Tiedetiistai

Uusi tiedekanava YouTube’issa:

https://www.youtube.com/channel/UC3zfeCMZhkpQZdM0kC9x4ew/videos

Ensimmäinen jakso: ’Kalat ja ”kalat” elämän sukupuussa”

Advertisement

Coolia hottia tieteessä – laisciaisen uusimmat

12.12. Genomiparvi eli lukemista linnuista. Ei muuta kun kahdeksan tämänpäiväisen Science-artikkelin kimppuun…

12.12. Uusi harrastus: mikrometeoriittien etsintä. Omalta pihaltasi löytyy meteoriitteja! Tarvitset kunnollisen magneetin ja minigrippipusseja.

11.12. Koevoluutio on syyllinen. Pieni käärme veikeä kiemurteli pois myrkyllinen vesilisko vatsassaan. Evolutiivinen kilpavarustelu: tit for tat eli potut pottuina.

1.12. Vastaa ja voita miljoona kultarahaa (leikisti). Kaikille, jotka tykkäävät todennäköisyyslaskennasta. Parhaan todennäköisyyspähkinänpurijaoravan palkinto valitettavasti jaettiin jo.

23.11. Jurassic world – tiede etenee, elokuva taantuu. Jurassic Park 4 -elokuvan trailer tuli julkisuuteen. Ei taida meidän perheeltä tulla lippurahoja tälle elokuvalle, ei.

13.11. Päivän olennaiset uutiset ja sarjikset. Päivän uutinen oli laskeutuminen komeetalle. XKCD-sarjakuva ja moni muu seurasi tilannetta hetki hetkeltä.

Dedication

This page is dedicated to science. I usually write in Finnish, because writing is hard enough work in native language. I usually manage to tweet in English, however. Most of my tweets are dedicated to – surprise – science.

@MikkoKolkkala

Tiedettä pituusjärjestyksessä

Tiedejuttujani pituusjärjestyksessä pisimmistä lyhyimpiin. Tässä saattaa havaita sellaisen trendin, että pitkiä juttuja ilmestyy harvemmin kuin lyhyitä.

Luotiset – blogi (tämä sivu – tiedettä ahkerille)
Laisciainen – blogi (tiedettä laiskoille)*
Laisciainen – Facebook (tiedettä tosilaiskoille)
Twitter (tiedettä superlaiskoille)
”140 merkkiäkin tiedetekstiä on nyt liikaa, jos katsoisin vain kuvat”? Sitä varten on vielä ”Päivän tiedekuva” Pinterestissä.

*Uusin juttu: Kivutaanko kohta timanttiköyttä pitkin avaruuteen?

Edit: uutta lyhyttä juttua puccaa:

19.10. Ruskeita vihersammakoita ja vihreitä risteymäsammakoita. Lounais-Suomesta kuuluu kummia: uusia sammakkolajeja löytyy – ehkä sellaisiakin, jotka ovat piileskelleet täällä jääkauden jälkeisestä lämpökaudesta asti.
15.10. Puhumista itsekseen ja unissaan – viittomalla. Äänet eivät ole ainoa tapa puhua. Neurologi Oliver Sacks vieraili saarella jossa suuri osa populaatiosta on perinnöllisesti kuuroja ja kaikki kuulevatkin osaavat viittoa.
11.10. Aina valmiina kuolemaan puolestasi – ”Joka sekunti miljoona solua sisälläsi TAPPAA itsensä, että sinä voisit hyvin.”
10.10. Tähtiä kuin Otavassa, kissoja on Vilkkilässä – ”Auringonkokoiset asiat voi helposti ignoorata, kun ne ovat riittävän kaukana meistä ja ”Tanssii tähtien kanssa” -televisio-ohjelmasta…”

Lisää laisciaisia

Keisarilyhytsiipi. Mitä kuusivuotias oikein löysi mökkinäyttelyalueen remonttijätekasasta.

Tunnistamaton eläin: muurahaisia jaloillaan jäljittelevä punkki. Kuka on hän? Satatuhatta PIMS-pistettä luvassa sille, joka saa selville.

Kivikuntaa, kasvikuntaa vai eläinkuntaa? Raidakki, hakki, salmiakki, armanjakki, harjakki, muntjakki, ailakki, keilakki, sumakki, anorakki, nunatakki, tanrekki, pihdikki, hanhikki, piikki, almikki, kolmikki, manikki, arsenikki, leinikki, sopikki, limerikki, lurikki, kasikki, pussikki, pusikki, seitikki, talvikki, kilkki, skinkki, minkki, skunkki, munkki, tunkki, pedokki, lehdokki, liidokki, kihokki, kohokki, maniokki, lokki, pallokki, hemlokki, lennokki, kaunokki, verrokki, ruokki, orvokki, monarkki, falanukki, manukki, gerenukki, keripukki, trukki, tuoksukki, tupsukki, pavukki, tyräkki, myyräkki, västäräkki, kapsäkki, pysäkki, mökki, pyökki

Matematiikkaa triviaaleille olennoille (kuten minulle). Kun on kerta todistettu, että Chaitinin omega-luvuissa on jossain kohtaa kaikki mahdolliset lukuyhdistelmät – esimerkiksi triljoonakolme nollaa peräkanaa – niin eikö siellä ole sitten myös ääretön ketju nollia? Eihän ole olemassa mitään lyhyintä sarjaa nollia, mitä luvussa ei olisi?

Laisciaisblogin uusimmat

Kun tursas tapaa oman lonkeronsa
3D-printattua hainnahkaa
Sopulin synty
Kryptisiä jerboja Saharassa
Miten eroon muurahaisista
Sattuisiko, jos törmäisit miljardin tonnin mustaan aukkoon?
Hadzan vatsa
”Häh, miten nämä ovat elossa, vaikka olivat juuri nestetypessä”?

Maailman erilaisimmat linnut: ”Kalasääski ja kaakkuri olisivat kovia, yli 50 miljoonan pisteen lintuja – samaa tasoa kuin sihteeri, ruskopökkelökehrääjä, strutsi tai kenkänokka.”

Tiedettä söpöistä hiirimakeista
Enceladukseen elämää etsimään?
Vankiluikeron sukulaisia?
”Paleo ale” vs. lambic olut

Sopivat suojat primitiiviseen nisäkäsraajaan

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

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.

Uusimmat Laisciaiset

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 suhdeluvulla. Taxonomy fail index.

Jos ymmärrät kvanttimekaniikkaa…

(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…**

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.

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.

”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

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

Työblogissa fylogenetiikkaa työkavereista (: Kuka kukin on rotista.

Mitä opin dinosauruksista viime kesänä

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.

Rauta

Alkuaineita käsittelevä sarjani on edennyt jo ensimmäiseen osaansa… Tällä kertaa esittelyvuorossa on rauta.

Rautaisessa 7,26 kg kuulassa on hiiltä suunnilleen se 0,26 kg. Ihan puhtaasta raudasta valmistettuun kuulaan tulisikin lommoja turhan helposti.

Keskeltä on hyvä aloittaa!

Rauta on keskiraskasta ainetta.

Aine puolestaan on jotain millä on massaa – jotain, minkä Theodore Grayn määritelmän mukaan ”voi tiputtaa varpailleen” (Gray 2009).

Massa puolestaan on energiaa tiiviissä muodossa. (E=mc²  tiedättehän?)

Yhden luonnonlain mukaan epäjärjestys eli entropia kasvaa maailmankaikkeudessa koko ajan. Entropiaperiaate määrää kätevästi myös ajan suunnan; järjestys vähenee ja satunnainen kohina lisääntyy sitä mukaa kun aika kuluu. (Kellään ei tosin ole aavistustakaan, että miten on syntynyt se maailmankaikkeuden alkuperäinen järjestys, joka ajan mittaan murenee.)

Epäjärjestyksen kasvun periaatteesta seuraa, että aineella on taipumus hajota säteilyksi. Alunperin tiivis ja hyvään järjestykseen pakattu aine pääsee säteilyksi muututtuaan karkaamaan epäjärjestyksessä avaruuden tuuliin.

Aine hajoaa säteilyksi sillä edellytyksellä, että se jotenkin siinä onnistuu. Ennen kuin aineen energia voi vapautua säteilyksi, sillä voi olla ylitettävänä monta kynnysreaktiota, jotka eivät vapauta energiaa vaan päinvastoin vaativat sitä jostain ulkopuolelta lisää.

Kun raskasta alkuainetta hajotetaan, lopputuloksena on kevyempiä alkuaineita, jotka ovat yhteensä vähän kevyempiä kuin alkuperäinen aine. Massaa on kadonnut. Toisaalta kun kevyet alkuaineet yhdistyvät, lopputuloksena on raskaampaa alkuainetta, mutta ei ihan niin raskasta kuin alkuperäiset aineet yhteensä. Massaa on taas kadonnut.

(Ai, että miksi juuri näin tapahtuu? En lähde pohtimaan sitä tässä, koska se tie vie vain kvanttifysiikkaan. En ymmärrä kvanttifysiikkaa. Kukaan muukaan ei ymmärrä kvanttifysiikkaa.)

Ydinvoimalat toimivat raskaita aineita hajottamalla vapautuvalla energialla.

Aurinko ja muut tähdet puolestaan toimivat kevyiden aineiden yhdistyessä vapautuvalla energialla.

Mutta palataan rautaan. Arvaatteko mikä alkuaine on kevyiden ja raskaiden aineiden puolivälissä? Mistä aineesta ei saa halkaisemalla lamppuun valkeaa – eikä siitä toisaalta saa muihin aineisiin yhdistämälläkään esimerkiksi tähtiin lisää puhtia?

”Nikkeli.” Tarkkaan ottaen oikea vastaus edelliseen kysymykseen on ”nikkeli”… Jatkan nyt kuitenkin niin kuin oikea vastaus kysymykseen olisi ”rauta”, selitän sitten myöhemmin, että miksi…

Maailmankaikkeus on menossa kohti kaikkien aikojen rautakautta. Raskaat aineet hajoavat ja kevyet yhdistyvät, kunnes kaikki aine on muuttunut raudaksi. Kuten Raimo Keskinen aikanaan asian ilmaisi Modernin fysiikan alkeiden luennolla: ”Harva meistä nyt on rautaa, mutta tulevaisuudessa kaikki – eikä mikään enää ruostu, koska missään ei ole enää happea.”

En malta olla mainitsematta tässä taas samaisen luentosarjan lopetuslauseita, niitä paremmaksi kun ei oikein voi pistää: ”Sellainen oli tarina maailmankaikkeudesta. Onko maailmankaikkeudesta mitään kysyttävää?”

Rautaa ja kaikkia muita raskaita alkuaineita on maailmankaikkeuden mittakaavassa vain mitättömiä hippusia verrattuna kevyimpiin alkuaineisiin vetyyn ja heliumiin. Tähtitietelijöillä onkin viehättävä tapa kutsua kaikkia muita aineita kuin vetyä ja heliumia ”metalleiksi”.

Alkuainevelho Dmitri Mendelejev. Kuva: Wikipedia.

Ihan paikka paikoin rautaa voi olla runsaastikin. Esimerkiksi Maapallo on kuuden tuhannen triljoonan tonnin ainehippunen, jonka ytimestä iso osa on rautaa. Maapallon pinnassakin rauta on yksi yleisimmistä alkuaineista.

Raudan tutuimpia ominaisuuksia ovat, että se on harmaata, kovaa, se ruostuu ja siihen tarttuu magneetti.

Ensimmäinen fakta, harmaa väri pätee lähes kaikkiin muihinkin metalleihin – kemiallisessa mielessä metalleihin, ei tähtitieteellisessä.

Tähän väliin sopiikin tietokilpailukysymys: mitkä kolme metallia eivät ole harmaita? Vain puhtaat alkuaineet lasketaan, ei mitään sekoituksia.

Raudan yhdisteet ovat usein punaisia. Rautayhdisteiden takia esimerkiksi monien eläinten veri ja Marsin pinta ovat punaisia

Toinen fakta, raudan kovuus, on siitä huono, että se ei ihan tiukasti otettuna ole totta. Kovuus on tietysti suhteellinen käsite, mutta puhdas rauta on aika pehmeä metalli. Alumiinikin on kovempaa kuin rauta.

Arkikokemuksesta tuttu raudan kovuus johtuu siitä, että rauta ei tavallisesti ole puhdasta, vaan seassa on hiiltä. Hiili tekee raudasta kovempaa, mutta samalla hankalammin taottavaa.  Ovelilla käytännön konsteilla saadaan säädetyä raudan hiilimäärää ja hapetettua hiiltä ja muita raudan epäpuhtauksia niin, että raudasta syntyy terästä.

Kolmas fakta, raudan ruostuminen, on ihan totta, mutta ruostuminen sinänsä ei ole mikään ongelma. Ongelma on se, että ruostunut rauta vaatii enemmän tilaa kuin ruostumaton. Siksi ruostuneen rautaesineen pinta lohkeilee pois ja alta paljastuu aina uusi kerros rautaa ruostumiselle alttiiksi. Monet muutkin metallit kuin rauta ruostuvat eli hapettuvat helposti, mutta niiden hapettunut pinta ei haperru, vaan jää suojakerrokseksi alla olevalle metallille.

Raudan hapenkestävyyttä voidaankin parantaa sekoittamalla siihen muita metalleja. Ruostumatonta terästä saadaan lisäämällä teräkseen reilusti kromia. Jos teräksestä halutaan rakentaa esimerkiksi sukellusvene, kannattaa lisätä myös molybdeeniä. Muilla metalleilla raudan ominaisuuksia voi vielä viritellä lisää.

Neljäs fakta, magneetin tarttuminen rautaan on kiperä aihe. En osaa selittää magneettisuutta. Ongelma on sama kuin aikaisemmin tässä jutussa, kun olisi pitänyt selittää miksi atomiytimien hajoamisissa ja yhdistymisissä vapautuu energiaa. Kvanttifysiikan rajat tulevat vastaan ja kvanttifysiikka puolestaan on liian kummallista ymmärrettäväksi. Raudasta saa kuitenkin magneettisuuden pois lämmittämällä: 770 asteiseen rautamötikkään ei enää tartu magneetti, ähä!

Vai voittaako nikkeli sittenkin raudan?

Tarkistaessani faktoja tätä juttua varten, huomasin, että yksi olennainen ”faktani” on pielessä.

Raimo Keskisen luento, josta opin, että rauta on vakain alkuaine pidettiin ennen vuotta 1995. Siihen asti ”yleisesti tiedettiin”, että raudan isotoopilla 56 on matalin sidosenergia kaikista alkuaineista. Sitten M. P. Fewell (1995) tuli huomanneeksi, että ei se näin olekaan: fysiikan oppikirjoissa ja tietosanakirjoissa oli vain elänyt väärää tietoa. Raudan toisella isotoopilla, rauta-58:lla, on niukasti pienempi sidosenergia kuin rauta-56:lla. Ei siinä vielä mitään, rautaahan sekin on – mutta yksi nikkelin isotooppi, ⁶²Ni, on vielä hiukan molempia rautoja vakaampi.

Virheen syy oli luultavasti siinä, että rauta-56 on luonnollinen päätepiste ketjureaktiolle, mihin tähdissä fuusioituva aine lopulta päätyy.* Nikkelin 62-isotooppia ei tähdissä juuri synny, eikä oikein missään muuallakaan. Rauta saa siis käytännössä hyvän etumatkan nikkeliin verrattuna maailmankaikkeuden tulevaisuuden aineena, mutta, periaatteessa, suunta onkin kohti nikkeliä.

Rauta-56 on melkein huipulla, mutta ei ihan. Kuva: Wikipedia.

Tähtien räjähtäessä supernoviksi olosuhteet ovat niin rajut, että rautaa ja nikkeliä raskaampiakin alkuaineita pääsee syntymään, mutta niissä reaktioissa ei enää vapaudu, vaan kuluu energiaa. Liian raskaiden alkuaineiden synty jarruttaa supernovankin puhtia.

Kaiken aineen muuttuminen lopulta raudaksi tai nikkeliksi kestää tietysti kauan. Kukaan ei esimerkiksi tiedä onko protoni epävakaa. Jos protonit hajoavat lopulta itsekseen, kaikki aine hajoaa myös itsekseen ja muuttuu säteilyksi. Se jo tiedetään, että jos protonit hajoavat, niiden puoliintumisaika on yli 10³³ vuotta. Jos protonit hajoavat  ja siihen menee aikaa keskimäärin esimerkiksi 10¹⁰⁰ vuotta, kaikki aine ehtii muuttua säteilyksi ennen kuin se muuttuu raudaksi tai nikkeliksi. Raudaksi tai nikkeliksi muuttuminen ei ole 10¹⁰⁰ vuodessa oikein päässyt alkuunkaan. Sellaiseen menisi aikaa, no, tosi kauan. Eivät nämä näin isot numerot oikeastaan tarkoita mitään.

Aika joka kuluu kaiken aineen muuttumiseen säteilyksi, raudaksi tai nikkeliksi on niin pitkä, että ei ole mitään erityistä syytä ajatella, että maailmankaikkeus eläisi niin vanhaksi. Jos eläisi, niin käytännössä hyvin tarkasti 100% maailmankaikkeuden iästä olisi vielä edessä ja hyvin tarkasti 0% takana. Eli käytännössä maailmankaikkeudessa ei olisi vielä tapahtunut mitään.

* Esimerkiksi noin kymmenen auringon massaisissa tähdissä alkaa vedyn vähetessä ja paineen kasvaessa pii käydä polttoaineesta. Heliumytimet pääsevät tähden sisuksissa törmäilemään yhä raskaampiin aineisiin. Ketju menee näin: pii->rikki->argon->kalsium->titaani->kromi->rauta-52->nikkeli-56. Lopputulos olisi nikkeliä, mutta tämä tähdissä syntyvä nikkelin isotooppi on epävakaa, se hajoaa nopeasti ensin koboltiksi ja sitten raudan 56-isotoopiksi. Tavallinen rauta on tähtiaineen päätepysäkki.

Vastaus tietokilpailukysymykseen: metallit jotka eivät ole harmaita ovat kulta, kupari ja cesium. Cesium on kauniin kullankeltaista, mutta se on ”huono korumetalli”, kuten Gray (2009) asian ilmaisee, ”sillä se räjähtää joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa”.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Viitteet:

Fewell, M. P. 1995: The atomic nuclide with the highest mean binding energy. Am. J. Physics 63: 653-658. Pdf.

Gray, T. 2009: Kiehtovat alkuaineet. Suom. T. Hautala ja H. Ruuhinen 2010.  Docendo. Rautaesineitä Grayn alkuaineiden kokoelmasta.

Edit 1.5.2013: Kirjoitin tämän jutun ensimmäiset kappaleet uusiksi, kun oikolukijani sanoi, että ne tökkivät…

Luonnon oma GMO eli DNA goes retro II

”Perinnöllisen dna:n siirtyminen lajista toiseen on luonnotonta”? Ei ole. Esimerkiksi bakteereilla dna:n siirtyminen lajista toiseen siirtyminen on arkipäivää. Antibiootille vastustuskykyinen bakteeri voi syntyä, kun yksi laji nappaa toiselta lajilta dna:ta, jossa on sopiva geeni.

Dna:n siirtymistä lajista toiseen tapahtuu monisoluisilla eläimilläkin. Uuden tutkimuksen mukaan neljäsosa (!) lehmän ja muiden märehtijöiden perimästä saattaa olla alunperin lähtöisin käärmeiden dna:sta (Walsh ym. 2013).

