Tiedetöppäysjoulukalenteri: 9. Maapallon ikä

Lordi Kelvin
Jari Mäkinen

Pätevätkin tutkijat tekevät virheitä, kun päätelmiä tehdään vajavaisten tietojen perusteella tai jotain seikkaa ei osata ottaa huomioon. Se, miten Lordi Kelvin arvioi maapallon iän, on hyvä esimerkki tästä.

Lordi Kelvin, eli Sir William Thomson, oli 1800-luvulla toiminut (26.6.1824 – 17.12.1907) fyysikko ja insinööri, jonka nimi elää nykyisin absoluuttisen lämpötilan yksikkönä. Kelvin päätteli ensimmäisenä, mikä on absoluuttisen nollalämpötilan arvo, eli −273,15°C.

Hän tutki myös sähköä ja matemaattista analyysiä, laati modernin fysiikan periaatteita ja oli mukana kehittämässä merenkulkutekniikkaa sekä osallistui lennätinkaapelin laittamiseen Euroopan ja Yhdysvaltain välille. Parhaiten hänet kuitenkin tunnetaan termodynamiikan tutkijana.

Siihen liittyy myös hänen arviointinsa maapallon iästä. Hän arvioi – sinänsä aivan oikein silloisen tiedon perusteella – maapallon syntyneen kuumana, sulana kivimetallipallona, joka on viilentynyt ajan kuluessa. Hän esitti koko maailmankaikkeuden noudattavan termodynamiikan lakeja, ja kuvaili miten aurinkokunta sekä kaikki muu avaruudessa kokee lopulta lämpökuoleman. Siis kaikki viilenee, kun lämpötila koko universumissa tasaantuu. 

Nykynäkökulmasta tämä ei ole mitenkään radikaalia, mutta 1800-luvulla se oli. Monet ajattelivat maapallon olosuhteiden olleen samanlaisia oikeastaan aina, mutta Kelvin mukaan Maa olisi ollut aikanaan liian kuuma asuttavaksi ja olisi tullut sopivaksi elämälle kehittyä vasta myöhemmin.

Charles Darwin julkaisi kirjansa Lajien synty vuonna 1859, ja osin sen innostamana Kelvin arvioi maapallolle ikää juuri tämän viilenemisen perusteella. Näin maapallon kehittyminen saataisiin  tukemaan evoluutiota.

Vuonna 1864 hän esitti ensimmäisen arvionsa: 20 – 400 miljoonaa vuotta. Kelvin itse totesi, että haarukka on varsin suuri siksi, että hän ei ollut varma eri kivilajien sulamislämpötiloista ja ominaislämpökapasiteeteista.

Kolmea vuosikymmentä myöhemmin (1897) Kelvin rohkeni esittää uuden, tarkennetun arvion: 20 – 40 miljoonaa vuotta.

Nyt tiedämme, että arvio oli aika tavalla pielessä, sillä maapallo on noin viisi miljardia vuotta vanha. Siis 5000 miljoonaa vuotta, eli noin 200 kertaa vanhempi kuin Kelvin laski.

Kelvinin päättelyssä meni pieneen ensinnäkin se, että hän oletti lämpötilan kulkevan tasaisesti joka puolella maapalloa, myös eri syvyyksillä.

Toiseksi hän ei tiennyt mitään radioaktiivisuudesta, joka löydettiin vuonna 1903.

Maapallon iän suhteen radioaktiivisuudella on todella suuri merkitys, koska radioaktiivisten aineiden hajoaminen on tuottanut lämpöä ja "hidastanut" viilenemistä.

Lisäksi maapalloon on törmännyt aurinkokunnan ollessa nuori paljon pienempiä kappaleita, ja painovoima on puristanut nuorta maapalloa kasaan. Aivan aluksi Maa oli varsin löyhä ja viileä massamöykky.

Vaikka Kelvin ennätti kuulemaan radioaktiivisuudesta ja muista ikäarvioista maapallolle ennen kuolemaansa, hän ei muuttanut näkemystään. Hän oli yleensä oikeassa ja hyvin itsevarma, ja todennäköisesti tässäkin tapauksessa vakuuttunut siitä, että hänen teoriansa oli paras.

Hän kuoli vuonna 1907, eli samana vuonna kun radiometrinen iänmääritys keksittiin, ja kenties hän olisi lopulta muuttanut mieltään vanhempaa maapalloa tukevan massiivisen todistusaineiston edessä.

Mitä maapallon ikään tulee, niin yhä edelleen on yllättävän paljon kreationisteja, jotka vastoin kaikkia todisteita uskovat maapallon olevan alle 10 000 vuoden ikäisen. Mutta se on jo ihan toinen juttu...

