Yksi minuutti historiassa ratkaisi elämämme maapallolla – Elämä avaruudessa vaatii kuusi asiaa

ESSEE: Kaikkialla maailmankaikkeudessa on valtavasti planeettoja, jotka sijaintinsa ja massansa puolesta täyttävät elämän ehdot.
Kotimaa 21.4.2017 18:51
Petter Portin

Kanavan kansikuvan on tehnyt kuvittaja ja valokuvaaja Vesa Lehtimäki. Hän on rakentanut kuvan planeetat pinnanmuotoineen, valokuvannut ne esineinä ja koonnut yhdistelmäksi piirrosta ja valokuvaa. © Vesa Lehtimäki

Ihminen etsii elämää avaruudesta, mutta edes elämän määrittely ei ole helppoa, kirjoittaa perinnöllisyystieteen emeritusprofessori Petter Portin uudessa Kanava-lehdessä.

Omastakin elämästämme tiedämme kovin vähän. ”On nimittäin avoin kysymys, onko Maan elämä syntynyt onnekkaan sattuman ansiosta vai luonnonlakien välttämättömyydellä.”

Mutta se tiedetään, että koko olemassaolomme on yhdestä historian minuutista kiinni.

Suomen Kuvalehti julkaisee Portinin kirjoituksen kokonaisuudessaan.

 

Onko muualla maailmankaikkeudessa elämää? Kysymys on viime vuosikymmeninä alkanut yhä enemmän askarruttaa sekä tiedemiesten että tavallisten kansalaisten mieliä, kun ihminen on vallannut lähiavaruuden.

Kysymykseen ei toistaiseksi osata antaa minkäänlaista vastausta, sillä emme kykene sanomaan mitään varmaa edes elämän synnyn todennäköisyydestä.

On nimittäin avoin kysymys, onko Maan elämä syntynyt onnekkaan sattuman ansiosta vai luonnonlakien välttämättömyydellä. Toistaiseksi voimme vain arvailla.

Edes elämän määrittely ei ole helppoa.

Ei ole yhtä yksiselitteistä elämän ominaisuutta, joka määrittelisi sen, vaan joudumme vain kuvailemaan elämää sellaisena kuin sen täällä maapallolla tunnemme.

Emme edes oikein kykene kuvittelemaan muunlaista elämää kuin mitä on täällä. Pohtiessamme elämän kosmologisia edellytyksiä meidän täytyy siis tarkastella elämää sellaisena kuin se täällä esiintyy ja miettiä sen pohjalta mitkä sen synnyn ja elintoimintojen jatkuvuuden ehdot ovat.

 

Tiedelehti Naturessa 25.8.2016 julkaistun tutkimuksen mukaan Aurinkoa kaikkein lähimpänä olevaa kiintotähteä, Kentaurin tähdistön suunnalla olevaa Proxima Centauria kiertää Maan kaltainen kiviplaneetta, joka lisäksi sijaitsee niin sanotulla elämän vyöhykkeellä eli planeetta on sellaisella etäisyydellä keskustähdestä, että siellä mahdollisesti oleva vesi esiintyy nestemäisessä olomuodossa.

Elämän vyöhykkeellä ei saa olla niin kuumaa, että kaikki vesi haihtuisi höyrynä avaruuteen, mutta myöskään niin kylmää, että vesi esiintyy vain kiin­teässä olomuodossaan eli jäänä. Omassa Aurinkokunnassamme planeetoista vain Maa on tätä nykyä tässä elämän vyöhykkeellä.

Proxima Centauria kiertävän planeetan löysi kansainvälinen tutkimusryhmä, jossa oli jäsenenä suomalainen tähtitieteilijä Mikko Tuomi.

Nestemäisen veden puolestaan katsotaan olevan yksi elämän välttämättömistä ehdoista. Heti uutisen julkistamisen jälkeen alkoivatkin arvailut siitä, voisiko kyseisellä planeetalla olla elämää.

Etsittäessä Maan sekä Aurinkokuntamme ulkopuolista elämää Proxima Centaurin planeetalla on se etu, että se on suhteellisen lähellä meitä verrattuna seuraaviin, nyt tiedossa oleviin ehdokkaisiin, ja siten sen suora tutkiminen olisi mahdollista ja verraten helppoakin.

Arvailut Maan ulkopuolisesta elämästä voimistuivat, kun Nature-lehdessä uutisoitiin 23.2.2017 löydöstä, jonka mukaan yhtä Vesimiehen tähdistöön kuuluvaa kääpiötähteä kiertää seitsemän Maan kaltaista kiviplaneettaa, joista kolme sijaitsee elämän vyöhykkeellä.