Samaa dna:ta käärmeessä, lehmässä, pussiliito-oravassa, tamaanissa, vesinokkaeläimessä ja…? Kuva: Walsh ym. 2013 (pieni moka kuvassa, tutkijoiden omia koodeja on unohtunut joidenkin lajinimien eteen).

Samanlaisen dna:n löytyminen käärmeistä ja lehmistä ei tarkoita, että käärmeen omia geenejä tai mitään muita käärmeille tarpeellisia dna:n osia olisi tässä tapauksessa siirtynyt lehmään, tai päinvastoin. Itse asiassa, käärmeet sen paremmin kuin lehmätkään eivät tee tällä dna:lla yhtään mitään.

Mitä kummaa dna:ta sitten on siirtynyt käärmeestä lehmään? Mitä on siirtynyt nahkiaisesta kaloihin, joissa nahkiainen loisii (Kuraku ym. 2012)? Mikä on space invader -avaruushyökkääjä, jonka kopioita on oudosti puoliapinoiden, jyrsijöiden, lepakoiden, tanrekkien, pussieläinten, liskojen ja sammakoiden perimässä (Pace ym. 2008)?

Näissä invaasioissa on kyse ”itsekkäästä” dna:sta, transposoneista, dna:n palasista, jotka yleensä kopioituvat dna:ssa lajin sisäisesti, mutta onnistuvat joskus loikkaamaan eliölajista toiseen.

Käärmeelle ja lehmälle yhteinen transposoni on tarkemmin sanottuna retrotransposoni tai lyhyemmin retroelementti. Retroelementit kopioituvat rna-välivaiheen kautta. Ilmeisesti tämä rna voi siirtyä lajista toiseen kun esimerkiksi punkki puree ensin käärmettä ja sitten lehmää, tai kun nahkiainen pureutuu kalaan.

Eläinten perimässä on geenejä, joiden avulla rna kopioituu takaisin dna:ksi ja voi tulla liitetyksi mukaan seuraaviin sukupolveen periytyvään dna:han. Kyseiset geenit puolestaan ovat eläimen perimään jo aiemmin pesäpaikkansa tehneiden retroelementtien geenejä.

Kun retroelementin dna on hypännyt lajista toiseen, se voi alkaa kopioutua uudessa ympäristössään – tai sitten ei. Ihan mitä tahansa perimän dna:ta ei tietenkään käännetä rna:ksi, vaan kääntäminen vaatii oikeanlaiset tunnistus- ja säätelyjaksot ympärilleen.

Walsh ym. (2013) löysivät geenipankkia seuloessaan BovB-nimisiä retroelementtejä oudosti jakaantuneena eläinryhmiin, jotka eivät ole toisilleen erityisen läheistä sukua: käärmeistä, liskoista, pussieläimistä, nokkaeläimistä, norsuista ja sen sukulaisista ja hevosista.  Joissain eläinryhmissä nämä retroelementit ovat älyttömän yleisiä ja joissain harvinaisia.

Nerokas veto oli tutkia, löytyisikö kyseisiä retroelementtejä punkeista, jotka purevat sekä matelijoita, että nisäkkäitä ja voisivat näin toimia välittäjinä elementtien hypätessä lajista toisiin – ja löytyihän niitä myös punkeista.

Kaunista; hullun lailla kopioituvaa geenipätkää on siellä täällä eläinryhmissä, jotka eivät ole toisilleen sukua ja samaa geenipätkää on myös punkeilla, jotka purevat näitä eläimiä.

Tapaus selvitetty? Ei ihan, sellainen kauneusvirhe teoriassa on, että retroelementtejä löytyi vähän turhankin laajasti eläinkunnasta, myös lajeilta, joita on aika vaikea linkittää punkinpuremateoriaan: merisiilien ja silkkiperhosen perimässäkin näyttäisi olevan BovB-elementtejä. Mitä pirua ne siellä tekevät?

Amblyomma-suvun punkkeja tunkemassa pytonin suomujen alle. Kuva © Eric Vanderduys 2012. Julkaistu kuvaajan luvalla.

Miksi sitten BovB-retroelementti on lähtenyt kopioitumaan hullun lailla märehtijöissä ja suomumatelijoissa, mutta ei muissa eläinryhmissä, joissa sitä kuitenkin todistettavasti on. Tähän tutkijoilla ei ole hypoteesia. Minulla on!

Hypoteesiini liittyvät lyhyet retroelementit, märehtijöiden BovA-sukuiset ja matelijoiden CR1 sinet. Nyt juttu menee kuitenkin jo sen verran tekniseksi ja yksityiskohtaiseksi, että taitaa olla laittaa aiheen tarkempi märehtiminen kommentteihin  jonkun tosi innostuneen genetiikkanörtin löydettäväksi (voisi muutan olla ihan julkaisukelpoista kamaa edelleen tämä…).

Viitteet:

Kolkkala, M. 2000: Retroposonit märehtijöiden perimässä. Pro gradu. Helsingin yliopisto. Yritin lyödä läpi retrotransposonille vähän lyhyempää nimeä retroposoni. Termiä ”retroposon” käytettiin joissain vanhoissa artikkeleissakin, tosin vähän kirjavassa merkityksessä. Mutta mihinkä se ehdotus yhdestä gradusta etenisi, olisi pitänyt jaksaa tehdä oma tieteellinen artikkeli. Lisäys: linkki graduuni

Kuraku, S. Qiu, H ja Meyer, A. 2012: Horizontal transfers of Tc1 elements between teleost fishes and their vertebrate parasites, lampreys. Genome Biol. Evol. 4: 929-936

Pace, J. K., Gilbert, C., Clark, M. S. ja Feschotte, C. 2008: Repeated horizontal transfer of a DNA transposon in mammals and other tetrapods. Proc. Natl. Acad. Sci. 105: 17023-17028

Walsh, A. M., Kortschak, R. D., Gardner, M. G., Bertozzi, T. ja Adelson, D. L. 2013: Widespread horizontal transfer of retrotransposons. Proc. Natl. Acad. Sci. 110: 1012-1016

Missä pallokalat ovat parempia kuin me? (DNA goes retro I)

Pantteripallokala. Pallokalat ovat saaneet siivottua dna:nsa roskasta. (Kuva: Wikipedia)

Dna, elämän molekyyli, resepti uudelle eliölle; koodi, joka on kopiotunut sukupolvien ketjussa miljardeja vuosia; koodi, joka on täynnä suunnattoman tärkeää tietoa… No, oikeastaan ei ihan täynnä. Jos nyt ihan totta puhutaan, niin suurin osa dna:sta on ihan roskaa, jonninjoutavaa tilke-dna:ta muutaman hassun kymmenen tuhannen tärkeän kohdan ympärillä.

Ihmisenkin perimän dna:sta voisi leikata pois valtavia palasia ilman, että mitään tärkeää menetettäisiin. Leikkaamisen voisi aloittaa retroelementeiksi kutsutusta dna:sta. Retroelementit karsimalla kolmen miljardin palasen dna virtaviivaistuisi heti alle kahteen miljardiin.

Dna:n ohjeilla syntyy rna. Rna:n ohjeilla syntyy proteiini. Proteiineilla elämä toimii ja proteiineista elämä rakentuu. Näinhän se menee.

Paitsi että – käänteinen reittikin on mahdollinen: rna:n ohjeilla syntyy dna. Ihmisenkin dna:ssa on valmistusohjeita (geenejä) proteiinille, joka tekee juuri tätä – kääntää rna-tiedon takaisin dna:ksi. Ketjureaktio on mahdollinen, jos dna-palanen palaa kotiin: liittyy takaisin perimän pitkään dna-ketjuun rna-välivaiheen jälkeen – ja sitähän tapahtuu!

Käänteiskopiointia tekevän proteiinin geeni on yleisin geeni ihmisen perimässä. Suuri osa näistä geeneistä on rikki, mutta aika moni toimiikin. Voisi luulla että kyseinen geeni on ihmiselle tärkeä. Ihminen ei kuitenkaan tee käänteiskopioinnin geenillä mitään – retroelementit tekevät. Retroelementit aivan kuin omaa elämäänsä perimän dna:n sisällä, vaikka ne ovat itsekin pelkkiä pieniä dna-molekyylin palasia.

Retroelementtejä on eri tyyppisiä. Osa retroelementeistä on hyvin lyhyitä, niihin ei mahdu geenejä eikä oikein mitään muutakaan. Niissä on kuitenkin tunnistusjakso, niin että solun normaalit proteiinit voivat tehdä elementeistä rna-kopion. Kopiointiin takaisin dna:ksi lyhyet retroelementit lainaavat työkaluksi pidempien retroelementtien ohjeilla valmistettuja proteiineja.

Selkärankaisten perimän dna:sta tyypillisesti kolmasosa tai jopa puolet on retroelementtihölynpölyä. Poikkeuksiakin on, esimerkiksi pallokalojen perimä on tosi lyhyt ja kompakti. Ennätys on pantteripallokalalla (Tetraodon nigroviridis), jonka koko dna:ssa on vain 340 miljoonaa palasta (Jaillon ym. 2004) – esimerkiksi seeprakalan perimä on viisi kertaa isompi kuin pantteripallokalan. Mitään järkevää syytä, miksi seeprakala tarvitsisi paljon enemmän dna:ta kuin pallokala ei ole.

Ei mitään roska-dna-ruokaa… pallokalan lihasta valmistettu annos fugua (kuva: Wikipedia)

Pallokalat ovat ilmeisesti jotenkin saaneet pidettyä dna:nsa roskan määrän kurissa paremmin kuin muut selkärankaiset. Pallokalojen perimäkään ei silti ole aivan vapaa retroelementeistä. Itse asiassa pantteripallokalalta retroelementtejä on löydetty peräti 43 erilaista (Fischer ym. 2005). Juju on siinä, että elementtien kopioiden lukumäärät ovat pysyneet pieninä. Ehkä pallokalojenkin suojaus joskus taas pettää ja retroelementit pääsevät monistumaan riesaksi asti niiden perimässä.

Onko retroelementeistä haittaa? On tietysti. Jos retroelementti palaa dna:han keskelle geeniä tai jotain tärkeää säätelyjaksoa, jotain olennaista menee rikki ja haitta on ilmeinen. Luonnonvalinta voi toimia ja karsia tällaisen muutoksen. Jos retroelementti osuu dna:ssa kohtaan, jolla ei ole mitään virkaa (ja sellaisia kohtiahan on paljon), haitta on olemassa, mutta käytännössä merkityksetön: muutama sata dna:n osasta kopioitavaksi entisten satojen miljoonien tai miljardien lisäksi. Luonnonvalinta on liian heikko pysyäkseen vauhdilla kopioituvien retroelementtien tahdissa, retroelementit ehtivät kopioitua kymmeniä- tai satojatuhansia kertoja ennen kuin niistä alkaa olla todellista haittaa.

Onko retroelementeistä hyötyä? On. Ylimääräinen dna ei ole pelkkä haitta. Se antaa myös pelivaraa ja joustavuutta perimään. Perimän dna-palikoita voi silloin sekoitella, monistaa, käännellä ja yhdistellä vapaammin pelkäämättä, että jotain tärkeää menee rikki. Retroelementtien invaasion sanominen hyödylliseksi on kuitenkin vähän jälkiviisautta. Luonnonvalinta toimii tässä ja nyt, sillä ei voi olla pitkän tähtäimen suunnitelmia tyyliin: ”antaa nyt tämän joutavan dna-pätkän monistua hullun lailla siltä varalta, että muutaman miljoonan vuoden päästä tapahtuu jotain hyödyllistä”.

Viitteet:
Fischer, C., Bouneau, L., Coutanceau, J. P., Weissenbach, J., Ozouf-Costaz, C. ja Volff, J. N. 2005: Diversity and clustered distribution of retrotransposable elements in the compact genome of the pufferfish Tetraodon nigroviridis. Cytogenet. Genome Res. 110: 522-536. En ole nähnyt tästä kuin abstraktin. Olisin iloinen, jos joku lähettäisi pdf:n koko artikkelista.

Jaillon, O., Aury, J. M., Brunet, F., Petit, J. L., Stange-Thomann, N., Mauceli, E., Bouneau, L., Fischer, C., Ozouf-Costaz, C., Bernot, A. ym. (61 kirjoittajaa) 2004: Genome duplication in the teleost fish Tetraodon nigroviridis reveals the early vertebrate proto-karyotype. Nature 431: 946–957.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Gallup:

Mehiläiset – näyttäkää niille punkeille!

2-heptanonin arvoitus

Mehiläisten leukaperien rauhasista erittyvä 2-heptanoni on tutkijoille vanha tuttu. Aineen käyttötarkoituksesta on ollut kaksikin hyvää hypoteesia, joissa ei oikeastaan ole muuta vikaa kuin, että kumpikaan ei ole totta.

Uusi tutkimus (Papachristoforou ym. 2012) ratkaisee 2-heptanonin lähes viisikymmentä vuotta vanhan arvoituksen: se ei toimi hälytyskemikaalina, eikä sillä merkitä kukkia, joissa mehiläinen on vieraillut; sen sijaan 2-heptanonilla olisi mahdollista tuhota punkkeja ja muita mehiläisten vihollisia.

Varroa destructor. Kuva: Wikipedia.

Mehiläisten monet konstit

Isoja pesiensä uhkaajia, kuten ihmisiä, mehiläiset tietenkin pistävät. Jos tunkeilija on liian pieni pistettäväksi, mehiläiset purevat. Papachristoforou ym. (2012) havaitsivat, että mehiläiset pystyvät puremaan isovahakoisan (Galleria mellonella) toukkia ja ruiskuttamaan niihin 2-heptanonia, jonka ansiosta koisantoukat halvaantuivat muutamiksi minuuteiksi. Mehiläiset saavat ehkä heivattua tuholaiset ulos pesästä sinä aikana, kun ne ovat 2-heptanonin lamaannuttamia.

Varroapunkit ovat niin pieniä, etteivät mehiläiset saa niihin purtua reikää. Tämä ei haittaa, koska 2-heptanoni toimii tutkijoiden mukaan varroaan myös ulkoisesti. Tarvittava aineen määrä on kymmenkertainen koisantoukan halvaannuttamiseen verrattuna, mutta pieni silti: 0,06 mikrolitraa riittää. Toisin kuin koisantoukat, punkit ilmeisesti eivät toivu 2-heptanonimyrkytyksestään, vaan lopulta kuolevat.

Mehiläisen leuka ja sen purujälki koisantoukan ihossa. Kuva: Papachristoforou ym. (2012).

Mehiläiset vastaan varroapunkki

Mehiläisillä leuoissa on siis tehokasta punkintorjunta-ainetta, mutta käytäntö on osoittanut, että mehiläiset eivät saa punkkeja kuriin. Varroapunkit ovat iso ongelma mehiläishoidolle. Punkit ovat levinneet käytännössä kaikkiin Suomenkin mehiläispesiin ja ilman säännöllistä torjuntaa kutakuinkin kaikki mehiläispesät tuhoutuisivat muutamassa vuodessa. Tarkkaan ottaen mehiläiset eivät kuole suoraan punkkeihin, vaan virussairauksiin, joille punkkien vaivaamat pesät altistuvat.

Miksi mehiläiset eivät osaa torjua punkkeja? Perussyy on se, että varroapunkit (Varroa destructor) ovat mehiläiselle (Apis mellifera) uusi ongelma. Punkit ovat loikanneet kesymehiläiseen intianmehiläisestä (Apis cerana). Intianmehiläisellä ja varroapunkilla on takanaan pitkä yhteisevoluutio, mutta mehiläistä evoluutio ei ole valmistanut kohtaamaan näitä loisia. Epäilemättä luonnonvalinta suosii mehiläisen kehittymistä pärjäämään paremmin punkkien kanssa. Samalla valinta suosii punkin kehittymistä harmittomammaksi uudelle emäntälajilleen, koska loisenkaan etu ei ole olla liian tuhoisa. Kaikkeen tähän kehitykseen menee kuitenkin aikaa.

Intianmehiläinen on sinut varroapunkin kanssa (kuvan intianmehiläisen jaloissa ei ole jättipunkkeja, vaan siitepölyä:) Kuva: foter.com.

Punkinkestävien mehiläisten jalostus

Mehiläishoitajille luontaisen evoluution odottelu on liian hidasta ja käy kalliiksi. Halutun ominaisuuden evoluutiota voi nopeuttaa jalostuksella. Taiten tehtynä* mehiläisiä voi jalostaa punkinkestäviksi ilman, että samalla menetetään mehiläisen muuta perinnöllistä muuntelua tai jo saavutettuja hyviä ominaisuuksia kuten rauhallista luonnetta.

Mehiläisten oma tapa lisääntyä on parveilu. Mehiläiskoiraita lentää parveilupaikalle kilometrien säteellä. Parveilun ansiosta mehiläiskuningattaret (hoitajakielellä emot) saavat jälkeläisilleen monipuolisia geenejä. Samalla parveilu tekee mehiläisen jalostamisesta muita kotieläimiä vaikeampaa, koska puolet seuraavan sukupolven kuningatarten geeneistä tulee vierailta kuhnureilta, joiden ominaisuudet ovat kasvattajalle tuntemattomia.

Käytännössä mehiläisten jalostuksessa tarvitaan keinosiemennystä tai ainakin paritustarhoja, joiden lähimaastossa ei ole sellaisia pesiä, joista hoitajat torjuvat punkkeja. Jos ostaa omiin pesiinsä punkkeja kestävät kuningattaret, naapuritarhaajat olisi saatava samaan juoneen mukaan.

Laajamittainen jalostus on myös siitä hyödyllistä, että silloin voidaan hyödyntää eri punkinkestävien kantojen risteytystä, jolloin ainakin ensimmäisessä jälkeläispolvessa voi olla melkoisia supermehiläisiä. Samalla voi yhdistyä useita erilaisia keinoja torjua punkkeja, 2-heptanoni ole mehiläisten ainoa konsti, ne voivat esimerkiksi tunnistaa punkkien pahiten vaivaamat kotelot (hoitajakielellä sikiöt) ja tuhota ne.

Periytyvyys täytyy myös tarkistaa eri olosuhteissa. Suomessa sataprosenttisesti punkinkestävät mehiläiset eivät välttämättä olekaan sitä Keski-Euroopassa ja päinvastoin. Suomessa Juhani Lundén on saanut vuosien työn jälkeen lupaavia tuloksia punkinkestävien mehiläisten jalostuksessa.

* Jos jalostusta ei tehdä taiten, voi käydä yhtä huonosti kuin yksitotiseksi monokulttuuriksi jalostetulle rypsille, jota pitää huljuttaa pölyttäjähyönteisiä tappavilla neonikotidi-myrkyillä, etteivät kirpat söisi.

Hyvää ja hyödyllistä perustutkimusta

Tämän jutun lähdeartikkelia (Papchristoforou ym. 2013) voi lukea malliesimerkkinä hyvin tehdystä tieteellisestä työstä. Sen lisäksi, että tutkijat antoivat mehiläisten yrittää purra ja lamata tuholaisia, he ruiskuttivat 2-heptanonia niihin myös itse (positiivinen kontrolli) ja ruiskuttivat koisantoukkiin tislattua vettä, varmistaakseen, ettei pelkkä pistäminen lamaannuta niitä (negatiivinen kontrolli).

