Aloittelijan Sormiharjoitus

***Elämän synty***

Elämän synty ei varsinaisesti kuulu evoluutioteorian piiriin, sitä esitellään kuitenkin usein taustoittamassa evoluutiota. Evoluutio selittää lajien synnyn pohjautuen perimään, nojaa se lujasti aatteeseen "elämää syntyy elämästä". Siihen,miten ensimmäinen elävä syntyi,ei evoluutio voi antaa vastausta, ennen elämää ei voi olla biologista evoluutiota.

Se tehtävä on annettu biogeneesiteorialle, jota kutsutaan myös kemialliseksi evoluutioksi.
Määritelmiä
Kemiallinen evoluutio voidaan nähdä Huxleyn esittämään tapaan osana jatkumoa:
*Kosmologinen evoluutio:Maailmankaikkeuden rakenteen kehitys
*Kemiallinen evoluutio:Yhdisteiden kehitys
*Biologinen evoluutio:Elävien organismien kehitys
*Kulttuurievoluutio:Tapajärjestelmien/meemien kehitys
Tällä tavoin ajatellen jokainen vaihe voidaan nähdä -jopa eksaktina- jatkumona edellisestä seuraavaan.

"Biogeneesi on synteesisarja, jonka lopputuotteena on eliö, ja jossa lähtöaineet eivät ole eliöitä tai niiden osia."
Tätä määritelmää ei tule käsittää siten,että se koskisi kemiallisia kappaleita -sillä jokainen tuntemamme eliö on kemiallinen kokonaisuus,joka koostuu ei elävistä, kemiallisista osista. Nämä ovat osasia eliöissä. Suopeuden periaatteen mukaisesti meidän on käsitettävä, että kirjoittaja tarkoitaa "elimillisiä osia". Biogeneesin tutkimus muuttuu järjettömäksi, jos sen ratkaisu ei saa sisältää elollisista löytyvien kemiallisten osasten kasautumista.
Kiisto
Kaikista helpointa olisi valita falsifioitavissa oleva vaihtoehto ja kiistää elämän synty. Tämä ei kuitenkaan ole vaihtoehto, sillä havaitsemme elämää, nykytiedon valossa maailmankaikkeus on iältään rajallinen, jolloin elämä on syntynyt jotenkin edes kerran. Elämää on siis syntynyt. "Elämää syntyy vain elämästä" ei ole äärellisen ikäisessä maailmankaikkeudessa mahdollinen laki.

- - - - - -
**Luonnonlain ilmentymä
Ilkka. Niiniluoto on esittänyt teoksessaan "Johdatus tieteenfilosofiaan"(2002) seuraavan todistusketjun:
I) Yliluonnollinen väite = yli nykyään havaittujen luonnonlakien menevä väite.
II) Biogeneesi perustuu luonnonlakiin.
III) Uniformitarismin periaate: menneisyyden tieteellinen selittäminen rajoittuu nykyään havaittaviin luonnonlakeihin.
-> Jos Biogeneesi on luonnonlaki, on se yliluonnollinen.

Niiniluodon päättelyketjusta huomaamme,että koska emme tiedä biogeneesin takana olevia säännönmukaisuuksia, joten niihin kannanottaminen on väistämättä metafyysinen oletus. Tämä ei tietenkään tarkoita sitä että kaikki empiiriset havainnot olisi jo tehty eikä uusia ilmiöitä enää havaittaisi. Biogeneesinkin säännöt voivat hyvin olla tälläisiä. Tämän mahdollisuuden kiisto suoralta kädeltä on myös yliluonnollinen oletus -joka vieläpä toimii tutkimuksen kieltosääntönä. Uusia empiirisiä havaintoja tehdään, esimerkiksi hiukkasfysiikassa, toistuvasti.

