Uusimmat Laisciaiset

5.9.2013
Laisciainen nyt myös Facebookissa: https://www.facebook.com/pages/Laisciainen/692502154125507?fref=ts

8.4.2014 Laisciainen on nyt myös Facebookissa: https://www.facebook.com/pages/Laisciainen/692502154125507

  • 7.4.2014 Laisciainen paljastaa miten voit tehdä timantteja kotikonstein. Samassa jutussa kerrotaan myös jättimäisten timanttiesiintymien sijainti siltä varalta kotitekoiset timantit ovat jonkun mielestä liian pieniä: Tee se itse: timantti.
  • 4.4.2014 Oletko valvonut öisin miettien oliko Gondwanamantereella kirjoahvenia? Jatka valvomista! Oliko dinosaurusten aikaan jo kirjoahvenia?
  • 21.3.2014 Kongonjoen kalpean kirjoahvenen arvoitus. Sokean kellosepän sokeat kalat (osa 1).
  • 17.3.2014 Kannattaako sijoittaa 4,95 euroa K-kaupassa karkkiin vai lehteen, jonka mukana tulee oikea skorpioni? Skorpioni muovissa – Hyönteiset -lehden pika-arvio.
  • 7.3.2014 Onko iso virhe, jos sekoitat ampiaisen ja mehiläisen keskenään? Entä jos sekoitat tyrannosauruksen talitinttiin? Entä kääpiösimpanssin paaviin? Nyt voit kätevästi arvioida virheen suuruutta eliöiden pieleen menneen luokittelun suhdeluvullaTaxonomy fail index.

Sopivat suojat primitiiviseen nisäkäsraajaan

21.11.2013

Kirjoitin jutun varpaiden lukumääristä, juoksemisesta ja kengistä. Sijoitin sen juoksublogiini. Laitan tänne tiedeblogiinkin linkin tuohon juttuun, koska ujutin siihen mukaan aika paljon evoluutiobiologiaa. Tästä lähtee: Apina, antilooppi ja hevonen juoksivat kilpaa…


Jos ääretön otetaan tosissaan

14.10.2013

Universumi ja Georg Cantor

Tuntemassamme maailmankaikkeudessa on paljon tähtiä ja vielä paljon enemmän tyhjää avaruutta. On mahdollista, että maailmankaikkeus on paljonkin isompi kuin voimme havaita. Tuntemattomassa osassa maailmankaikkeutta voi olla paljon lisää tähtiä ja vielä paljon enemmän lisää tyhjää avaruutta.

Mitä jos maailmankaikkeus jatkuisi näin, ei vain käsittämättömän ja hirmuisen kauas, vaan äärettömiin?

Oletetaan ajatuskokeena, että maailmankaikkeus jatkuu äärettömiin samanlaisena niin, että kaikkialla on samat luonnonlait samanlaista avaruutta ja samanlaisia tähtiä. Vaikka tässä äärettömässä maailmankaikkeudessa menisi mihin, niin aina vastassa olisi paljon tähtiä ja vielä paljon enemmän tyhjää avaruutta.

Vaikuttaisi ilmiselvältä, että tällaisessa maailmakaikkeudessa kokonaisuudessaan on enemmän tyhjää avaruutta kuin tähtiä.

Vaan kun ei! Äärettömässä maailmankaikkeudessa normaali ”ilmiselvä” logiikka ei päde.

Juttu on sama kuin, että parittomia ja parillisia lukuja yhteensä on ”ilmiselvästi” kaksi kertaa enemmän kuin pelkkiä parillisia lukuja. Niin onkin jatketaan laskemista kuinka isoihin lukuihin asti tahansa. Tilanne kuitenkin muuttuu, jos lukujen jonot oletetaan äärettömän pitkiksi. Silloin jokaiselle parilliselle luvulle on helppo löytää tasan yksi pari joukosta, jossa on sekä parilliset että parittomat luvut, joten yhtä paljonhan niitä kai sitten on…? Paitsi että voihan lukujonot ryhmitellä (äärettömän) monella muullakin tapaa niin, että niiden suhteet näyttävät olevan miten milloinkin. Kumpia nyt sitten on enemmän…?

Ääretön ei ole iso luku, vaan jotain ihan muuta.

Yksi äärettömien ominaisuuksista on, että kokonaisuutta ”ilmiselvästi pienempi” osajoukko voi olla täsmälleen yhtä iso kuin kokonaisuus itse – tai oikeammin, äärettömän joukon ja sen osajoukon kokovertailussa ei ole mitään järkeä. Sopivalla ryhmittelyllä saa halutessaan osajoukon näyttämään ”ilmiselvästi” koko joukkoa vaikka kuinka paljon isommaltakin.

Tämä ei ole hölynpölyä, vaan raudanlujaa matematiikkaa. Vieläpä helposti todistettavaa sellaista. Jonkun piti vain tulla ensin ajatelleeksi äärettömyydet kunnolla läpi. Tämä joku oli Georg Cantor.

Minua on usein häirinnyt kuinka kevyesti monet fyysikot puhuvat äärettömästä pohtimatta kunnolla mitä kaikkea siitä seuraisi.

