Vieraat eliöt ratkaisevat elämän arvoituksen

Millerin kuuluisa vuoden 1952 koe todisti, että yksinkertaisia kemiallisia yhdisteitä on mahdollista muuttaa monimutkaisiksi biomolekyyleiksi kaasuseoksessa, joka muistuttaa Maan miljardien vuosien takaista ilmakehää.

Miller jäljitteli siten elämän kehittymisen alkua. Vaikka monet tutkijat ovat sittemmin tehneet pitemmälle meneviä kokeita, asiassa ei ole juuri edistytty.

Ratkaiseva askel on todettu vaikeaksi ottaa.

Elämän syntymä on yhä tieteen suurimpia arvoituksia. Jos se pystyttäisiin ratkaisemaan, saatettaisiin ehkä saada myös vastaukset muihin yleismaailmallisiin kysymyksiin – siihen, kuinka ainutlaatuista

Maan elämä on, ja siten siihen, olemmeko olemassa täysin sattumalta vai onko olemassaolomme jonkinlaisen luonnossa vallitsevan lainalaisuuden ansiota. Lisäksi voitaisiin mahdollisesti panna piste monisatavuotiselle keskustelulle siitä, mitä elämä pohjimmiltaan on.

Siinä tapauksessa olisi helpompaa tunnistaa toisaalla esiintyvä elämä, jos siihen törmättäisiin.

Filosofeilta elämälle tarkoitus ja merkitys

Kun nykyiset biologit yrittävät määritellä elämän, he kohtaavat samat ongelmat, joiden kimpussa historian suurimmat ajattelijat painiskelivat.

Antiikin kreikkalainen filosofi ja luonnontieteilijä Aristoteles pani käyntiin keskustelun elämän olemuksesta, kun hän teki eron ”kivikunnan” ja ”eläin- ja kasvikunnan” välillä.

Aristoteles liitti elollisuuteen ”sielun”, mutta hän ei käyttänyt sanaa sen nykyaikaisessa merkityksessä. Hän tarkoitti sielulla pikemminkin kykyä lisääntyä, ravita itseään, aistia ympäristöä ja ajatella.

Kahta ensimmäistä hän piti perusluonteisina, sillä ne pätivät kaikkiin eläimiin ja kasveihin.

Aristoteleen luonnonkäsitys oli teleologinen, eli siihen sisältyy oletus kaikkien luonnon kehityskulkujen ja etenkin elollisten prosessien tarkoitusperäisyydestä tai ehkä jopa päämäärähakuisuudesta.

Pari tuhatta vuotta myöhemmin ranskalainen filosofi ja matemaatikko René Descartes yritti ottaa etäisyyttä teleologiseen ajatteluun.

Descartes pani 1600-luvulla, jolloin sellaiset koneistot kuin taitavasti tehdyt mekaaniset kellot ja kirkkourut yleistyivät, eliöt samalle viivalle niiden kanssa.

Elävissä olennoissa tapahtuvilla prosesseilla ei ollut mitään ennalta määrättyä tarkoitusta, ja Descartes näki eliöt ainoastaan kehittyneinä koneina.

Kaikki oli kuvattavissa sillä fysiikalla, joka alkoi versoa hänen elinaikanaan ja nousi taimelle 1600-luvun loppupuolella, kun Isaac Newton esitti mekaniikan peruslait.

Teleologinen ajattelu osoittautui sitkeähenkiseksi. Se teki paluun jo 1700-luvulla – tällä kertaa saksalaisen filosofin Immanuel Kantin myötä.

Hän piti elämää niin monimutkaisena, ettei sitä voitu selittää yksinkertaisella fysiikalla. Kant rohkeni jopa väittää, että ”biologian newtonia ei tule koskaan”.

Kant kiinnitti huomiota siihen, että klassisessa fysiikassa kaikki prosessit voidaan kuvata syyllä ja seurauksella, mutta hän katsoi sen mahdottomaksi elämän tapauksessa.

Hän käsitti elävän olennon olevan ”sekä syy että seuraus” – toisin sanoen muna ja kana -riippuvuussuhde, jossa syytä ja seurausta ei voi erottaa toisistaan toistensa edellytyksinä.