Lisäksi:
Jos biogeneesi olisi eksakti ja ennustettava luonnonlaki, johtaisi se elämän kehitykseen kokeellisesti toistuvasti "yhden iltapäivän aikana", kuten Shapiro on asian ilmaissut. Jos ja kun otamme biogeneesin luonnonlakina, ja käsittelemme sitä Hempel–Oppenheimin peittävän lain mallin näkökulmasta, joudumme -ainakin toistaiseksi- heikentämään "Miksi välttämättä X?" muotoon "Miksi mahdollisesti X?". Tämä heikennys on perusteltua, sillä elämä perustuu kemialliseen ketjuun, mutta vain tietyt kemialiset ketjut ovat eläviä. Elämä liittyy paitsi oikeiden kemiallisten molekyylien syntyyn, myös todennäköisyyteen jolla ne kasautuvat eläväksi luokiteltavaksi kokonaisuudeksi.
Esimerkki mahdollisesta alkusynnyn todennäköisyydestä:
1-{[1-(1/jakautujan 1 emäsmäärä^4)]*[1-(1/jakautujan 2 emäsmäärä^4)]*[1-(1/jakautujan 3 emäsmäärä^4)]*...* [1-(1/jakautujan N emäsmäärä^4)]}^T
N=kaikkien mahdollisten jakautujien määrä.
Kenties biologit onnistuvat joskus selittämään "miksi välttämättä?", mutta toistaiseksi "kuinka mahdollista?" on tavoitteena,eikä sitäkään ole ollut helppo saavuttaa. "Kuinka mahdollista" selittää ainoastaan sen, kuinka suurella todennäköisyydellä elämän synnyn voidaan olettaa toistuvan, jos samanlaiset olosuhteet esiintyvät uudestaan jossain paikassa. Se, onko kyseessä todennäköisyydessä "emergentti" muoto riippuu siitä, onko redusoituvaa sääntöä sille mikä on elävä ja mikä ei.

- - - - - - -
**Vitalismi
Tässä oletetaan,että eliöissä on olemassa "elämänvoima", jokin tekijä, jota ei sisälly elottomaan. Jokin tekijä,jota ei voida selittää fysikaalisilla ja kemiallisilla tapahtumilla. Tälläistä "aidosti emergenttiä" osaa voidaan kutsua esimerkiksi "semanttiseksi informaatioksi". Eliöistä ei kuitenkaan ole löytynyt mitään sellaista tapahtumaketjua,joka ei olisi perustunut kemiallisiin ja fysikaalisiin reagointeihin. Kaikki eliöistä löytynyt informaatio on kemiallista ja se on toiminnallista informaatiota = "informaatiota suhteessa nykyisiin tai entisiin olosuhteisiin"
Elämänvoima on havaitsematon ilmiö ja se on luonteeltaan falsifioimaton. Jos "elämänvoimalle" oletetaan ulkopuolinen lähde tai ohjelmoija, lisääntyy oletusten määrä toisella havaitsemattomalla ja luonteeltaan falsifioimattomalla oletuksella. Elon voimien aktivoima kvaliteetti tai elonvoiman aktivoija ei ole tieteen testattavissa, mikä tekee siitä tieteelliseltä kannalta äärimmäisen epäkiinnostavan ja hedelmättömän.
Olosuhteet
Jos oletamme elämän synnyn seuraukseksi jostakin olosuhteesta, ei tutkimuksellamme ole falsifikaatiokriteeriä: Kaikki epäonnistuneet synteesit voidaan nimittäin selittää suoritetun sopimattomissa o1osuhteissa. Voimme siis falsifioida vain yhden olosuhteen kerrallaan. Näinollen on muodostettava useita olosuhdeteorioita, jotka ovat mahdollisimman laaja -alaisia, ja jotka voidaan mahdollisimman eksakstisti kokeellisesti falsifioida. Emme siis falsifioisi kokeellisesti itse ilmiötä, vaan siihen liittyviä teorioita.