Palataan äärettömäksi oletettuun maailmankaikkeuteen. Ajatellaan, että ääretön maailmankaikkeus jaetaan tasaisesti kuutioihin, joihin sisään mahtuisi mukavasti yksi tähti. Kuutiot voisi numeroida ja ryhmitellä uudelleen niin, että jokaiselle pelkkää tyhjää avaruutta sisältävälle kuutiolle löytyisi pariksi kuutio, jonka sisälle sattuu tähti. Tällä ryhmittelyllä vaikuttaisi siltä, että tähden sisältävät avaruuden palikat ovat yhtä yleisiä kuin saman kokoiset tyhjän avaruuden palikat.

Äärettömän avaruuden kuutiot voisi ryhmitellä myös esimerkiksi niin, että jokaista tyhjää kuutiota vastaisi triljoona kuutiota, joiden sisällä on tähti. Tällä ryhmittelyllä vaikuttaisi siltä, että tähden sisältävät avaruuden lokerot ovat triljoona kertaa yleisempiä kuin samankokoiset tyhjän avaruuden lokerot.

Mikään vaikutelma tyhjän ja tähtien suhteellisista osuuksista ei olisi totta. Äärettömässä maailmankaikkeudessa tällaiset vertailut eivät tarkoita mitään. Jos sekä tähtien että tyhjän täyttämiä avaruuden osasia on ääretön määrä, kysymys siitä että kumpaa on enemmän ei tarkoita mitään. Molemmat äärettömät ovat yhtä mahtavia.

Ei vain voi sanoa, että äärettömässä maailmankaikkeudessa olisi enemmän tyhjää kuin tähtiä, vaikka kaikkialla maailmankaikkeudessa tilanne olisi juuri tämä (tai voi sanoa, mutta se ei ole totta).

Multiversumi ja Cantor

Jatketaan sitten matkaa maailmankaikkeudesta, universumista multiversumiin, moneen maailmankaikkeuteen. Ajatellaan tässä tilannetta, jossa kaikissa universumeissa on samat luonnonlait ja kaikissa on samalla tavalla tyhjää avaruutta ja tähtiä.

Jos oletetaan, että tällaisessa multiversumissa on ääretön määrä universumeja (eikä vain käsittämättömän ja hirmuisen monta), normaali logiikka asioiden yleisyydessä ja harvinaisuudessa pitää taas unohtaa.

Vaikka jokainen multiversumin universumi olisi samanlainen siinä suhteessa, että jokaisessa universumissa olisi tyhjää avaruutta paljon enemmän kuin tähtiä, silti ei voisi sanoa, että koko multiversumissa on tyhjää sen enempää (tai vähempää) kuin siinä on tähtiä.

Multiversumin universumit voisi taas jakaa kuutioihin, numeroida kuutiot ja ryhmitellä ne uudelleen niin, että jokaiselle tyhjälle kuutiolle löytyy pariksi kuutio, jossa on tähti – tai vaikka triljoona tällaista tähtikuutiota. Kysymys onko tällaisessa multiversumissa enemmän tyhjää kuin tähtiä ei tarkoita mitään (vaikka tyhjää avaruutta on ”ilmiselvästi” enemmän – äärettömästi enemmän).

Älykäs elämä maailmankaikkeudessa ja Cantor

Otetaan seuraavaksi esimerkiksi tähtien sijaan vaikka älykäs elämä. Jos käsittämättömän ja hirmuisen suuressa universumissa (tai multiversumissa) olisi älykästä elämää vaikka joka triljoonannella galaksilla, voisi sanoa että älykäs elämä on harvinaista. Mutta tilanne muuttuisi, jos maailmankaikkeus ei olisi käsittämättömän ja hirmuisen suuri, vaan ääretön. Silloin vertailtaisiin kahta yhtä mahtavaa ääretöntä. Enää ei olisi totta, että galakseja, joissa on älykästä elämää olisi vähemmän kuin niitä, joissa ei ole! Niitä ei olisi myöskään enemmän! Eikä yhtä paljon!

Sellaista se on, jos ääretön otetaan tosissaan eikä ajatella sitä vain isona lukuna.


Jos ymmärrät kvanttimekaniikkaa…

15.8.2013
(C) Buu-klubben

(C) Buu-klubben

Voiko kvanttifysiikka muuttua enää kummallisemmaksi kuin se jo on? Kyllä voi. Uuden tutkimuksen jälkeen arkijärkiparka menee entistä pahemmin solmuun, jos se yrittää ymmärtää miten maailma pohjimmiltaan oikein toimii. (”Arkijärkiparka” – maistelepa hetki sitä sanaa, suomi on kaunista!)

Spukhafte Fernwirkung, aavemainen etävaikutus, näin kuvasi turhautunut Albert Einstein yhtä kvanttifysiikan kummallisuutta, sitä miten hiukkaset tuntuvat tekevän yhteistyötä, vaikka minkäänlainen tiedonkulku niiden välillä ei olisi mahdollista.