Tähden nimi on TRAPPIST-1, ja planeettakunnan löysivät Chilessä sijaitsevan Euroopan eteläisen observatorion, ESO:n, tutkijat yhdessä Yhdysvaltain kansallisen ilmailu- ja avaruushallintoviraston, NASA:n, tähtitieteilijöiden kanssa.

Kohde on hyvin otollinen planeettojensa kaasuke­hi­en tutkimuksen kannalta, sillä niiden kiertoajat ovat sopivalla tavalla tahdissa keskenään. Tähden nimi tulee sen kaukoputken nimestä, Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, jonka avulla se alun perin löydettiin jo 2015.

Elämän välttämättömiä tai tärkeitä ehtoja tunnetaan kuusi.

Muualla kuin omassa Aurinkokunnassamme olevia planeettoja kutsutaan eksoplaneetoiksi. Ensimmäiset niistä havaittiin 1992, ja nyt eksoplaneettoja on löydetty jo yli 3 300.

Osa niistä on Maan kaltaisia kiviplaneettoja, joista monet sijaitsevat elämän vyöhykkeellä. Tällaisia massansa ja sijaintinsa puolesta elämän synnyn ehdot täyttäviä planeettoja on kaikkialla maailmankaikkeudessa valtavan paljon: tähän mennessä todennettujen lukumäärä nousi TRAPPIST-1:n planeettakunnan löytämisen ansiosta kerralla 23:sta 26:een kappaleeseen.

Nyt löydetyn tapaisia planeettakuntia on löydetty Auringon kaltaisten tähtien ympäriltä ­aiemminkin, mutta niissä ei ole niin paljon planeettoja kuin TRAPPIST-1-järjestelmässä.

Tärkeintä TRAPPIST-1-systeemin löytymisessä ei olekaan se, onko siellä nestemäistä vettä vai ei, vaan se, että arvioita massansa ja sijaintinsa puolesta Maan kaltaisten kiviplaneettojen lukumäärästä ja tiheydestä maailmankaikkeudessa voidaan nyt luotettavasti korottaa, sillä TRAPPIST-1 planeettakunta ei ilmeisesti ole mitenkään poikkeuksellinen.

Sen lisäksi, että planeetan on sijaittava elämän vyöhykkeellä, on monia muitakin elämän välttämättömiä tai muulla tavalla tärkeitä ehtoja. Niitä tunnetaan kuusi, ja ne esitellään seuraavassa.

Kolme ensimmäistä ovat elämän yleisiä ehtoja ja loput kolme maan pinnalla (ei siis meren syvyyksissä) esiintyvän monisoluisen elämän ehtoja.

On kiehtovaa ajatella, että olemme kahden tähden lapsia.

Planeettakunta ei ensinnäkään saa olla liian keskellä galaksia, missä tähtiä on runsaasti ja tiheässä, sillä siellä esiintyy runsaasti myös supernovaräjähdyksiä, jotka ovat elämälle tuhoisia.

Toisaalta kuitenkaan planeettakunta ei saa sijaita liiaksi galaksin laidallakaan, koska siellä tähtien esiintymistiheys on liian pieni, eikä supernovaräjähdyksiä esiinny riittävästi.

Supernovan räjähdys lähellä planeettakuntaa näyttää nimittäin olevan myös elämän ehto, sillä atomipainoltaan rautaa raskaampia alkuaineita syntyy vain supernovien räjähdyksissä. Vetyä raskaampia alkuaineita aina rautaan saakka syntyy tähdissä. Niitä vapautuu avaruuteen tähden elämän loppuvaiheessa.

Elämää ylläpitäviä kevyitä alkuaineita ovat hiili, vety, happi, rikki, fosfori, typpi ja rauta.

Ne kykenevät muodostamaan vettä ja kivennäisaineita sekä elämälle tyypillisiä suurimolekyylisiä, hiilipitoisia yhdisteitä, kuten nukleiinihappoja (DNA:ta ja RNA:ta), proteiineja, hiilihydraatteja ja rasvoja.

Rautaa raskaampia, ainakin Maan monisoluisille eliöille välttämättömiä alkuaineita ovat esimerkiksi sinkki, joka on osana monissa entsyymeissä, ja seleeni, joka on välttämätön hivenaine.

Lisäksi on joukko muita alkuaineita, kuten esimerkiksi magne­sium, natrium, kalium ja kalsium, jotka ovat elämälle tarpeellisia, joskaan eivät välttämättömiä. Niistä osa, kuten esimerkiksi kupari, on rautaa raskaampia.

On kiehtovaa ajatella, että olemme kahden tähden, Auringon ja sen supernovana räjähtäneen tähden lapsia.