Vielä monta vuosikymmentä eteenpäin teleologinen luonnonkäsitys kampitti niitä, joiden näkemyksen mukaan moderni fysiikka on ratkaisun avain etsittäessä selityksiä kaikkeen aina elämän prosesseja myöten.

Darwinin muotoilemat elämän lait

Yksi julkaisu vuonna 1859 käänsi keskustelun elämän olemuksesta päälaelleen.

Brittiläinen geologi ja luonnontutkija Charles Darwin kirjoitti Lajien synty -teoksensa helposti ymmärrettävällä kielellä, minkä ansiosta monet pääsivät perille sen ydinkohdista.

Ne puhuttivat tutkijoiden, kirkonmiesten ja ajattelijoiden lisäksi maallikoita. Teleologinen luonnonkäsitys joutui väistymään Darwinin evoluutioteorian tieltä, ja hänen selityksensä elämän kehitykselle oli hienosti yhdistettävissä moderniin fysiikkaan.

Syynä siihen, että eliöiden elämänprosessit vaikuttavat tarkoituksenmukaisilta ja tehokkailta, on yksinkertaisesti se, että ne eliöt, joilla prosessit ovat olleet epätarkoituksenmukaisia, ovat hävinneet.

Darwin antoi biologeille sen, minkä fyysikot olivat saaneet pari sataa vuotta aikaisemmin.

Evoluutioteoria tarjosi sääntöjä, joilla voitiin selittää, miksi kasvit, eläimet ja muut eliöt näyttävät siltä kuin ne näyttävät ja elävät niin kuin ne elävät.

Elämä tekee jatkuvasti kokeita uusilla varianteilla, mutaatioilla, ja luonnonvalinta huolehtii siitä, että vain kaikkein tarkoituksenmukaisimmat säilyvät ja yleistyvät.

Eliöiden sopeutuminen ilmeisen hyvin omiin elinolosuhteisiinsa ei ole määrätietoisen kehittymisen tulos, vaan evoluutio ampuu haulikolla ja vain vahingossa osuneet haulit nähdään.

Immanuel Kant siis erehtyi. Darwin oli nimenomaan ”biologian newton” – ainakin puhuttaessa Maan elämän lainalaisuuksista.

Siitä huolimatta kaikki eivät olleet vakuuttuneita, ja keskustelu jatkui 1900-luvun puolelle. Kuuluisa itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger kuului yllättävää kyllä niihin, jotka suhtautuivat epäillen modernin fysiikan mahdollisuuksiin selittää elämää.

Schrödinger keskittyi eliöiden kykyyn pitää yllä monimutkaista toimintakokonaisuutta sisällään ja jopa ajan mittaan laajentaa sitä.

Kaikissa muissa sulkeisjärjestelmissä pätee termodynamiikan toinen pääsääntö, jota kutsutaan myös entropian eli hajeen kasvuksi. Sen mukaan epäjärjestyksen määrä kasvaa ennen pitkää kaaokseksi – niin kuin tilkasta kylmää vaaleaa kermaa ja kuumasta mustasta kahvista tulee kupissa haaleaa vaaleanruskeaa sekoitusta.

Eliöissä asia näytti kuitenkin olevan toisin, ja Schrödinger antoi erolle niin paljon painoarvoa, että hän halusi siitä elämän määritelmän perustan, koska se erotti elollisen elottomasta.

Itävaltalaisfyysikko ei varsinaisesti määritellyt elämää. Hän ajatteli kuitenkin sensuuntaisesti, että elollisia ovat ne järjestelmät, jotka eivät noudata termodynamiikan toista pääsääntöä tai joita klassinen fysiikka ei voi selittää. Näin rajaavat kuvaukset kertovat kuitenkin enemmän siitä, mitä elämä ei ole, kuin siitä, mitä se on.

Tutki tästä Schrödingerin kissaa:

Tunnetut eliöt kuin yhdestä puusta

Elämä on kuvailtavissa, mutta se ei tarkoita samaa kuin elämän määritteleminen.