Laskunsa osaavat teoreetikot laskeskelivat hiljattain, että tämä Einsteinin manaama aavemaisuus koskee avaruudellisen etäisyyden lisäksi myös ajallista etäisyyttä (Wiegner ym. 2011). Tuoreessa artikkelissa taitavat käytännön ”kvanttimekaanikot” raportoivat kokeestaan, joka vahvistaa tämän kvanttifysiikan aiemmin tutkimattoman merkillisyyden (Megidish ym. 2013). Kokeessa yhteistyötä tekivät hiukkaset, joista ensimmäinen tuhoutui ennen kuin jälkimmäinen oli vielä syntynytkään.

Yritän seuraavaksi värikkäiden pallojen avulla havainnollistaa näitä uusia tutkimustuloksia.*  Jos havainnollistuksen jälkeen ymmärrät miten kvanttimekaniikka toimii, niin olet ymmärtänyt jotain väärin…**

Lomittuminen spooky action in distance

Lomittuneiden hiukkasten seikkailua. Ylhäältä alas: hiukkasten etäisyys kasvaa, mutta salaperäinen yhteys niiden välillä säilyy (katkoviiva). Hiukkanen yllätetään mittaamalla. Tulosta ei voi etukäteen tietää (”punainen” vai ”vihreä”), mutta kun se on selvillä toisenkin hiukkasen ”aaltofunktio romahtaa”. Toinen hiukkanen osoittautuu aina ”punaiseksi” ja toinen ”vihreäksi”. Paitsi jos mitataankin jotain ihan muuta. Silloin hiukkaset eivät olekaan ”punaisia tai vihreitä” vaan ”violetteja tai keltaisia”.

Kuvassa 1 seurataan kahta lomittunutta hiukkasta. Lomittuneet hiukkaset ovat juuri niitä hiukkasia, jotka tuntuvat tietävän toistensa tekemisistä ilman, että mikään tieto virtaa niiden välillä.

Megidishin ym. (2013) kokeessa hiukkaset olivat fotoneja eli valoa, mutta ne voisivat olla myös elektroneja tai mitä vaan muita maailman perusrakennuspalikoita (tai perusrakennusjotain).

Yleensä kokeissa lomittuneet hiukkaset syntyvät yhtäaikaa samasta lähteestä, mutta kuten myöhemmin nähdään, näin ei tarvitse olla.

Lomittuneiden hiukkasten mahdottomalta vaikuttava yhteistyö ilmenee, kun toisesta hiukkasesta mitataan jokin sopiva ominaisuus. Toinen hiukkanen omaksuu välittömästi toisen, vastakkaisen ominaisuuden (tämän voi myöhemmin tarkistaa). Kuvassa 1a tämä ominaisuuspari on punainen/vihreä väri. Kuvassa 1b mitattavaa toista ominaisuusparia on kuvattu väreillä violetti/keltainen.

Ai, että mikä siinä kahden hitusen synkronoinnissa on niin ihmeellistä”? Juju on siinä, että hiukkaset eivät etukäteen tiedä mitä ominaisuutta niistä mitataan. Mitattavat asiat voivat olla keskenään ristiriitaisia, sellaisia, että molempia ominaisuuksia hiukkasella ei (arkijärjellä ajatellen) voi olla yhtäaikaa. Kuvan 1 väripallovertauksen mukaan hiukkanen ei voi olla yhtäaikaa esimerkiksi sekä punainen että violetti.

Kvanttifysiikan mukaan ominaisuudet eivät ole hiukkasissa ”valmiina”, ne syntyvät vasta kun mitataan.

Hiukkasten etäisyydellä ei ole väliä.  Toinen hiukkanen voi olla olohuoneessasi ja sen kanssa lomittunut hiukkanen Alfa Kentaurissa. Silti ne tuntuvat tietävän välittömästi, että mitä kaverille tehdään. Jos havaitset olohuoneesi hiukkasella jonkin piirteen, Alfa Kentaurin hiukkanen omaksuu heti vastakkaisen piirteen. Voit tarkistaa asian postitse Alfa Kentaurista. Vastauksen saaminen kestää kahdeksan vuotta ja yhdeksän kuukautta, jos posti kulkee valonnopeudella.

Entanglement swapping particles never coexisted

Ylhäältä alas: alkutilanteessa on kaksi lomittunutta hiukkasparia. Ensimmäisestä parista toinen hiukkanen mitataan (tulos: ”punainen”) ja toinen ketjutetaan toisen hiukkasparin toisen hiukkasen kanssa ”Bell-tilaan”, jolloin ne lomittuvat. Kakkoshiukkasparin jäljelle jäänyt hiukkanen osoittautuu ”punaiseksi” mitatun hiukkasen lomittuneeksi pariksi (”vihreä”). Ei haittaa vaikka ensimmäinen hiukkanen tuhoutui mittaustapahtumassa jo ennen kuin jälkimmäinen oli syntynytkään.

Kokeet olivat jo aiemmin todistaneet, että lomittumista voi ketjuttaa (”entanglement swapping”; Pan ym. 1998). ”Aavemaisen” yhteydenpidon voi siirtää lomittuneen parin hiukkaselta toisen lomittuneen parin hiukkaseen. Tämä onnistuu, kun molemmista hiukkaspareista yksi hiukkanen viedään yhteen niin, että ne lomittuvat. Jäljelle jääneet pitävät yhteyttä, vaikka eivät ole koskaan tavanneet.

