Näemmekö sienissä uuden ajan tietokoneen?

Talvella 2021 ostan sientenkasvatuspaketin, sillä haluan tehdä kokeilun. Maitopurkin kokoinen pahvitetra on täytetty sahanpurulla, jota suihkutan aamuisin vedellä sivussa olevasta luukusta.

Muutamassa päivässä purkista työntyy näkyville pieniä, vaaleanpunaisia nuppuja. Kasvattamani osterivinokkaat muuttuvat nopeasti fuksianpunaisen kautta millenniaalipinkiksi. Niiden monimutkaiset rypytykset pullistuvat ja aukeavat melkein kämmenen kokoisiksi sieniksi. Lopulta sienet peittävät pahvin pinnan kokonaan.

Viikkojen kuluessa unohdan kastella purkkia. Se kuivuu ja alkaa haista. Kun avaan pahvitetran, huomaan vaalean sienirihmaston vallanneen sahanpurun tilan.

Silitän nuupahtaneen sienen nukkaista alapintaa ja mietin tietokoneen tulevaisuutta.

Tähän asti tietokoneet ovat olleet yksin ihmisen suunnittelemia. Luonto on kuitenkin keksijä, joka voittaa leikkisyydellään, monipuolisuudellaan, luovuudellaan ja kestävyydellään kaikki teknologiayhtiöt.

Minusta tuntuu, että edessä on luonnon ja teknologian lähentyminen.

Me jaamme maailman herkkusienien, valtamerien, bakteerien ja pekaanipähkinäpuiden kanssa. On todennäköistä, että tulevaisuuden tietokoneet ovat osa tätä elävää kokonaisuutta. Jo nyt tietokoneet ovat kulkeneet pitkän matkan puuhelmistä ja laskumerkinnöistä nykyiseen muotoonsa.

Luen artikkeleja, joissa käsitellään luontoa ja teknologiaa, mutta minulle jää useimmiten vaivautunut olo. Aihetta lähestytään yleensä biomimiikan näkökulmasta. Ajatuksena on lainata luonnon mekanismeja ja soveltaa niitä teknologian suunnitteluun.

Esimerkiksi parvioptimointialgoritmit hyödyntävät liikenteenohjauksessa kalaparvien käyttäytymisestä saatuja ideoita. Synkronointialgoritmit tietokoneiden välillä ottavat oppia tulikärpästen liikkeistä.

Droonien lentodynamiikka ja siipien malli on suunniteltu jäljittelemään hyönteisten lentotapaa lentokoneiden perinteisen aerodynamiikan sijaan.

Jokin näissä esimerkeissä hiertää silti minua. Niissä ihminen edelleen kontrolloi lopputulosta ja korkeintaan inspiroituu luonnosta. Minä etsin jotain muuta, vaikka en osaa tarkalleen kertoa mitä.

Kehitän pakkomielteen löytääkseni termin, joka kiteyttäisi luonnon ja tietokoneiden välisen suhteen. Muistiinpanoni täyttyvät tutkimuksista: Tietokoneista, jotka hyödyntävät rapujen käyttäytymistä, ja salaatinlehtien kyvystä ratkaista ongelmia. Biologeista, jotka ohjelmoivat soluja kuin koodia, ja ohjelmoijista, jotka työskentelevät elävän aineen parissa. Hurahdan fermentointiin. Rakennan pieniä sienidioramoja lasikupoleihin ja ärsytän kaikki ympärilläni toistamalla, miten sienissä on piilotettuna tietokoneiden tulevaisuus.

Sitten löydän sanani, tai oikeastaan kokonaisen tutkimusalan.

Epätavallinen laskenta, englanniksi Unconvential Computing, on tutkimusala, joka syntyi 2000-luvun alussa uudenlaisten tietokoneiden ympärille.

Tavallista laskentaa edustavat PC:t ja Macit, mutta myös pilvilaskenta, älypuhelimet ja pelikonsolit. Niillä lasketaan tavanomaisia asioita, kuten asuntolainan korkoennusteita tai tietokonepelien uusia kenttiä.