- - - - - -
***Biogeneesi suunnittelusta
Eräs lähestymisnäkökulma biogeneesiin on,että biogeneesikoe onnistuessaan osoittaisi,että elämää syntyy suunnittelemalla: Siinähän suunnitellulla on kokeella olisi saatu aikaan elämää. Elämän syntymisen tutkimusta tehdään kuitenkin "mekanistisen vastauksen vuoksi" = Saadaksemme tietää miten se on tapahtunut. Lähtökohtasi ei siis pohjimmiltaan eroa kovin paljoa nykyisestä tutkimuksesta. Jos havaitsemme että elämää voi syntyä suunnitellusti tai että elämää voi syntyä mekanistisesti ei tarkoita,että toinen vaihtoehto falsifioituisi. Otetaan lähtökohdaksi kumpi tahansa, havaitsematon -etenkin ominaisuuksiltaan tuntematon- Älyllinen tekijä jää Occamin partaveitsen käsittelyyn ja sitä kautta ulkopuolelle käsiteltäessä elämän syntyä.

Jos oletamme,että "elämää syntyy vain elävien elävien olentojen vaikutuksesta", ja katsomme sen kattavan myös synteettisen eliöiden valmistuksen, on meidän otettava oletus siitä,että kemialliset reaktioketjut muuttuvat jos sen mukana on älyllinen vaikutus vai ei. Jos oletamme, että suunnittelu ei ole vaikuttava tekijä oletamme, että kemialliset reaktioketjut eivät muutu sen mukaan ovatko aineet yhdessä ihmisen vaikutuksesta vai ilman ihmisen vaikutusta. Näistä jälkimmäinen on parempi, koska niissä oletetaan vähemmän lakeja: Laki ei muutu,vaan on sama olosuhteista johtuen. Ensimmäinen vaihtoehto taas olettaa älyllisen lähteen tuottavan lisälain. Tältä kannalta ajatellen on biogeneesikoe onnistuessaan parempi todiste elämän "eiälylliselle alkuperälle" kuin "älylliselle alkuperälle".

- - - - - - - - -
**Tutkimus
Kaikkien elävien kemiallinen rakenne on hyvin samanlainen. On siis perusteltua että ensimmäinen jakautuja on koostunut samoista alkuaineista,kuin nykyisinkin tavattavat. Voidaan hyvällä syyllä suunnata tutkimusta tämän havainnon pohjalta, vaikka havainnot ensimmäisistä eliöistä ja niiden kemiasta puuttuvat.

Naturalistinen selitysmalli biogeneesille on perusteltu:
Koska elämä toimii yhdisteillä, niiden muodostuminen vaatii energiaa. Tähän mahdollisia lähteitä ovat esimerkiksi UV -säteily,salamointi,tulivuoritoiminta,meteoriitit,jopa radioaktiivinen säteily.
*Näiden reaktioiden seurauksena syntyy myös satunnaisia orgaanisia molekyylejä.
Todisteena tästä: Millerin kokeet useilla ilmakehämalleilla - On todistettu,että monimutkaisia orgaanisia molekyylejä ja perimän rakenneaineita syntyy elottomissa prosesseissa. (Chang, S., D. DesMarais, R. Mack, S. L. Miller, & G. E. Strathearn, "Prebiotic organic syntheses and the origin of life. In: Schopf, J. W., ed., Earth's Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution.", 1983)
(Miller, S. L. "Which organic compounds could have occurred on the prebiotic earth?", 1987)
(Schlesinger, G. and S. L. Miller, "Prebiotic synthesis in atmospheres containing CH4, CO, and CO2. I. Amino acids.", 1983)
(Stribling, R. and S. L. Miller, "Energy yields for hydrogen cyanide and formaldehyde syntheses: the HCN and amino acid concentrations in the primitive ocean.",1987)
Alkuperäinen ilmakehä sopii havaintojemme mukaan Millerin kokeoloihin: Vaikka se oli hapettava, se ei ollut lähellekkään niin hapettava,kuin nykypäivänä. Varhaisilmakehässä oli melko paljon vetyä, mikä helpottaa orgaanisten molekyylien muodostusta. (Tian, Toon, Pavlov & De Sterck. "A hydrogen-rich early Earth atmosphere.") (Chyba, "Rethinking Earth's early atmosphere.",2005) Nämä muodostuneet yhdisteet edustavat pienempiä energiatiloja ja ovat täten vakaampia. Tuolloin ei myöskään ollut eliöitä hajottamassa yhdisteitä. Pienemmät energiatilat suojaavat yleensä myös hydrolyysin hajottavilta vaikutuksilta. Millerin kokeissa syntyi myös syanidia ja formaldehydiä. Ne ovat tarpeellisia rakennettaessa muita tärkeitä biokemiallisia rakenteita. Ne eivät siis ole tässä yhteydessä myrkkyjä,pikemminkin päinvastoin. (Abelson, P. "Chemical events on the primitive earth", 1996) Aminohappoja syntyy myös avaruudessa ja niitä tulee maahan sitä kauttakin. (Pizzarello & Weber, "Prebiotic amino acids as asymmetric catalysts.", 2004.)