Megidishin ym. (2013) kokeen uusi jippo oli, että lomittuneiden hiukkasparien ei tarvitse olla edes yhtäaikaa olemassa. Lomittumisen loikkaaminen saadaan toimimaan, vaikka ensimmäisen parin toinen hiukkanen olisi jo mitattu ja mittaamisen seuraksena tuhoutunut ennen kuin jälkimmäinen hiukkaspari on syntynytkään. Kun ensimmäisestä parista jäljelle jäänyt hiukkanen lomitetaan uuden parin toisen hiukkasen kanssa, koko neljän hiukkasen sopasta ainoana ehjänä ulos putkahtava hiukkanen osoittautuu ihan ensimmäisenä mitatun hiukkasen lomittumiskaveriksi – vaikka nämä hiukkaset eivät ole olleet samaan aikaan edes olemassa.

”Käsittämätöntä soopaa?” Käsittämätöntä – kyllä. Soopaa – ei. Kvanttimekaniikkaa käytetään, koska se toimii (bitches)!

Voit laskea ja rakentaa ja värkätä ja ennustaa ja luottaa aina siihen, että kvanttimekaniikasta saat oikeat luvut älyttömän tarkasti. Pulma on vain, että ennusteet ovat tilastollisia. Yksittäistapauksista ei koskaan tiedä mitä tapahtuu. Outous on siinä, että mistä ison hiukkasjoukon ennustettavuus kumpuaa, kun yksittäistapaukset ovat ennustamattomia.

Tässä jutussa käsitellyillä kvanttimekaniikan uusilla ihmeellisyyksilläkin voi olla käytännön sovellutuksia.

Käytännön hyötyä? Kuinka viehättävän vanhanaikaista! Oikea asenne tieteelliseen perustutkimukseen.

”Hyötyä? Käytännössä? Kuinka viehättävän vanhanaikaista!” – oikea asenne tieteelliseen perustutkimukseen. Kuva: Gonick ja Willis 1983

Odotapa vain, ehkä tulevaisuudessa läppärisi onkin kvanttitietokone, jonka toiminta perustuu näihin kvanttikummitusten aaveyhteyksiin ja yhteyksien pomppimiseen yli avaruuden ja ajan. Tai kaikki salausjärjestelmät murretaan kvanttien kummittelun avulla. Tai teleportaatio lakkaa olemasta pelkkää tieteiskirjallisuutta. Ihan totta, näistä jutuista puhutaan oikeissa tieteellisissä artikkeleissa.

* En käyttänyt tässä jutussa sellaisia sanoja kuin polarisaatiotaso tai spin. Piirtelin sen sijaan värikkäitä palloja. Alkeishiukkaset ovat tietysti ihan liian pieniä ollakseen minkään värisiä. Eivätkä ne ole pallojakaan. Toisaalta polarisaatio ja spin vievät mielikuvat hiukkasten heilumiseen ja pyörimiseen ja ne mielikuvat voivat olla yhtä harhaanjohtavia kuin värikkäät pallot.

** Richard Feynman sanoi, tai mahdollisesti ei sanonut, mutta ainakin Feynmanin tyyliin olisi hyvin sopinut sanoa: ”jos luulet ymmärtäväsi kvanttimekaniikkaa et ymmärrä kvanttimekaniikkaa”.

Lähteet:

Megidish, E., Halevy, A., Shacham, T., Dvir, T., Dovrat, L. ja Eisenberg, H. S. 2013:  Entanglement swapping between photons that have never coexisted. Phys. Rev. Lett. 110: 210403 (pdf)

Pan, J.-W., Bouwmeester, D., Weinfurter, H.  ja Zeilinger, A. 1998: Experimental entanglement swapping: Entangling photons that never interacted. Phys. Rev. Lett. 80: 3891-3894 (pdf)

Wiegner, R., Thiel, C., Zanthier, J. von ja Agarwal, G. S. 2011: Quantum interference and entanglement of photons that do not overlap in time. Opt. Lett. 36: 1512-1514 (pdf)

”How quaint!” -kuva:

Gonick, L. ja Wheelis, M. 1983: Cartoon guide to genetics. Barnes & Noble. 215 s. Vanha, mutta edelleen aivan mahtava sarjakuva perinnöllisyystieteestä.


Lyhyitä erikoisia

6.8.2013

Perustin uuden blogin nimeltä Tiedettä laiskoille.

Kirjoitan sinne lyhyempiä ja vähemmän perusteellisia (vähemmän luotettavia!) juttuja kuin Luotisiin. Jos vaikka näin saisin aikaiseksi tiedeblogijuttuja vähän useammin kuin aikaisemmin…

Pyrin kyllä littlejuttujakin varten etsimään olennaisimmat alkuperäiset lähteet, jos ne kohtuullisella vaivalla löydän (en käännä jokaista kiveä ja kantoa, jos en jotain löydä).  En kuitenkaan välttämättä lue artikkeleita perusteellisesti (vähän muutakin kuin abstraktin kuitenkin…). Pidän lähteiden määrän pienenä ja kelpuutan lähteiksi myös luotettavina pitämäni muut tiedeblogit.