Vanhalla kunnon menetelmällä, katsomalla mikroskoopilla, vahvistettiin hypoteesia, että 2-heptanonia ei erity automaattisesti jokaiseen mehiläisen puremaan, vaan se käyttää arvokasta ainetta vain tarpeen vaatiessa.

Bonuksena artikkelissa tuodaan esille 2-heptanonille toinenkin mahdollisen sovellus mehiläisten loisten torjunnan lisäksi. Alustavat kokeet 2-heptanonin vaikutuksesta rottien hermosoluihin viittaavat siihen, että 2-heptanoni saattaisi ihmisten ja muiden nisäkkäiden iholle siveltynä tai pistettynä toimia mainiona paikallispuudutteena, ehkä suositun lidokaiinin veroisena, mutta vähemmän myrkyllisenä.

Paljon on hienoa asiaa yhdessä artikkelissa, 2-heptanonin lääketieteellisistä sovelluksista olisi kyllä voinut hyvällä omallatunnolla tehdä ihan erillisenkin jutun.

Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Viite: Papachristoforou, A., Kagiava, A., Papaefthimiou, C., Termentzi, A., Fokialakis, N., Skaltsounis, A.-L., Watkins, M., Arnold, G. ja Theophilides, G. 2012: The bite of the honeybee: 2-heptanone secreted from honeybee mandibles during a bite acts as a local anaesthetic in insects and mammals. PLoS One 7: e47432. 

Muura-muurahainen soittaa viuluaan

Muurahaiset sirittävät. Enpäs tiennyt. Eivätkä vain siritä, vaan myös kuulevat toistensa sirityksen ja viestivät näin toisilleen.

Sata vuotta vanha totuus, jonka mukaan muurahaiset ovat kuuroja murentui vasta reilu kymmenen vuotta sitten (Hickling ja Brown 2001). Muurahaiset eivät pysty huutelemaan toisilleen ihan metrien päähän, mutta senttimetrien päähän hyvinkin.

Ihminenkin voi kuulla muurahaisen sirityksen, jos kuuntelee tarkkaan. Täytyykin ensi kesänä kokeilla…

Ehkä sittenkin rummut eikä viuluja? Kuva: carlsencards.com

Sirittämiseen tarvittavaa rakennetta ei ole kaikilla muurahaisilla (vain Myrmicinae, Ponerinae, Nothomyrmecinae ja Pseudomyrmecinae alaheimoista löytyy). Esimerkiksi kekomuurahaisten (Formica-suku) keolle on turha mennä siritystä kuuntelemaan, kekomuurahaisilta puuttuu tarvittava soittolaite, mutta viholaisilla (Myrmica-suku) ”siritin” on (viholaiset ovat niitä, jotka pistävät suomalaisista muurahaisista kipeimmin…).

Muurahaisten siritys syntyy takaruumiin kitiinilevyissä. Viholaisten vyötärön takimmaisessa ”ylimääräisessä” nupissa eli postpetioluksessa on pieni piikki, jota muurahainen käyttää plektrana. Vastapuolella, takaruumiin pulleassa osassa, on mikroskooppisen pienen pyykkilaudan tapaisesti uria, joita muurahainen sitten voi plektrallaan raaputella.

Aivan uunituore tieto on, että vielä kuoriutumattomat, viimeistä kotelovaihettaan viettävät, muurahaiset voivat jo sirittää ja osallistua siten viestintään aikuisten muurahaisten kanssa (Casacci ym. 2013).

Viholaisten kotelot näyttävät valkoisilta muurahaisilta; toisin kuin esimerkiksi kekomuurahaisten toukat, viholaisten toukat eivät kehrää suojakseen kotelokoppaa (”muurahaisenmunaa”), joten metaforfoosi toukasta aikuiseksi muurahaiseksi on viholaisilla avoimesti näkyvissä. Kehittyvän yksilön päällä on kuitenkin kalvo, joka rajoittaa kotelon liikkeitä. Ehkä siksi kotelo ei osaa soittaa viuluaan ihan yhtä hienosti kuin aikuiset, vaan kotelon äänet ovat yksittäisiä pulsseja.

Science-lehden nettisivuilta löytyy ääninäytteet polvisarviviholaisen (Myrmica scabrinodis) aikuisen työläisen ja kotelon sirityksestä (Casacci ym. 2013). Huomaa, että sivun kuvatekstissä on virhe, muurahaiset eivät siritä takajalkojensa avulla; ne ovat heinäsirkkoja, jotka niin tekevät…

Äänet ovat muurahaisten viestinnässä sivuroolissa. Olen aiemmin kirjoittanut täällä, miten uskomattomia juttuja kekomuurahaiset voivat kertoa toisilleen – ja kekomuurahaisethan eivät siritä. Epäilemättä kaikki muurahaiset kommunikoivat pääasiassa kemiallisten viestien ja kosketuksen (”tuntosarveilun”) avulla.

Merkityksettömiä eivät äänetkään silti ole. Jos muurahaispesää hajottaa, muurahaisilla näyttää usein olevan kuin selkeä ”pelastussuunnitelma”, kotelot ja isoimmat toukat kiikutetaan turvaan ensin ja viimeisenä pienimmät toukat ja munat. Tämä on tietysti järkevää, koska vanhimpiin jälkeläisiin on jo satsattu eniten resursseja, munia voi aina munia vauhdilla uusia. Kotelot ja isoimmat toukat saavat itsensä pelastettua ensin, koska ne pystyvät antamaan voimakkaimmat kemialliset signaalit – ja vanhimmilla jo kovettuneilla koteloilla on sitten vielä tämä juuri havaittu lisäkonsti: ne voivat huutaa apua sirittimellään!

Sirityksen merkitystä kuvaa hyvin sekin, että viholaispesissä loisivat muurahaissinisiipi -perhosen (Maculinea arion) toukat ja kotelot sirittävät myös (katsaus: Barbero ym. 2012). Muurahaissinisiiven nuoruusvaiheet osaavat jäljitellä emäntälajinsa ja -pesänsä hajuja, mutta tämä ei ilmeisesti ole yksin ole riittänyt. Bluffin läpimeno vaatii myös kykyä sirittää kuin viholainen. Muurahaissinisiiven kotelot sirittävät muurahaisten tavoin kitiinilevyjä hankaamalla, mutta niiden toukat ääntelevät vähän kuin me, ilmaa ilmaputkissaan liikuttelemalla.

Viitteet:

Barbero, F., Patricelli, D., Witek, M., Balletto, E., Casacci, L. P., Sala, M. ja Bonelli S. 2012: Myrmica ants and their butterfly parasites with special focus on the acoustic communication. Psyche, 11 s.

Casacci, L. P., Thomas, J. A., Sala, M., Treanor, D., Bonelli, S., Balletto, E. ja Schönrogge, K. 2013: Ant pupae employ acustics to communicate social status in their colony’s hierarchy. Curr. Biol. 23: 323-327.

Hickling, R. ja Brown, R. L. 2001: Vastine kirjoitukseen ”Ants are deaf”. J. Acoust. Soc. Am. 6: 3083.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Kirjojen kulttuurievoluutiota III – eli laiskaa kesäkirjoittelua

”Tällä ei nyt niin kauheasti ole itse asian kanssa tekemistä, mutta täytyyhän sitä joskus päästä vähän elvistelemäänkin.” (Esko Valtaoja: Kaiken käsikirja: Mitä jokaisen tulisi tietää, s. 87)

Suhtautumiseni Valtaojan kirjaan on kaksijakoinen. Tärkein ensiksi: on mahtavan hienoa aina kun joku kirjoittaa luonnontieteeseen painottuvan populaarikirjan suomeksi, varsinkin jos kirjoittaja on itse pätevä tutkija, osaa kirjoittaa sujuvaa tekstiä ja on kiinnostunut laajasti muistakin aloista kuin omastaan. Pienellä kielialueella on selvää, ettei tiedekirjoitushommalla elä, joten innostusta on oltava kirjoittamisessa mukana. Huono puoli on, että Valtaoja ei ole tällä kertaa ehtinyt tai jaksanut tehdä järin hyvää kirjaa.

Kaiken käsikirjan ensiselailussa tuli olo, että kestänköhän edes lukea koko kirjaa, mutta järjestin sitten niin, että oli käytännössä pakko (tiesin joutuvani olemaan viikon verran sairaalassa, enkä ottanut juuri muuta lukemista mukaan…)

Tunnen kirjoittajan vain tämän kirjojen kautta, en ole koskaan nähnyt Valtaojaa livenä ja televiosiossakin muistaakseni vain kerran, jossain lastenohjelmassa (katson aika vähän televisiota). Sosiaalinen media pullauttelee aika ajoin Valtaojan lehtijuttuja luettavaksi (tykkään niistä yleensä). Valtaojan ja piispa Pihkalan yhteisiä kirjoja en ole lukenut, koska en ole kiinnostunut uskonnoista. (Lisäys: katsoin telkkaria.)

Aloitan arviointini seitsemännestä luvusta, koska se on minusta ehkä kirjan paras, luvun nimi on Historia. Luku tarjoilee virkistävää, sopivasti provosoivaa tekstiä. On mukava ajatella, että historiankirjoissa kerrotaan lähinnä siitä kuinka apinalaumat riitelevät resursseista.

Historialuku alkaa johdannolla: ”Maailmanhistoriassa on ollut vain neljä todella merkittävää tapahtumaa: Homo sapiensin synty Afrikassa, lähtö alkukodista levittäytymään ympäri maailman, maanviljelyksen keksiminen ja tieteen keksiminen.” Heh, juuri tällaista olennaisen tiivistämistä mukava pilke silmäkulmassa Kaiken käsikirjalta kaipaisin.

Jos vähän saivartelen sanoilla, noista neljästä vain viimeinen on historiaa, muut ovat esi-historiaa, niistä ei ole säilynyt kirjoitettua tietoa (ei ole ollut mitä säilyä). Mutta niin ajatellen tuo on oikeastaan vielä parempi: Maailmanhistoriassa on vain yksi todella merkittävä tapahtuma: tieteen keksiminen (ja tiede on saanut selville nuo kolme esihistoriallista merkittävää tapahtumaa). Aikaskaalan kaventaminen tosin johtaa kysymään, että eivätkö vaikka kirjapainotaidon tai, vähän varhaisempi, taiteen keksiminen ole todella merkittäviä tapahtumia? Vaimon(?) taidegallerian puksuna on mukava puuhastella, mutta ei taiteilu nyt sentään kosmologialle vertoja vedä?

”Ihmiskunnan todellinen historia on kertomusta siitä, mitä tapahtui ihmisille, ei siitä mitä tapahtui vallanpitäjille ja heidän suunnitelmilleen maailman tai joen vastakkaisen rannan valloittamiselle.” Valtaoja pistää keisarit ja diktaattorit tyylikkäästi oikeaan mittakaavaan, häviämään jo naurettavien muutamien satojen vuosien jälkeen pieniksi kuriositeeteiksi ja sitten unohduksiin. Ehkäisypillerin keksijän esittäminen Hitleriä merkittävämpänä ihmisenä on hieno veto. Uskontojen perustaminenkin on (toivottavasti) pikkuhiljaa jäämässä pois muodista, niin että jos lukija mielii mukaan Valtaojan mainitsemaan ”Ihmiskunnan 100 suurinta” -kirjan  tuleviin painoksiin, tieteily lienee varmin uranvalinta (taiteilemallakin voi tietysti yrittää ohittaa vaikka Jeesuksen).

Viides luku nimeltä Elämä on myös aika huippu (kunnes kosahtaa vanhaan ongelmaan eli fylogeneettisten puiden väärinymmärtämiseen). Elämän tarinasta piirtyy elokuva-analogian kautta mukavan päätön ja todenmukainen tarina: ”pitkän ja huolellisen juonikehittelyn jälkeen päähenkilöt ovat lopultakin päätyneet ensimmäisille treffeilleen, kumartuvat juuri suutelemaan, ja PAM! Valtava räjähdys, ja savun ja pölyn laskeuduttua jäljellä ei ole enää pariskuntaa, ei itseasiassa koko ravintolaa eikä kaupunkiakaan”. Edistystä on tapahtunut Avoin tie -kirjasta, jossa Valtaoja harhautui ajattelemaan, että biologisella evoluutiolla olisi selkeä suunta yksinkertaisesta monimutkaiseen.

Sitten se kosahdus. Elämän sukupuiden väärin ymmärtäminen on niin yleinen ongelma ammattibiologeillekin, en meuhkaa siitä tässä pitkään (kiinnostuneille: Miten tulkita sukupuita ihan väärin). Sanottakoon vain että tällaisen lauseen: ”Keskimääräinen älykkyystaso on kasvanut aina uuden oksanhaarauman kasvaessa elämän sukupuuhun”  voi kirjoittaa vain joku, joka ei ymmärrä, miten elämän sukupuita tulkitaan. Vastaava virhe oli jo Valtaojan ensimmäisessä kirjassa Kotona maailmankaikkeudessa (arkkien ja muun elämän sukulaisuus, s. 93), joka muuten on tähänastisista kirjoista sekä syvällisin että hauskin. Erään planeetan ihmeitä -blogi korjailee tyylikkäästi Valtaojan tämän kertaisia sekoiluja sukupuiden ja älykkyyden kehityksen kanssa.

En malttanut olla lisäämättä tällaista kuvaa… Kysymys mikä nykyisistä eliöistä on lähinnä jotain varhaista (kehittymättömintä) oksanhaaraa palautuu lopulta triviaaliksi matemaattiseksi kysymykseksi: mikä ympyrän kehän pisteistä on lähinnä ympyrän keskipistettä…? Kuvasta sopii yrittää demonstroida ”älykkyystason keskimääräistä kasvua jokaisessa puun oksanhaaraumassa”. Kasvien kohdalla sukupuuta esimerkiksi on tosi monta haaraumaa, kasvien täytyy olla jo älyttömän fiksuja…? (Tutki kuvaa suurempana.)

Ihmislajien evoluutio on Kaiken käsikirjassa esitetty hyvin. Valsteen (2012) Ihmislajin syntyä on luettu tunnollisesti ja hyvä niin. Valsteen tekstin tiivistelmään ei ole paljon lisäämistä, on turhaa elvistelyä mainita kahdessakin kohtaa ehtineensä jo nähdä (”Naturea ja Scienceä tarkoin seuraavana”) jotain erilaisia lukuja Valsteen kirjaan verrattuna (simpanssin, bonobon ja ihmisen linjojen erkaantumisajankohdat) – varsinkin kun luvut menevät pieleen. ”Simpanssit ja bonobot […] paiskasivat kättä vain kaksi miljoonaa vuotta sitten.” Naturejutussa, jossa bonobon perimä julkaistiin arvioidaan simpanssin ja bonobon erkanemisajankohdaksi noin miljoona vuotta ja mainitaan luvun olevan sopusoinnussa useimpien aikaisempien tutkimusten kanssa (Prüfer ym. 2012, juttua pitää jaksaa lukea kolmannelle sivulle asti).

Alkuräjähdykseen ja maailmankaikkeuden kehitykseen on käytetty kaksi lukua ja hyvä niin, aihe on älyttömän kiehtova tämän oman alansa Valtaoja hallitsee. Kelpo tekstiä, ainoa mikä aina häiritsee tällaisissa, on kosmologien kevytmielinen suhtautuminen äärettömän käsitteeseen, sitä ei kunnioiteta tarpeeksi. Tästäkin olen kirjoittanut aiemmin sen verran, että riittäköön tässä, että en ymmärrä miten edes ”N-ulotteinen superasukki” kykenisi havaitsemaan vähempiulotteisia äärettömiä universumeja kokonaisuudessaan (”kuplina”); emme mekään voi havaita ääretöntä yksiulotteista viivaa. Ääretön on kuitenkin jotain mitä ei voi havaita ja minkä olemassaoloa ei voi ikinä todistaa.

Antropista periaatetta Valtaoja varoo mainitsemasta ja puhuu aihetta liipatessaan vähän itsensä kanssa ristiin: ”Pienessä mielessäni epäilen, että maailmankaikkeudella on tarkoituksensa, ja ainakin yksi sen tarkoituksista on tuottaa tänne eläviä olentoja, jotka pystyvät olemaan tietoisia maailmankaikkeudesta”  ja myöhemmin: ”On tietysti helppo ajatella, että ilman älyä maailmankaikkeudessa ei olisi paljonkaan järkeä. Miksi panna pystyyn koko suurenmoinen show, jos ei ole katselijoita? Niin houkuttelevalta kuin tällainen ajatus tuntuukin, ainakin minusta itsestäni se ei ole perusteltavissa – tai ainakaan kukaan ei ole esittänyt järkeenkäypiä perusteluja, mystiikka sikseen.” Jos tietoisuus ja äly katsotaan suunnilleen samaksi asiaksi, niin Valtaoja epäilee siis maailmankaikkeudelle jotain tarkoitusta, jolle ei ole järkeenkäypiä perusteita. Kieltämättä antropinen periaate on älyttömän kinkkinen aihe. (Ehkä aihetta käsiteltäisiin siinä ”Metafysiikan perusteet osa XLVII:ssä”, mikä Valtaojan tekisi mieli dumpata roskakoriin…)

Valtaoja valittaa (oikeutetusti) kuinka älytön huuhaa ja hömppä lainailee nykyisin energian, säteilyn ja ulottuvuuksien kaltaisia fysiikan termejä kuulostaakseen uskottavammalta. Valtaoja itse on lukenut ilmeisesti hindulaisuudesta, eikä malta olla lainaamatta termejä sieltä, ”Shiva tanssii” Järjestyksen kasvu -luvusta alkaen kirjassa vähän joka paikassa.

”Ei sitä suppeampaa suhteellisuusteoriaakaan jaksaisi taas selittää”? Kaiken käsikirjassa ei mainita suppeampaa suhteellisuusteoriaa!

Yhden kappaleen keskellä suppeampaa suhteellisuusteoriaa vähän piileskelee kvanttifysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian seassa: ”Kaikella on syynsä. Kahdessa paikassa ei voi olla yhtä aikaa. Torpan mummokin tietää, että jokin joko on tai ei ole. Aika kulkee tasaisesti ja on sama kaikille. Identtiset kaksoset ovat samanikäisiä. Mennyt on mennyttä ja tulevaisuus tulevaa. Asiat tapahtuvat tietyssä järjestyksessä. Yhdensuuntaiset viivat eivät koskaan kohtaa. Fyysikko  vain pudistelee päätään ja hymyilee kärsivällisesti: sori vaan, mutta todellisuus ei nyt satu olemaan arkijärjen mukainen”. Torpan mummolle puistellaan päätä ja hymyillään, mutta ei sitten tällä kertaa yritetäkään kertoa millainen suppeamman suhteellisuusteorian kuvaama todellisuus on.

Kirjassa on häiritsevää alentavuutta, professoritason älykkyydellä (s. 115) kerrotaan asioita ja oletetaan lukijan hämmästyvän:  ”Heh heh, paljastit juuri korttisi: olet naiivi realisti”. Arkijärjen vastaiset kvanttifysiikka ja etenkin suppeampi suhteellisuusteoria oletetaan kyllä lukijalle tutuksi kauraksi, mutta arkijärjen vastainen solipsismi oletetaan sitten jostain syystä lukijalle ”tyrmäysiskuksi”, josta ei ole ikinä ennen kuultukaan. (”Å samma på svenska, kieliviisastelijat!” Keksiikö joku, mitä tuo heitto tarkoittaa solipsismin yhteydessä sivulla 19?)

