Ilman näitä meillä ei olisi maapallolla sijaa.

Teksti: Anne Liljeström

Kuvitellaanpa, että olemme aivan aikojen alussa, aineettomina tarkkailijoina. Ihmisiä ei ole vielä, ei tähtiä, ei edes hiukkasia, joista olemme muodostuneet. On vain äärimmäisen tiivis maailmankaikkeuden siemen. Se muuttuu äkkiä olevaksi ja synnyttää ajan ja avaruuden, luo pohjan kaikelle, mitä tuleman pitää.

Hetkinen! Mitä tapahtui? Minkälainen maailmankaikkeus tässä juuri syntyi? Ja mitkä käänteet edelsivät sitä, että hiileen ja veteen perustuvaa elämää pääsi kehittymään melko tyypilliseen sauvaspiraaligalaksiin noin kymmenen miljardia vuotta myöhemmin?

Emme tiedä, onko universumissa elämää muualla kuin pienellä sinisellä planeetallamme. Tuntuu melko röyhkeältä olettaa, että hiili ja vesi olisivat aina ja kaikkialla elämän perusedellytyksiä. On kuitenkin kiehtovaa miettiä, miten juuri tällaista elämää syntyi juuri tänne. Mitkä tapahtumat ja kehityskulut maailmankaikkeuden ja aurinkokunnan historiassa ovat olleet välttämättömiä, jotta me olemme tässä?

1 Inflaatio loi rakenteet

Ihmisen päätyminen maapallolle olisi hyvin voinut tyssätä heti alkuunsa, ennen kuin alkuräjähdyksestä oli kulunut sekuntiakaan. Heti synnyttyään maailmankaikkeus oli niin tiheä ja pieni, että se olisi hyvin nopeasti luhistunut takaisin äärettömän tiheäksi pisteeksi, singulariteetiksi.

Tapahtumat saivat kuitenkin meidän kannaltamme hyödyllisen käänteen, kun kosmiseksi inflaatioksi kutsuttu tapahtuma ponnautti kaiken olevaisen valtavasti suuremmaksi. Maailmankaikkeus laajeni hetken ajan valoakin nopeammin. Inflaatio ikään kuin polkaisi universumin laajenemisen käyntiin ja teki kaiken sitä seuranneen kehityksen mahdolliseksi.

Inflaation aikana tapahtui muutakin mielenkiintoista kuin avaruuden huikea laajeneminen. Universumi oli täynnä energiaa, ja siinä tapahtui siellä täällä pieniä, täysin satunnaisia muutoksia. Joissakin kohdissa oli hetkellisesti energiaa hiukan tiheämmässä kuin muualla.

Kun kosmos venähti, nämä pienet kvanttitason epätasaisuudet kasvoivat äkkiä valtavan suuriksi. Tämä oli erittäin tärkeää universumin myöhemmän kehityksen kannalta.

Mikäli epätasaisuuksia ei olisi ollut, kaikki aine olisi universumin laajetessa levinnyt tasaisesti ympäri kosmosta. Tihentymien ansiosta ensimmäiset tähdet ja galaksit pääsivät kasaantumaan kokoon ja tuottamaan ennen pitkää lisää tähtiä. Niissä valmistui happea, hiiltä ja muita raskaita alkuaineita, joista myöhemmin rakentuivat planeetat – ja elämä.

2 kemia meni nappiin

Tuoreessa universumissa oli vain kevyitä alkuaineita, vetyä ja heliumia. Meikäläisen elämän kulmakiviä ovat kuitenkin hiili ja happi. Ihmiskehosta on happea 65 prosenttia ja hiiltä 18.

Hiiltä ja happea muodostuu tähtien sisäosien fuusioreaktioissa, mutta jos tietyt luonnonvakiot olisivat hiukan erisuuruiset, niitä ei muodostuisi lainkaan.

Kaiken olevaisen taustalla näyttää jylläävän neljä luonnon perusvuorovaikutusta, jotka ohjaavat kaikkea galaksien törmäyksistä alkeishiukkasten, kuten kvarkkien, vuorovaikutuksiin. Niistä yksi, heikko vuorovaikutus, on vastuussa ytimien hajoamisesta.

Kun kvarkit alkuräjähdyksen jälkeen yhtyivät protoneiksi ja neutroneiksi ja ne edelleen atomiytimiksi, syntyi kaasucocktail, jossa oli noin 75 prosenttia vetyä ja 25 prosenttia heliumia. Jos heikko vuorovaikutus olisi ollut hitusen voimakkaampi, kaikki neutronit olisivat ehtineet hajota protoneiksi, ennen kuin atomiytimet ehtivät muodostua. Tuloksena olisi ollut sataprosenttista vetyä oleva maailmankaikkeus. Hiukan tehottomampi heikko vuorovaikutus olisi saanut aikaan sataprosenttisen heliumkaikkeuden.

