Saara
Reiman pohti mm. kysymystä millä todennäköisyydellä
esitumallinen (prokaryoottinen) elämä voi kehittyä ajan mittaan
ihmisen tapaiseksi ajattelevaksi ja teknologiseksi elämäksi.
Välissähän on monta askelta: esitumallisesta aitotumallinen,
aitotumallisesta monisoluinen eläin, eläimestä poikasiaan hoitava
nisäkäs, nisäkkäästä aivoja tarvitseva kiipeilevä kädellinen,
kädellisestä savannilla kävelevä ihminen, ihmisestä
maanviljelijä, maanviljelijästä insinööri.
Tarvitaan
tosiaankin monta askelta ennen kuin bakteerista syntyy älykäs
olento. Kuitenkin olisin valmis väittämään että kyseessä
saattaa sittenkin olla luonnollinen tapahtumasarja, jonka mikään
askel ei ole erityisen epätodennäköinen.
Tarkastellaan
monisoluisen elämän syntymistä yksisoluisesta. Miksi monisoluinen
elämä ilmaantui yhtäkkiä noin 650 miljoonaa vuotta sitten? Onko
tälle kambrikauden räjähdyksenä tunnetulle tapahtumalle helppoja,
luonnollisia selityksiä?
Tähdet
kirkastuvat vanhetessaan ja niin tekee myös Aurinko, jonka valo
voimistuu noin prosentin sadassa miljoonassa vuodessa. Kirkastuminen
pyrkii lämmittämään maapalloa, mutta koska ilmakehän
hiilidioksidia karbonoituu tulivuorista purkautuneisiin
silikaattikiviin sitä nopeammin mitä kosteampaa ja kuumempaa on,
päiväntasaajaseudun lämpötila pyrkii pysymään vakiona. Tämä
noin 30 vuotta sitten keksitty termostaattimekanismi toimii noin
miljoona vuotta ja sitä pitemmissä ajanjaksoissa. Esimerkiksi 1-2
miljardia vuotta sitten aurinko oli 10-20 % nykyistä himmeämpi,
päiväntasaaja suunnilleen yhtä lämmin kuin nykyään, mutta
hiilidioksidin ja mahdollisesti metaanin aiheuttama kasvihuoneilmiö
paljon nykyistä vahvempi. Napa-alueetkin olivat kasvihuoneilmiön
takia jäättömiä ja ilmasto kaikkiaan nykyistä tasaisempi.
Paradoksaalista kyllä, himmeämmän auringon aikana keskilämpötila
oli siis nykyistä korkeampi. Ympäristö ylläpiti yksisoluista
elämää, mutta ei tasaisuutensa takia suosinut sen eriytymistä
eikä runsastumista, koska meret olivat lämpötilakerrostuneita ja
siksi pintaosiltaan ravinneköyhiä. Tilanne muuttui noin miljardi
vuotta sitten. Tällöin kasvihuoneilmiö oli heikentynyt riittävästi
jotta napajäätiköt ja arktinen merijää saattoivat muodostua.
Kylmät meret ovat ravinteikkaita, koska liki tasalämpöinen,
nolla-asteinen vesi sekoittuu herkästi pystysuunnassa
lämpötilaerojen puuttuessa. Nykyäänkin arktiset merialueet ovat
runsastuottoisia, kuten kalastajat ja valaanpyytäjät tietävät.
Ravinteisuuden takia planktonlevien kasvu tehostui ja ne tuottivat
ilmakehään happea sitä mukaa kun levien sitomaa orgaanista hiiltä
hautautui meren pohjaan. Aluksi happi sitoutui kivilajeihin, mutta
kun tämä puskuri oli käytetty, lopulta noin 700 miljoonaa vuotta
sitten ylijäämähappea alkoi kertyä ilmakehään. Tämän jälkeen
vain noin 30 miljoonan vuoden viiveellä ensimmäiset monisoluiset
eliöt ilmestyivät meriin.
Yksinkertainen
monisoluinen eliö on pelkkä soluterttu, joka hengittää diffuusion
avulla ja pystyy siksi kilpailemaan yksisoluisia eliöitä vastaan
vain runsashappisessa ympäristössä. Kerran synnyttyään
monisoluiset eliöt pystyivät kuitenkin kehittämään mm.
verenkierron, jonka avulla ne selviytyvät muuallakin. Ne oppivat
myös liikkumaan ja alkoivat myllätä meren pohjassa sekoittaen
pohjasedimenttiä ja nopeuttaen sen biologista hajoamista. Tämä
vähensi hiilen hautautumista ja nosti ilmakehän
hiilidioksidipitoisuutta jonkin verran, mikä teki ilmastosta
nykyisen kaltaisen. Lämmennyt ilmasto saattoi hieman vähentää
ilmakehän ja varsinkin merien pintaosien happipitoisuutta, mutta
tällä ei ollut enää monisoluisten eliöiden kannalta ratkaisevaa
merkitystä, koska ne olivat jo oppineet selviytymään monenlaisissa
oloissa yksisoluisiin eliöihin nähden monessa mielessä
ylivoimaisten kykyjensä turvin. Näin oli päädytty tylsästä,
tasaisen lämpimästä ja yksisoluisten eliöiden asuttamasta
planeetasta kylmien välivaiheiden kautta nykyisenkaltaiseen
hapekkaaseen maailmaan, jota hallitsevat monisoluisen eliöt.
