuin toiset.
En tiedä onko jääkausissa jokin universaalimpikin ”taika”, vai onko vain sattumalta niin että monet Maan elämän historian kehitysharppaukset liittyvät niihin. Yksi mielenkiintoinen tutkimusaspekti on että jäätiköt voivat näkyä planeetalta kauas. Sitten kun joskus toivottavasti eksoplaneettojen valokäyriä pystytään mittaamaan, niistä voi koittaa etsiä jäätiköitä.
Joo, siltä näyttää että maailman viileät ja kuivat kaudet ovat olleet sellaisia koettelemuksia jotka ovat aina uudelleen pakottaneet elämän keksimään uusia asioita. Sitten taas lämpimät, ravinteikkaat ja muutenkin suotuisat olot ovat lisänneet ekosysteemien tuottavuuden ja varmaan myös lajirikkauden tappiinsa – näin esim. kambri-, ordoviki- hiili-, jura-, liitu- ja paleogeenikaudella.
Sattumaan sisältyy myös välttämätöntä pakkoa (kuten edellä vastasit) – aine ja elämä ei voi määrättömästi edetä vaan suotuisten voimien ohjaamiin suuntiin (valikoituvaa kehitystä siis).
Jees. Vaikeudet ja haasteet ovat niitä tekijöitä jotka vievät kehitystä eteenpäin.
Muutamia ajatuksia evoluution sunnasta: Yksi elämän perusasioita on kasvien ja eläinten tarve saada energiaa. Kasvit tekevät energiaa itse, mutta eläinten on saatava energiansa kasveja tai muita eläimiä syömällä. Molempien on saatava enrgiansa tehokkaasti. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan 63% eläimistä syö toisia eläimiä. Evoluutio on siis suosinut lihansyöntiominaisuutta. Minusta näyttää siltä, että evoluutio jättää suvun jatkajiksi parhaat energian hankkijat.
Eläimillä on siis tarve päästä ravintoketjun huipulle. Ihminen kun ei ole varustettu tiikerin tai kotkan saalistusominaisuuksilla joutuu turvautumaan metsästysaseisiin ja -ansoihin. Niiden kehittämiseen kyenneet yksilöt ovat pärjänneet. Ihminen on saavuttanut asemansa lihansyöjien kärkijoukossa älykkyydellään ja sillä tavoin pyrkinyt sekin johdonmukaisesti ravintoketjun huipulle.
…. evoluutio ilmeisesti suosii ravintoketjussa ylöspäin nousemista ainakin siitä syystä että siellä on turvallisempaa. Ravintoketjun huipulla olevalla eliöllä ei ole vihollisia. Toisaalta, huipulla on vain vähän tilaa, noin periaatteessa. Kaikkien alempien ravintoketjun tasojen pitää olla aina suurempia kuin yläpuolella olevan.
Siihen nähden on aika kumma juttu että ihmisiä on näin valtavan paljon.
Olen melko varma että tulevaisuus ei ole olemassa ennen kuin se tapahtuu. Siksi ajattelen evoluutiota usein hakualgoritmina. Satunnaisen muuntelun avulla elämä löytää aina joitakin yksilöitä joilla on mahdollisuus pärjätä ennustamattomassa tulevaisuudessa. Ajan ”suunta” ja evoluutio ovat melkeinpä sama asia elämän kannalta.
Solun olemassaolo kertoo, että solu on löydettävissä valtavasta molekyylikombinaatioiden hakuavaruudesta suhteellisen lyhyessä ajassa. Samoin monisoluisuuden olemassaolo kertoo, että kunhan solun kaltainen ratkaisu on löytynyt niin monisoluisuuskin on löydettävissä.
Hakualgoritmina evoluutiolla on sen reunaehtojen määräämä hakuavaruus ja sieltä tuntuu löytyvän toimivia ratkaisuja. Ei ehkä loputtomasti, mutta toistaiseksi tarpeeksi.
Evoluutio (elämä) siis hyödyntää satunnaisuutta aina kun mahdollista, se mikä on (lyhyessä ajassa) löydettävissä on kuitenkin reunaehtojen määräämää.
Tuo ”hakualgoritmi” on hieno ajatus —
Muistuttaa nobelisti Nobelisti Manfred Eigenin määritelmää, jossa tämä elämän informaatioavaruuden ulottuvuuksien ja vaihtelumahdollisuuksien tutkija määritteli elämän ilmiönä, joka hakee paikkaansa moniulotteisessa informaatioavaruudessa.