Epätavallisen laskennan piiriin sen sijaan kuuluvat esimerkiksi kvanttitietokoneet, dna-laskenta sekä analogiset ja biologiset koneet. Niillä lasketaan epätavanomaisia asioita, joita ei ole mahdollista laskea perinteisillä koneilla.

Löydän artikkelin, jossa joukko tutkijoita on kuvannut epätavallista laskentaa. Osaka, Bristol, Auckland, Teheran, luen tutkijoiden kotikaupunkeja. Tutkimuslaitosten kohdalla katseeni rekisteröi ainakin sähkötekniikan, fysiikan, filosofian, biologian, materiaalitekniikan, synteettisen biologian ja kemian­ laitosten nimet.

Epätavallisen laskennan määritelmät ovat hankalia, mutta inspiroivia.

Ne voisivat olla yhtä hyvin otteita kirjallisuuskritiikistä. ”Mahdottomuuksien haastamista”, kirjoittaa yksi tutkija. ”Erimielisyyden henkeä”, summaa toinen. ”Paradoksien taidetta”, ylistää kolmas. Tätä kaikkea on epätavallinen laskenta. Määritelmät muistuttavat outoudessaan Turingin loppumatonta paperinauhaa ja lukupäätä.

Tutkijoiden irrottelu naurattaa. Epätavallisia tietokoneita tuskin rakennetaan ilman mielikuvitusta ja pientä kapinahenkeä.

Miksi tietokoneen tosiaan pitäisi olla aina valmistettu piistä, perustua 1800-luvun logiikkaan, 1950-luvun tietokonearkkitehtuuriin ja 1970-luvun ajatuksiin ohjelmoinnista?

Professori Andrew Adamatzky vastaa sähköpostiini kahdessa tunnissa.

Adamatzky vetää Bristolin yliopistosta käsin tutkimushankkeita, jotka liittyvät epätavallisiin tietokoneisiin.

Adamatzkyn ryhmän tehtävänä on rakentaa laskentaa kaikesta muusta kuin piistä. Se voisi tarkoittaa esimerkiksi vesipohjaisia tietokoneita tai limasienitietokoneita. ”Tietokoneista tulee orgaanisia, eläviä ja itse itsensä korjaavia. Kaikki elävät olennot voivat olla tietokoneita”, kirjoittaa Adamatzky.

Kysyn tarkennusta siihen, mikä on epätavallista laskentaa, ja saan vastaukseksi listan. Adamatzkyn kollegat ovat pisteyttäneet laskentaa asteikolla miinus viidestä viiteen. Hyvin tavanomaista laskentaa kuvaa luku –5 ja hyvin epätavanomaista luku 5.

Silmäilen esimerkkejä listassa. Epätavanomaisimmasta päästä löytyvät kvanttilaskenta (2,4) ja dna-molekyylien laatoitus (2,37). Limasienet ratkomassa sokkeloita saa asteikolla arvon 2,13. Luettelosta löytyvät jo melko tavanomaiset analogiset tietokoneet arvolla 1,6 ja biljardipallotietokone arvolla 1,33.

Alkuperäinen syy sille, että Andrew Adamatzkyn tutkimukset päätyivät kirjahyllyyni, on kasvattamassani osterivinokkaassa. Adamatzky on tehnyt vuosikymmeniä tutkimusta sienien ja laskennan parissa.

Osa tutkimuksista on kuin suoraan scifi-kirjoista.

Kitiinistä, selluloosasta, proteiineista, sokereista ja lipideistä rakentuvat sienet ovat sähköä johtavilta ominaisuuksiltaan nimittäin kykeneviä samanlaisiin asioihin kuin tietokoneiden valmistuksessa käytetty pii.

Sieni pystyy säännöstelemään sähkön kulkua ja muistamaan erilaisia sähköva­rauksia.

”Tavallaan me vain siirrymme olemassaolevien fysiikan lakien maailmaan ja luomme siellä laskentaa”, toteaa Adamatzky.

Useimmiten näemme sienistä vain sen pienen, kukkivan osan. Tätä osaa kutsutaan itiöemäksi. Koko sieni koostuu itiöemästä sekä maanalaisista sienirihmoista, jotka levittäytyvät valtaviksi verkostoiksi ja kuljettavat sekä ravinteita että informaatiota.