Prosessi oli monivaiheinen, mutta sen tahdin määräsi
yksinkertainen fysikaalinen ilmiö eli keskustähden kirkastuminen.
Monisoluinen
elämä siis näytti syntyneen heti kun tietty välttämätön ehto
(riittävä happipitoisuus) täyttyi, eli välttämätön ehto näytti
olleen myös riittävä. Riittävä happipitoisuus puolestaan syntyi
kun happea tuottavat levät olivat eläneet riittävän pitkään ja
riittävän runsaina. Levien kasvua puolestaan oli edesauttanut
napa-alueiden ilmaston kylmeneminen joka hieman paradoksaalisesti oli
johtunut Auringon luonnollisesta kirkastumisesta. Jään ja lumen
valkoisuus vahvisti kylmenemistä siten että neoproterotsooisena
aikana 700-900 miljoonaa vuotta sitten, riippuen mannerten
kulloisestakin asennosta, jäätiköt saattoivat ajoittain ulottua
jopa kääntöpiireille asti tai vieläkin alemmas.
Kun
keskustähti kirkastuu, hiilidioksidin ja silikaattikivien
termostaatti siis huolehtii siitä että kasvihuoneilmiö vähenee ja
napa-alueet viilenevät. Toisaalta sitten kun kirkastuminen on
edennyt riittävän pitkälle, hiilidioksidin aiheuttama
kasvihuoneilmiö menettää merkityksensä ja planeetta
napa-alueineen alkaa lämmetä. Olemme juuri nyt lähellä
taitekohtaa jossa kokonaisvaltainen lämpeneminen on alkamassa (tässä
"lähellä" tarkoittaa vähemmän kuin suunnilleen sadan
miljoonan vuoden päässä suuntaan tai toiseen). Ilman jonkin
teknologisen lajin puuttumista asiaan, ehkä noin puolen miljardin
vuoden kuluttua maapallo on lämmennyt niin paljon että
monisoluisilla eläimillä alkaa olla tukalaa.
Ihminen
siis ilmestyi maapallolle noin 650 miljoonan vuoden kuluttua
monisoluisen elämän syntymisestä, ja monisoluisilla eläimillä on
vielä suunnilleen toinen mokoma aikaa ennen kuin kirkastuva aurinko
tekee planeetasta niille liian kuuman. Teknologinen laji – ihminen
- ei siis syntynyt viime hetkellä, vaan suunnilleen puolessa välissä
sopivaa aikaikkunaa eli monisoluisten eläinten aikaa, joka
puolestaan näytti alkaneen auringon kirkastumisen tahdittamana. Tämä
on olennainen tieto arvioitaessa älyn kehityksen todennäköisyyttä.
Jos asteroidi ei olisi tuhonnut dinosauruksia ja raivannut tilaa
nisäkkäille, kädelliset ja ihminen eivät olisi syntyneet, mutta
luonnolla olisi ollut aikaa yrittää muita reittejä noin
kymmenkertaisesti se aika joka kului nisäkkäiden noususta (65
miljoonaa vuotta sitten) ihmisen syntyyn. On esitetty että Intian
törmääminen Aasian mantereeseen ja tehokkaasti yhteyttävien
piilevien synty monimutkaisten mekanismien kautta aiheuttivat
nykyiset jääkaudet ja saivat ehkä ihmisen esi-isät siirtymään
harvenneista metsistä savannille kävelemään. Mutta taaskin,
jääkaudet eivät ole kovin harvinaisia ja niitä oli ollut
aiemminkin, ja aikaa olisi luultavasti ollut jäljellä vielä paljon
muiden reittien kokeilemiseen.
Mitä
lähemmäs nykyaikaa tulemme, sitä lyhyemmistä ajanjaksoista
puhumme. Ihmislaji syntyi noin 100,000 vuotta sitten ja tyypillisen
nisäkäslajin elinaika joitakin miljoonia vuosia.
Maanviljelyskulttuuri syntyi noin 10,000 vuotta sitten eli 90,000
vuotta lajin syntymisen jälkeen. Kulttuuri ja yhteiskunta syntyivät
siis paljon nopeammin kuin kädellislajin tyypillinen jäljellä
oleva elinaika. Avaruustekniikka syntyi 10,000 vuotta kulttuurin
synnyn jälkeen, mikä on lyhyt aika verrattuna verrattuna mihin
tahansa muuhun. Kaikilla tai ainakin useimmilla tasoilla näyttäisi
tulevan sama tulos: viimeinen hetki ei ollut lähellä lyödä, aikaa
löytää muita ratkaisuja olisi ollut moninkertaisesti siihen nähden
mitä luonto tarvitsi tuottaakseen ihmisen kulttuureineen. Mutta
näitä aikalisiä ei tarvittu, koska kulttuuri-ihmiseen johtanut
kehityspolku oli jo toteutunut.