Kaikki algoritmit rakentuvat neljän perusasian varaan: peräkkäisyys, valinta, toisto ja rinnakkaisuus. Nämä kaikki perusasiat ovat läsnä evoluutiossa. Yksilön geneettinen koodi, genotyyppi, on rinnastettavissa tietokoneohjelmaksi. Uusi genotyyppi perii koodia jolla pärjää jos fenotyyppi elää olosuhteissa jotka ovat samanlaisia kuin vanhemmillaan. Uusi genotyyppi sisältää myös uusia kombinaatioita ja mutaatioita jotka saattavat auttaa kun fenotyypin elinolosuhteet muuttuvat. Tältä kannalta ajateltuna (lajien) evoluutio on satunnaiskävelyä koodiavaruudessa: nykyinen tila riippuu edeltävästä tilasta mutta vähenevässä määrin aiemmista tiloista.
Historia on toteutunut yhdellä tavalla mutta myös muut polut olisivat voineet johtaa samaan tilaan. Tulevaisuuden kannalta nykyhetken geneettisen koodin runsaus on paljon tärkeämpää kuin se miten nykyhetkeen on tultu.
Luonnonkatasrofien kannalta reunaehto on että jotain elämää säilyy, silloin evoluutio ajautuu taas kohti geneettisen koodin runsautta uusilla reunaehdoilla.
Juuri näin! Sattumanvaraista muuntelua, ja valintaa….
Ihminen ei todennäköisesti laskeutunut puusta hallitusti, vaan puu lahosi ja joko kaatui tai oksa ihmisen alla katkesi ja ihminen putosi puusta.
Jees — niinhän se varmastikin kävi että puut katosivat alta pois. Eivät kuitenkaan pelkästään lahoamalla, vaan niin että herkesivät kasvamasta, kun ilmasto viileni ja Läntisen Afrikan sademetsät kuivuivat savanniksi. Tämä tapahtui ilmeisesti tuhansien vuosien kuluessa. Piti sittn vaan tottua elämään ja metsästämään maan kamaralla, osana saaliiden ja petoeläinten verkostoa.
Jossain mielessä elämä kehittää ’teknologiaa’ joka mahdollistaa levittäytymisen periaatteessa vihamielisiinkin ympäristöihin. Syynä tähän on valintapaine, joka suosii ’teknologisia’ mutaatioita niiden yksilöiden joukossa jotka ovat eksyneet vihamieliselle puolelle. Ensimmäinen ’teknologia’ oli ehkä solukalvo, joka mahdollisesti sen että soluneste oli erilaista kuin ympäristön neste. Jossain vaiheessa tuli lisävärkki joka mahdollisti selviytymisen hapellisessa ympäristössä ja jopa hyötymään siitä. Ja fotosynteesin tarvitsema pigmentti on sekin ’lisälaite’ verrattuna alkuperäiseen eliöön.
Elävä otus on kuin sipuli jonka solujen sisimmäisenä on alkuliemi josta kaikki sai alkunsa, ja sen päällä on monia kerroksia ja erilaistumista. Tässä mielessä minusta tuntuu että kompleksisuuden kasvu on elämän normaali ominaisuus, ei sattumaa, vaikka kehityspolun yksityiskohdat ovatkin olleet sattumanvaraisia.
Ihmisen kulttuurievoluutio ja teknologia on tämän kehityksen uusin askel. Sen avulla ihminen saattaa pystyä levittäytymään aurinkokuntaan, ei oppimalla hengittämään tyhjiötä, vaan oppimalla rakentamaan ympärilleen seinät joiden sisällä on hänen tarvitsemansa ilmakehä – samaan tapaan kuin solukalvo ympäröi solulimaa. Seinien rakentaminen vaatii tietyn määrän uutta kompleksisuutta. Se ilmaantuu ensin sattumalta, mutta sitten yleistyy kun huomataan että se on tapa jolla elämä voi levittäytyä taas askeleen kauemmas. Eli kompleksisuuden lisääntyminen taustalla on yksinkertaisesti darwinismi ja elämän pyrkimys levittäytyä ja lisääntyä. Kun elämä kohtaa rajan jonka se pystyy ylittämään vain lisäämällä kompleksisuutta, silloin se lisää kompleksisuutta. Lopputuloksena on entistä laajempi ja kompleksisempi biosfääri.
Hyvin sanottu. Ei siis pelkkää sattumanvaraista ajalehtimista, vaan elämän sisäänrakennettu välttämättömyys selviytyä mistä tahansa vaikeudesta, levittäytyä, lisääntyä ja vallata tilaa.