Kaikkiaan kirjan idea on hyvä, suomeksi tällaista ei ole vielä tehty (jos ei Markus Kajon ”Ihmisen käsikirjaa” lasketa…). Vanhasta muistista tulee paikoin oikein hyvää juttua, mutta ”yritys tiivistää kaikki olennainen maailmasta ja ihmisestä, aineesta ja hengestä, pariin sataan sivuun” jää melko vaisuksi yritykseksi. Mihinkään ei oikein jakseta paneutua kunnolla, kirjan hyvän rungon päälle liimaillaan satunnaisen oloisesti sitä sun tätä enemmän tai vähemmän aiheeseen liittyvää; osa aasinsilloista on niin heikkoja, että aasit putoavat jokeen.

Hyviä juttuja

”Viimetorstailaisuus”, eli ei voi todistaa, etteikö maailmaa luotu viime torstaina. Russell näemmä käytti aikamäärettä viisi minuuttia, mutta viime torstai kuulostaa mukavammalta.

”Täällä tapahtuu kaiken aikaa yhä kummallisempia asioita: pimeyteen ilmestyy sokaisevana loistavia kaasupalloja, ja hieman myöhemmin avaruuden pölyhiukkaset takertuvat toisiinsa ja kasvavat kivimöykyksi, jonka pinnalla kiiluvasilmäiset apinat hyppäävät alas puusta ja alkavat rakentaa kuuraketteja.”  Osuvaa tiivistämistä, mukavia sanoja, tämä on Valtaojaa parhaimmillaan.

E-ELT = ”eurooppalaisten ältsin suuri teleskooppi” 🙂

Ei niin hyviä juttuja

”jumalat kyrpiintyvät” Ei toimi ruma sana kirjoitetussa tekstissä, ei; ältsin suuri teleskooppi oli mukavampaa huumoria minusta, makukysymys tietysti.

”Muuten, jos rusina liikkuu mummon pullassa sitä ei kannata syödä.” Ai, mikä siellä pullassa sitten on?

”Vastasyntyneillä lapsilla aivot vievät kaksi kolmannesta [energiasta] – uskomaton suhdeluku, kun ajattelee, että ne rääpäleet eivät osaa kuin kolme temppua, rääkymisen, kakkimisen ja tissin lutkuttamisen.” Totta, professorit osaavat paljon enemmän temppuja. Jos yksilönkehitystä aletaan tekstissä miettiä, niin vähän voisi minusta tosissaankin valaista sitä mieletöntä prosessia, kun vauvan aivot ottavat hallintaan valtavaa uutta informaatiotulvaa ja järjestelevät sitä itse itseään ohjelmoiden hallittavaan ja ymmärrettävään muotoon.

”Ei nyt oikein jaksais”?

”En ole vielä ehtinyt lukea kirjaa [Dalai Laman ”Mind and life”], mutta eiköhän se putkahda esille uskontoa käsittelevässä luvussa”

”Kuukauden ahkera työ ja kolme- neljäkymmentä vuotta sitten opitun mieleen palauttaminen varmaan riittäisi […] mutta taidanpa antaa olla”
[sähköheikon vuorovaikutuksen teoriasta].

”Kenties jokin pani hyvin nuoren kosmoksen laajenemaan inflatorisesti […]  en edes yritä heitellä tähän lukuja”

”[…] maailmankaikkeutemme voi olla seurausta […] vaikkapa toisiinsa törmäävistä braaneista. (Mikä on braani? Sillä ei ole oikeastaan mitään merkitystä […]).”

”Juutuin tähän kohtaan useaksi päiväksi koettaessani keksiä keinoa kuvata fysiikan nykyisiä perusteorioita edes jotenkin ymmärrettävällä ja lyhyellä tavalla. Aivan turhaan, tietysti; suomeksikin löytyy monia kokonaisia kirjoja, jotka koettavat kuvata kvanttifysiikkaa ilman matematiikan apua – mutta se on loppujen lopuksi mahdotonta”

Pyyhe kehään, takkaan tuli ja makkaraa paistamaan…?

Minä, minä, minä…

Esko Valtaojan Kaiken käsikirja kertoo aika paljon – Esko Valtaojasta. Näköispatsasta mietitään taas (tälla kertaa ei sentään planeetan kokoista), irrallisille heitoille moottoripyörällä ajelusta tai kilon sianpotkan syömisestä en keksi muuta merkitystä kuin vihjata lukijalle, että kirjoittaja on Äijä. Valtaoja vertaa melkein vastasyntynyttä maailmankaikkeuttakin itseensä: ”suhteessa sama kuin jos minusta olisi otettu kuva Kemin keskussairaalassa viisitoista tuntia syntymäni jälkeen”. Kuulostaisi mukavammalta sanoa, että ”sama kuin sinusta, arvon lukija, olisi otettu kuva viisitoista tuntia syntymäsi jälkeen” (ikäkorjaus pitäisi vain tehdä). Jos teoksen nimi on niin mahtava kuin Kaiken käsikirja, sen pitäisi kestää aikaa niin pitkälle tulevaisuuteen, että kellään ei ole enää aavistustakaan miltä Esko Valtaoja näytti vanhana, saati vauvana.

”On tässä kierretty muutakin kuin tahkoa”?

Työmatka La Palman tähtitornille, kirjoittamassa taiteilija- ja tutkijaresidenssissä eteläisessä Italiassa, vaeltamassa Grand Canyonissa…

Berliinissä Valtaoja näkee oluttuopin kuivuvassa vaahdossa jotain syvällistä, mutta ei oikein osaa päättää mitä. ”Ihan shelvää tamilhin kielishtä kirjoitushta täshä, hips, eikush shittenkin elämän shynty”?

Virheitä

Muita merkittäviä virheitä kuin sukupuiden väärin ymmärtämisen en huomaa, jotain pientä aina.

Jäkälät eivät ole kasveja.

”North Sentinel Island… Siellä elävät maailman viimeiset aidosti kivikautiset metsästäjä-keräilijät”; pokkana vaan: ”maailman viimeiset”. Kukaan ei ole varma minkä verran kontakteja Amazonin alueen ja Papua-Uuden-Guinean viimeisillä metsästäjä-keräilijäheimolla on ollut muuhun maailmaan, mutta varmasti joukossa on yhtä aitoja kuin mainitulla saarellakin.

”[Aine, energia, voimat, paikka ja aika] ovat mitä ilmeisimmin olemassa naiiveimmallekin realistille” – vähiten naiiville realistille, kai?

Halle Berry

”Jos laitettaisiin vierekkäin oranki, gorilla, simpanssi ja Halle Berry – viimeksi mainittu tietysti ilman vaatteita – objektiivinen tutkija ei voisi välttyä johtopäätökseltä, että ihmisen ja ihmisapinoiden väliset erot ovat pienempiä kuin apinoiden keskinäiset erot. (Halle Berryn kohdalla objektiivisuuden säilyttämisessä voisi tietysti olla omat ongelmansa.)” Kiitos, ymmärsin tämän yskän jo ensimmäisestä lauseesta, oikeastaan ymmärsin sen jo aikaisemmista kirjoista. Tekstissä olisi muutenkin tiivistämisen varaa ihan virketasollakin (kustannustoimittajan hommia, kai): ”Tule tänne ja juttele kanssani, tai jos se ei saa sinua vakuttuneeksi, voin vaikka vetää sinua turpiin jos ei muu auta”.

Tiivistelmä

Kirjasta jää vähän sellainen olo, että ”pakkohan sekin oli vääntää ja uhrata kesälomapäivistä kolme tuntia kirjoittamiseen; kun oli ne apurahatkin tullut saatua”.

Aiemmat arviot

Kirjojen kulttuurievoluutiota I – Kotona maailmankaikkeudessa ja Avoin tie: kurkistuksia tulevaisuuteen

Kirjojen kulttuurievoluutiota II – Ihmeitä: kävelyretkiä kaikkeuteen

Kuvat

Maailmankaikkeuden kehitys: Wikipedia
Elämän kehitys: http://www.zo.utexas.edu/faculty/antisense/tree.pdf

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Kumpi oli ensin

muna vai kana? Muna.

Munia nyt oli tiuittain jo esimerkiksi trilobiiteilla, kambrikaudella, viidettäsataa miljoonaa vuotta ennen kanojen ja muiden kotkotusten syntyä.

Okei, okei, täsmennetään kysymystä, että saadaan siitä kiinnostavampi: kumpi oli ensin, kana vai kananmuna?

Vastaan kysymykseen, mutta otetaan ensin pieni tehtävä: määrittele kana.

Määritelty? Hyvä. Ajattele kaikkien aikojen ensimmäistä määritelmäsi täyttävää kanaa (viisi sekuntia riittää hyvin)… Ensimmäisen kanasi äiti oli epäilemättä hyvin kanamainen kanalintu, mutta se ei voinut täyttää kanan määritelmää eikä siksi voinut munia kananmunia.

Kana oli siis ensin.

Top top, mietitään vielä. Ensimmäisellä kanalla oli ehkä myös sisaruksia. Olivatko ne kanoja? Kaikkiko vai vain osa niistä?

Nykyiset kanat ovat kaiketi ensimmäisen (villin punaviidakko-) kanan jälkeläisiä, joten ensimmäisen kanan piti myös lisääntyä – kenen kanssa? Mitä lajia kukko oli? Olivatko ”risteytyksessä” syntyneet kananpojat kanoja? Jos isiä oli useita, riippuiko poikasten kanuus siitä, mikä kukko oli minkäkin poikasen isä?

Lisätään kysymykseen vielä dramatiikkaa laajentamalla sitä ihan vähän: kumpi oli ensin, lintu vai linnunmuna? (Tällä keinolla saadaan vastaukseen mukaan dinosaurukset, jotka ovat yleensä kaikkien mielestä makeita.)

Määrittele lintu (ihan makusi mukaan, voit huomioida höyhenet, siivet, geenit, ”epigeenit”;  ihan mitä vaan, mikä voisi tehdä linnusta yksikäsitteisesti linnun). Määritelty? Johtopäätös on selvä: kaikkien aikojen ensimmäinen lintu syntyi dinosauruksen munasta.

Ensimmäisen linnun ympärillä hääri paljon dinosauruksia, muita lintuja ei, määritelmän mukaan, vielä ollut. Aika monella ajan dinosauruksista oli höyhenet ja siivet, mutta ne eivät olleet lintuja. Vai olivatko? Hirveästi linnun näköisiä oli kyllä niistä aika moni minusta… Kuka saa päättää mikä on lintu ja mikä ei, häh?

Ratkaisevien erojen keksiminen linnun ja dinosauruksen välille on, rajatapauksissa, äärimmäisen keinotekoista, samoin ratkaisevien erojen keksiminen kanan ja sen kanamaisen esi-isälinnun välille.

Veteen piirrettyjä viivoja on. Välimuotoja on. Puuttuvia renkaita ei ole. Elämän ketju on katkeamaton (ja pitkä).

Kanaa ei voi määritellä. Munaa ei voi määritellä.

Kumpi oli ensin? Mu.

Aiemmin näillä palstoilla ratkotut supertärkeät/jonninjoutavat filosofiset kysymykset: Miksi jotain on sen sijaan ettei olisi mitään ja Mikä on elämän tarkoitus.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Miten tulkita sukupuita ihan väärin

Kuvan fylogeneettisen sukupuun mukaan Martialis heureka -niminen laji (kuvassa ylimpänä) on nykyään elävistä muurahaisista alkeellisin ja muistuttaa niistä eniten muurahaisten varhaista primitiivistä kantamuotoa.

No ei! Edellinen virke on hölynpölyä. Skeidaa. Non sequitur.

Otetaan esimerkin vuoksi toinen sukupuu. Jos edellisessä sukupuussa on kaikki haarat oikeassa järjestyksessä, niin seuraavassakin taatusti on:

Onko ylimpänä oleva otus alkeellisin tämän sukupuun lajeista? (Toivottavasti ei, se olen minä…)

Nykyiset muurahaiset ovat geneettisesti tasan yhtä kaukana muurahaisten ja ihmisten viimeisimmästä yhteisestä kantamuodosta kuin nykyiset ihmiset. Sama toisinpäin: nykyiset ihmiset ovat geneettisesti tasan yhtä lähellä muurahaisten ja ihmisten viimeisintä yhteistä kantamuotoa kuin nykyiset muurahaiset.

Martialis heureka ja muut muurahaiset ovat tasan yhtä kaukana tai lähellä viimeistä yhteistä esi-isäänsä. Ei ole järkeä sanoa jompaa kumpaa ryhmää toista primitiivisemmäksi.

”Eikö tuon sukupuun oksien pitäisi olla eri pituisia”? Kyllä tietysti, jos oksien pituudelle olisi annettu joku merkitys ja kerrottu mikä se on – esimerkiksi että yksi senttimetri sukupuussa vastaa kymmentä miljoonaa vuotta (1). Kuvan sukupuussa oksien pituuksilla ei ole merkitystä.

On tavallista, että julkaistut fylogeneettiset puut ovat juuri tällaisia, niiden ainoa informaatio on oksien haarautumisjärjestys. Oksien pituuksien selvittäminen onkin ihan oma taiteenlajinsa ja vaatii fossiilien ajoittamista, molekyylikellojen kalibrointia ja muuta vaikeaa.

Oksien pituuden muuttaminen todenmukaisiksi ei tietenkään muuta puun haarautumisjärjestystä yhtään mihinkään. Martialis heureka ja jälkimmäisessä kuvassa ihminen ovat ja pysyvät puissa yhdellä puolella ja kaikki muut lajit toisella puolella.

”Epäreilua, tuosta jälkimmäisestä sukupuusta puuttuu lajeja”? Niin puuttuu. Ensimmäisestäkin sukupuusta puuttuu lajeja. Kaikista sukupuista puuttuu lajeja. Vaikka näyttäisi siltä, että kaikki tutkimuksen kannalta olennaiset lajit on saatu sukupuuhun mukaan, siitä tuskin koskaan voi olla varma. Erityisesti sukupuuttoon kuolleita lajeja, joista kukaan ei tiedä mitään saattaa puuttua vaikka kuinka paljon.

Toiseen sukupuuhun voisi lisätä ihmisen ja muurahaisten väliin hirmuisen määrän eläviäkin lajeja. Se ei silti muuttaisi kuvassa jo mukana olevien lajien asemaa suhteessa toisiinsa. Milloin ikinä Martialis heurekan ja muiden muurahaisten viimeinen yhteinen kantamuoto sitten elikään, ovat Martialis heureka ja muut muurahaiset kehittyneet niistä ajoista tasan yhtä kauan. Sama pätee ihmiseen, muurahaisiin ja niiden viimeiseen yhteiseen kantamuotoon (joka on samalla tietysti kaikkien muidenkin selkäjänteisten  ja niveljalkaisten viimeinen yhteinen kantamuoto.)

”Kai nyt jotkin nykyiset eliöryhmät ovat yksinkertaisempia ja alkeellisempia kuin toiset”? Yksinkertaisempia kyllä, alkeellisempia eivät.

Hyvin yleinen virhe on tulkita sukupuussa – syystä tai toisesta – vähälajisempi sisarryhmä ”alkeellisemmaksi”. Mitään elossa olevaa eliölajia ei voi pitää toista alkeellisempana, yhtä kauan kaikki elossa olevat eliöt ovat täällä maapallolla sinnitelleet ja kehittyneet (elämän alusta asti). Tämä tieto ei ole mikään uusi, mutta jotenkin huonosti sisäistetty.

Eliöt eivät odota jossain pakastimessa muuttumattomina sillä aikaa kun muut kehittyvät, vaan jokainen evoluutiolinja juoksee omaa kilpajuoksuaan – juoksee eteenpäin, taaksepäin tai ympyrää, mutta juoksee joka tapauksessa, taukoamatta.

”Eläviä fossiileja” ei ole olemassa. Kuka tietää mitä kaikkia biokemiallisia innovaatioita Latimerian sisuskaluissa on tapahtunut, kun se on niin hirmuisen pitkään hienosti pärjännyt. Molukkirapu voi olla pintapuolisesti tarkasteltuna pysynyt saman näköisenä älyttömän pitkään, mutta pinnan alla muutos on ollut jatkuvaa; molukkirapu kuolisi sukupuuttoon evolutiivisessa silmänräpäyksessä, jos se ei kaiken aikaa vastaisi loisten, tautien ja yleensä elävän ja elottoman ympäristönsä pienten ja suurten muutosten asettamiin paineisiin.

Yksi elävä eliö ei ole toista alkeellisempi, mutta eliön tietty piirre voi olla toisen eliön piirrettä alkeellisempi. Sitähän se lajien kehitys on, että yhdessä evolutiivisissa linjassa kehittyy ja valikoituu jokin uusi ominaisuus ja toisessa säilyy tämän ominaisuuden varhaisempi muoto (mutta kehittyy vastaavasti muita uutuuksia). On ihan mahdollista että jotkin Martialis heurekan säilyneet primitiiviset piirteet selittävät tämän evoluutiolinjan vähälajisuutta, mutta se ei tee Martialis heurekasta primitiivistä muurahaislajia.

Muurahaisia on yllä esitetyn ensimmäisen sukupuun mukaan kaksi sisarryhmää, toisessa on Martialis heureka ja toisessa ovat sitten muut muurahaiset (2). Tässä tapauksessa toisessa sisarryhmässä on paljon enemmän lajeja kuin toisessa (toistaiseksi niitä tunnetaan tasan yksi).

Vain sisarryhmät ovat vertailukelpoisia, kun mietitään mitkä piirteet ovat varhaisempia ja mitkä niistä kehittyneitä. Ei ole järkeä verrata vaikkapa lintuja ja nisäkkäitä ja pohtia kumpi on varhainen ja kumpi kehittynyt ominaisuus turkki vai höyhenet, koska linnut ja nisäkkäät eivät ole sisarryhmiä (lintujen ja nisäkkäiden viimeisellä yhteisellä kantamuodolla ei ollut turkkia eikä höyheniä).

Primitiivinen ominaisuus ei tarkoita, että se olisi huono. Varhaisempi piirre voi olla jotain hienompaa ja monimutkaisempaa kuin kehittyneempi uutuus. Kehitys on harhaanjohtava sana, kun puhutaan biologisesta evoluutiosta. Luonnonvalinta suosii usein kehitystä kohti yksinkertaisempia ja alkeellisemmalta vaikuttavia piirteitä, tai kiertää kehää suosien välillä sitä ja välillä tätä. Loisimiseen erikoistuvien eliöiden degeneroituminen piirteettömiksi ”madoiksi” on kehitystä. Sekin on kehitystä, että strutsit ovat kadottaneet siipensä, valaat jalkansa ja vaippaeläimet aivonsa. Martialis heureka on kadottanut silmänsä. Muiden muurahaisten hienot silmät ovat primitiivinen piirre Martialis heurekaan sokeuteen verrattuna.

Usein harhaudutaan kiinnittämään jonkin (tyypillisesti sukupuussa vähälajisemman) lajiryhmän primitiivisiin piirteisiin ja tuomitsemaan niiden takia itse lajit primitiivisiksi. Nokkaeläinten kohtuuttomasti huomiota saanut varhainen piirre on lisääntyminen munimalla. Vähemmän painoa on yleensä annettu kehittyneille ainutlaatuisille piirteille kuten sähköaistille, kymmenelle sukupuolikromosomille ja vesinokkaeläimen nokkamaiselle kuonolle ja myrkkykannukselle.