Kun biologit luonnehtivat elämää sellaisena kuin se esiintyy maapallolla, he korostavat muutamia eliöiden yhteisiä perusominaisuuksia. Niistä tärkeimpiä ovat kyky tuottaa itselle energiaa aineenvaihdunnan avulla ja lisääntymiskyky.

Lisäksi eliöt ovat itsenäisiä, esimerkiksi solukalvon ympäristöstä erottamia, kokonaisuuksia, joita voidaan pitää yksilöinä.

Näillä perusteilla on mahdollista tehdä karkea jako elollisiin ja elottomiin. Bakteerit täyttävät kaikki kolme vaatimusta, mutta virukset eivät, koska virus pystyy lisääntymään vain jonkin eliön solun avustuksella.

Samoin on prioneiksi kutsuttujen proteiinien epätavallisten osien laita.

Nämä sellaisia aivorappeumasairauksia kuin hullun lehmän tauti, lampaiden ja vuohien skrapi ja ihmisen Creutzfeldt–Jakobin tauti aiheuttavat hiukkaset voivat ”lisääntyä” pakottamalla ympärillään olevia proteiineja laskostumaan itsensä kaltaisesti, mutta koska prioneilla ei ole ­aineenvaihduntaa, ne ovat elottomia.

Myös kiteet voivat kasvaa, kun niihin liittyy lisää atomeja, jotka laajentavat rakennetta, mutta kasvu ei riitä tekemään niistä eläviä.

Rajan elollisella puolella on kaikkea yksisoluisista eliöistä kasvien ja sienien kautta eläimiin ja ihmisiin. Elonkirjo on huimaava, ja elämä on sopeutunut melkein kaikkiin maapallolla esiintyviin elinympäristöihin.

Kuitenkin kun biokemistit ja molekyylibiologit zoomaavat solujen perusluonteisiin prosesseihin, he näkevät elämän olevan kauttaaltaan hämmästyttävän yhtäläistä.

Kaikkien eliöiden elämänlankoja ovat dna-säikeet, jotka koostuvat samoista aineista ja samoista neljästä typpiemäksestä.

Dna-kierre sisältää perintöaineksen ja niiden proteiinien valmistusohjeet, jotka pitävät eliön hengissä. Kaikkien eliöiden proteiinit rakentuvat samoista 20 aminohaposta, vaikka tarjolla on yli sata vaihtoehtoa.

Vertailun vuoksi mainittakoon, että Stanley Millerin vuoden 1952 yksinkertaisessa kokeessa syntyi 11 erilaista aminohappoa. Kun hän teki myöhemmin kokeen useammalla aineella, määrä kasvoi 23:een.

Maan elämän biokemiallinen yhdenmukaisuus on vakuuttanut biologit yhteisestä alkuperästä.

Eliöiden suuri sukupuu on siis kasvanut yhdestä ja samasta siemenestä. Vertaamalla niitä eroja, joita eliöiden perintöainekseen on syntynyt, voidaan hahmottaa kehityskulku, jonka lähtökohdaksi on todettu nelisen miljardia vuotta sitten elänyt niin sanottu alkusolu.

Siitä käytetään nimitystä Luca, last universal common ancestor eli viimeinen kaikkien nykyeliöiden yhteinen esivanhempi.

Kaikilla Lucan jälkeläisillä on sama itsestään rakentuva koneisto, jossa dna, rna ja proteiinit huolehtivat yhdessä toiminnasta siinä tapauksessa, että mitään niistä ei puutu.

Biologit eivät ole vielä päässeet sopuun siitä, mikä niistä ilmestyi ensin. Kysymys on samanlaisesta kana ja muna -riippuvuussuhteesta kuin se, johon Kant törmäsi yli 200 vuotta sitten.

Tunnettujen eliöiden keskinäinen sukulaisuus tulee näkyviin myös silloin, kun poraudutaan syvälle elämän raaka-aineisiin.