*Molekyyli joka todennäköisti omanlaistensa yhdisteiden ja rakenteiden syntyä sai yleistymisedun.
Malliesimerkkeinä tästä ovat mm. useat kiteet jotka pyrkivät samansuuntaistamaan hilarakenteensa. Laboratoriossa RNA:sta ja rasvahapoista saatiin savihiukkaisten katalysoimana syntymään hallitusti jakautuvia esisoluja, joilla oli solukalvo ja jotka jakautuivat ilman että RNA:ta meni hukkaan. (Hanczyc & Szostak, "Replicating vesicles as models of primitive cell growth and division.",2003)
(Chen, Roberts & Szostak, "The emergence of competition between model protocells.", 2004)
(Chen & Szostak, "A kinetic study of the growth of fatty acid vesicles",2004)
Toinen erinomainen koe on 2005 vuosimallia oleva koe jonka suorittivat Hauke Trinks,Wolfgang Schröder ja Cristof Biefbricher. Kokeessa synnytettiin kaasuista ja merijäästä RNA- ketjuja muutamassa tunnissa.

*Lyhyet polynukleotidiketjut liittyivät yhteen, jolloin joukkoon syntyy toisia vakaampia ja nopeammin ja tarkemmin kopioituvia molekyylejä. Nämä vakaammat ja tehokkaammin monistuvat ketjut yleistyvät muita tehokkaammin.
Tästä mainiona esimerkkinä on vuonna 2005 suoritettu koe, jossa Hauke Trinks,Wolfgang Schröder ja Cristof Biefbricher synnyttivät kaasuista ja merijäästä RNA- ketjuja muutamassa tunnissa. (Tieteen Kuvalehti 13/2005)

->Polynukleotidiketjut pariutuvat,jolloin syntyy lujempia kaksoissidoksia. Huomattavaa on,että laboratorioissa on biogeneesikokeissa aikaansaatu yksittäisiä nukleotideja,lyhyitä polynukleotidiketjuja, näitä ketjuja on onnistuttu liittämään yhteen, jopa lyhyitä jakautujia on tuotettu, solukalvorakenteita on synnytetty.

- - - - - - - - -
**Muna - kana -ongelma
Esimerkiksi Henry M. Morris esitti 1974 kirjoittamassaan "Scientific Creationism", että proteiinit eivät toimi ilman perimää ja että perimä ei toimi ilman proteiinia. Ne ovat siis toisistaan riippuvaisia, ja näiden kehitys ilman Jumalallista vaikutusta olisi mahdotonta. Tämä ongelma tunnetaan muna -kana ongelmana, koska kana syntyy munasta ja muna syntyy kanasta. Kumpi tuli ensin?
Kuten munaongelmaankin, on tähän biogeneesin ongelmaan havaittu ratkaisu. Munaongelma ratkeaa evoluutiolla ja sillä,että dinosaurukset syntyivät munista
Ja sammakkoeläimet tavallaan liskon munien "esimunista"
Böhler, Nielsen & Orgel ratkaisivat ongelman 1995 Naturessakin julkaistussa tutkimuksessa joka oli otsikoitu "Template switching between PNA and RNA oligonucleotides.", samaan tulokseen tulleet myös Piccirilli 1995 julkaistussa "RNA seeks its maker.", Jeffares, Poole & Penny "Relics from the RNA world." ja sama työryhmä "The path from the RNA world.", molemmat vuodelta 1998. Ratkaisu on se,että RNA voi toimia itsenäisesti. Tämä teoria on perusteltu,sillä RNA näyttelee keskeistä osaa nykyperimässä,
RNA eroaa DNA:sta vain muutamalla eri tavalla:
*RNA-molekyylit kykenevät jakautumaan itsenäisesti
*RNA-molekyylit pystyvät siirtymään tumasta solulimaan.
*Deoksiriboosin tilalla polynukleotidiketjussa on riboosi.
*Emäksissä tymiinin tilalla on urasiili.
*RNA-molekyylit ovat lyhyempiä kuin DNA-molekyylit
*RNA:ssa yleensä vain yksi juoste -joidenkin virusten RNA:ssa kaksi.
*RNA-molekyyli kopioi vain lyhyen osan yhden DNA-juosteen geneettisestä informaatiosta.