– Kumpikaan näistä ääripäistä ei olisi sallinut meidän tuntemiamme hiilen kemiaan perustuvia tähtiä ja elämää, pamauttaa hiukkasfyysikko Victor J. Stenger.

Hiilen muodostuminen ei ole kuitenkaan kiinni yksin heikosta vuorovaikutuksesta. Vahva vuorovaikutus, yksi neljästä suuresta, pitää atomien ytimet koossa. Sähköisesti varautuneiden kappaleiden välisen voiman määrittää puolestaan erityinen Coulombin laki. Mikäli vahvan vuorovaikutuksen voimakkuus muuttuisi puoli prosenttia ja Coulombin voima neljä prosenttia, hiiltä ja happea muodostuisi tähtien fuusioreaktioissa 30–1 000 kertaa vähemmän kuin nykyään.

Fysiikan kirjat ovat täynnä erilaisia vakioita, mutta lähemmin tarkasteltaessa käy ilmi, että ne riippuvat kourallisesta näennäisen riippumattomia "alkuvakioita". Niihin kuuluu Planckin vakio, joka kertoo tietyn energian omaavan säteilyn, kuten valon, taajuuden. Valon nopeus tyhjiössä on myös tällainen vakio.

Miksi nämä luonnonvakiot ovat juuri sellaisia kuin ovat? Kukaan ei tarkalleen tiedä. On esitetty, että vakiot saivat nykyiset arvonsa alkuräjähdyksen hornankattilassa, toistaiseksi tuntemattomissa prosesseissa. Kenties tämänkin pulman parissa uurastavat kosmologit vielä keksivät, mitä alkuräjähdyksen aikana oikein tapahtui.

3 Sattui sopivan lämmintä

Meikäläiselle elämälle ei kelpaisi mikä tahansa kosmoksen kolkka. Elämä tarvitsee energianlähteekseen tähden, ja sillekin on erityisvaatimuksia.

Aurinko on sopivanlämpöinen tähti elämän kehittymiselle. Jos se olisi paljon viileämpi, elämän vyöhyke olisi niin lähellä tähteä, että sille sattuvat planeetat olisivat niin sanotussa vuorovesilukossa. Kuu on vuorovesilukossa Maan kanssa, eli se näyttää meille aina saman puolen itsestään.

Vuorovesilukossa olevalla maapallolla olisi toisella puolella aina päivä ja toisella yö. Puoliksi kuumalla ja puoliksi kylmällä planeetalla elämä olisi taatusti hyvin erilaista kuin nykyään. Jos Aurinko taas olisi paljon nykyistä kuumempi, sen lähettämä säteily olisi paljon ankarampaa kuin nykyään ja vaarantaisi tuntemamme elämän.

Lisäksi kuumat tähdet ovat Aurinkoa lyhytikäisempiä. Kaikkein kuumimmat tähdet loistavat vain muutamia miljoonia vuosia ennen kuin ne räjähtävät supernovina – ikävämpi juttu lähettyvillä majailevalle elämälle. Ihmiskunnalta on tähän mennessä kestänyt noin viisi miljardia vuotta päästä nykyiseen olotilaansa.

Sopivan lämpöisiä ja riittävän pitkäikäisiä tähtiä voi arvioida olevan alle 20 prosenttia kaikista niin sanotuista pääsarjan tähdistä, jotka tuottavat energiansa vedyn fuusioreaktioissa. Liian kylmiä tähtiä meikäläiselle elämälle on pääsarjan tähdistä liki 80 prosenttia. Kaikkein massiivisimpia tähtiä on vain runsas prosentti.

4 Kumppaniksi syntyi Kuu

Aurinkokunta oli yhä hakemassa muotoaan noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Maa ei ollut kasvanut vielä nykyiseen kokoonsa, ja naapurusto oli edelleen täynnä ryönää, joka jäi yli planeettojen muodostuessa. Silloin takapihallamme rysähti oikein kunnolla.

Uskottavimpana pidetyn teorian mukaan Kuu syntyi, kun Maan kanssa liki samalla radalla ollut Marsin kokoinen protoplaneetta hiipi Maan kiinni ja osui siihen hyvin viistossa kulmassa. Törmäyksen seurauksena planeetasta kuoriutui irti roima osa. Aine jäi törmääjän jäännösten kanssa Maan kiertoradalle, ja siellä materiasta muodostui Kuu.

Kuun syntykolari olisi taatusti tuhonnut kaiken elämän maapallolta, mikäli tänne olisi ennättänyt jo sellaista syntyä. Kuu on kuitenkin hyvin tärkeä maanpäällisen elämän kannalta.

Mainen yliopiston fysiikan ja tähtitieteen professori Neil F. Comins oli vuonna 1990 keskustelemassa kollegansa kanssa, kun hän sai äkkiä päähänsä esittää kysymyksen: millaista maapallolla olisi, ellei Kuuta olisi lainkaan?

– Ennätimme keskustella vain muutaman minuutin, ennen kuin opiskelija piipahti toimistoon ja keskeytti meidät, mutta se riitti. Olin koukussa, Comins muistelee.