Kautta linjan eliöiden runkona on vain viisi alkuainetta: happi, vety, typpi, fosfori ja hiili. Vaikka eliölajista toiseen vaihtelevia aineita on koko joukko, mainitut viisi ainetta vaikuttavat keskeisiltä elollisuuden kannalta.

Vaikka elämän ainekset ovat tiedossa, sen valmistusohjeesta ja siten myös määritelmästä on tuskin vielä aavistustakaan.

Vuonna 1970 yhdysvaltalainen astrobiologi Carl Sagan käsitteli aihetta järjestelmällisesti ja konkreettisesti kuuluisassa esseessään.

Hän kävi läpi useita elämän määritelmiä ja totesi ne kaikki epätyydyttäviksi. Sagan jakoi määritelmät viiteen ryhmään: fysiologisiin, metabolisiin, biokemiallisiin, geneettisiin ja termodynaamisiin.

Hän piti jokaista määritelmää joko liian suppeana tai laajana – tai yhtäältä liian suppeana ja toisaalta liian laajana.

Elämästä lisää epäjärjestystä maailmaan

Elolliset kykenevät lisääntymään. Ovatko sitten muulit hedelmättöminä eläiminä elottomia?

Tällä repäisevällä esimerkillä Carl Sagan pudotti pohjan pois geneettisiltä elämän määritelmiltä.

Häneltä saivat yhtä kylmää kyytiä myös fysiologiset ja metaboliset määritelmät, jotka keskittyvät liikkumiseen ja energia-aineenvaihduntaan.

Saganin mukaan ne ovat sekä niin laajoja, että ne kattavat myös autojen kaltaiset koneet, että niin suppeita, että ne sulkevat ulkopuolelle esimerkiksi kasvien siemenet ja sienien itiöt, jotka voivat pysyä paikallaan ja elossa satoja vuosia tuottamatta itselleen energiaa.

Saganin loppupäätelmäksi tuli, että on oikeastaan turha yrittää määritellä elämää yksittäistapauksen pohjalta. Muuta ei ole kuitenkaan tarjolla kuin Maan elämä.

”Koska Maassa esiintyy vain yhdenlaista elämää, sitä tarkastellaan ahtaasta näkökulmasta”, Sagan sanoo ja kyseenalaistaa esseessään myös Schrödingerin esittämän ajatuksen elämästä järjestelmänä, joka rikkoo termodynamiikan toista pääsääntöä.

Saganin mukaan eliöt vaikuttavat vain pienessä mitassa ylläpitävän ja laajentavan järjestyksessä pysyvää toimintakokonaisuutta.

Eliöt luovat sisäistä järjestystä nimittäin ympäristönsä kustannuksella. Kun esimerkiksi levä sitoo hiilidioksidia ja käyttää hiiltä monimutkaisempien molekyylien tuottamiseen, sen täytyy turvautua auringonvalon energialla tapahtuvaan yhteyttämiseen eli fotosynteesiin.

Säteily on peräisin Auringon sisuksen fuusioreaktioista, ja ne lisäävät epäjärjestystä. Siispä sitä järjestystä, jonka elämä saa aikaan paikallisesti, vastaa paljon suurempi Auringossa leviävä epäjärjestys.

Tällöin epäjärjestys kasvaa koko järjestelmässä aivan termodynamiikan toisen pääsäännön mukaisesti.

Carl Saganin näkemys elämästä suurempana yhtenäisenä järjestelmänä on sopusoinnussa hänen Nasa-kollegansa, brittiläisen James Lovelockin, 1960- ja 1970-luvuilla kehittämän Gaia-teorian Maata ja sen elämää koskevien perusolettamusten kanssa.

Biosfääri yksi ainoa suunnaton eliö

Nasa julkaisi 30. joulukuuta 1968 historian kuuluisimman kuvan avaruudesta.

Sen oli ottanut joitakin päiviä aikaisemmin Apollo 8 -lennon miehistö, kun alus oli asettunut Kuuta kiertävälle radalle.

Vähän ennen kuin alus siirtyi neljännen kerran Kuun Maahan näkymättömälle puolelle, astronautit valokuvasivat maapallon Kuun kuoppaisen pinnan jäädessä etualalle.