Toinen mahdollinen ratkaisu on "protein only" -teoria, joka nojaa havaintoihin prioneista. Siinä nojataan havaintoon siitä, että prionit kykenevät monistamaan rakennettaan ilman perimää. Pelkkä proteiini riittää, jolloin "muna-kana -ongelmaa" ei edes ole.
- - - - - -
**Kreationistien kritiikki
Yleisimmin kreationistien kritiikki kohdistuu Millerin kokeeseen, joka on yksi koe. Kyseinen koe ei luonut elämää, mutta elämän osasia. Kritisoimalla pelkkää Milleriä kreaitonistit osoittavat,että heillä ei ole kiinnostusta perehtyä aihepiiriin.
Toinen tyypillinen argumentti on osoittaa,että kyseinen koe ei tuottanut jotain piirrettä -esimerkiksi RNA ketjua- vaan se laitettiin systeemiin jo valmiiksi: Biogeneesikokeissa yritetään selvittää tiettyjä vaiheita, ja jos jotain piirrettä on tuotettu jossain toisessa kokeessa, on niitä järkeväkin käyttää. Tietysti paras mahdollinen biogeneesikoe olisi sellainen,jossa tuotettaisiin jakautuja molekylisoitumattomista alkuaineista,
Jos kokeessa syntyisi sarvikuono tai muu monimutkainen eliö, olisi evoluutio tarpeeton niiden ilmenemisen selittämiseksi.
mutta usea vaihe on mahdollinen: Tietenkin jokainen eri tila - varsinkin,jos se on jotenkin harvinainen tai poikkeava- lisää elämän synnyn epätodennäköisyyttä kyseisellä reagointiketjulla.
Eräs merkillinen piirre kreationistien kritiikissä on se, että jos jotain "lämpimästä lätäköistä" poikkeavia esimerkkejä esitetään, on kyseessä osoitus jostain evoluutikkojen paniikista tai vastaavasta. Oikeasti biogeneesin ongelmaa tutkitaan ja se on kaikkea muuta kuin ratkaistu. Siihen liittyy kiivasta tutkimusta, jossa käytetään avoimesti erilaisia lähtökohtia -kuten hyvältä tutkimukselta kuuluukin. Kreationistit sen sijaan eivät ole kiinnostuneita biogeneesistä: he haluavat vain suoraa päätä julistaa "mahdottomana naturalistiselle tutkimukselle" ja päätellä tästä että sen takana on superäly.

- - - - - -
Viitteet:
Paul Davies, "5 ihme",1999

NASA:"Origin of Life, Exobiology, Astrobiology"
http://web99.arc.nasa.gov/~astrochm/originlinks.html

Ilkka Niiniluoto, "Johdatus tieteenfilosofiaan",2002

Ilkka Niiniluoto, "Tiede filosofia ja maailmankatsomus",1984

Risto Jääskeläinen "Kemiallisesta evoluutiosta",1981
http://www.geocities.com/ristoij2002/tiedostoja/gradurj.pdf