Rattus

6.6.2013

Työblogissa fylogenetiikkaa työkavereista (: Kuka kukin on rotista.


Mitä opin dinosauruksista viime kesänä

24.4.2013

Huomasin viime kesänä, että tiedän nolon vähän dinosauruksista. Töissä piti kertoa silloin dinosauruksista yleisölle. Hyvä tilaisuus, sellainenhan on paras tapa oppia; ei ole kiva mennä selittämään mitään, jos ei tunne olevansa varmalla pohjalla aiheestaan. Uuteen aiheeseen perehtymisen sivuvaikutuksena siitä voi myös innostua – voisi, vaikka aihe ei olisi niin itsestään selvän makea kuin dinosaurukset!

Pseudosuchiat hallitsivat ensin

Ryhmä isoja eläimiä rellesti maailman valtiaina kymmeniä miljoonia vuosia, samaan aikaan niiden varjossa eli huomaamaton ja vaatimaton eläinryhmä – dinosaurukset…

En tiennyt ennen viime kesää sitäkään, että ennen dinosaurusten valtakautta oli pseudosuchioiden* valtakausi. Dinosauruksia oli myös tuolloin jo olemassa, mutta kaikki ajan isoimmat maapedot olivat pseudosuchioita. Pseudosuchioiden joukossa oli myös kaksijalkaisia kasvinsyöjäeläimiä kuten siro ja nätti Effigia. Tällainen dinosaurusmaallikko määrittäisi monet pseudosuchiat sujuvasti dinosauruksiksi.

Triaskauden lopettanut joukkosukupuutto lopetti myös pseudosuchioiden valtakauden. Jostain syystä, jota ei oikein hyvin ymmärretä, dinosaurukset valtasivat sen jälkeen isojen eläinten ekologiset lokerot. Pseudosuchiatkaan eivät kuolleet kokonaan sukupuuttoon vaan niistä kehittyi esimerkiksi hienoja virtaviivaisia thalattosuchia-merieläimiä. Yksi pseudosuchia-ryhmä elää ja voi hyvin yhä edelleen: krokotiilit.

Dinosauruksillakin kävi sitten huono tuuri, kun kymmenkilometrinen asteroidi törmäsi maahan 65 miljoonaa vuotta sitten. Toisaalta dinosaurukset saivat olla rauhassa superkatastrofeilta valtavan pitkän ajan. Dinosaurukset hallitsivat (lue: olivat yleisimpiä isoja eläimiä) koko jura- ja liitukauden eli noin 135 miljoonaa vuotta.

* En puhunut kesällä pseudosuchioista vaan crurotarseista. En ollut nimissä ihan ajan tasalla. Crurotarsi-nimen ongelmaksi nousi hiljattain, että siihen oli määritelty kuuluvaksi yksi krokotiilien näköinen eläinryhmä, phytosaurit, jotka eivät sitten ilmeisesti olleetkaan sitä miltä näyttivät (Nesbitt 2011). Huono määritelmä vesitti crurotarsin tarkoittamaan krokotiilien läheisimpien sukulaisten lisäksi myös dinosauruksia, lintuja ja siipisaureja.

Pseudosuchus eli ”valekrokotiili” on tietysti hölmö nimi ryhmälle, johon kuuluvat krokotiilit, mutta nimi on järkevästi määritelty niin, että se ei aiheuta sotkuja systematiikkaan, vaikka sukupuihin tulisi vielä lisääkin muutoksia.

Jokin mukava suomennos pseudosuchialle pitäisi kyllä keksiä. Ehdotuksia?

Talitiainen on läheisempi sukulainen Tyrannosaurukselle kuin Triceratops

Pseudosuchiat elävät edelleen krokotiileina. Dinosaurukset elävät myös edelleen – lintuina.

Niin oudolta kuin se ehkä tuntuukin, esimerkiksi rubiinikurkkukolibri on pieni dinosaurus ja tunturipöllö on vähän isompi dinosaurus.

Kun meteoriitti putosi ja suurin osa dinosauruksista kuoli, olivat Triceratopsiin johtanut dinosaurusten sukuhaara ja Tyrannosaurukseen johtanut haara ehtineet kehittyä toisistaan riippumatta noin 165 miljoonaa vuotta. Tyrannosaurukseen ja lintuihin johtaneet sukuhaarat olivat siihen mennessä olleet erossa toisistaan vasta noin 100 miljoonaa vuotta. Linnut jäivät ainoina dinosauruksina henkiin ja ovat jatkaneet kehitystään yksinään 65 miljoonaa vuotta.

Edellisestä voi laskea*, että esimerkiksi talitiaiset ovat paljon läheisempiä sukulaisia Tyrannosaurukselle kuin Triceratops.

Jos haluaa arvioida esimerkiksi, että millaista Tyrannosauruksen dna oli, kannattaa tutkia ennemmin nykyisten lintujen kuin Triceratopsin dna:ta (jälkimmäistä ei enää olekaan missään).