Kuva pienestä sinisestä keitaasta mustana taustana näkyvässä äärettömässä maailmankaikkeudessa lumosi ihmiset ja lunasti paikkansa kuvastossa, jolla ajettiin esimerkiksi ympäristöasiaa ja rauhanaatetta.

Katso tästä tarina Apollo 8:sta ja kuvasta Earthrise (Maannousu):

Puhuttelevaan kuvaan näytti sisältyvän sanoma: ”Meidän täytyy pitää parempaa huolta hauraasta kodistamme universumissa.”

Kuva oli sekä ajan hengen – ”rauhaa, rakkautta ja harmoniaa” – että Gaia-teorian esittämän luonnonkäsityksen mukainen.

Lovelockin kreikkalaisen taruston maaemon mukaan nimeämässä teoriassa elämää ei esitetä ainoastaan satunnaiseksi lajikokoelmaksi, vaan myös yhdeksi suureliöksi, joka kattaa koko maapallon.

Eliö, jota voidaan kutsua myös biosfääriksi eli eliö- tai elonkehäksi, koostuu maanpinnasta, vedestä, ilmakehästä ja elämästä.

Biosfäärille on ominaista, että se säätelee itse itseään ja pyrkii jatkuvasti tasapainotilaan, jossa vallitsevat mahdollisimman suotuisat elinolot.

Hyvä esimerkki on ilmakehän happipitoisuus. Elämä tuottaa itse happea ilmakehään, kun kasvit yhteyttävät, ja happea kuluu, kun toiset eliöt hengittävät ja orgaaninen aine hajoaa.

Tuotannon ja kulutuksen välinen suhde on niin hyvin tasapainossa, että hapen osuus ilmasta on pysynyt viimeiset 400 miljoonaa vuotta noin 20 prosentissa.

Määrä sopii mainiosti kaikille hapesta riippuvaisille eliöille, kuten ihmiselle. Lovelock on ilmaissut asetelman näin: ”Elämä ei tyydy pelkästään sopeutumaan Maahan. Se muuttaa Maata itselleen edulliseksi.”

Gaia-teoria voi muistuttaa Aristoteleen teleologista käsitystä elävistä olennoista, mutta kokoluokka erottaa ne.

Teoriassa oletetaan, että elämän prosessien takana on jokin ylempi päämäärä ja että eliöt toimivat tarkoituksenmukaisesti turvatakseen tulevaisuutensa. Lovelock herätti paljon huomiota Gaia-teoriallaan 1960-luvulla, mutta sittemmin se on menettänyt suosionsa.

Teoriasta tekee ongelmallisen se, että se ei selitä, kuinka kaikki ne eliöt, joista Maan elämä kokonaisuudessaan koostuu, kykenevät käyttäytymään niin ”mielekkäästi” kuin siinä esitetään.

Osa tutkijoista uskoo päinvastoin, että elämä on kaikkea muuta kuin järkevää: sillä on taipumus tuhota itseään.

Luonto suurissa vaikeuksissa

Elämä uhkasi hävitä maapallolta 2,5 miljardia vuotta sitten.

Kun hiilidioksidi hallitsi ilmakehää, syanobakteerit alkoivat yhtäkkiä tuottaa happea fotosynteesin avulla.

Uudet yhteyttäjät muuttivat hiilidioksidia hapeksi niin tehokkaasti, että muut eliöt eivät ehtineet sopeutua muutokseen. Niille happi oli myrkkyä, ja seurauksena oli melkein kaiken elämän tuhoutuminen.

Kehitys ei ollut tarkoituksenmukaista edes itse syanobakteereille. Kun ne tyhjensivät ilmakehää hiilidioksidista, luonnollinen kasvihuoneilmiö heikkeni rajusti ja Maassa alkoi globaali jääkausi.

Yhdysvaltalaispaleontologi Peter Ward pitää kuvattua kehitystä todisteena siitä, että Maan elämä on oman itsensä pahin vihollinen – ja paljon suurempi uhka kuin tulivuorenpurkaukset tai asteroidi-iskut.