Pekka, kuitenkin pitää argunetoida ehdotukseesi näin: monessa kohtaa ollaan samaa mieltä ja nähdään samalla tavoin näitä maailman kehittymisen lainalaisuuksia. Kuitenkin yksi perusero on tämä: sinä näet että teknisen lajin kehitys ja levittäytyminen voi jatkua rajatta kohti kosmisia ulottuvuuksia. Minä taas näen että ihminen on edelleen täysin riippuvainen monimutkaisesta eliökunnasta ja ekosysteemistä, joka pitää yllä elossa pysymisemme perustarpeita (life support supplies) – eli ruuan, energian ja hapen tuottoa, hiilen kiertoa, ja orgaanisen biomassan hajotusta. Monimutkaisisa systeemeitä, joita on kovin vaikeaa pystyttää teknisesti toimiviksi. Jos niin koetettaisiin tehdä, ja viedä koko komeus vielä jonnekin ulos avaruuden vihamieliseen (säteily, tyhjyys, kylmä) ympäristöön, tämä vaatisi niin suuria teknisiä ja taloudellisia resursseja, ettei tällä planeetalla löydy sille maksajaa (tai siis, luonnon resursseja). Ei löydy myöskään sitä ymmärrystä ja tietotaitoa, jolla tuollaiset monimutkaiset vuorovaikutus-systeemit saataisiin toimimaan luotettavasti (viittaus Biosfääri 2:een!). Josko vielä jollakin tavalla ihminen (suurin uhrauksin) saisikin perustettua itselleen saarekkeen, tai sukupolvialuksen, avaruuteen, niin sinne voisi asettua asumaan vain niin pieni yhteisö että se pian kuolisi tylsyyteen, keskinäiseen vihanpitoon — ja ainakin viimeistään, geneettiseen taantumiseen. Siispä, kaiken tämän huomioon ottaen, itse luulen että me ihmiset olemme sidottuja tämän planeetan rajoihin, aina maailman tappiin asti.
Ensimmäiset oliot jotka ehkä voisivat ratkaista kaikki nuo ongelmat olisivat keinoäly-tyyppisiä, todennäköisesti ei-orgaanisia olentoja Voihan olla että juuri ne tulevat olemaan se seuraava uusi uljas laji joka taas laajentavat ”elo-peräisten” systeemien kompleksisuutta ja asuinalueita.
Aikoina jolloin ilmasto on tasaisen lämmin ja kostea, vihamielisiä ympäristöjä on vähemmän, jolloin voisi äkkiseltään olettaa kompleksisuuden vähenevän. Mutta sademetsäkin suosii kompleksisuutta, koska siellä on niin hyvät olot että eliöt voivat keskittyä kilpailemaan keskenään. Silloin olot ovat melkein kaikkien lajien kannalta vihamieliset saalistuspaineen takia, ja taas kompleksisuus voi kasvaa.
Massasukupuutot toki vähentävät kompleksisuutta ainakin tilapäisesti.
Näin hieno planeetta ja mahtava eliökunta?
Hmm… planeetta on hieno niille lajeille, jotka ovat syntyneet ja sopeutuneet tälle palleroiselle. Jossain muualla olosuhteet voivat olla aivan toisin, ja siten myös hienous ihan muunlaista.
Mustekalojemme, jättitursaiden, lonkerot pystyvät itsenäisiin päätöksiin ilman aivoja, hermokeskusta.
Ihmisillä 80 kg:n monimutkainen vartalo tarvitaan pitämään hengissä 1000 miljardin neurosolun 1,3 kg:n painoisia aivoja. Hyötysuhde voisi olla parempikin.
Mustekalojen kehityslinja erosi helmiveneistä 400 miljoonaa vuotta sitten. Hyvin ovat toimeen tulleet. Nykyihminen oppi kirjoitustaidon 10 000 vuotta sitten ja tieteen sekä tekniikan pari, kolmesataa vuotta sitten.
Kun jossain meriplaneetalla mahdolliset mustekalat selviytyvät ehkä miljardi vuotta muita eläimiä syöden, ihmiskunnan äly tai sen puute näyttää johtavan kollektiiviseen itsemurhaan ydinsodan tai itseaiheutetun ilmastokatastrofin myötä.
Siinä menisi myös hienon planeetan mahtava eliökunta.
Mustekalat ovat kyllä tosi fiksuja, älykkäitä ja taitavia, ja kukapa tietään miten paljon siellä olisi (ollut) potentiaalia kehittyä vaikka millaiseksi teknisesti taitavaksi lajiksi. Teknologian kehittelyssä heillä on kuitenkin aina ollut esteenä oma asuinympäristönsä. Vesi-ympäristössä ei voi käyttää tulta, eikä siis myöskään voi oppia puhdistamaan ja prosessoimaan metalleja. Ei voi kehitellä muitakaan tarkempia prosessointi- tai tuotantomenetelmiä, kun ei voi hallitusti siirtää energiaa. Luulen että tekniset sivilisaatiot eivät voi missään kehittyä vesi-ympäristössä. Vesiympäristö on ollut välttämätön UV-suoja eliökunnalla sen ensimmäisen kolmen miljardin vuoden ajan, mutta teknologinen sivilisaatio on tullut mahdolliseksi vasta sen jälkeen kun elämä saattoi nousta kuivalle maalle, sen jäälkeen kun yläilmakehään tuli riittävästi otsonia. Meidän planeettamme on sillä(kin) tavalla hieno että se tarjoaa sekä syvän meren että kuivan maan ympäristöjä – ja näin ollen mahdollisuuksia hyvin monimuotoiselle eliökunnalle.