*Tyrannosaurusta ja Triceratopsia erottaa toisistaan 165 + 165 = 330 miljoonaa vuotta evoluutiota. Tyrannosauruksen ja talitiaisen vastaava ero on 100 + 100 + 65 = 265 miljoonaa vuotta. Talitiainen on siis 330 – 265 = 65 miljoonaa vuotta lähempänä Tyrannosaurusta kuin Triceratops.

Edit 13.5.2013: Päivitin vielä edellistä kappaletta, kun tällaiset sukulaisuuslaskelmat ovat vähän kinkkisiä selittää sanallisesti. Ehkä ne avautuvatkin helpommin piirtämällä kuin selittämällä - xkcd-sarjakuva samasta aiheesta ilmestyi juuri sopivasti. Edit 12.3.2014: Korjattu tyranosauruksen ja lintujen viimeisen yhteisen esi-isän ajoitukseksi 165, ei 150 miljoonaa vuotta sitten. Varhaisimmat linnut elivät noin 150 miljoonaa vuotta sitten, mutta Tyrannosauridit lähtivät omille teilleen lintuhin johtaneesta porukasta jo 15 miljoonaa vuotta aiemmin. 

Aika moni höyhenpeitteinen dinosaurus näytti linnulta

Vanha kunnon Archaeopteryx pitää pintansa varhaisimpana linnuksi määritettynä otuksena (Lee ja Worthy 2012) – tai ainakin piti vielä viime kesänä. Kesän jälkeen on tehty useitakin uusia fossiililöytöjä, jotka ovat muuttaneet Archaeopteryxin aseman dinosaurusten sukupuussa entistäkin epävarmemmaksi.

Jurakauden lopussa maailmassa vilisti paljon pieniä höyhenpeitteisiä eläimiä, joista osalla oli kaksi siipeä ja osalla neljä, jotkut osasivat lentää, jotkut liitää ja jotkut eivät kumpaakaan. Lintuharrastajalle olisi ollut turhauttavaa retkeillä jurakauden lopulla, koska olisi ollut usein mahdoton tietää mikä havaittu eläin on lintu ja mikä kuuluu johonkin muuhun dinosaurusten sukuhaaraan.

Evoluutioteoriaa ymmärtämättömälle jurakauden lopun fossiilien tutkiminen olisi terveellistä, ai että ”missä ovat kaikki välimuodot”?

Aika moni höyhenpeitteinen dinosaurus ei näyttänyt linnulta

Höyhenet fossiloituvat huonosti, mutta viime vuosina on tehty etenkin Kiinasta paljon upeita fossiililöytöjä höyhenpeitteisistä dinosauruksista. Yksi mahtava löytö oli Yutyrannus (Xu ym. 2012). Se oli Tyrannosauruksen sukulainen, yhdeksän metriä pitkä peto, joka oli kauttaaltaan höyhenien peitossa.

Dinosauruskirjojen kuvitukset täytyy laittaa uusien löytöjen vuoksi uusiksi.  Theropodien, eli kahdella jalalla kulkeneiden petodinosaurusten ja niiden sukulaisten joukosta on löydetty höyhenpeitteisiä lajeja vähän joka sukuhaarasta. Höyhenet ovat olleet theropodilajeilla todennäköisesti hyvin tavallinen ominaisuus.

Höyhenistä on viitteitä myös parilta dinosaurukselta, jotka ovat todella kaukana theropodeista. Höyhenen kaltaisia rakenteita voi olla kehittynyt toisistaan riippumatta useaan kertaan eri dinosaurusryhmissä. Vaihtoehto on, että höyheniä, tai ainakin niiden esiasteita, oli jo kaikkien dinosaurusten yhteisellä esi-isällä. Siinä tapauksessa jonkinasteisia höyheniä on voinut periaatteessa olla millä dinosauruksella vaan. Voi spekuloida jopa, että höyheniä on voinut olla siipisaureilla tai pseudosuchioillakin.

Dinosauruksia eli myös viileässä ilmastossa.

Dinosaurusten aikaankaan ei ollut lämmin ilma ihan koko ajan ja ihan joka paikassa. Fossiilien sisältämän hapen isotooppeja tutkimalla on päätelty, että Yutyrannuksen ja kumppanien elinympäristössä keskilämpötila oli noin kymmenen astetta (Amiot 2011). Ei ole ollenkaan mahdotonta, että dinosauruksia on joskus juossut lumessa ja pakkasessa.

Yutyrannus tuskin olisi pärjännyt talvella, jos sen ruumiinlämpötila riippuisi täysin ulkoilman lämpötilasta. Kylmässä aktiiviset dinosaurukset ovatkin yksi lisätodiste dinosaurusten endotermisyyden eli sisäisen lämmöntuottokyvyn puolesta.  (Paitsi jos viileän ilmaston dinosaurukset nukkuivat talviunta tai lähtivät muuttodinosauruksina etelään…)

Höyhenpeitteisten dinosaurusten väritystä on saatu selville.

Parhaissa höyhenfossiileissa  jopa yksittäiset solut ovat säilyneet niin ehjinä, että niiden rakennetta voidaan tutkia mikroskoopilla. Kaikki elävien solujen sisältämät väriaineet ovat kadonneet fossiileista, mutta solujen sisäiset melanosomit eli rakkulat, joissa väriaineet ovat olleet, ovat voineet säilyä.