Hän julkisti vuonna 2009 Medeia-teorian, jonka mukaan elämä toimii itseään vastaan. Nimensä teoria on saanut antiikin kreikkalaisesta tragediasta, jossa äitihahmo Medeia päättää surmata omat lapsensa.

Paleontologina Ward on erikoistunut suuriin ekokatastrofeihin: joukkosukupuuttoihin.

Hän uskoo, että monet niistä aiheutti elämä itse, ja pitää onnellisena sattumana sitä, että luonto ei tuhoutunut täysin 2,5 miljardia vuotta sitten. Wardin käsityksen mukaan elämän ylempi päämäärä, jos se on tavalla tai toisella olemassa, ilmenee sisäisenä automatiikkana, joka pyrkii pelastamisen sijasta tuhoamaan.

”Tosiasiassa elämä yrittää hävittää itsensä. Ei kuitenkaan tarkoituksellisesti – muuten vain”, Ward toteaa.

Ward uskoo elämän muuttaneen maapallon monta kertaa toisenlaiseksi heikentämällä omia selviytymismahdollisuuksiaan.

Muutoksia hän luonnehtii niin rajuiksi, että tähtitieteilijät eivät välttämättä pitäisi mullistuskausien Maata ”elinkelpoisena kiviplaneettana”.

Näkökohta ei tietenkään helpota elämän etsimistä Maan ulkopuolelta omasta aurinkokunnasta tai vielä kauempaa, sillä Maan kaltaisten planeettojen löytyminen on vasta alku.

Tehtävä vain vaikeutuu siinä tapauksessa, että Maan ulkopuolinen elämä on täysin erilaista.

Vieraan elämän etsinnässä tähtitieteilijät ovat perinteisesti keskittyneet maapalloa muistuttaviin taivaankappaleisiin.

Ne ovat lähinnä planeettoja ja kuita, jotka sijaitsevat sopivan matkan päässä keskustähdestä ja joiden pinnalla vesi voi olla nestemäisessä olomuodossa.

Nasan asiantuntijoihin kuuluva yhdysvaltalainen filosofi Carol Cleland Coloradon yliopistosta pitää tätä lähestymistapaa turhan yksipuolisena.

Cleland on kirjoittanut kirjoja Maan ulkopuolisen elämän etsinnästä ja varoittaa tuudittautumasta siihen uskoon, että kaiken a ja o ovat maapallolla vallitsevien kaltaiset elinolosuhteet.

Elämä sellaisena kuin se tunnetaan on riippuvaista vedestä, mutta ei ole laisinkaan varmaa, että asia on näin myös Maan ulkopuolella.

Ehkä vieras elämä tukeutuu toisiin nesteisiin ja eliöt ovat rakentuneet eri lailla kuin täällä.

Tietämättömyyttä ja kapeakatseisuutta

Vuonna 2017 ALMA-teleskooppi paljasti, että Saturnuksen Titan-kuun kaasukehässä on paljon akryylinitriiliä.

Ei välttämättä erityisen huomionarvoinen seikka elämän etsimisen yhteydessä, mutta Titanin tapauksessa se on olennainen.

Koska Titan on jääkylmä kuu, jossa lämpötilat kieppuvat 170 pakkasasteen tienoilla, siellä ei esiinny nestemäistä vettä, jota mahdollinen elämä voisi hyödyntää.

Sen sijaan Titanissa on runsaasti nestemäistä metaania. Maapallon eliöiden rasvapitoisille solukalvoille nestemäinen metaani olisi tuhoisaa, mutta akryylinitriili sopii ominaisuuksiensa puolesta vastaavien kalvojen rakennusaineeksi.

Periaatteessa onkin mahdollista, että Titanin elämä perustuu aivan eri aineisiin kuin Maan elämä, koska siellä vallitsevat erilaiset olosuhteet.

Kun elämä vaatii Maassa vettä ja rasva-aineita, se voi tarvita Titanissa nestemäistä metaania ja akryylinitriiliä.

Kaksi vuotta ennen ALMAn löytöä yhdysval­talaisen Cornellin yliopiston tut­kimusryhmä, johon kuului biokemistejä ja tähtitieteilijöitä, oli selvittänyt juuri tätä mahdollisuutta.