 

Toiseksi: planeettakunnan keskustähden on oltava massaltaan sopivan suuruinen, jotta se olisi riittävän kuuma ja eläisi tarpeeksi pitkään ylläpitääkseen elämää.

Liian kevyt tähti ei pysty tuottamaan tarpeeksi energiaa, mutta toisaalta liian massiivinen tähti kuluu loppuun liian nopeasti. Meidän Aurinkomme on tuiki tavallinen, massaltaan keskikokoinen tähti.

Oman galaksimme Linnunradan tähdistä neljä viidesosaa, muun muassa Proxima Centauri, on punaisia kääpiöitä, jotka ovat Aurinkoa kevyempiä, pienempiä ja viileämpiä. Niissä esiintyy voimakkaita purkauksia, joissa syntyvä hiukkassäteily on elämälle vaarallista.

Punaisia kääpiöitä vielä pienempiä ovat ruskeat kääpiöt, joita myös on runsaasti, ja niidenkin läheltä on löydetty planeettoja. Ruskeat kää­piöt ovat niin viileitä, että ne tuskin pystyvät ylläpitämään elämää.

Myös TRAPPIST-1 on punainen kääpiö. Sen massa on vain kahdeksan prosenttia Auringon massasta, ja sen planeettasysteemi muistuttaa rakenteeltaan Jupiterin ja sen neljän suuren kuun muodostamaa järjestelmää, mutta on mitoiltaan suurempi.

Lisäksi sen planeetoilla tiedetään esiintyvän voimakasta elämälle vaarallista UV-säteilyä monta kertaa enemmän kuin Maassa nykyisin.

Elämän esiintymisen kannalta kääpiötähtien ongalma on, että planeetat kiertävät niin lähellä keskustähteä, että ne ovat vuorovesilukkiutuneita samalla tavalla kuin Kuu on lukkiutunut Maan suhteen, kun Kuulla on aina sama puoli Maahan päin.

Vuorovesilukkiutuneella planeetalla elämän edellytykset ovat heikot, koska toisella puolella on aina tulikuumaa, toisella jääkylmää. Jos kuitenkin planeetalla on paksu kaasukehä, lämpötila tasoittuu siedettäväksi.

Löytynyt Proxima Centaurin planeetta saattaa olla vuorovesilukkiutunut, tai sitten se pyörii hitaasti. TRAPPIST-1:n ympärillä kiertävät planeetat ovat tässä suhteessa samanlaisia.

Lisäksi niiden kiertoajat ovat sillä tavalla keskenään tahdissa, että planeettojen kesken syntyy jaksottaisia gravitaatiovuorovaikutuksia, mikä puolestaan helpotti niiden massojen mittaamista. Tämä tosiseikka helpottaa myös planeettojen kaasukehien tutkimista sekä nyt että paremmilla laitteilla tulevaisuudessa.

Täytyy olla ”suojelijaplaneetta”, kuten meillä Jupiter.

Kolmanneksi: planeetan, jolla elämää voi esiintyä, täytyy olla suunnilleen ympyräradalla. Jos rata on liian soikea, olosuhteet vaihtelevat liiaksi. Välillä on liian kuumaa, välillä liian kylmää.

Neljänneksi: planeettakunnassa täytyy elämän vyöhykkeen ulkopuolella olla massiivinen ”suojelijaplaneetta”, kuten meillä Jupiter.

Suojelijaplaneetta on siivonnut ja siivoaa jatkuvasti vetovoimallaan lähiavaruuden sellaisista kappaleista, kuten komeetoista ja asteroideista, jotka elämän vyöhykkeellä olevaan planeettaan osues­saan tuhoaisivat elämän.

On tosin keskusteltu siitä, onko ”suojelijaplaneetta” elämän esiintymisen välttämätön ehto, mutta omassa Aurinkokunnassamme näin näyttää olevan. Jupiter nimittäin sai kosmisessa mittakaavassa aivan äskettäin, heinäkuussa 1994, oikein sarjatulta Shoemaker-Levyn komeetan 22 palasen osuessa siihen.

Viidenneksi: planeetalla, jolla elämää voi esiintyä, täytyy olla sula metalliydin. Se synnyttää planeetan magneettikentän, joka puolestaan suojelee planeettaa elämälle tuhoisalta auringonpurkausten hiukkassäteilyltä sekä avaruussäteilyltä.

Tämänkään ehdon yleisestä välttämättömyydestä ei olla yksimielisiä, mutta ehto lienee tärkeä siinä tapauksessa, että planeetta kiertää lähellä keskustähteä ja tähdellä on vähintään yhtä suuria purkauksia kuin Auringolla.