Sienet ovat hämmästyttäviä. Ne tunnistavat valoa, kemikaaleja, kaasuja ja painovoiman. Lisäksi sienet tunnistavat esimerkiksi myrkyllisiä metalleja sekä kemiallisia viestejä, esimerkiksi toisten eläinten stressihormoneja.

Stressaantunut kettu, kirjoitan muistiinpanoihini.

Sienten välisiin verkostoihin on luonnostaan rakentunut internetin ominaisuuksia: vikasietoa, toistetta ja kykyä lähettää ja käsitellä signaaleja.

Signaalit liikkuvat sienirihmastossa samanlaisina sähköimpulsseina kuin neuronien väliset hermoimpulssit ihmisten aivoissa.

Adamatzkyn ryhmän kymmenet prototyypit ovat vielä karuja, eikä niitä ole tarkoitettu korvaamaan puhelimien prosessoreita tai pelikoneita.

Sienilaskenta voisi toimia esimerkiksi suurina, metsien laajuisina verkostoina, jotka keräävät ja analysoivat informaatiota maaperästä ja ilmasta. Eikä ohjelmointikaan muistuta mitään tänä päivänä tuntemaamme näppäimistön kanssa naputtelua. Sienirihmastojen käyttäytymiseen vaikutetaan lämpötilalla ja ravinnolla.

Ajattelen silti tulevaisuuden tietojenkäsittelytieteilijää istumassa sammalmättäällä, kirjoittamassa kärpässientä.

Jos ilmansaasteet ylittävät rajan, sulje tehtaat, muuten jatka hajottajan hommia. Minusta sienilaskenta kuulostaa toiveikkaalta. Ainakin se olisi nykyistä kestävämpi ja vähemmän energiaa kuluttava tapa laskea.

Tietokoneiden historia on opettanut minulle, että merkittävimpiin läpimurtoihin on aina johtanut ihmisen kyky tehdä hyppyjä eri tutkimusalojen välillä. Boolen logiikka ja virtapiirit, Jacquardin kutomakone ja reikäkortit, ehkä siis myös sienet, puolijohteet ja me ihmiset.

Yhtäkkiä näen epätavallista laskentaa kaikkialla ympärilläni.

Tuntuu, kuin jokin aivoissani olisi nyrjähtänyt ja olisin siirtynyt Gabriel García Márquezin kirjojen maagiseen realismiin, jossa aivan tavalliset asiat saavat epätavallisia piirteitä.

Luen MIT:n tutkijoiden kasvattamasta pinaatista, joka varoittaa sähköpostitse maamiinoista. Tutkijat olivat muuttaneet pinaatin perimää niin, että pinaatin väri muuttuu, jos se on maaperässä kosketuksessa maamiinoissa käytettyihin kemikaaleihin. Kamerat ja konenäkö välittävät tiedon muutoksesta ihmisille.

Tutkin limasieniä, jotka eivät oikeastaan ole sieniä, vaan jonkinlaisia amebojen kehityslinjaan kuuluvia eliöitä. Ihastun tutkimukseen, jossa Tokion kaduista mallinnettuun sokkeloon vapautetut limasienet löysivät tehokkaimman reitin kaupungin eri keskittymien välillä.

Limasienten ongelmanratkaisua ohjasivat kaurahiutaleet, joita oli asetettu sokkelossa suuria kaupunginosia edustavien alueiden päälle. Limasienten ongelmanratkaisukyky tuotti lähes Tokion metroverkon kaltaisen verkoston.

Myös Adamatzky on tulevaisuuden vi­siois­saan toiveikkaan kuuloinen.

”Tietokoneet ja laskenta kehittyvät. Kymmenen vuoden ajanjaksolla ala pysyy melko samana. Viidenkymmenen vuoden sisällä tietojenkäsittelytieteestä tulee elävämpää ja organisempaa.”

Suurin osa tietokoneista on nykyään digitaalisia eikä analogisia.

Tämä analogisen ja digitaalisen ero on minulle vähän epäselvä. Olen tottunut ajattelemaan digitaalista modernina. Analoginen kuulostaa vanhanaikaiselta.