Ihmiseltä löytyy primitiivisiä piirteitä siinä missä muiltakin eliöiltä. Esimerkiksi hevoseen verrattaessa viisi varvasta ja sormea ovat primitiivinen nisäkäsominaisuus ja yksivarpainen kavio siitä kehittynyt uusi ratkaisu (hevosen koko paino yksien varpaankynsien varassa). Silti kukaan ei sano ihmistä alkeellisemmaksi kuin hevosta (yleensä, en tiedä mitä hevoset ovat mieltä asiasta). Tietysti ihmiselläkin on myös hienoja kehittyneitä piirteitä, kuten kyky kirjoittaa ja lukea blogeja.

Yksi syy siihen, että sukupuita tulkitaan usein väärin on niiden laatijoissa. Sukupuiden oksat ryhmitellään usein niin, että vähälajiset sisarryhmät sijoitetaan sukupuun toiseen laitaan ja runsaslajiset toiseen (ladderized tree; 3). Esimerkiksi tämän jutun ensimmäinen muurahaissukupuu on juuri tällainen ”tikapuu-puu”. Tulos on kieltämättä nätti, mutta asiaa hyvin tuntematon tulkitsee helposti vähälajisen reunan ”alkukantaiseksi” ja runsaslajisen ”kehittyneeksi”.

Osasyyllisiä ongelmaan ovat tietokoneohjelmat, joiden oletusarvona on tällainen kaunis, mutta helposti harhaanjohtava puu. Parempi oletusarvo olisi puu, joka on ryhmitelty satunnaisesti. Ehkä vielä parempi oletus olisi siksakkipuu, jossa vähälajisempia ja runsaslajisempia sisarryhmiä ryhmitellä keskeltä alkaen aina vuoronperään oikealle ja vasemmalle (zig-zag rotation).

Peliversio nisäkkäiden evoluutiopuusta

Ympyränmallinen puu olisi periaatteessa hyvä tapa esittää sukupuita – yksikään laji ei näyttäisi olevan muita ylempänä tai alempana – mutta tällaisten puiden vika on, että niitä on aika hankala hahmottaa. Ympyräratkaisu voi toimia, jos tilaa puulle on käyttää kokonainen pöytä, kuten minulla oli kerran tilaisuus tehdä tiedekeskuksessa (kuva yllä).

Sukupuiden oksia voi pyöritellä myös ihan itse haluamallaan tavalla yrittäen välttää harhaanjohtavia järjestyksiä. Yhdessä jutussani sijoitin purppurasuuhautoja -nimisen kalan (tai isomman ryhmän johon se kuuluu) kaikissa sukupuissa aina ylimmäksi ja korostin sitä vielä purppuranpunaisella värillä. Tämän uskalsi tehdä, koska kukaan ei (kai) kuvittele, että purppurasuuhautoja on maailman kehittynein kalalaji (vaikka hieno laji onkin).

Yksityiskohta nisäkäspuusta, keskimmäisenä palapelin palana on peili

(1) Mahdollinen merkitys kuvataan oksien pituudella, oksien leveydellä ei ole juuri koskaan muuta merkitystä kuin taiteellinen vaikutelma (sukupuusta on hirmu vaikea saada selvää, jos sen leveys on puoli millimetriä tai sata kilometriä).

(2) En luottaisi vielä liikaa tähän sukupuuhun, Leptanillinae-porukka voi loppujen lopuksi kuitenkin olla se oikea ulkoryhmä kaikille muille muurahaisille ja Martialiksen paikka olla jossain niiden muiden muurahaisten joukossa – yksilajiset, muille kaukaista sukua olevat ryhmät ovat fylogeneettisille analyyseille hankalia tapauksia.

(3) Jokaiseen fylogeneettisen oksanhaaraan voi kuvitella pallonivelen, oksia voi pyöritellä vapaasti ilman että puun antama informaatio muuttuu.

Kommenteissa kaksi hienoa fylogenetiikan ammattitermiä selitettynä

Lähteitä (ja lähdekritiikkiä…):

Gregory, T. R. 2008: Understanding evolutionary trees. Evol. Educ. Outreach 1: 121-137.  Tästä hienosta jutusta sain ison osan kuvituksesta, kun pidin joskus pari luentoa fylogeneettisistä puista ja niiden tulkinnasta. PDF

Krell, F.-T. ja Cranston, P. S. 2004: Which side of the tree is more basal? Syst. Entomol. 29: 279-281. Täältä hieno sitaatti: ”When a tree is rooted, it has a base. Everything near that base is basal. A clade branching off near the base is a basal clade, isn’t it? Does this make sense? No, it doesn’t.”  PDF

Rabeling, C. Brown, J. M. ja Verhaagh, M. 2008: Newly discovered sister lineage sheds light on early ant evolution. Proc. Nat. Acad. Sci. 105: 14913-14917. Martialis heurekasta alunperin raportoinut juttu, josta on peräisin tämän jutun muurahaisten sukupuuta esittävä kuva. Tämäkään artikkeli ei selviä puhtain paperein raportoinnista, vaan käyttää toistuvasti sellaisia järjettömiä termejä kuin ”most basal extant lineage” puhuessaan vähälajisemmasta sisarryhmästä  (vertaa: Krell ja Cranston 2004 – Systematic Entomology’in tämä muurahaisten fylogeniajuttu ei olisi tainnut mennä tällaisena läpi, vaikka arvostettuun PNAS:iin meni että heilahti). Sen pohtiminen, että onko esimerkiksi lymyilevä maan alla eläminen muurahaisilla varhainen basaalinen piirre on kyllä ihan järkevää.  PDF

Lopuksi vielä harjoitustehtävä: Seuraavat sukupuut on piirretty kaikki oikein. Etsi kustakin puusta varhaisin (basaalisin) eliöryhmä.*

* Vihje: sellaista ei ole.

Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Eri peli

Seuraavan tarinan opetus on: tarkista aina faktasi alkuperäisestä lähteestä (-:

Morris ym. (2012) ovat kehitelleet evoluutibiologeille tutun punaisen kuningattaren hypoteesin innoittamina uuden mustan kuningattaren hypoteesin. Puuttumatta siihen mikä tämä hypoteesi on, tässä pari lainausta julkaisusta suomennettuna:

”… Punaisen kuningattaren hypoteesin nimi on peräisin Lewis Carrollin kirjasta Liisan seikkailut Peilimaassa, jossa (punainen) herttakuningatar sanoo: Täällä saa juosta minkä koivista lähtee, että pysyy samassa paikassa…” ja ”Punaisen kuningattaren tavoin musta kuningatar viittaa pelikorttiin…” 

Ei tuossa muuten mitään, mutta punainen kuningatar Carrollin Liisa peilimaassa -kirjassa ei ole herttakuningatar eikä pelikortti ollenkaan. Se on shakkikuningatar. Hups…

Viite

Morris, J. J., Lenski, R. E. ja Zinser, E. R. 2012: The black queen hypothesis: evolution of dependencies through adaptive gene loss. mBio 3: e00036-12 (PDF)

Another game

The moral of the following is: always check your facts from the original publication… (-:

Morris et al. (2012) write: ”… the Red Queen Hypothesis uses a metaphor derived from Lewis Carroll’s Through the Looking-Glass – ‘it takes all the running you can do, to keep in the same place,’ spoken by the (red) Queen of Hearts” and ”Similar to the red queen, the black queen refers to a playing card…”

The Red Queen in Through the Looking-Glass  is not a playing card. She is a chess queen. Oops…

 

Reference

Morris, J. J., Lenski, R. E. and Zinser, E. R. 2012: The black queen hypothesis: evolution of dependencies through adaptive gene loss. mBio 3: e00036-12 (PDF)

Look who’s running with Alice.

Rottia jotka rakastivat kissoja (toksoplasma, osa 1)

There’s something inside me that pulls beneath the surface, consuming, confusing…*

Joka kolmannella ihmisellä on aivoissa loisia.

Kirjoitan saman uudestaan, on se sen verran outo tieto: joka kolmannella ihmisellä on aivoissaan loisia. Esimerkiksi minulla on aivoissani loisia vähän vielä keskimääräistä todennäköisemmin, koska olen lapsena ollut melko paljon tekemisissä kissojen kanssa. Vieläpä sellaisten kissojen kanssa, jotka ovat metsästäneet jyrsijöitä. Ehkä sellaisiakin jyrsijöitä, jotka ovat olleet kummallisen pelottomia kissoja kohtaan…

Jyrsijöiden pelottomuus on voinut johtua loisesta niiden aivoissa. Mutta ei hätää, ei se loinen ihmiselle mitään tee. Ei ainakaan syötä kissalle. Ei loisella tosin mitään hävittävää ole, vaikka se sitä yrittäisi… Voikohan sillä olla jotain sivuvaikutuksia, jos jokin sisälläni piilevä otus pyrkii aivopesemään minutkin kissanruoaksi?

Toksoplasma on yksisoluinen eliö, loinen, jonka pääisäntiä ovat kissaeläimet. Väli-isänniksi käyvät muut nisäkkäät ja linnutkin. Toksoplasman pulma on, että voidakseen lisääntyä suvullisesti sen on päästävä kissan suoleen. Jos loinen on jo päätynyt jonkin muun eläimen kudoksiin, sen suku voi jatkua käytännössä vain, jos kissaeläin syö loisen asuttaman eläimen.

Hyönteisistä tunnetaan useita esimerkkejä, missä loinen aivopesee isäntänsä tekemään jotain kummallista. Esimerkiksi lampaita ja muita kotieläimiä loisivan Dicrocoelium dendriticum maksamadon elämänkierto on tunnettu jo pitkään, mutta silti se ei lakkaa kuulostamasta tieteistarinalta. Yhdessä elämänvaiheessaan pieni maksamato tekee muurahaisia hulluiksi. Loisen saaneet muurahaiset kiipeävät aina illan viiletessä heinänkorteen ja jäävät sinne latvaan keikkumaan. Vasta päivän lämmetessä muurahaisten järki palaa ja ne laskeutuvat alas toimittelemaan normaaleja asioitaan. Lampaat laiduntavat mielellään heinää viileään aikaan…

Nisäkkään hermoja ei ole niin helppo peukaloida kuin hyönteisen, eihän? Ei, veriaivoeste pitää hyvin pöpöjä loitolla. Toksoplasma voi kuitenkin päästä veriaivoesteestä läpi (1). Akuutti infektio menee ohi, mutta aivoissa toksoplasma voi sitten asua isännän koko lopun eliniän. Pienet toksoplasmat mahtuvat pesiytymään hermosolujen sisään ja saavat soluihin aikaan pieniä rakkuloita, kystia.

Toksoplasman vaikutus rottiin kuulostaa vähintään yhtä paljon tieteistarinalta kuin maksamadon vaikutus muurahaisiin. Toksoplasma voi poistaa rotan synnynnäisen pelon kissoja kohtaan (Berdoy ym. 2000). Käsittämätöntä kyllä, vaikutus kohdistuu vain kissoihin. Toksoplasman saaneet rotat pelkäävät edelleen esimerkiksi muita petoeläimiä kuin kissoja. Eikä kissanpelon poistaminen riitä, jollain tavoin toksoplasma kytkee piuhat uusiksi rotan päässä niin, että kissanhaju alkaa tuntua rotasta jopa puoleensavetävältä!

Tuhannen taalan kysymys on: miten se sen tekee? Sellaista aivokirurgia ei ole vielä syntynytkään, joka pystyisi likimainkaan samaan kuin tämä yksisoluinen ötökkä.

Yksi toksoplasman temppu on, että se on ”varastanut” geenejä joltain isäntälajiltaan. Jossain vaiheessa loisen ja isäntien intiimiä yhteiseloa loisen perimään on kopioitunut kaksikin versiota tärkeästä nisäkäsgeenistä (Gaskell ym. 2009) (2). Toimiessaan tämä geeni poistaa jarruja dopamiinin tuotannolta. On kokeellisesti havaittu, että toksoplasman nisäkäsgeenit toimivat isännän hermosolujen kystissa ja että toksoplasma tosiaankin lisää dopamiinin tuotantoa nisäkkäiden hermosoluissa (Prandovszky ym. 2011).

Dopamiini on keskushermostoon vaikuttava aine (3). Sillä on merkitystä esimerkiksi aloitekyvyn, motivation, vireystilan, lipidon, unen ja oppimisen kannalta. Lyhyesti dopamiini on tärkeä aine, kun päätät mitä haluat. Tavalla tai toisella dopamiiniin kytkeytyvät esimerkiksi monien huumeiden vaikutus, parkinsonin tauti ja skitsofrenia. Jos joku pöpö tosiaan pääsee peukaloimaan dopamiinin tuotantoa, on helppo ymmärtää, että sillä voi olla merkittäviä vaikutuksia isäntäeläimen psyykeen. Vaikutuksen todellisuuteen viittaavat havainnot, joiden mukaan dopamiinia salpaavat psyykelääkkeet saattavat suojata toksoplasman saaneita rottia sairastumasta kissapelottomuuteen (Webster ym. 2006) (4).

Muuttavatko aivoissa piilevät toksoplasmat sitten oikeasti ihmisten käyttäytymistä? Oikea vastaus on, että kukaan ei tiedä. Asiaa tutkitaan.

* Linkin park: Crawling

(1) Toksoplasma voi päästä läpi myös istukasta ja tehdä sikiön hermostossa pahaa jälkeä. Se voi aiheuttaa esimerkiksi sokeutta, epilepsiaa ja henkisen ja motorisen kehityksen heikentymistä. Toksoplasma on syy, miksi raskaana olevien naisten on syytä huolehtia käsien desinfioinnista kissan hiekkalaatikon tyhjennyksen jälkeen. Sisäkissat eivät levitä loista, ulkona metsästävät kyllä. Toksoplasman voi saada myös esimerkiksi raa’asta lihasta (saignant, toksoplasma on yleinen tauti Ranskassa…), multaisesta porkkanasta tai hengittämällä pölyä ladossa, missä kissat ja myyrät ovat temmeltäneet (tai ehkä sieltä saa ennemminkin myyräkuumeen, kissa on siisti eläin eikä yleensä kakkaile latoihin vaan hautaa jätöksensä).

(2) Tyrosiinihydroksylaasi

(3) Toksoplasmalla itsellään ei tietenkään ole keskushermostoa eikä mitään muitakaan solurakenteita, koska se on solu.

(4) Psyykelääke estää rottien käyttäytymisen muuttumista kissanhajua suosivampaan suuntaan yhtä tehokkaasti kuin toksoplasmaa vastaan käytetty loislääke (Webster ym. 2006). Tämä tulos ei kuitenkaan todista oikein mitään, koska kummallakaan lääkityksellä ei saatu tilastollisesti merkitseviä tuloksia. (Vertaa: jos hunaja tehoaa yskään yhtä hyvin kuin yskänlääke, se ei tarkoita, että hunaja auttaisi yskään, koska yskänlääkkeidenkin teho yskän hoitajana on kyseenalainen.) Julkaistujen tulosten epävarmuus unohtuu helposti populaareista kirjoituksista (Kaaro 2011) ja tutkijoilta itseltäänkin (Prandovszky ym. 2011). Tulosten tulkintaa monimutkaistaa vielä se, että molemmilla lääketyypeillä havaittiin (tilastollisesti merkitseviä!) vaikutuksia niiden rottien käyttäytymiseen, joilla ei ollut toksoplasmainfektiota – terveistä rotista lääkettä saaneet viettivät enemmän aikaa kissanhajussa kuin lääkitsemättömät.

Viitteet:

Berdoy, M., Webster, J. P. ja Macdonald, P. W. 2000: Fatal attraction in rats infected with Toxoplasma gondii. Proc. R. Soc. B. 267: 1591-1594.

Gaskell, E. A., Smith, J. E., Pinney, J. W., Westhead, D. R. ja McConkey, G. A. 2009: A unique dual activity amino acid hydroxylase in Toxoplasma gondii. PLoS One 4: e4801.

Kaaro, J. 2011: Vaikuttaako kissan loinen ihmisen mieleen? Helsingin Sanomat 1.11.: D2.

Prandovszky, E., Gaskell, E., Martin, H., Dubey, J. P., Webster, J. P. ja McConkey, G. A. 2011: The neurotropic parasite Toxoplasma gondii increases dopamine metabolism. PLoS One 6: e23866.

Webster, J. P., Lamberton, P. H. L., Donnelly, C. A. ja Torrey, E. F. 2006: Parasites as causative agents of human affective disorders? The impact of anti-psychotic, mood-stabilizer and anti-parasitic medication on Toxoplasma gondii’s ability to alter host behavior. Proc. R. Soc. B. 273: 1023-1030.

Ajattelin, että parempi laittaa tämän juttusarjan kakkososa Filosofia ja muu hömppä -osastoon toiseen blogiin, koska jutussa esiintyy muun muassa sanapari ”vapaa tahto”: Sinun tahtosi ei ole sinun.

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Tiedettä Siperiasta

Palaan aikaisemmin käsittelemääni aiheeseen: vahvasti sosiaalisten kekomuurahaisten keskinäiseen tiedonvälitykseen. Siperialaiset tutkijat Reznikova ja Ryabko (2011) ovat saaneet läpi Behaviour-lehteen katsausartikkelin eläinten laskemiskyvystä. Katsauksessa tulee hyvin esiin tutkijoiden omat aikaisemmat kekomuurahaiskokeiden tulokset ja hyvä niin, tulokset ansaitsevat minusta aiempaa enemmän julkisuutta. Samalla tulee testattua sekin, onko huonoa julkisuutta olemassa; tiedetoimittaja on tehnyt jutusta repäisevän otsikon ilmeisesti vaivautumatta ensin lukemaan artikkelia (katso ”nuuhkutesti”)…

Tutkijat ovat ujuttaneet katsaukseensa mukaan hiukan uusiakin tuloksiaan (1), mutta pääpiirteissään kaikki olennaisimmat havainnot julkaistiin jo monta vuotta sitten (Reznikova ja Ryabko 1994). Pulma oli, etteivät tutkijat osanneet mainostaa tuloksiaan. Niistä olisi hyvin kelvannut paukuttaa henkseleitä jossain huippujulkaisussa. Sen sijaan tutkijat raportoivat havaintonsa melko vaatimattomassa puolalaisessa lehdessä ja esimerkiksi hieno uusi havainto kekomuurahaisten tiedustelija-ruuanhakija -ryhmistä kuitataan keskellä tekstiä yhdellä virkkeellä, jossa ohimennen mainitaan muurahaisten ryhmien paljastuneen ”alustavissa kokeissa”. Kaikki muutkin hienot tulokset on ripoteltu vähän sinne tänne ja soppaa on hämmennetty informaatioteorialla (Ryabko on matemaatikko).

Uusi yritys kertoa tuloksista (Reznikova ja Ryabko 2001) herätti jonkin verran keskustelua muurahaisharrastajissa, mutta ammattitutkijat eivät innostuneet ainakaan niin paljon, että olisivat alkaneet toistaa, varmistaa ja kehittää kokeita. Reznikova (2007, s. 351-357) raportoi ja pohti kokeiden tuloksia myös eläinten älykkyyttä laajasti ruotivassa kirjassaan.