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 8. Kylmäfuusio

Stanley Pons (vas) ja Martin Fleischmann (oik).
Jari Mäkinen

Huhtikuussa 1989 kerrottiin mullistava uutinen: Utahin yliopiston tutkijat Stanley Pons ja Martin Fleischmann ilmoittivat onnistuneensa saamaan aikaan kylmäfuusion. Maailman energiaongelmat oli ratkaistu kertaheitolla!

Nykyisin ydinvoimalat toimivat siten, että raskaat atomit hajoavat ja hajoamisessa vapautuu energiaa. Kyse on fissiosta.

Vetypommissa ja Auringossa (sekä muissakin tähdissä) tapahtuu kuitenkin fuusioreaktio, missä kevyet atomiytimet yhtyvät tuottaen energiaa. Fissioon verrattuna fuusio olisi paljon parempi, koska raaka-aineita on kätevämmin saatavilla, tuloksena ei ole juurikaan radioaktiivista jätettä ja kaikki häiriöt reaktiossa pyrkivät sammuttamaan reaktion.

Fuusio olisi periaatteessa huippukätevä tapa tuottaa lähes rajattomasti energiaa.

Ongelmana vain on se, että fuusiota ei ole saatu toimimaan vielä kunnolla siinä mittakaavassa, että siitä olisi energialähteeksi. Reaktion aloittaminen vaatii paljon energiaa, ja tuloksena on ollut parhaimmillaan vain hieman enemmän energiaa mitä reaktion synnyttäminen vaati. 

Ranskaan ollaan rakentamassa ensimmäistä teollisen mittakaavan koevoimalaa, ITERiä, ja erilaisia pienempiäkin ratkaisuita tutkitaan ympäri maailman.

Mikään näistä ei kuitenkaan perustu Fleischmannin ja Ponsin vallankumoukselliseen kokeeseen. Mikä meni pieleen?

John Bockrisin kylmafuusiolaite

Fleischmann ja Pons väittivät saaneensa aikaan ydinfuusion yksinkertaisesti laboratoriossaan pöydälle mahtuvalla koejärjestelyllä, missä oli raskasta vettä (deuteriumoksidia), palladiumia ja platinaa.

Palladiumpuikko oli upotettu raskaaseen veteen, joka oli lasiastiassa, jonka reunalla oli platinasta tehty anodi. Kun anodin ja katodin välille kytkettiin sähkövirta, alkoi raskaassa vedessä tapahtua elektrolyysi – deuteriumia alkoi kerääntyä katodille ja kuplia ulos astiasta.

Sähkövirtaa ylläpidettiin yhtäjaksoisesti useita viikkoja, ja raskas vesi vaihdettiin aina välillä uuteen. 

Suurimman osan ajasta koelaitteen lämpötila pysyi ennalta arvattavasti tasaisessa noin +30 °C:ssa, mutta välillä lämpötila nousi äkillisesti +50 °C:een ilman, että laitteeseen syötettyä tehoa lisättiin.

Nämä korkeamman lämpötilan vaiheet kestivät kaksi päivää tai kauemminkin ja toistuivat useita kertoja, kun sellainen kerran oli tapahtunut.

Tutkijakaksikko teki varsin nopeasti johtopäätöksen: ylimääräinen energia ei voinut olla peräisin kemiallisesta reaktiosta, vaan syynä oli ydinreaktio. He julkistivat löytönsä 23. maaliskuuta 1989 ja kertoivat onnistuneensa synnyttämään fuusioreaktion lähes huoneenlämmössä ja ”lukiotason välineillä”.

Kuten aina tieteessä, muut tutkijat riensivät toistamaan Fleischmannin ja Ponsin koetta. Se osoittautui kuitenkin hankalaksi. Tai kokeen tekeminen ei ollut hankalaa, mutta reaktiosta ei saatu missään enempää energiaa kuin siihen laitettiin. Fuusiota, tai mitään muuta ylimääräistä lämpöä tuottavaa reaktiota ei saatu aikaan. 

Fleischmann ja Pons selittivät tätä olettamalla, ettei muilla ollut samanlaista koeympäristöä kuin heillä. He eivät kuitenkaan halunneet auttaa muita toistamaan koettaan, mikä herätti luonnollisesti epäilyksiä 

Kaikista yrityksistä huolimatta kylmäfuusiosta ei ole olemassa ainuttakaan todennettua ja toistettavaa koejärjestelyä, joten Fleischmannin ja Ponsin väitteet olivat joko huijausta – tai sitten he töppäsivät mittauksissaan, jokin koejärjestelyn laite sai aikaan lämpötilan nousua tai jokin tuntematon reaktio tuotti energiaa, eivätkä rohjenneet tunnustaa tätä.