Sula metallisydän synnyttää myös laattatektoniikan, mikä on välttämätöntä mantereiden synnylle. Mantereet taas ovat välttämättömiä ihmisen kaltaiselle elämälle, kasveja ja muita maaeläimiä unohtamatta.

Kuudenneksi: planeetalla täytyy olla sopivan kokoinen satelliitti. Se vakauttaa planeetan kierto- ja pyörähdysliikkeen sekä pitää akselin asennon suhteellisen vakaana.

Satelliitin massan suhteen planeetan massaan täytyy olla sellainen kuin meillä Kuun massan suhde Maan massaan. Tätä ehtoa pidetään nykyisin vähemmän tärkeänä kuin vielä muutama vuosi sitten.

Syntyykö elämä kemiallisesta välttämättömyydestä vai sattumalta?

Elämän ehdot maailmankaikkeudessa ovat siis tiukat. Nyt löydetyt planeetat eivät välttämättä täytä niitä kaikkia. Toisaalta suunnattoman suuressa maailmankaikkeudessa ehdot täyttäviä planeettoja on valtavan paljon.

Emme kuitenkaan tiedä, syntyykö elämä kemiallisesta välttämättömyydestä siellä missä se on mahdollista, vai syntyykö elämä sattumalta.

Mitään prosenttilukua elämän synnyn todennäköisyydestä ei voida esittää, koska tunnetaan vain yksi positiivinen tapaus: omamme. Muut havainnot elämän synnyn puolesta tai vastaan puuttuvat.

 

Aivan oma kysymyksensä on vielä se, saammeko koskaan tietää, onko maailmankaikkeudessa elämää muualla kuin Maassa.

Elämän merkkejä etsitään parhaillaan omasta planeettakunnastamme Marsista sekä eräistä Jupiterin ja Saturnuksen kuista.

Kuitenkin ihmiskunta pyrkii etsimään elämää jo oman Aurinkokuntamme ulkopuoleltakin, vaikka pelkkä informaation siirron maksiminopeus, valon no­peus, jo sinänsä on vaikeutena.

Proxima Centaurin, lähimmän naapurimme, etäisyys Maasta on noin 4,2 valovuotta ja TRAPPIST-1:n jo 39 valovuotta. Tähtiin ei kuitenkaan tarvitse matkustaa saadaksemme tietää onko niissä elämää.Suoraa tietoa voi saada muutenkin.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) suunnitelmiin on kuulunut Darwin-nimisen luotaimen lähettäminen avaruuteen etsimään Maan ulkopuolista elämää. Luotain on tarkoitus varustaa sellaisella interferometrillä, että se vastaa kaukoputkea, jonka linssin läpimitta on sata metriä.

Tällä laitteella pystyttäisiin havaitsemaan Maan kokoiset planeetat muista planeettakunnista ja vieläpä tutkimaan niiden kaasukehän spektriä ja niin ollen sen koostumusta. Hapen esiintymistä voitaisiin pitää varmana merkkinä elämästä.

Tämä suunnitelma on kuitenkin rahoitusvaikeuksien takia pantu jäihin.

Vieläkin tehokkaampia havaintoja saataisiin lähettämällä avaruuteen kaksi interferometriä millimetrin miljoonasosan tarkkuudella 1 000 kilometrin etäisyydelle toisistaan. Ne vastaisivat erotuskyvyltään avaruudessa olevaa kaukoputkea, jonka linssin läpimitta olisi 1 000 kilometriä.

Sillä pystyttäisiin jo saamaan varsin tarkkoja tietoja muista omamme kaltaisista planeetoista ja niiden kaasukehistä.

Chileen rakennetaan parhaillaan ESA:n hallinnoimaa maailman suurinta optista peiliteleskooppia, jonka pääpeilin läpimitta on 39,9 metriä. Siitä tulee valmistuttuaan merkittävä laite Maan ulkopuolisen elämän etsinnässä.

Maan elämän evoluution tarkoituksena ei ollut tuottaa ihmistä.

Oma lukunsa on kysymys siitä, onko Maan ulko­puolella älyllistä elämää ja voimmeko koskaan saada sellaiseen yhteyden.

Jos muual­ta avaruudesta löytyy elämää, se ei silti välttämättä merkitse, että sellaista kantavalla planeetalla olisi myös älyllistä elämää.

Biologisella evoluutiolla ei ole päämäärää. Maan elämän evoluution tarkoituksena ei ollut tuottaa ihmistä tai muutakaan älyllistä elämää. Evoluutio tosin johtaa sopeutuneisuuden määrän kasvuun, mutta mitä muotoja elämä saa riippuu sen omasta historiasta ja kulloinkin vallitsevista olosuhteista.