Ensimmäinen hieno tulos: Vahvasti sosiaaliset muurahaiset voivat tehdä yhteistyötä pieninä viidestä kahdeksaan yksilön tiedustelija-ruuanhakija -ryhminä (”tiimeinä” tai ”klikkeinä”). Ensimmäinen reaktioni oli, että mitä ihmeen ”muurahaisten tiimejä”, kai sellaiset olisi opittu tuntemaan jo kauan sitten, jos sellaisia olisi (2)? Mutta eipä tiimien löytäminen ollutkaan ihan kevyt ja helppo homma. Löytö vaati, että muurahaiset tunnistetaan yksilöllisesti. Luonnossa kekomuurahaisten pesässä voi olla satojatuhansia yksilöitä, sellaisesta kuhinasta on käytännössä mahdoton erottaa kuka on kuka. Tutkitut muurahaiset elivätkin kasvatteina sisätiloissa.

Tiedustelija-saalistaja -ryhmiä on Reznikovan ja Ryabkon mukaan ainakin kolmella muurahaislajilla (3) ja parhaiten näistä lajeista kokeissa menestyi kaljukekomuurahainen (Formica polyctena) ja tutkijat keskittyivätkin myöhemmin tähän yhteen mestarilajiin. Suomalaisen harrastajasivun mukaan kaljukekomuurahainen on ”erittäin vaikea tai mahdoton kasvatettava”. Työlästä ja hankalaa kasvatus kotioloissa epäilemättä olisikin, mutta laboratoriossa se onnistuu (4). Reznikovan ja Ryabkon laboratoriopesissä oli noin kaksituhatta yksilöä. Tutkijat pystyivät merkitsemään yksilöllisin maalitäplin kaikki aktiivisesti pesän ulkopuolella liikkuneet muurahaiset. Itse pesässä muurahaisia saattoi seurata läpinäkyvän katon kautta.

Testiareenalla muurahaiset saivat ensin harjoitella rauhassa muutaman viikon. Tiedustelijaehdokkaita kuljetettiin ruokapaikalle ja parhaita värväreitä valikoitiin sitten jatkokokeisiin. Tiedustelijat antoivat nälkäiselle tiimilleen ensin pikaisen välipalan ja lähtivät sitten hakemaan lisää. Myöhemmin, joskus vasta neljännen reissun jälkeen tiedustelija alkoi värväämään tiimiään liikkeelle. Kun tiimi lähti liikkeelle, tutkijat poistivat tiedustelijan!  Muiden ryhmä jäsenten piti löytää itselleen uusi ruokapaikan sijainti omin päin.

Toinen hieno tulos, tämä on minusta kaikista kovin juttu näissä tutkimuksissa: kekomuurahaisten tuntosarvikieli vertautuu täysin mehiläisten tanssikieleen, jolla mehiläiset voivat kertoa toisilleen mistä suunnasta ja kuinka kaukaa ruokaa löytyy. Kekomuurahaisten tuntosarvilla voi kertoa vielä mehiläisten tanssia tarkempia suunnistusohjeita. Ilman kontaktia tiedustelijaan ruuanetsijät eivät yleensä ehtineet löytää kokeen aikana ruokapaikkaa, mutta pätevän tiedustelijan kanssa tuntosarveiltuaan ryhmä marssi useimmiten epäröimättä oikeaan kohteeseen. Miten tiedustelijat viestinsä välittävät, sitä ei tiedetä – kukaan ei vielä osaa puhua muurahaista…

Kolmas hieno tulos: kekomuurahaiset osaavat ilmeisesti laskea – ja vielä aika pitkälle. Tuntuu aika käsittämättömältä, mutta kekomuurahainen voi ilmeisesti jollain tavoin kertoa tuntosarvillaan toisille, että ruokaa löytyy esimerkiksi seitsemännestätoista oksasta kolmestakymmenestä vaihtoehdosta. Reznikova ja Ryabko mittasivat ajan, joka kuluu erilaisten viestien välittämiseen. Oksien pituudella, tai niiden välimatkoilla ei ollut viestimiseen kuluneen ajan kannalta merkitystä, mutta oksien lukumäärällä ja palkkio-oksaksi arvotun oksan sijainnilla oli. Jos palkkio oli esimerkiksi heti ensimmäisessä oksassa kolmestakymmenestä vaihtoehdosta, tieto siitä oli paljon nopeammin kerrottu kuin, jos palkkio oli esimerkiksi yhdennessätoista oksassa. Kekomuurahainen osaa ilmeisesti  jotenkin välittää tällaisenkin viestin: ”se yhdestoista oksa missä on usein ollut ruokaa, tiedäthän, nyt ruoka on siinä sitä seuraavassa oksassa” – ja tämä juttu on paljon nopeammin kerrottu kuin, jos oikeaksi oksaksi olisi alunperin vain arvottu sama kahdestoista oksa.

Vielä yksi kiva yksityiskohta tuloksista: jos testioksien runko oli ympyränmallinen, muurahaiset kiersivät sitä aina myötäpäivään (Reznikova ja Ryabko 2001). Miksi? Selvittäkääpä se.

En kuvaa tässä jutussa sen tarkemmin Reznikovan ja Ryabkon koejärjestelyä. Selkein kuvaus siitä on vuoden 2001 artikkelissa (pdf). Riittäköön tässä mainita, että koejärjestely vaikuttaa minusta aukottomalta.

(1) Tilastollista luotettavuutta lisättiin kolmivaiheisella koejärjestelyllä, ensin palkkio-oksa valittiin satunnaisesti, sitten painotettiin vahvasti yhden tai kahden oksan todennäköisyyttä ja kolmannessa vaiheessa valittiin oksa taas satunnaisesti.

(2) Siperian lisäksi Suomi on hyvä paikka huippusosiaalisille kekomuurahaisille. Suomessa on tehty muutakin kuin vain istuttu kusiaispesässä, täällä on hienot perinteet kekomuurahaisten tutkimisessa. Alan pioneeri R. Rosengren selvitti esimerkiksi kekomuurahaisten hienostunutta työnjakoa jo 1970-luvulla.

(3) Lajit olivat kaljukekomuurahainen, verimuurahainen (Formica sanguinea) ja Camponotus saxatilis – yhteistä näille lajeille on, että ne keräävät kirvojen mesikastetta (oikeiden…) puiden monimutkaisessa oksaverkostossa.

Missä oksassa hinaja on?

(4) Olen kerran hoitanut kekomuurahaisia kesätyönä; olin tutkimusapulaisena Tvärminnen biologisella asemalla ja kuukauden verran pidin pihamökissä huolta W. Forteliuksen Formica uralensis -pesistä. Voin paljastaa tässä yhden ammattilaisten kikan muurahaisten hallintaan: fluoni. Fluoni on liukasta ainetta, joka astian seinään siveltynä estää muurahaisia kapuamasta sieltä pois. En tiedä ovatko Reznikova ja Ryabko käyttäneet tätä konstia. Koeareenat he sijoittivat veden päälle niin, ettei oikaista voinut.

Viitteet:

Reznikova, Z. 2007: Animal intelligence: from individual to social cognition. Cambridge University Press, 472 s.

Reznikova, Z. ja Ryabko, B. 2011: Numerical competence in animals, with an insight from ants. Behaviour 148: 405-434.

Reznikova, Z. ja Ryabko, B. 2001: A study of ants’ numerical competence. Electron. Trans. Artif. Intell. 5 B: 111-126.

Reznikova, Z. ja Ryabko, B. 1994: Experimental study of the ants’ communication system with the application of the information theory approach. Mem. Zool. 48: 219-236.

(C): Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Luotiklusteri, ihminen ja pieni kivi

Luin Tähtisen ja Flynnin (2008) kirjaa, jonka pääaiheet ovat suuri ja tuntematon pimeä aine ja vielä suurempi ja vielä tuntemattomampi pimeä energia – oikein valaiseva kirja. Maailmankuvani kirjaimellisesti avartui pimeiden asioiden lisäksi tähtitieteilijöille varmasti hirmu tuttujen valoisien asioiden suhteen.

Pysähdyin kirjaa lukiessani ihastelemaan ja ihmettelemään Luotiklusteriksi kutsuttua isoa galaksijoukkoa. Luotiklusteri on syntynyt kosmisessa kolarissa, missä galaksijoukko on törmännyt suoraan ja kovaa päin toista galaksijoukkoa.

Mittasuhteet galaksijoukoista puhuttaessa ovat hämmentävän isoja. Hämmentävintä on ehkä se, että paikan päällä juuri mikään ei näyttäisi törmäävän juuri mihinkään, mutta kokonaisuutena mäjäys on silti maailmankaikkeuden tunnetun historia isoimpia.

Luotiklusterin ja toisen ison galaksijoukon kolarin jäljet ovat täältä meiltä Linnunradasta katsottuna juuri sopivan tuoreet, noin sadan miljoonan vuoden ikäiset (1). Satojen triljoonien kilometrien läpimittaisten galaksirykelmien varsinaisessa törmäyksessä on tietysti kestänyt tovi, vaikka törmäysvauhti on ollut viisitoista miljoonaa kilometriä tunnissa.

Olennaista galaksijoukoissa on, että galakseja on niissä hyvin harvassa. Kun galaksijoukot törmäävät, niiden galaksit eivät juuri törmää toisiinsa. Galaksijoukot lipuvat majesteettisesti toistensa läpi. Vaikka kaksi galaksia törmäisikin, galaksien tähdet eivät juuri törmäisi, tähtiä on galakseissa niin harvassa, että galaksit vain purjehtisivat toistensa läpi.

Mikä sitten oikein törmää, jos eivät galaksit eivätkä tähdet? Vastaus on kaasu. Kaasu on tosin vähän outo ilmaisu, kun puhutaan galaksien välisestä avaruudesta. Jos galaksien välisestä ”kaasusta” ottaisi näytteen purkkiin ja toisi sen maapallolle, purkista löytyisi ylivoimaisesti paras supertyhjiö mitä täällä on nähty; parhaissakin ihmisen tekemissä tyhjiöissä on satatuhatta kertaa enemmän ainetta kuin galaksien välisessä kaasussa.

Luotiklusteri on kuvassa oikeanpuoleinen mötikkä. Vaaleanpunainen on lähinnä kaasua, sininen on gravitaation paljastamaa pimeää ainetta ja valkoiset ja oranssit täplät ovat valoisia galakseja.

Galaksien välinen kaasu on ”kuumaa”. Kuumakin on vähän outo ilmaisu tässä yhteydessä. Lämpö on liikettä. Kuumassa kaasussa ainehiukkaset liikkuvat kovaa. Lämpötilaksi muutettuna ainehiukkasten liike vastaa kymmeniä miljoonia asteita. Galaksien välisessä kaasussa ainetta on kuitenkin niin naurettavan vähän, että eipä galaksien välisessä avaruudessa kuuma tulisi, jos sinne menisi.

Nyt päästään tämän jutun pääpointtiin: galaksijoukot ovat isoja. Niiden törmäys olisi paikan päällä katsottuna juuri yhtä jännittävää kuin voi kuvitella kahden supertyhjän tyhjiön törmäyksen olevan – mitään ei näkyisi. Kokonaisuutena katsoen törmäys on kuitenkin tolkuttoman iso (2). Totta kyllä, yksinäiset orvot ainehiukkaset (ionisoituneet vety- ja heliumatomit) liikkuvat kovaa ja kun ne sitten viimein sattuvat törmäämään, törmäys on atomitasolla raju. Törmäävät atomit ”vinkaisevat” liikkeelle säteilykvantin. Galaksijoukkojen mittasuhteissa näistä vinkaisuista kasvaa kosminen karjunta. Törmänneet galaksijoukot säteilevät kuin jättimäinen kasa hulluksi tulleita hammaslääkärin röntgenlaitteita (3).

(Varoitus, jutussa seuraa vähittäinen siirtymä filosofiseen hömppään.)

Tähtitaivaan alla ihmisillä on ollut perinne tuntea itsensä pieneksi. Varsinkin sen jälkeen kun tajuttiin, että tähdet ovat aurinkoja. Tarkemmin sanottuna yötaivaalla näkyvät ”lukemattomat” auringot ovat oman galaksimme lähiaurinkoja ja vielä niiden kirkasta eliittiä. Hyvissä olosuhteissa pari ihan läheisintä naapurigalaksiamme erottuu pelkillä silmillä. Muita pitää tähystää kaukoputkella. Kymmenientuhansien triljoonien kilometrien päässä majailevaa Luotiklusteria tähystetään muun muassa satelliitin röntgenteleskoopilla.

Kuuden tuhannen triljoonan tonnin maapallo ei (paljon) liikahda, jos sitä potkaisee, maapallo on pieni aurinkoihin verrattuna, auringot ovat pieniä galakseihin verrattuna, galaksit ovat pieniä… pointti ymmärretty. Ihminen on pieni. Mutta entäs sitten? Miksi iso olisi tärkeämpää kuin pieni? En keksi yhtään järkevää selitystä.

En yritä nostaa ihmistä mihinkään taianomaiseen ja muusta maailmasta riippumattomaan asemaan, päinvastoin. Ihminen on ainutlaatuinen eläinlaji ja esimerkiksi vesinokkaeläin on toinen ainutlaatuinen eläinlaji. Yksi vesinokkaeläimen ainutlaatuisista piirteistä on sähköaisti nokkaa muistuttavassa kuonossa. Yksi ihmisen ainutlaatuisia piirteitä on kyky saada selville, että on olemassa jotain sellaista kuin toisiinsa törmääviä galaksijoukkoja. Totta kyllä, useimmat ihmiset eivät mieti usein törmääviä galaksijoukkoja. Ihmiset miettivät suurimman osan elämäänsä lähinnä toisia ihmisiä (4), eikä siinä ole mitään pahaa. Monet muutkin eläinlajit ovat äärimmäisen kiinnostuneita lajikavereistaan. Suvullisesti lisääntyvälle ja sosiaaliselle lajille lajikaverit ovat elämän ja kuoleman kysymys.

Ihmisen merkitystä ei pidä vähätellä siksi, että ihminen on pienempi kuin galaksijoukko – ja aivan yhtälailla esimerkiksi pienen kiven merkitystä ei pidä vähätellä siksi, että se on pienempi kuin ihminen. Jokainen pieni kivi on ainutlaatuinen. Samanlaista ei voi olla jo pelkästään sen takia, että jokaisella kivellä on ainutlaatuinen sijaintinsa aika-avaruudessa. Juuri tällaista pientä kiveä ei voi olla olemassa ilman juuri tällaista maailmankaikkeutta – ja päinvastoin – juuri tällaista maailmankaikkeutta ei voi olla olemassa ilman juuri tällaista pientä kiveä! (Kiviä paljon pienempien alkeishiukkasten maailmassa yksilöllisyys on häilyvä käsite, elektronia ei voi sanoa yhtä varmasti ainutlaatuiseksi kuin pientä kiveä, mutta alkeishiukkasten parissakin jokainen tapahtuma on ainutlaatuinen.)

Viimeisenä vetona pieniä asioita väheksyvälle voi sanoa, että maailmankaikkeuskin on joskus ollut pieni, pienempi kuin pienin kivi – ja luulen, että voi ihan liioittelematta sanoa, että maailmankaikkeus on tärkeä…?

(1) Sata miljoonaa vuotta on tietysti kosmisesti lyhyt aika, mutta inhimillisesti niin pitkä että siitä on vaikea saada otetta. Mittakaavaa voi hakea vaikka mannerlaattojen liikunnasta: sadan miljoonan vuoden päästä Afrikka ja Eurooppa ovat törmänneet toisiinsa ja Välimeren paikalla on vuoria; toisaalta dinosaurukset rellestivät ”maailman valtiaina” (lue: yleisimpinä planeettamme isoista elukoista) reilusti yli sata miljoonaa vuotta.

(2) Tuhat noniljoonaa joulea – vertaa: http://en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_(energy)

(3) Osaisiko joku sanoa kuinka paljon enemmän kaksi törmännyttä galaksijoukkoa säteilee kun hammaslääkärin röntgenlaite, en onnistunut selvittämään tätä relevanttia asiaa? Muutenkin otan mielelläni vastaan korjauksia jutun puutteista ja virheistä.

(4) Ostapa vaikka sanomalehti tai aikakauslehti ja laske jutut, jotka eivät kerro ihmisistä…

Viite:

Tähtinen, L. Ja Flynn, C. 2008: Universumin pimeä puoli. Ursa. 192 s. (Luotiklusterista 1E 0657-66 kerrotaan sivuilla 81-97. )

(C) Kuvakollaasi: vaaleanpunainen tuhru: Markevitch, M. ym., Nasa; sininen tuhru ja valkoiset ja oranssit täplät: Glowe, D. ym., Nasa.

(C) Teksti: Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Miksi en osaa suunnistaa?

En ole koskaan juossut kokonaista suunnistusrataa ”pummaamatta”. Lähes poikkeuksetta pummieni joukossa on myös isoja eksymisiä, joissa minulla ei ole juuri mitään käsitystä missä olen ja mihin suuntaan pitäisi lähteä. Miksi näin, olenko tyhmä? Kai niinkin voi sanoa. Jos joku on huono vaikka matematiikassa sitä voi puolustaa sanomalla, että älykkyyttä on montaa lajia. Kai sitten tyhmyyttäkin voi olla montaa lajia ja minua vaivaa suunnistustyhmyys…

Toisaalta yhtä hyvin voisi ehkä syyttää esimerkiksi sokeaa valon fysiikkaan ja näkemisen fysiologiaan hyvin perehtynyttä ihmistä, että ”tyhmä, kun et osaa nähdä” (tai lukihäiriöistä, että ”tyhmä kun et osaa kirjoittaa sanoja oikein”). Minä olen ihan hyvä suunnistaja – teoriassa. Perustiedot omaksuin jo lapsena suunnistuskerhossa, -leirillä ja iltarasteilla. Jukolan viestin* tunnelma lumosi paikan päällä ja radiosta kuunneltuna. Olen lukenut suunnistusaiheisia kirjoituksia ja kuunnellut oikeiden suunnistajien juttuja. Mutta tositilanteessa metsässä… I just don’t get it!

Suunnistus ei tosiaankaan ole bravuurilajini, mutta olen silti harrastanut suunnistustakin enemmän tai vähemmän koko ajan. Joinain kesinä (kun kunto kesti pitkiäkin pummailuja…) kävin melko monessakin kisassa. Viime vuosina harrastus on kyllä vähentynyt ja välillä jäänyt väliin ihan kokonaan. Intoa on vaikea pitää yllä kun ei osaa.

Helppo selitys huonolle suunnistustaidolle on, että ”ei ole suuntavaistoa”, mutta mitä se oikeastaan tarkoittaa? Huomaan kyllä ”suuntavaistoni” huonoksi esimerkiksi autolla liikkeellä ollessani. Jos vaikka ajan uuteen paikkaan niin, että joku neuvoo reitin vieressä niin takaisin tullessa minua pitää neuvoa taas! Muutama risteys riittää sekaisin menemiseen, en palatessa enää tiedä mihin pitää kääntyä. Tietysti voin tietoisesti opetella reittiä tyyliin ”kaksi kertaa vasempaan, oikeaan, vielä kerran vasempaan”, mutta se on ihan eri asia kuin hahmottaa oikeat suunnat mielessään ja kokea risteykset joka suunnasta tutuiksi. Tarvitsen aika monta toistoa ennen kuin opin uuden ajoreitin.