Lintujen höyhenistä on huomattu, että melanosomien koosta, muodosta ja tiheydestä voi päätellä aika paljon linnun värityksestä, vaikkei itse väripigmenttejä tuntisikaan.

Vertaamalla esimerkiksi Microraptor dinosauruksen höyhenfossiilia lintujen höyheniin on päätelty, että Microraptor oli todennäköisesti musta ja kiiltävä kuin kottarainen (Li ym. 2012). Microraptoria voisi helposti erehtyä pitämään lintuna – katso hieno rekonstruktio Microraptoreista – mutta mikään lintu se ei ollut, vaan terävähampainen pikkupeto, joka saalisti hiiren kokoisia nisäkkäitä ja pikkulintuja varhaisen liitukauden metsissä (O’Connor ym. 2011).

Edellä mainittu kuuluisa lintua muistuttanut siipiveikko Archaeopteryx oli todennäköisesti myös musta (Carney ym. 2012). Anchiornis -dinosaurus oli luultavasti mustan ja valkoisen kirjava ja sen päälaki oli punainen kuin palokärjellä (Zhang ym. 2012). Anchiornis on yksi pienimpiä tunnettuja dinosauruksia – se oli selvästi pienempi kuin palokärki! Sinosauropteryx oli myös pieni tyylikäs dinosaurus. Sillä oli todennäköisesti komea punaruskea-valkoraitainen häntä (Zhang ym. 2012).

Petodinosauruksilla oli samanlainen tehokas hengitysjärjestelmä kuin linnuilla.

Maapallon ilmatilassa tilanne on edelleen se, että dinosauruksia on tuhansia lajeja ja nisäkkäät ovat pieniä huomaamattomia yöeläimiä (lepakoita). Yksi selitys tälle saattaa olla, että lintujen keuhkot ovat paremmat. Lentämiseen tarvitaan paljon happea.

Nisäkkäiden keuhkojen toimintaperiaate loukkaa jokaista järkevää insinööriä. Meidän keuhkomme ovat umpinaiset pussit, joissa käytetty ja käyttämätön ilma pääsevät sekoittumaan ennen uloshengitystä.

Evoluutio ei ole järkevä insinööri. Se on tuunaaja, joka kokeilee ja etsii mahdollisimman toimivaa ratkaisua virittelemällä ja rakentamalla sen päälle mitä jo on olemassa. Käytännössä nisäkkäiden keuhkot toimivat hienosti. Mutta lintujen hengitysjärjestelmä toimii vielä paremmin.

Keuhkojen lisäksi linnuilla on ilmapusseja, jotka pumppaavat ilmaa. Ilma menee nokasta keuhkoihin vasta kun lintu hengittää ulos. Linnun hengitys on nelitahtinen; ilma tulee ulos linnun nokasta vasta kun lintu on hengittänyt kahteen kertaan sisään ja ulos. (Tämä selittää myös sen,  miten lintu voi laulaa ”vetämättä henkeä” välillä.)

Linnuille lähisukuisten petodinosaurusten hengitys toimi ilmeisesti myös tehokkaalla läpivirtausperiaatteella (Sereno ym. 2008).

Trias- ja jurakausilla happea oli ilmassa niukemmin kuin nykyisin, joten tehokkaasta hengityksestä oli silloin varmasti dinosauruksille etua. Pussikeuhkoiset nisäkkäät pysyivät pieninä ja vaatimattomina. Kun Jukatanin meteoriitti liitukauden lopuksi sekoitti evoluution pakan uudestaan, ilmakehän happipitoisuus oli sopivasti noussut korkeammaksi. Nisäkkäille riitti happea kasvattaa poikasia sisällään ja kasvaa isoiksi.

Ilmapusseille on kehittynyt muutakin merkittävää käyttöä kuin toimia palkeina keuhkoille. Ilmapussit tekevät eläimistä kevyempiä. Liskonlantioisisten dinosaurusten kuten lintujen*, petodinosaurusten ja sauropodien luut ovat täynnä ilmapussien onkaloita. Lintujen on hyvä lentää kevyillä ilmatäytteisillä luilla. Sauropodit olivat kevyiden luidensa ansiosta jättimäiseen kokoonsa nähden yllättävän kevyitä. Pitkän kaulan kannattelukaan ei ollut sauropodeille ongelma, koska noin 60% niiden kaulan luiden koostumuksesta saattoi olla pelkkää ilmaa.

*Oikeat krokotiilit ovat valekrokotiileja, phyto- eli kasvisaurit ovat petoja ja linnut eivät ole linnunlantioisia – tällaista on systematiikka.

Tyrannosaurus puri kovempaa kuin mikään muu dinosaurus

Kuningas on yhä kuningas. Tyrannosauruksen maine on kärsinyt kolauksia, kun on löydetty fossiileja sitä isommista petodinosauruslajeista. Spinosaurus ainakin oli Tyrannosaurusta massiivisempi ja todennäköisesti muutama muukin laji.