Digitaalisen ja analogisen ero ei kuitenkaan löydy ajasta, vaan tavasta. Analogia tarkoittaa yhdenmukaisuutta, samankaltaisuutta, vastaavuutta ja verrannollisuutta. Analoginen teknologia perustuu siis samankaltaisuuteen. Tiimalasi mallintaa ajan kulkua valuvana hiekkana.

Analogisessa kellossa rattaat kulkevat ajan määrää vastaavan ajan.

Äänisyntetisaattorissa äänisignaaleita muokataan suoraan, ilman että niitä muutetaan välissä digitaaliseksi tiedoksi.

Vastaavuus ja verrannollisuus, muistutan itseäni, kun lehteilen analogista tiedonsiirtoa käsittelevää tekstiä.

Huomaan olevani niin kasvanut digitaaliseen maailmaan, jossa kaikki on jaettu kahtia – nollaan ja ykköseen – että minun on vaikea muistaa, miten radio, televisio tai seismografit toimivat ennen vanhaan.

Analogisessa maailmassa rajat ovat häilyvämmät kuin digitaalisessa.

Analoginen laskenta perustuu jatkuvaan signaaliin.

Signaalille määritellään arvoväli, jonka sisällä se voi vaihdella, ilman katkoksia tai hyppäyksiä.

Signaaleja esittävissä kuvaajissa analogista laskentaa edustavat pehmeät, kaarevat aallot, kun taas digitaalinen laskenta näyttää signaalit jyrkinä, katkonaisten pylväiden muodostamina.

Entä jos analogiset tietokoneet olisivat kehittyneet nykyisten digitaalisten tietokoneiden rinnalla? Se tuntuu tieteiskirjallisuudelta, mutta vielä 1950-luvulla analogiset tietokoneet olivat yleisiä.

Jos olisimme antaneet analogisten laskentakoneiden kehittyä rinnakkain digitaalisten kanssa, olisimme voineet nähdä teknologian kehitysväyliä, joiden ytimessä on jatkuvuus ja samankaltaisuus.

Analogiset puutietokoneet ovat kärsiväl­lisiä ja pitkäjänteisiä. Tarvittaessa ne toimivat verkostona juuristossa kulkevien sienirihmastojen avulla. Joskus ne yhdistävät voimansa edistääkseen yltäkylläisyyttä.

Tällaisiakin tietokoneet voivat olla: syklisiä, lähestyttäviä, tarkoituksenmukaisia.

Tietokoneita, jotka ruokkisivat yhteyttä.

Sademetsä, ajattelen. Sienirihmasto, ajattelen.

Kun käytän tietokoneen ominaisuuksia ongelmien purkamisen sijaan systeemien ja vuorovaikutusverkostojen hahmottamiseen, tunnen olevani vähän lähempänä tulevaisuutta. Maailmaa, jossa kasviälyt, hyönteisälyt, eläinälyt, ihmisälyt ja tekoälyt elävät rinnakkain. Tietokoneen optimointikyky, kalojen värinäkö, hämähäkin outo geometria, ihmisen empatiakyky.

Elämä itsessään on neljä miljardia vuotta vanha koodi, jota on kopioitu, muokattu ja työstetty. Samat solut löytyvät maasta, vatsanpohjasta ja juustokiekosta.

Epätavallisten tietokoneiden kautta taidan ennen kaikkea etsiä toivoa, jonkinlaista visiota siitä, miltä voisi näyttää maailma, jossa teknologia ja luonto kuuluisivat samaan laatikkoon. Neuroverkot, epätavalliset tietokoneet, sienirihmastot ja algoritmiset limasienet, kaikki suloisesti sekaisin.

Ja ehkä me palaamme vielä tarinankertojien aikaan, maailmaan jossa ihmiset asuvat yhdessä teknologioiden kanssa joita eivät täysin kontrolloi tai täysin ymmärrä. Katsomme huvittuneina historiaan ja hymyilemme edeltäville sukupolville, jotka eivät osanneet. 

Teksti on toimitettu ote tietokirjalija Linda Liukkaan kirjasta Nähdä maailma hiekanjyvässä – Tutkimusmatka tieto­koneisiin (Otava 2025). Suomen Kuvalehden kustantaja on osa Otava-konsernia.