Ei ihan ilmasta temmattu idea

Ajatus kylmäfuusiosta on peräisin 1800-luvulta. Wikipedia kertoo, että Thomas Graham osoitti, että palladium voi sitoa itseensä runsaasti vetyä. 

Itävaltalaissyntyiset kemistit Friedrich Paneth ja Kurt Peters väittivät 1920-luvun lopulla, että vety muuttuisi spontaanisti heliumiksi, kun se absorboituu huoneenlämpötilassa hienojakoiseen palladiumiin. Myöhemmin he itse peruuttivat väitteensä todettuaan, että heidän havaitsemansa helium oli peräisin ympäröivästä ilmasta.

Ruotsalaiskemisti John Tandberg väitti puolestaan vuonna 1927, että hän olisi saanut vedyn fuusioitumaan heliumiksi sähkö­kemiallisessa parissa, jossa elektrodit olivat palladiumia. Järjestely oli siis varsin samankaltainen kuin Fleischmannilla ja Ponsilla, mutta utahilaistutkijat eivät olleet tietoisia Tandbergin tutkimuksista.

Sana "kylmäfuusio", eli "cold fusion" tuli käyttöön vuonna 1956, kun New York Times kertoi  Luis W. Alwarezin aihetta koskeneista kokeista.

Kylmäfuusio on ollut esillä ihan viime aikoinakin, sillä Google päätti yrittää kylmäfuusion synnyttämistä vuonna 2015. Yhtiö käytti kymmenen miljoonaa dollaria tutkimusohjelmaan, jonka tulos oli hyvin selvä: kylmäfuusiosta ei löytynyt minkäänlaista näyttöä.

Periaatteessa fuusioreaktio voitaisiin saada aikaan muutenkin kuin vain korkeassa lämpötilassa, mutta mitkään tiedossa olevat ja koetetut menetelmät eivät ole tuottaneet energiaa enempää kuin reaktion käynnistäminen ja ylläpito vaativat.

-

Yllä olevassa kuvassa on Texas A&M -yliopistossa kylmäfuusiokoetta yrittäneen John Bockrisin laitteisto. Vaikka aluksi koe näytti tuottaneen ylimääräistä lämpöä, näin ei ollutkaan.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 7. DDT

DDT-myrkkypurkin etikettiä
Jari Mäkinen

Sveitsiläinen Paul Müller äkkäsi vuonna 1938, että saksalaisen Othmar Zeidlerin vuonna 1874 keksimä aine toimi aivan erinomaisena hyönteismyrkkynä.

Diklooridifenyylitrikloretaani, eli DDT tappoi tehokkaasti kerralla monia eri lajeja, mutta kokeiden mukaan oli käytännössä vaaratonta ihmiselle.

Ihmeainetta käytettiinkin paljon, ja sillä esimerkiksi onnistuttiin hallitsemaan malariaa ja montaa muuta hyttysten levittämää tautia monissa osissa maapalloa. Numerot olivat erinomaisia: esimerkiksi Intiassa malariaan sairastuneiden määrä putosi 75 miljoonasta vuodessa noin viiteen miljoonaan. Samalla intialaisten elinaikaodote nousi 32:sta 47 vuoteen. 

Ei ihme, että Müller sai siitä Nobelin palkinnon varsin pikavauhtia, sillä se annettiin vain kymmenen vuotta keksimisen jälkeen vuonna 1948. Koska DDT oli erittäin tepsivä ase tauteja vastaan, tuli keksijän Nobel kemian sijaan juuri lääketieteestä. 

DDT:tä lentolevitetään Orgonissa vuonna 1955. 
Tulokset hyttystautien vähentämisessä olivat erityisen hyviä Yhdysvalloissa, missä myrkkyä levitettiin muun muassa lentokoneista laajoille alueille. Tässä kuvassa lentokone (Ford Trimotor) suihkuttaa DDT:tä Oregonissa vuonna 1955 osana kampanjaa, jonka tarkoituksena oli hävittää koiperhosia.

Kuten tässä vaiheessa tarinaa sopii jo arvata, aine ei ollut ihan niin auvoisa kuin oletettiin. Pian nimittäin havaittiin, että DDT on erityisen vaarallinen linnuille, koska ne söivät hyönteisiä, joita DDT:llä myrkytettiin. 

DDT kerääntyy eliöiden rasvakudokseen ja mitä ylöspäin mentiin ravintoketjussa, sitä tappavammaksi se tuli ainemäärän kumuloituessa. Kokonaisia lintulajeja kuoli sukupuuttoon ja voimme ihailla niitä enää eläinmuseoissa. 