Yhdessä asiassa Tyrannosaurus on kuitenkin yhä ykkönen – sen leukojen puruvoima oli suurempi kuin millään muulla tunnetulla dinosauruksella.*

Jurassic Parkin jossain jatko-osassa Spinosaurus voittaa Tyrannosauruksen tappelussa. Järkyttävän vaikuttava peto Spinosaurus tietysti oli, mutta sen leuat olivat kuitenkin sopeutuneet parhaiten kalansinttien (sellaisten kolmemetristen…) nappaamiseen ja hentoisia siipisaurejakin Spinosaurusten fossiilisista mahoista on löytynyt.

Tyrannosaurus oli erikoistunut murskaamaan leuoillaan isojen kasvinsyöjädinosaurusten paksuja luita ja panssareita.

* Kaikkien eläinten ykkönen Tyrannosaurus ei puruvoimassa ole, onhan ollut olemassa sellaisiakin eläimiä kun Liopleurodon ja Megalodon.

Dinosaurustutkimus on tulevaisuuden ala.

Lapsuusaikojeni kirjoissa sauropodit kahlailivat vedessä jaksaakseen kannattaa painavaa ruhoaan ja petodinosaurukset löntystivät perässä tukinpaksuista häntäänsä maassa raahaten. Olivathan dinosaurukset tietysti jännittäviä ja hienoja silloinkin, mutta ei vielä ymmärrätty kuinka jännittäviä ja hienoja ne ovatkaan. Dinosaurukset ovat sisältäpäin lämpiäviä, aktiivisia, nopeita, ketteriä, linnunluisia, linnunkeuhkoisia, höyhenpeitteisia ja värikkäitä eivätkä ole kuolleet sukupuuttoon. Mitä kaikkea dinosauruksista vielä saadaankaan selville?

Juuri nyt eletään dinosaurustutkimuksen kulta-aikaa, kiinnostavia aivan uudenlaisia dinosaurusfossiileja on löydetty viime vuosina enemmän kuin koskaan. Suomi on dinosaurustutkijan kannalta sikäli hankala paikka, että täältä ei dinosaurusfossiileja löydä. Tällä hetkellä voisin suositella dinosaurustutkijaksi halajavalle paleontologian, biologian, fysiikan, geologian, kemian ja muun ilmeisen ohella – kiinan tai mongolin kielen opintoja.

Kiitokset

Konsta jakoi kanssani dinosaurusinnostuksen ja piti huolen, että kirjaston dinosauruskirjoja oli aina tarjolla vinot pinot. Konstan (4 v.) ansiosta huomasin, että jotkin uudet dinosauruskirjat ovat melkoisen korkeatasoisia, pari omaakin kirjaa tuli sitten ostettua.

Annulle kiitos PDF:istä.

Lähteet

Amiot, R., Wang, X., Zhou, Z., Xiaolin Wang, X., Buffetaut, E., Lécuyer, C., Ding, Z., Fluteau, F., Hibino, T., Kusuhashi, N., Mo, J., Suteethorn, V., Yuanqing Wang, Y., Xu, X. ja Zhang, F. 2011: Oxygen isotopes of East Asian dinosaurs reveal exceptionally cold Early Cretaceous climates. Proc. Nat. Acad. Sci. 108: 5179-5183.

Lee, M. S. Y. ja Worthy, T. H. 2012: Likelihood reinstates Archaeopteryx as a primitive bird. Biol. Lett. 8: 299-303.

Li, Q., Gao, K.-Q., Meng, Q., Clarke, J. A., Shawkey, M. D., D’Alba, L., Pei, R., Ellison, M., Norell, M. A. ja Vinther, J. 2012: Reconstruction of Microraptor and the evolution of iridescent plumage. Science 335: 1215-1219.

Nesbitt, S. J. 2011: The early evolution of archosaurs: relationships and the origin of major clades. Bull. Am. Mus. Nat.  Hist. 352: 1-292.

O’Connor, J., Zhou, Z. ja Xu, X. 2011: Additional specimen of Microraptor provides unique evidence of dinosaurs preying on birds. Proc. Nat. Acad. Sci. 108: 19662-19665.

Sereno, P. C., Martinez, R. N., Wilson, J. A., Varricchio, D. J., Alcober, O.A. ja Larsson, H. C. E. 2008: Evidence for avian intrathoracic air sacs in a new predatory dinosaur from Argentina. PLoS One 3: e3303. PDF

Xu, X., Wang, K., Zhang, K., Ma, Q., Xing, L., Sullivan, C., Hu, D., Cheng, S. ja Wang, S. 2012: A gigantic feathered dinosaur from the Lower Cretaceous of China. Nature 484: 92-95.

Zhang, F., Kearns, S. L., Orr, P. J., Benton, M. J., Zhou, Z., Johnson, D., Xu, X ja Wang, X. 2010: Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds. Nature 463: 1075-1078. PDF

Lähteiden lähde

Maija Karalan Erään planeetan ihmeitä -blogi oli huippu paikka päästä kärryille uusista hienoista dinosaurustutkimuksista.

Edit 1.5.2013

Oikolukijan kommenttien jälkeen muokkasin uudelleen jutun pseudosuchia -osaa ja hiukan muutakin. Toivottavasti tekstistä tuli ymmärrettävämpi ja lausejärjestyksestä loogisempi.


Seuraa

Get every new post delivered to your Inbox.