Ihmisen tuottaneista olosuhteista monet ovat olleet sattumanvaraisia.

Dinosaurusten sukupuuton todennäköinen syy noin 66 miljoonaa vuotta sitten oli, että Maahan – tarkemmin sanoen Jukatanin niemimaalle – osui suunnaton asteroidi. Se aiheutti valtavan pölypilven ja nostatti korkealle ilmakehään rikkiä sisältävää kaasua.

Tietokonemallinnusten avulla on päätelty, että tämä viilensi maapallon keskilämpötilaa yli 20 asteella, ja keskilämpötila pysyi nollan alapuolella kolme vuotta. Jopa Afrikassa oli 30 kuukautta törmäyksen jälkeen 25 pakkasasteen lämpötiloja. Ilmastolla kesti 30 vuotta toipua törmäyksestä.

Kylmyydestä seurasi meren ekosysteemien häiriintyminen ja muun muassa kasvien kuoleminen pakkaseen. Tästä puolestaan seurasi ravintoketjua pitkin korkeammalle edennyt joukkosukupuutto, jossa muut dinosaurukset kuin linnut tuhoutuivat.

Tuolloin oli jo olemassa alkunisäkkäitä, mutta ne asuivat maakoloissa ja säästyivät siksi ilmaston viilenemiseltä. Dinosaurusten kuoltua vapautui suuri määrä ekologisia lokeroita; nisäkkäät valloittivat ne ja pääsivät kehittymään.

Nisäkkäiden kehitys on kiinni tuosta minuutista.

Jos asteroidi olisi saapunut vain minuutin myöhemmin, se olisi osunut mereen, eikä mitään pölypilveä olisi noussut – valtava hyökyaalto kylläkin. Nisäkkäiden kehitys, ja siis meidänkin olemassaolomme, on kiinni tuosta minuutista maapallon yli neljä miljardia vuotta pitkässä historiassa.

Molekyyligeneettisten laskelmien perusteella on myös jokseenkin varmaa, että ihmisen kehityslinja oli vähällä sammua arviolta 150 000–50 000 vuotta sitten.

Tuolloinkin syynä oli ilmeisesti ilmaston viileneminen, joka johtui Sumatralla Indonesiassa sijaitsevan Toban tulivuoren räjähdyksen aiheuttamasta tuhkapilvestä.

Räjähdys sattui 75 000 vuotta sitten, ja se sopii siis molekyyligenetiikan antamaan aikahaarukkaan. Geologien arvion mukaan kyseessä oli suurin maapalloa kohdannut vulkaaninen mullistus 400 miljoonaan vuoteen. Katastrofilta säästyi ihmisen kehityslinjassa vain korkeintaan 2 000 yksilön joukko.

 

On vain kaksi vaihtoehtoa. Maailmankaikkeus joko kuhisee elämää, ja jos elämää muualla avaruudessa on paljon, siellä on luultavasti myös älyllistä elämää.

Toinen vaihtoehto on, että olemme täällä yksin.

Toistaiseksi meillä ei ole mitään havaintoja, joiden perusteella valinta vaihtoehtojen välillä voitaisiin tehdä. Molemmat vaihtoehdot kuitenkin avaavat huikaisevia näkymiä.

Jälkimmäinen niistä voi tuntua monista ihmisistä pelottavalta, mutta itse perustelen sen sankarillisuutta runoilijan sanoin:

 

Ikuisen avaruuden kiertolainen,

Maa-tähti ainaisessa kulussaan:

Kosmoksen ainoaako elo mainen,

vain yksin salamoiko henki Maan?

 

Jos saattajitta tähän kohtaloonsa

vähäinen kiertolainen kutsuttiin,

jokaiseen voittoon, joka tappioonsa

ylhäinen viesti siirtyi niin:

 

ei muuta vastarintaa Kaaoksella

kuin luopumaton uhma ihmisen.

Soi, sana! Soihdullasi ikuisella

vain sinä kirkastaa voit pimeyden.

 

(Arvi Kivimaa, osasta ”Tämä Maa” kantaatista Erektheion Turun Yliopiston 50-vuotisjuhlaan 1970.)

 

Kirjoittaja Petter Portin on Turun yliopiston perinnöllisyystieteen emeritusprofessori.

Kirjoitus on ensi kertaa julkaistu Kanavassa 3/2017. Suomen Kuvalehti ja Kanava kuuluvat samaan lehtiperheeseen Otavamediassa ja lehdillä on yhteinen päätoimittaja.