Hankkeessa mallinnettiin solu, jonka solukalvo perustuu akryylinitriiliin, ja osoitettiin tietokonemallin avulla, että se voi oikeasti toimia.

Jos asiaa ei olisi sattumoisin tutkittu aikaisemmin, olisi voinut hyvin käydä niin, että Nasan väki ei olisi kiinnittänyt ALMA-teleskooppia käyttäessään huomiota akryylinitriilin esiintymiseen Titanin kaasukehässä.

Tapaus osoittaa, kuinka tärkeää Maan ulkopuolisen elämän etsinnässä on käyttää mielikuvitusta ja katsella kaikkea avoimin silmin.

Nimenomaan tätä ajattelutapaa Carol Cleland peräänkuuluttaa. Hän on yhtä mieltä Carl Saganin kanssa siitä, että elämän olemuksesta tiedetään liian vähän, jotta se voitaisiin määritellä.

Lisäksi Cleland varoittaa, että kovin ahdas näkökanta aiheuttaa ongelmia sille, mitä hän pitää tuntemattoman elämän etsimisenä. Se nimittäin johtaa kapeakatseisuuteen.

”Kuinka voidaan yleistää elämä yksittäistapauksen perusteella, joka ei ehkä ole edes edustava?” hän kysyy ja jatkaa: ”Mikäli elämä määritellään tarkasti, suljetaan automaattisesti pois elämä, joka ei ole samanlaista kuin Maan elämä, kun etsitään Maan ulkopuolista elämää.”

Samasta syystä Cleland on sitä mieltä, ettei ole järkevää vetää äärimmäisen tarkkaa rajaa elollisen ja elottoman välille maapallollakaan.

Siihen asti, kun elämän syvin olemus paljastuu, on paikallaan sijoittaa esimerkiksi virukset ja prionit harmaalle vyöhykkeelle. Tälle kannalle on asettunut monta muutakin Maan ulkopuolelta elämää etsivää tutkijaa.

Tähtitieteilijät yrittävät löytää vierasta elämää avaruudesta, mutta osa tutkijoista on seurannut Stanley Millerin jalanjälkiä ja paneutunut elämän tutkimiseen laboratoriossa.

Heihin kuuluu yhdysvaltalainen biokemisti Steven Benner, joka on synteettiseksi biologiaksi kutsutun tutkimusalan uranuurtajia. Kyseessä on monitieteinen biologian osa-alue, jossa suunnitellaan ja rakennetaan kemian keinoin eliöiden mutkikkaita prosesseja vastaavia järjestelmiä.

Laboratoriossa tuotetaan sellaisia biomolekyylejä kuin aminohappoja, proteiineja, rna:ta ja dna:ta sekä analysoidaan niiden toimintaa.

Tähän mennessä ei ole onnistuttu saamaan aikaan keinotekoista järjestelmää, joka on itsetoimiva ja -säätyvä luonnollisten eliöiden tapaan.

Benner ei yritä ainoastaan kopioida elämän tunnettuja rakennuspalikoita, vaan hän myös suunnittelee uusia.

Vuonna 2019 hänen johtamansa tutkimusryhmä loi keinotekoista dna:ta, joka on kehittyneempää kuin Maan elämän aikaansaama dna on.

Luonnolliseen dna-kierteeseen kuuluu neljänlaisia typpiemäksiä, joiden nimiin viittaavia kirjaimia kutsutaan usein elämän aakkosiksi.

Emäsjärjestys määrää geenien tehtävän ja sisältää niiden proteiinien valmistusohjeet, joita solut tuottavat. Ihmisellä on noin 25 000 geeniä, joista osa on satojen emästen, osa taas yli kahden miljoonan emäksen pituisia.

Ihmisen perimässä on kaikkiaan noin kolme miljardia emästä. Mahdollisia emäsyhdistelmiä on käsittämättömän paljon, mutta Bennerin teko-dna:ssa niitä on vielä huomattavasti enemmän.