Kuun vetovoiman on havaittu vakauttavan Maan pyörimisakselia. Noin 23 asteen kallistuma pyörimisakselissa saa maapallolla aikaan vuodenaikojen vaihtelun. Ilman Kuun painovoimaa akselin kaltevuuskulma olisi saattanut vaihdella kaoottisesti miljoonien vuosien aikana Auringon ja planeettojen vetovoiman nykiessä sitä.

Kuu loittonee maapallosta noin 3,8 senttimetriä vuodessa. Se ikään kuin kiipeää ylöspäin kuopasta, jonka Maan massa kaareuttaa avaruuteen. – Kuten kaikki pitkiä portaita joskus nousseet tietävät, ylöspäin liikkuminen kuluttaa energiaa, Comins sanoo. Tämä energia ei voi tulla mistään muualta kuin maapallon pyörimisliikkeestä.

Maan pyöriminen siis hidastuu Kuun vaikutuksesta. Jos Kuu ei jarruttaisi Maata 0,002 sekunnin verran vuosisadassa, Maan vuorokausi olisi vain kahdeksan tuntia.

Nopeasti pyörivien planeettojen tuulet näyttävät myös puhaltavan keskimääräistä nopeammin. – 44 metriä sekunnissa puhaltavia tuulia esiintyisi päivittäin, ja hurrikaaneissa nopeudet olisivat vielä hurjemmat, Comins kuvailee.

Todennäköisesti myös voimakkaiden vuorovesien puuttuminen olisi vaikuttanut elämän mahdollisuuksiin maapallolla.

Suurikokoisen Kuun synty oli hyvin poikkeuksellinen tapahtuma, ja sen vaikutukset maapallolla ovat olleet mittavat. Ilman Kuuta monimutkaista elämää ei ehkä olisi kehittynyt eikä se olisi missään tapauksessa samanlaista kuin nyt, Comins sanoo.

5 Kivet toivat vettä

Valtameret peittävät noin 70 prosenttia maapallon pinnasta. Suuri osa elämän kehityksestä tapahtui merissä. On kuitenkin epäselvää, mistä Maa sai runsaat vesimassansa. Moni tutkimus viittaa siihen, ettei Maa voinut olla syntyjään näin kostea paikka.

Tällä etäisyydellä Auringosta on ollut aivan liian kuuma. – Uskomme, että Maa muodostui kuivana ja kuumana, sanoo David Jewitt Kalifornian yliopistosta.

Hypoteesin mukaan Maa sai vettä avaruudesta. Sitä saattoivat tuoda "likaisiksi lumipalloiksi" luonnehditut komeetat, joita aurinkokunnan alkurytäkässä ajautui törmäyskurssille Maan kanssa.

Kun aurinkokunnan ulkolaitojen komeettoja alettiin tutkia tarkemmin, huomattiin, että niiden vesi on hitusen erilaista kuin Maan vesi. Komeetoissa on enemmän niin sanottua raskasta vettä: vesimolekyylin toinen vetyatomi on neutronilla "terästettyä" vetyä, deuteriumia. Näin komeetat eivät voineet yksin kuljettaa kaikkea Maan vettä.

Aivan hiljattain, lokakuussa, kävi kuitenkin ilmi, että sisemmän aurinkokunnan komeetat saattavat sisältää samanlaista vettä kuin maapallo. Ainakin sitä on Hartley 2 -komeetassa, joka löytyi asteroidivyöhykkeeltä.

Siellä lienee enemmänkin lupaavia vesilähteitä. Asteroideja pidettiin kivisen kuivina kappaleina, kunnes keväällä 2010 asteroidin pinnalla havaittiin vettä. Nyt näyttää siltä, että asteroidit saattavat kantaa merkittäviä vesimassoja.

Tutkijat eivät ole vielä ehtineet selvittää asteroidien veden koostumusta. Saattaa hyvin olla, että myös ne paljastuvat Maan veden lähteiksi.

– Kappaleen on helpompi osua Maahan asteroidivyöhykkeeltä kuin ulommasta aurinkokunnasta, onhan asteroidivyöhyke kymmenen kertaa lähempänä, Jewitt huomauttaa.

– Maan vesivarat ovat nykyisen ymmärryksen mukaan lähtöisin tänne törmänneistä pienkappaleista, joten törmäykset ovat tavallaan sen ehto, että Maassa ylipäätään on elämää, sanoo Mikael Granvik Helsingin yliopistosta.

Avaruuden kappaleissa Maa­han on saapunut veden lisäksi kaikenlaista muutakin. Komeetoista on löydetty lukuisia orgaanisia molekyylejä, joita elämä tarvitsee. – Ehkä jopa elämä itse on peräisin näistä pienkappaleista, Granvik miettii.

Anne Liljeström on tähtitieteeseen erikoistunut vapaa toimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja. 

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2011

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25796
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.