Jos
tämä tuntuu turhan ihmiskeskeiseltä (evoluutiohan etenee
periaatteessa ”sokeasti” ilman päämäärää), on syytä
huomauttaa että samassa mielessä kuin Suomen turvallisuuspolitiikan
haasteet ehkä ovat Venäjä, Venäjä ja Venäjä, nykyään
biosfäärin tärkeimmät turvallisuuspoliittiset kysymykset
liittyvät ihmiseen, ihmiseen ja ihmiseen. Ihminen on tärkeä koko
planeetalle, ei vain ihmiselle itselleen. Kulttuuri-ihmisen synty oli
valtava, äkillinen ja raju tapahtuma, johon sisältyy elämän
kehityksen kannalta suunnattomia uhkia ja mahdollisuuksia. Kuka olisi
vain miljoona vuotta sitten voinut aavistaa, että savannin ruohosta
nousee suuri metsästäjä, jonka pojat haluavat kokea kaiken, oppia
kaiken, rakentaa kaiken ja tallentaa kaiken jälkipolville. Eivätkä
vain halua, vaan tekevät myös, flight-proven, TRL-tasolla
seitsemän, im siebenten Himmel der Technologie. Vain ihminen voi
poistaa Damokleen miekat eli tappaja-asteroidit elämän yltä.
Ihminen saattaa rötöstellä, mutta positiivisten mahdollisuuksiensa
takia saa myös paljon anteeksi. Dramaattisuudessaan
kulttuuri-ihmisen synty on verrattavissa vain itse elämän syntyyn
ja ehkä edellä mainittuun kambrikauden räjähdykseen eli
monisoluisten eliöiden nousuun.
Tämän
valossa näyttäisi mahdolliselta, että polku bakteerista
kulttuuriolentoon saattaa olla monipolvisuudestaan huolimatta melko
todennäköinen. Sen sijaan elämän synty itsessään on edelleen
arvoitus. Yksinkertaisinkin esitumallinen eliö on niin
monimutkainen, että sen syntyminen molekyylien sattumanvaraisen
kombinaation kautta ilman kehityspolkua on äärettömän
epätodennäköistä. Meillä on vain epäsuoria viitteitä siitä
millaiset yksinkertaisemmat kantamuodot olivat saattaneet edeltää
tuntemiamme yksinkertaisimpia esitumallisia soluja. Tämä oletettu
kantamuotojen ketju on kaiketi kokonaan hävinnyt, todennäköisesti
siksi että kantamuodot ovat kerta kaikkiaan hävinneet kilpailun
nykyisille arkkieliöille ja bakteereille jotka ovat tunkeutuneet
biosfäärin joka kolkkaan. Hävinnyt kantamuotojen ketju saattaa
olla hyvin pitkä, sillä monimutkaisuudella mitattuna esitumallinen
bakteeri on paljon lähempänä ihmistä kuin elotonta molekyyliä.
Elämää
oli maapallolla pian sen jälkeen kun planeetta oli syntynyt. Eikö
tämän pitäisi merkitä sitä että myös elämän synty, vaikkemme
sen yksityiskohtia tunnekaan, oli myös "helppo" tapahtuma?
Ei välttämättä, sillä nuori planeetta kävi läpi kaikenlaisia
kehitysvaiheita heti syntymänsä jälkeen. Koska emme tunne
yksityiskohtia, emme tiedä miten tärkeitä nämä vaiheet olivat
elämän synnylle. Jos ne olivat tärkeitä, elämä ei ehkä olisi
voinut enää syntyä vanhemmalle planeetalle. Tilanne on loogisesti
erilainen kuin esimerkiksi kambrikauden räjähdyksen yhteydessä,
sillä siinä kriittinen parametri eli happipitoisuus säilyi
korkeana jatkossakin.
|
Luotainten avulla voimme löytää muualla aurinkokunnassa lymyilevää elämää.
Piirros: Esko Heikkilä |
Saara
Reimanin kirjoitus loppuu toteamukseen jonka mukaan empiirisellä
tutkimuksella on Fermin paradoksin selvittämisessä olennainen osa.
Olen samaa mieltä. Erityisesti voimme päästä eteenpäin etsimällä
elämää, vaikka kuinka yksinkertaistakin, luotainten avulla
aurinkokunnasta sekä spektroskooppisilla ja muilla
tähtitieteellisillä menetelmillä eksoplaneetoilta (luotainten
lähettämistä muihin aurinkokuntiin saadaan vielä odottaa tovi).
Vaikka miten yksinkertaisenkin elämän löytyminen osoittaisi että
elämä ei ole tavattoman harvinaista, ja edellisen päättelyketjun
nojalla silloin älykästäkin elämää voisi odottaa esiintyvän
muuallakin. Jos taas elämää ei näillä menetelmillä löydy,
eksoplaneettoja tutkimalla ehkä oivallamme selkeitä syitä niiden
elottomuuteen, joita tulevaisuuden teoreetikot kenties kykenevät
ekstrapoloimaan eteenpäin.
Pekka Janhunen