Laboratoriossa rakennetussa dna-nauhassa käytetään neljän sijasta kahdeksaa emästä. Lukumäärä selittää sille annetun hachimoji-nimen, joka perustuu japanin kahdeksaa ja kirjainta tarkoittaviin sanoihin.

Keinotekoinen dna on luonnollisen esikuvansa mukaisesti kaksoiskierre, ja Benner on kokeellisesti osoittanut sen voivan välittää informaatiota kuten aito dna.

Tutkimushanke tähtääkin sen todistamiseen, että elämän keskeiset rakennuspalikat voivat olla erilaisia.

”Analysoimalla hachimoji-dna:n muotoa, kokoa ja rakennetta voidaan syventää tietoja niistä molekyyleistä, jotka mahdollisesti sisältävät muualla esiintyvän vieraan elämän informaatiota”, Benner kertoo.

Bennerin työtä tukeva Nasa aikoo käyttää tuloksia hyväksi kehittäessään laitteita, jotka lähetetään etsimään Maan ulkopuolista elämää.

Mitä laajemmin ne voivat tutkia, sitä pienempi on riski, että niiltä jää vieras elämä huomaamatta.

Benner itse toivoo synteettisen biologian johtavan yleismaailmalliseen elämän määritelmään ja varoittaa Carol Clelandin tavoin takertumasta ajatukseen, että elämän rakennusaineet ovat kaikkialla samat kuin maapallolla.

Määritelmä umpisolmussa

Elämän määritteleminen – ja siten elollisen ja elottoman erottaminen toisistaan yleispätevästi – vaatii lisää tietoa.

Vaikka biologit ja kemistit ovat selvittäneet syvällisesti niitä prosesseja, jotka pitävät eliöt maapallolla hengissä, ei vieläkään tiedetä, miten elämä on syntynyt.

Siksi ei myöskään tiedetä, kuinka harvinaista elämä on. Osa tutkijoista uskoo elämää syntyvän ikään kuin luonnonlain määräämänä siinä tapauksessa, että olosuhteet ovat oikeat sopivan kauan.

Jos asia on todella näin, elämää on voinut syntyä monta monituista kertaa Maan historian aikana – ja syntyy vastakin, myös toisilla taivaankappaleilla.

Maapallolla kaikkien eliöiden yhteinen esivanhempi Luca sopeutui parhaiten ja sai siksi voiton kilpailijoistaan eli muista elämän alkumuodoista. Lucan jälkeläiset ovat ajan mittaan sopeutuneet aina vain paremmin, joten luonto on turhaan yrittänyt alkaa alusta eri lailla.

On tietenkin olemassa sekin mahdollisuus, että Maan elämä on ainutkertaisen sattuman satoa. Silloin Maan ulkopuolinen elämä on vieläkin epävarmempaa.

Ydinkysymyksiä on, kuinka kestävää elämä on. Jos sillä on eräänlainen itsesäilytysvietti niin kuin Gaia-teoriassa oletetaan, todennäköisyys, että elämää esiintyy Maan ulkopuolella, kasvaa.

Jos elämä sen sijaan on itsetuhoista niin kuin Medeia-teoria esittää, todennäköisyys pienenee. Siinä tapauksessa elämän säilyminen Maassa on onnenpotku. Muualtahan elämä on voinut hyvinkin hävitä, jos sitä joskus on ollut olemassa.

Yleispätevä tai -maailmallinen elämän määritelmä olisi suureksi avuksi tunnistettaessa vierasta elämää.

Määritelmää ei kuitenkaan voida laatia ilman tietoa elämän olemuksesta. Siis jälleen muna ja kana -riippuvuussuhde. Umpisolmu aukeaa vasta, kun elämästä saadaan muita esimerkkejä.

Voidaan toivoa, että niitä löydetään avaruudesta tai luodaan keinotekoisesti. Steven Benner uskoo tietävänsä, kumpi tapahtuu ensin.

”Vieraaseen elämään tutustutaan ensin laborato­riossa”, Benner ennustaa.

Katso Steven Bennerin esitelmä keinotekoisen elämän luomisen haasteista ja näkymistä.