Maiseman ”kääntäminen” päässä on minulle vaikeaa. Jos vaikka nukun sängyssä eri päin kuin tavallisesti, voin muistaa sen aamulla, mutta on hirvittävän vaikea ”kääntää” huone päässä niin, että osaisin kuvitella mitä näen kun avaan silmät. (Muut aistit voivat auttaa, vaikka ikkunasta kuuluva linnunlaulu helpottaa orientoitumista.) Toinen esimerkki maiseman mielessä pyörittelyn vaikeudesta: jos olen istunut junaan niin niin, että kuvittelen olevani selkä menosuuntaan ja juna lähteekin sitten eteenpäin, en oikein millään pääse eroon tunteesta, että nyt mennään väärään suuntaan, jos en katso ikkunasta ulos (ja siellä ei ole pimeää…)

Suunnistaessa maiseman kääntely mielessä on tietysti aivan olennainen taito. Pitäisi osata ennakoida miltä maiseman pitäisi näyttää, jos etenee suoraan ja miltä, jos alkaa ajautua suuntaan tai toiseen vinoon. Ennen kuin voi ennakoida tulevan maiseman, on tietysti hahmotettava nykyinen maisema ja muistettava taakse jäänyt maisema.

En ole koskaan ollut hyvä geometriassa**. En pysty hyvin hahmottamaan mielessäni muotoja ja pyörittelemään niitä mielessäni. Suunnistaessa pitäisi hahmottaa kertavilkaisulla iso määrä kartan kaksiulotteista geometriaa ja kääntää se mielessään maaston kolmiulotteiseksi geometriaksi. Kun nyt asiaa mietin ja kokeilen, niin en oikeastaan ole hyvä visualisoimaan yhtään mitään. Päässäni ei synny mitään valokuvan tapaista edes tutuimmista ihmisistä, esineistä tai paikoista. Mielikuvat ovat häilyviä, enkä saa niistä ”otetta” niin, että voisin liikuttaa ja pyöritellä niitä mielessäni tai tarkastella niiden yksityiskohtia. En ikinä pystyisi vaikkapa piirtämään ”ulkomuistista” muuta kuin hyvin yksinkertaisia kohteita.

En käsitä miten suunnistajat muistavat kisan jälkeen elävästi kaikki vaikkapa kaksikymmentä rastipistettä. Tai miten suunnistaja voi ottaa kolmensadan kartan pinostaan jonkun vaan ja alkaa sujuvasti ja yksityiskohtaisesti selostaa kartan paikkoja ja kartalla käydyn kisan kulkua. Kun itse otan vanhan kartan pinostani, en välttämättä muista lainkaan miltä kartan kuvaamassa maastossa näytti. Heti kisan jälkeen en ikinä pysty piirtämään karttaan kulkemaani reittiä läheskään kokonaan. Suurin vika on tietysti siinä, etten ole edetessäni ”ollut kartalla”, mutta luulen, että unohdan myös sellaisia kohtia, missä olen osannut suunnistaa ja tiennyt missä menen.

Muisti toimii ihmisillä yllättävän eri tavoin. Joidenkin muisti on hyvinkin visuaalinen. Erityistapauksissa joku voi muistaa kuvantarkasti suunnilleen kaiken mitä elämässään on nähnyt kuten A. R. Lurian (1968) kuvaama suurmuistaja ”S”. On siis uskottava, että tällainen muistikin on aivoille fysiologisesti mahdollinen. Eri asia on sitten, että onko tällainen kyky jostain muusta pois. Evoluutio ei selvästikään ole suosinut tällä tavoin tarkkaa muistia.

Eihän se omaa suunnistuskykyä yhtään paranna, mutta on jotenkin lohdullista lukea, että jonkun muun suunnistuskyvyt ovat vielä omianikin huonommat – varsinkin jos tämä joku muu on yksi eniten arvostamiani ihmisiä maailmassa: neurologi Oliver Sacks on yhdistelmä tarkkaa, mutta syvällistä ja pohdiskelevaa tutkijaa ja empaattista lääkäriä, joka osaa huomioida ihmiset kokonaisuuksina eikä vain oirekokoelmina***, mutta suunnistuskisaan Sacksiä ei kannattaisi päästää… Uudessa kirjassaan Sacks kuvailee itseään näin: ”Kun lähdin kävelylle tai polkupyöräajelulle, minun täytyi noudattaa täsmälleen tiettyä reittiä; tiesin, että jos tekisin pienenkin poikkeaman, eksyisin välittömästi ja täydellisesti. Halusin seikkailla ja käydä eksoottisissa paikoissa – mutta saatoin tehdä niin vain, jos pyöräilin jonkun ystäväni kanssa.” …”Vaikka kuljin samaa reittiä kahdesti päivässä kahdeksan vuoden ajan, tie ei koskaan tullut minulle tutuksi… käännyin usein tieltä väärässä kohtaa. Huomasin virheeni vasta kun tulin jommallekummalle maamerkille, jotka jopa minä pystyin tunnistamaan…” (Sacks 2010, s. 98, 99).

Tässä kymmenennessä kirjassaan Sacks paljastaa myös toisen aivan uuden piirteen itsestään: prosopagnosian eli kasvosokeuden. Heikkoon kykyyn tunnistaa paikkoja ja maisemia kytkeytyy Sacksillä myös poikkeuksellisen ja hämmentävän heikko kyky tunnistaa edes säännöllisesti tapaamiensa ihmisten kasvoja (ja toisinaan edes omia kasvojaan – vai onko se sittenkin toinen partasuu ikkunan toisella puolella…?)  Sacksin assistentilla Katella on pulmia ihan tavallisten tapaamisten järjestämisessä: ”Meillä saattaa olla ongelma…. Tohtori Sacks ei tunnista ketään… Ja on toinenkin juttu… Tohtori Sacks ei löydä ravintoloita tai muitakaan paikkoja; hän eksyy hyvin helposti – toisinaan hän ei tunnista edes omaa taloaan” (Sacks 2010, s. 102). Kasvojen kanssa minulla ei ole pulmia eikä paikkojenkaan kanssa näin pahoja; eksyilen kyllä lenkeillä ja kaupungilla kävellessä, mutta Sacks taitaa olla vielä paljon toivottomampi.

Kiinnostavaa suunnistuksen kannalta ovat myös Sacksin havainnot stereonäöstä ja sen puutteesta. Sacks (”New Yorkin stereoskooppisen seuran aktiivijäsen”) kokee toisen silmänsä osittaisen sokeutumisen valtavana menetyksenä (joskin siitä seuraa myös kiinnostavia ja jopa hauskoja havaintoja aivojen yrittäessä ymmärtää ja parhaansa mukaan paikata uutta tilannetta). Sacksin kuvaama potilas ”Sue” puolestaan kokee stereonäön saamisen (karsastuksen korjaamisen ja uutterien harjoitusten avulla) ihmeelliseksi visuaalista maailmaa laajentavaksi elämykseksi. Minulla ei tietääkseni ole stereonäössä mitään vikaa, ainakin kaikentyyppisten stereokuvien näkeminen onnistuu ihan hyvin. Silti en koe toisen silmän sulkemista isoksi muutokseksi, maailma ei muutu litteäksi Sacksin kuvaamalla tavalla, eikä minusta tosiaankaan ole yhtään vaikeaa hahmottaa portaita portaiksi toinen silmä (kumpi tahansa) suljettuna. Ilmeisesti ihmiset hahmottavat kolmiulotteisen ympäristön yllättävän erilaisin keinoin, enkä sitten tiedä mikä tapa olisi suunnistuksessa hyvä.

Vieläkö voisin oppia suunnistamaan? Pitäisikö yrittää vielä toiset kolmekymmentä vuotta? (Kannattaako yrittää joulupukiksi, jos ei ole lahjoja…?) Olen ollut suunnistuksessa huono myös ihan selkeiden fyysisten syiden takia – lyhyesti sanottuna en osaa juosta metsässä (maantiekiitäjä mikä maantiekiitäjä). Fysiikasta tietäisin kuitenkin sentään miten sitä voisi kehittää. Mutta miten kehittää ”suuntavaistoa”, visuaalista hahmottamista ja visuaalista muistia? Onko visuaalista mielikuvitusta edes mahdollista harjoitella, vai onko se kuin sokea yrittäisi harjoitella näkemistä?

Entä haluanko edes kehittää visuaalisia kykyjäni, vai hahmottaa ja muistaa asiat jatkossakin asiat omalla tavallani?

* Minua kyllä ärsyttävät kisaan liittyvät seitsemän veljestä -jorinat ja metsäkirkot…

** Todennäköisyyslaskenta on minulle oikeastaan ainoa luonteva ja helpolta tuntuva osa matematiikkaa. On minulla silti hoidettuna ”missä aita matalin” -periaattella cumun verran matematiikan opintoja yliopistolta, mistä olen aika ylpeä. Olisi kiinnostavaa tietää onko suunnistus- ja matemaattisilla kyvyillä korrelaatiota.

*** Sacksin (1984) kirja ”A leg to stand on” pitäisi minusta määrätä pakolliseksi kaikille lääkäriksi opiskeleville.

Viitteet:

Luria, A. R. 1968 (alkuteos?) Suom. Koivisto M. 1996: Suurmuistaja: pieni kirja suuresta muistista & Mies jonka maailma pirstoutui: erään aivovaurion tarina. Gaudeamus. 298 s.

Sacks, O. 1984: A leg to stand on. Uusi painos: 1991 Picador. 192 s.

Sacks, O. 2010 The mind’s eye. Suom. Tanner, H. 2011: Kirjailija joka kadotti kirjaimet ja muita mielen arvoituksia. Tammi. 288 s.

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Purppurasuuhautoja ja sen sukulaiset

Tarkkailin muutaman viikon akvaariossa purppurasuuhautojia (Pseudocrenilabrus nicholsi). Lyhyen tuttavuuden aikana ehdin hyvin muistaa miksi pidän kirjoahvenista; purppurasuuhautojat olivat heti ensi minuuteista alkaen eloisia, uteliaita ja rohkeita kaloja. Akvaarion lähelle ei voinut edes hiippailla, saati laittaa sinne jotain syötäväksi kelpaavaa, ilman että kalat olisivat huomanneet ja singahtaneet paikalle.

Sitten käärmekalat söivät meidän kivat pikkukalat*.

Isompia yksilöitä (tai uutta akvaariota) odotellessa on tyydyttävä purppurasuuhautojien osalta teoriaan…

Kirjoahvenkirjoa: purppurasuuhautojakoiraan värejä ovat keltainen ja violetti, aikuisena väritys voimistuu ja täydentyy kirkkaalla punaisella.

Luonnossa purppurasuuhautojia elää vain keskellä Afrikkaa Kongon eli entisen Zairen vesissä. Kalan kotiseuduille ei ole oikein voinut järjestää tutkimusretkiä sotien takia**. Luonnonvaraisista purppurasuuhautojista ei tiedetäkään oikein mitään ja laboratorioissa tutkittujen yksilöiden ”kotiseutu” on ollut akvaariokauppa (Katongo ym. 2005, Koblmüller ym. 2008). Kaikki purppurasuuhautojista kiinnostuneet tutkijat eivät ole löytäneet lajia edes kaupasta (Salzburger ym. 2005).

Purppurasuuhautojan läheisin sukulaislaji on kohtalaisen todennäköisesti (parin mitokondrio-dna -pätkän mukaan) akvaarioharrastajien vanha tuttu kirjosuuhautoja (Katongo ym. 2005, Koblmüller ym. 2008). Saman suvun kolmas laji messinkisuuhautoja on enemmän purppurasuuhautojan näköinen (Salzburger ym. 2005), mutta sille kaukaisempaa sukua. Muita läheisiä sukulaislajeja purppurasuuhautojalle ei ole vielä tieteellisesti kuvattu, mutta messinkisuuhautojan muotoja jaetaan jatkossa varmasti useampaan lajiin ja joukkoon lisätään luultavasti myös Haplochromis machadoi -niminen kala, joka dna:n perusteella kuuluu messinkisuuhautojien porukkaan (Koblmüller ym. 2008).

Purppurasuuhautoja on sukunsa ainoa laji Keski-Afrikassa; kirjosuuhautojan alueita ovat sekä Itä- että Pohjois-Afrikka ja messinkisuuhautojan aluetta Etelä-Afrikka.

Purppurasuuhautojan suvulle suhteellisen läheisiä, mutta selvästi erillisiä porukoitaan ovat Astatoreochromis-suvun kirjoahvenet ja toinen ryhmä, johon kuuluu tällä hetkellä Serranochromis ja pari muuta sukua. Suomenkielisiä nimiä näillä kaloilla ole eikä niiden tietellisiä nimiäkään kannata välttämättä opetella – ne muuttuvat luultavasti vielä moneen kertaan, kun kirjoahventen systematiikka tulee paremmin haltuun. Outojen kalojen tieteelliset nimet eivät sellaisenaan paljon kerro; onneksi internetti on keksitty niin, että voi katsoa miltä esimerkiksi Astatoreochromikset näyttävät.

Neljäs purppurasuuhautojien ja kumppanien sukulaisryhmä on syypää siihen, että tutkijat ovat niin kiinnostuneita näistä kaloista. Ryhmään kuuluu joukko Tanganjika-järven kirjoahvenia (Tropheus-suvun keisarit  ja muu Tropheini-sukukunta), kaikki Malawi- ja Viktoria-järvien kirjoahvenet ja joukko lajeja joista ja pienemmistä järvistä. Tässä ”superhaplo”-ryhmässä (”modern Haplochromines”; Salzburger ym. 2005) kiinnostavaa on – siis sen lisäksi, että ne ovat nättejä ja kivoja kaloja – se, että lajeja on tolkuttoman paljon***.

Kuvan sukupuussa on ”superhaplojen” kolme suurta suurten järvien ryhmää ja, ettei puu näyttäisi liian yksinkertaiselta, kaksi lajia suurten järvien lähiympäristöstä: Haplochromis squamipinnis elää Edward- ja George-järvissä Ugandassa ja sinisuuhautoja (Astatotilapia burtoni) Tanganjika-järven ympäristön joissa ja Kivu-järvessä ja on löytänyt tiensä soisille rannoille itse Tanganjika-järveenkin.

Syvää ja vanhaa rotkojärveä Tanganjikaa on arveltu kaikkien Itä-Afrikan kirjoahventen alkukodiksi (Salzburger ym. 2005). Tämä teoria on riippuvainen siitä onko sukupuut ajoitettu oikein, todellisuus saattaa olla monimutkaisempi (Genner ym. 2007, Schwarzer ym. 2009); pitäisikö ajoituksessa luottaa fossiileihin vai mannerlaattoihin – ovatko kirjoahvenet voineet ylittää suolaisia meriä?

Yksi pulma Itä-Afrikan kirjoahventen liikkeiden selvittämisessä on, että kukaan ei tarkkaan tiedä koska Afrikassa on ollut vettä ja missä. Afrikassa on syntynyt ja hävinnyt isojakin vesistöjä; muinaisjärvi Makgadikgadissa (luuliko joku, että kalojen tieteelliset nimet ovat vaikeita…?) on kenties ollut ihan yhtä hurja lajikirjo kuin tämän hetkisissä suurissa järvissä (Joyce ym. 2005). Edellä mainittu Serranochromis-porukka on luultavasti syntyjään Makgadikgadista. Nykyisin järven paikalla on Kalaharin suola-aavikkoa.

Viktoria-järven alue puolestaan on ollut joskus ihan hiljattain, ehkä vain 15 000 vuotta sitten, enemmän tai vähemmän kuivillaan. Nykyinen Viktoria on Belgian kokoinen järvi. Viktoria-järven nuoruus tekee sen sadoista kirjoahvenlajeista kiinnostavia, mutta samalla hankalia tutkittavia; lajit ovat niin läheisiä sukulaisia keskenään, että niistä on vaikea saada tolkkua dna:n perusteellakaan. Viktoria-järven kirjoahvenilla ei toistaiseksi ole suomenkielisiä nimiä ja tieteellistä kuvausta odotellessa monen lajin nimi on tyyliä Haplochromis ”sitä sun tätä”.

Kuvan sukupuussa on purppurasuuhautojan suvun (Pseudocrenilabrus), ”superhaplojen” ja lähiryhmien mahdollinen sukupuu. Puuta ei ole vielä luotettavasti ratkaistu, joten oikea haarautumisjärjestys voi olla jokin toinenkin. Yhteistä kaikille sukupuun kaloille on, että ne ovat (maternaalisia) suuhautojia. Mätimunat kehittyvät naaraan suussa ja äidin suu toimii turvapaikkana vielä poikasillekin. ”Superhaplot” ja Astatoreochromikset sopisivat sikäli hyvin toisilleen kaikkein läheisimmiksi sisarryhmiksi, että niiden molempien koirailla on mätimunia jäljittelevät – tai oikeastaan niitä liioittelevat – täplät peräevässä (Salzburger ym. 2005). Kalojen peräevien täplät eivät ehkä äkkiseltään kuulosta maailman merkittävimmältä asialta, mutta niin paljon näitä täpläeväisä kaloja arvostetaan, että niille on omistettu kokonainen lehti.

Tuhannen taalan kysymys on tietysti, miksi yhdessä puun sukuhaarassa on kaksituhatta lajia, kun muissa lajeja on vain muutama hassu. Suuhautominen ja ehkä munatäplätkin ovat voineet auttaa lajeja pärjäämään, mutta eivät riitä selitykseksi superlajiutumiselle. Monet muutkin kirjoahvenet, esimerkiksi Etelä-Amerikan tonkijat, ovat ihan itsenäisesti ”keksineet” suuhautomisen, mutta niiden lajimäärä ei ole räjähtänyt. Afrikan järvien mahtava koko ei sekään riitä yksinään selitykseksi hurjalle lajiutumiselle; järvissä on monia muitakin kalaryhmiä kuin kirjoahvenia, mutta niiden lajimäärät ovat ihan maltillisia. Todennäköisimmin superhaplojen lajiutumisessa on paljolti kyse kalojen ”muodista” (lue: sukupuolivalinnasta) – siitä minkä värisiä koiraat ovat ja voivat olla ja minkä värisistä koiraista naaraat synnynnäisesti tykkäävät.

Kirjoahvenlajeja on paljon, mutta ei ole mitenkään selvää millä mittareilla menestystä evoluutiossa pitäisi mitata. (Jos lajimäärä olisi ainoa mittari, esimerkiksi kovakuoriaiset ja parasitoidit pistiäiset olisivat enemmän ”maailman valtiaita” kuin dinosaurukset tai nisäkkäät ikinä.)

Kuvan puussa on yhdistetty kaikki tässä jutussa aiemmin käsitellyt puut ja lisätty vielä pari oksaa. Tanganjika-järven muihin kuin Tropheini-kirjoahveniin kuuluu useita akvaarioharrastajien suosikkisukukuntia (esimerkkilajeina vaikkapa kultakoruahven, nenäsulkahautoja, pilkkuturpa-ahven, linjavaljasahven ja pahkakirjoahven). Tanganjika-järven sukukuntien väleihin kuuluisi taas kerran erinäisiä heikosti tunnettuja jokien ja pienten järvien lajeja, ja yksi Tanganjika-järven kirjoahvenlaji ei sovi tähän puuhun ollenkaan, mutta ehkä ei niistä sen enempää, outoja kalalajeja on tullut tähän juttuun jo tarpeeksi…

Sukupuun uloin haara on kaikille tässä jutussa käsitellyille kaloille kaikkein läheisin sisarryhmä. Tätä kunniakasta paikkaa pitää todennäköisesti (sekä mitokondrion että tuman geenipätkien tukemana) hallussaan tilapiasuku nimeltä Tilapia (sensu stricto); muita kaloja, kuten ”avaruusahventa” ei oikein tilapioiksi sopisi kutsuakaan (Schwarzer ym. 2009).

Sukupuujuttua voisi tietysti jatkaa koko Afrikkaan – kuinka kaukana vastaan tulisivat esimerkiksi palettikalat ja timanttiahvenet – ja edelleen kaikkiin muihinkin kirjoahventen asuttamiin maanosiin ja muinaiseen Gondwana-mantereeseen asti. Ehkä kuitenkin säästän tarinan ihan kaikista kirjoahvenista johonkin toiseen kertaan.

* En ainakaan muuta selitystä keksi mihin purppurasuuhautojani katosivat. Tiesin kyllä että on riski laittaa pieniä kirjoahvenia samaan altaaseen käärmekalojen kanssa, vaikka nekin olivat pentuja vielä, mutta toiveajattelin, että purppurasuut kasvaisivat nopeasti suupalaa isommiksi. Purppurasuuhautojia ei alunperinkään ollut kuin kaksi, kun kaupassa ei ollut enempää jäljellä.

** Offtopic: Miten ihmisjoukot ovat niin pöljiä, vaikka ihmiset ovat yleensä ihan mukavia?

*** Olisi aika metkaa, jos Suomessa olisi yhdessä järvessä kaksi ja puolisataa lajia ahvenia, seuraavalla järvellä olisi kahdeksansataa lajia lisää (eikä yhtään samaa kuin edellisessä) ja kolmannessa järvessä olisi vielä viisisataa uutta lajia. Okei, epäreilua, pelkässä Tanganjikassa on 70 kertaa enemmän vettä kuin Suomen järvissä yhteensä (laskin), mutta on niitä kirjoahvenlajeja Itä-Afrikassa silti älyttömän paljon.

Viitteet:

Genner, M. J., Seehausen, O., Lunt, D. H., Joyce, D. A., Shaw, P. W., Carvalho, G. R. ja Turner, G. F. 2007: Age of cichlids: new dates for ancient lake fish radiations. Mol. Biol. Evol. 24: 1269-1282

Joyce, D. A., Lunt, D. H., Bills, R., Turner, G. F., Katongo, C., Duftner, N., Sturmbauer, C. ja Seehausen, O. 2005: An extant cichlid fish radiation emerged in an extinct Pleistocene lake. Nature 435: 90-95

Katongo, C., Koblmüller, S., Duftner, N., Makasa, L. ja Sturmbauer, C. 2005: Phylogeography and speciation in the Pseudocrenilabrus philander species  complex in Zambian rivers. Hydrobiol. 542: 221-233

Koblmüller, S., Schliewen, U. K., Duftner, N., Sefc. K. M., Katongo, C. ja Sturmbauer, C. 2008: Age and spread of the haplochromine cichlid fishes in Africa. Mol. Phylogenet. Evol. 49: 153-169

Salzburger, W., Mack, T., Verheyen, E. ja Meyer, A. 2005: Out of Tanganyika: Genesis, explosive speciation, key-innovations and phylogeography of the haplochromine cichlid fishes. BMC Evol. Biol. 5: 17

Schwarzer, J., Misof, B., Tautz, D. ja Schliewen, U. 2009: The root of the East African cichlid radiations. BMC Evol. Biol. 9: 186

(C) Kuvat: Afrikan kartta on artikkelista Salzburger ym. 2005, muut kuvat ovat omiani. Etsin sukupuiden piirtämiseen näppärää ohjelmaa ja löysinkin kivan: TreeGraph2.

(C) Teksti: Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Hybothorax graffii ja Myrmeleon bore

Linkki: tarinani leijonapistiäisestä ja muurahaisleijonasta hyönteisfoorumissa.

Kupla ja partaveitsi

…jatkoa viime numerosta

”Sekunnin päästä alkupamauksesta alkoi ”taivaalla” olla myös jonkin verran kouriintuntuvaa töhnää; pääasiassa fotoneja, elektroneja ja neutriinoja sekä niiden antihiukkasia ja hieman protoneja ja neutroneita, joita tietenkin myös tarvitaan, kun tehdään maailmankaikkeuksia, senhän ymmärtää assistenttikin” (Kajo 2003).

Piti ottaa vielä toinen erä tämän maailmankaikkeusjutun kanssa. Yritin tällä kertaa olla oikein looginen ja jäljittää tarkasti, mikä minua oikein häiritsee siinä ajatusmallissa, että kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien olisi pakko toteutua, jos maailmankaikkeuksia olisi äärettömän monta (e.g. Chown 2007)? Yritän seuraavassa purkaa tämän mallin pala palalta; mitä kaikkea pitäisi olettaa, että se voisi olla totta?

Tämän ”kaikkien maailmojen mallin” perusoletus on ymmärtääkseni, että maailmankaikkeuksia on äärettömästi, mutta yksittäiset maailmankaikkeudet ovat kaikin puolin äärellisiä, niillä on äärellinen määrä ”tiloja” missä olla. Jos yksittäisen maailmankaikkeuden vaihtoehtoisia tiloja olisi äärettömästi, en ainakaan keksi miten ikinä voisi olla varma, että kaikki vaihtoehdot ovat toteutuneet. Vaihtoehtoja olisi liikaa (äärettömästi liikaa). Miten voisi tietää kumpi ääretön olisi ”isompi”: maailmankaikkeuksien määrä vai yksittäisen maailmankaikkeuden tilojen määrä? (Olisivatko nämä äärettömät ”numeroituvia” vai ”ylinumeroituvia”)?

Jonkinlaisten luonnonlakien olemassaolo on toinen pakollinen oletus kaikkien maailmojen mallin toimivuudelle. En ainakaan osaa kuvitella mitä sellaisen maailmankaikkeuden olemassaolo voisi tarkoittaa, jossa ei olisi mitään luonnonlakeja. Olemassaolo vaatii jatkuvuutta ja pysyvyyttä. Ilman luonnonlakeja jatkuvuutta ja pysyvyyttä ei olisi. Ilman luonnonlakeja maailmankaikkeus olisi täysin satunnainen, kaikki asiat tapahtuisivat ilman syytä eikä mistään seuraisi mitään. Ilman luonnonlakeja ei voisi laskea ”protoneja” tai ”kaikkia mahdollisia maailmankaikkeuden tiloja”. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että jos tässä on nyt protoni, niin siinä pitää olla seuraavassa hetkessäkin protoni. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että jos tässä nyt on maailmankaikkeus, niin siinä pitää seuraavassa hetkessäkin olla maailmankaikkeus. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että olisi edes mitään ”seuraavaa hetkeä”.

”Kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien” voi siis varmaankin katsoa tarkoittavan ”kaikkia luonnonlakien sallimia maailmankaikkeuksia”.

Hyvä, oletetaan siis ääretön määrä äärellisiä maailmankaikkeuksia, joissa on luonnonlakeja. Seuraava käsiteltävä oletus on, että luonnonlait eivät saa olla äärettömän tarkkoja. Ääretön tarkkuus luonnonlaeissa johtaisi erikoistapaukseen, jossa kaikki mahdolliset maailmankaikkeudet toteutuisivat kyllä, mutta niitä mahdollisia maailmankaikkeuksia olisi vain yksi! Kun maailmankaikkeudet syntyisivät ja kehittyisivät täsmälleen samojen lakien mukaan äärettömän tarkasti, niiden välille ei missään vaiheessa tulisi mitään eroa. Pienen pienikin satunnaisuuden siemen kyllä riittäisi, pieni poikkeama luonnonlaeista, yksikin seuraus ilman syytä – ja maailmat lähtisivät kulkemaan aivan eri polkuja. Edes hitunen aitoa sattumaa on kuitenkin pakko olettaa, että maailmankaikkeudet voisivat olla erilaisia.

Oletataan siis luonnonlakeja, niin että käsite ”maailmankaikkeus” ylipäänsä tarkottaa jotain ja oletetaan myös sattumaa, niin että maailmankaikkeuksien välille saadaan jotain eroja. Tämän hetkiseen tieteelliseen maailmankuvaan nämä oletukset sopivat hyvin. Luonnonlakeja ainakin omalla maailmankaikkeudellamme selvästi on, juuri niin kuin kunnialliselle olemassaolevalle maailmankaikkeudelle kuuluu. Parhaan tietämyksemme mukaan maailmamme luonnonlainkuuliaisuuden takana kummittelee kuitenkin myös aitoa sattumaa. Periaatteessa maailmankaikkeudesta, jossa on aitoa sattumaa olisi tiedettävä ihan kaikki, että siitä voisi ennustaa yhtään mitään. Käytännössä tilanne ei ole ollenkaan niin paha. Maailmankaikkeutemme on monessa suhteessa oikein hyvätapainen ja ennustettava. Oikein tarkasti tutkittavaksi se ei kuitenkaan suostu niin kuin kaikki kvanttimekaanikot tietävät (ainakaan ilman että tarkkuus jossain muussa asiassa samalla hukataan kokonaan).

Maailmankaikkeuden syntymän tämän hetkiseen perusmalliin kuuluu yksi alkuräjähdys ja sitä seuraava kiihtyvä laajeneminen (”inflaatio”), joka venyttää maailmankaikkeutta, tai paremminkin metamaailmankaikkeutta, useammaksi maailmankaikkeudeksi. Syy monien maailmankaikkeuksien syntyyn tässä perusmallissa on erityinen luonnonlaki, jonka mukaan kaikella tiedon kululla on suurin mahdollinen nopeus, valonnopeus. Kiihtyvästi laajenevan maailmankaikkeuden toisistaan loitontuvat osat lakkaavat tämän nopeusrajoituksen takia ajan mittaan vaikuttamasta toisiinsa millään tavoin, eivätkä ne voi enää edes periaatteessa tietää toisistaan mitään; aiemmat saman maailmankaikkeuden osat ovat muuttuneet toisistaan riippumattomiksi itsenäisiksi maailmankaikkeuksiksi.

Alkuräjähdys- ja inflaatiomalli maailmankaikkeuksien (”kuplauniversumien”) syntymälle on siitä kätevä, että sen mukaisesti on luontevaa olettaa kaikkiin maailmankaikkeuksiin samat luonnonlait, ovathan ne alunperin lähtöisin samasta maailmankaikkeudesta. Luonnonlakien voi periaatteessa sallia muuttuvankin, jos ne vain muuttuvat kaikissa maailmankaikkeuksissa samalla tavoin, luonnonlakien muuttumiselle on siinä tapauksessa oltava omat luonnonlakinsa (metaluonnonlait). Jos luonnolait voisivat olla mitä sattuu, maailmankaikkeudetkin voisivat olla mitä sattuu eikä kukaan tietäisi kuinka paljon vaihtoehtoisia maailmankaikkeuksia on. Luonnonlakeja koskee sama vaatimus kuin ihan kaikkea muutakin, vaihtoehtoja ei saa olla äärettömästi tai muuten vaihtoehtoisten maailmankaikkeuksien tilojen määrä karkaa äärettömiin eikä silloin voi mitenkään olla varma kaikkien vaihtoehtojen toteutumisesta ”jossain”.

Luonnonlait ja sattuma – tarkistettu. Seuraava oletus kaikkien maailmojen mallille onkin sitten vailla mitään tieteellistä näyttöä: maailmankaikkeudet ovat kaikissa asioissa epäjatkuvia. Oletukseksi ei riitä että aine on epäjatkuvaa, myös ajan ja avaruuden on oltava epäjatkuvia (kvantittuneita). Jatkuvassa avaruudessa seikkailevalla roinalla olisi äärettömästi paikkoja oleskella jossain ja jatkuvassa ajassa sillä olisi äärettömästi ajanhetkiä tehdä jotain. Äärettömät paikat tai äärettömät ajanhetket puolestaan tarkoittaisivat ääretöntä määrää maailmankaikkeuden mahdollisia tiloja ja tämä sotii taas kaikkien maailmojen mallin ensimmäistä perusoletusta vastaan. Mahdollisia maailmankaikkeuden tiloja saa olla vain äärellinen määrä, joten mikään jatkuvuus ei käy.

Pidän kyllä epäjatkuvuuden oletuksesta, koska se tarkoittaa, että kaikki on hyppäyksellistä eikä mikään ole äärettömän tarkkaa – toisin sanoen äärettömän pientä ei ole olemassa. Maailmankaikkeus ei kuitenkaan välttämättä välitä siitä mistä minä pidän; ajan ja avaruuden epäjatkuvuudet ovat toistaiseksi pelkkää spekulaatiota. Onko koko todellisuus tosiaan pohjimmiltaan digitaalinen? (Kuinka nörttiä.) Toisaalta ei ajan ja avaruuden jatkuvuudestakaan varsinaisesti todisteita ole. Matemaattisena temppuna ”mielivaltaisen pieniin” osiin jakaminen toimii, mutta ehkä matematiikalla ei tässä yhteydessä ole vastinetta todellisuudessa. Sama matemaattinen temppu toimisi, vaikka differentiaalien ei annettaisi pienentyä äärettömiin, vaan niillä olisi jotkin pienimmät mahdolliset arvot, jotka vastaisivat pienintä mahdollista palaa avaruutta ja lyhintä mahdollinen ajanhetkeä.

Yhtäkaikki, piti siitä tai ei, spekulaatiota tai ei – epäjatkuvuus on oletuksissa mukana, joten jatketaan…

Kokoan yhteenvedon kaikista tähän astisista ”kaikkien maailmojen mallin” vaatimista oletuksista: maailmankaikkeuksia on ääretön määrä, mutta yksittäiset maailmankaikkeudet ovat kaikin puolin äärellisiä; aine, avaruus, aika ja luonnonlait ovat epäjatkuvia ja niitä on yksittäisissä maailmankaikkeuksissa äärellisesti. Luonnonlait eivät ole äärettömän tarkkoja, vaan sattumalta voi tapahtua mitä vaan ja kaikki maailmankaikkeuden tilat ovat mahdollisia – kunhan pysytään mainituissa äärellisyyden rajoissa. Seuraako näistä oletuksista, että maailmankaikkeuksissa toteutuvat kaikki mahdolliset vaihtoehdot? Kyllä, yhtä varmasti kuin, että äärettömällä nopanheitolla saataisiin varmasti kaikki mahdolliset tulokset (ja kaikki vielä äärettömän monta kertaa). Noppamaailmankaikkeuden mahdollisia tiloja olisi kuusi (tai yksi siinä erikoistapauksessa, missä luonnolait oletettaisiin äärettömän tarkoiksi). Kaikki mahdolliset vaihtoehdot toteutuisivat näillä oletuksilla varmasti, missä siis vika?

Luulen, että nyt olen paikantanut ongelman ytimen: vika on siinä, että yhdenlainen ääretön hyväksytään, mutta toisenlaista ei. Oletukset sallivat äärettömän suuren olemassa olon (ääretön määrä maailmankaikkeuksia), mutta eivät äärettömän pienen olemassaoloa (asioiden jatkuvuus äärettömän pieniin osiin). Mitään järkeviä perusteita äärettömien epätasa-arvoiselle kohtelulle ei ole.

Minkään asian äärettömyydestä ei ole näyttöä. Maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen mallikaan ei edellytä ääretöntä määrää maailmankaikkeuksia, hirvittävän, käsittämättömän, tajunnan räjäyttävän monia kyllä, mutta äärettömään verrattuna mikä tahansa äärellinen määrä maailmankaikkeuksia on kirjaimellisesti yhtä tyhjän kanssa (äärellinen/ääretön=0). Ääretön ei ole iso luku, se on jotain vahvempaa. Kaikki havainnot voidaan selittää yhtä hyvin olettamalla maailmankaikkeuksia vain hirmu monta kuin olettamalla niitä ääretön määrä. Kumpi valita, äärellinen vai ääretön?

Kun kaksi mallia selittää yhtä hyvin havainnot, ainoa järkevä tapa on pudottaa kaikki turha painolasti ja valita vaihtoehdoista yksinkertaisempi (Occamin partaveitsi -periaate).

Kumpi yksinkertaisempaa : a) maahisia ei ole eikä kyklooppejakaan vai b) maahisia ei ole, mutta kyklooppeja kyllä on?

Jos yhdenlaisista satuolennoista (kykloopeista tai äärettömästä määrästä maailmankaikkeuksia) olisi näyttöä, toisenlaisetkin (maahiset tai äärettömän pieniksi jatkuvat asiat) olisi ehkä enemmän syytä ottaa vakavasti.

Yksinkertaisinta on ajatella, että kaikkea on äärellisesti kunnes toisin todistetaan ja näin ollen kaikkien maailmojen mallin voi huoletta hylätä: kaikki mahdolliset maailmat sisältävä kuplauniversumi puhkeaa Occamin partaveitsellä. Bonuksena äärettömien maailmojen hylkäämisestä kenenkään ei tarvitse tulla hulluksi pohtiessaan mitä kaikkea niissä maailmoissa olisi.

Yhteenveto: edellä on pähkäilty mallia, jonka mukaan kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien on pakko olla olemassa. Mallin vaatimista oletuksista muut vaikuttavat päteviltä, mutta kompastukiveksi nousee vaatimus maailmankaikkeuksien äärettömästä määrästä. Minulla ei ole mitään aavistusta miten mitään voisi todistaa äärettömäksi (ainakaan äärellisessä ajassa).  Jos joku joskus löytää vastoin odotuksiani maailmankaikkeuksien äärettömälle määrälle pitäviä todisteita niin sitten lupaan kyllä heti uskoa äärettömien maailmojen äärettömiin viulunsoitonopettaja-Einsteineihin (Chown 2007), äärettömiin planeetan kokoisiin Valtaoja-patsaisiin (Valtaoja 2007) –  ja myös äärettömiin linnunradan kokoisiin Kolkkala-patsaisiin, joilla on päässä tonttuhattu ja joiden jalustassa lukee violetilla kaunokirjoituksella kaikilla Papua-Uuden-Guinean kielillä: Tässä tyyppi, joka luuli, että ääretöntä ei ole olemassa.

(Puh, äärellinen pää höyryää; seuraavaksi palaan kyllä ihan muihin aiheisiin, pieniin tai suuriin, mutta sentään jonkin kokoisiin.)

Päivitys 19.6.2011: palasin hiomaan tätä juttua vielä uudestaan ja sain mielestäni selkeämmäksi.  Hämärää logiikkaa jäi varmasti vieläkin; olisi hienoa kuulla mitkä ovat muiden mielestä tämän jutun vaikeimmin avautuvat kohdat.

Lisäys: hienoja termejä, joita en juttua kirjoittaessani tiennyt: ultrafinitismi ja digitaalinen fysiikka ja digitaalinen filosofia

Viitteet:

Chown, M. 2007: The never-ending days of being dead: dispaches from the front line of science. Suom. 2008 Perhoniemi, T.: Päättymättömät päivät kuolleena: uutisia tieteen eturintamalta, s. 33, Ursa.

Kajo, M. 2003: Kettusen paluu: ihmisen käsikirja, s. 72, Wsoy.

Valtaoja, E. 2007: Ihmeitä – kävelyretkiä kaikkeuteen , s. 267, Ursa

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com