Otavan Iso Tietosanakirja vielä vuodelta 1960 kertoo, että DDT:tä käytettiin tuolloin “yleisesti hyönteismyrkkynä kodeissa ja maataloudessa”. Jo tuolloin kuitenkin aineen haitat alkoivat olla tiedossa.

Vuonna 1962 biologi Rachel Carson kirjoitti kirjan "Silent spring", "Äänetön kevät", missä hän kuvailee kevään, jolloin linnut eivät enää laula. 

Kirja kertoo laajemmin ympäristömyrkyistä ja siitä, miten niitä käytettiin aikanaan varsin leväperäisesti. Äänetön kevät on monessa mielessä nykyaikaisen ympäristöliikkeen liikkeelle panija. Joka tapauksessa kirja nosti viimeistään DDT:n haitat julkisuuteen, ja lopulta aine kiellettiin läntisessä maailmassa 70-luvun alussa. Nyt keskustelu käy kuumana DDT:n sijaan sen erään korvaajan, glyfosaattisuolan ympärillä, jonka käyttö näyttää tappavan mehiläisiä.

DDT on yhä edelleen käytössä kuitenkin kehitysmaissa, koska se on halpaa ja tehokasta. Sen haitat on joissain tapauksissa katsottu pienemmiksi verrattuna harmiin, mitä esimerkiksi malaria aiheuttaa.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 4. Lysenko & vernalisaatio

Lysenko (vas) puhuu ja Stalin (oik) kuuntelee.
Jari Mäkinen

Tässä tekstissä mennään vaarallisille vesille, sillä se käsittelee politiikkaa ja tiedettä. Kun ideologia alkaa määrätä tieteen suuntaa, ei tuloksena ole yleensä kuin harmia.

Käsittelyssä on nimittäin tapaus Lysenko.

Trofim Denisovitš Lysenko oli maatyöläisen oloinen ja näköinen agronomi Karlovkasta Poltavan läheltä Venäjältä. Hän syntyi vuonna 1898 valmistui 1925 Kiovan maatalousinstituutista ja sai varsin pian mainetta. 

Pravda kertoi vuonna 1927 Lysenkon keksineen, kuinka pellot voidaan lannoittaa ilman lannoitteita ja mineraaleja. Hänen kerrottiin myös todistaneen, että Azerbaidžanissa voitaisiin kasvattaa talvisatoa tekeviä papuja. Eksentrisen tutkijan maine alkoi kasvaa ja laajeta, mistä hän innostui ennestään kehittämään erilaisia teorioitaan.

Niitä Lysenko kehitteli ilman minkäänlaista tieteellistä pohjaa. Hän jopa sanoutui irti monista yleisesti hyväksytyistä ajatuksista, koska ne eivät "sopineet dialektisen materialismin doktriiniin", kuten hän kirjoitti. Evoluution, eli darwinismin sijalle Lysenko kehitteli "sosiaalisen darwinismin", missä ei tarvittu perintötekijöitä ja muista sellaisia läntisiä hapatuksia.

Lajien talvikestävyyden parantamiseen Lysenko kehitti niin sanotun vernalisaation, eli ajatuksen, jonka mukaan lajit oppivat esimerkiksi sietämään olosuhteita, joille ne altistetaan. Eli kun toisiaan seuraavat viljasukupolvet pidetään koko ajan kylmässä, niin ne oppivat sietämään lopulta kylmyyttä. 

Valtaan juuri sopivasti 1920-luvun lopussa noussut Josif Stalin piti Lysenkon ajatuksista kovasti – ei vähiten sen vuoksi, että viljan paleltumiset olivat Neuvostoliitossa kovin yleisiä, ja tässä näytti olevan siihen ratkaisu. Ja Lysenko lupasikin korjata asian. 

Stalin teki Lysenkosta maataloustieteellisen Akatemian johtaja vuonna 1938 ja hänestä tuli myös Stalinin avustaja tiedekysymyksissä. Eli Lysenko oli käytännössä Neuvostomaan tiedediktaattori Stalinin aikaan. Hänen ajatuksiaan kritisoineet tutkijat laitettiin Siperiaan, minkä seurauksena tieteellinen keskustelu paitsi genetiikan ja perintötieteen, niin myös muiden tieteenalojen saroilla muuttui ymmärrettävästi vaisuksi.

Stalin ja Lysenko patsaana 
Stavropolin kaupunkiin pystytettiin vuonna 1952 veistos, missä ovat Stalin ja Lysenko ihastelemassa vehnää. Veistos tuhottiin vuonna 1961, mutta se elää edelleen tässä Stavropolin hallintoalueen arkistossa olevassa kuvassa. Otsikkokuvassa ovat myös Lysenko (vasemmalla) ja Stalin (oikealla); kuvassa Lysenko pitää puhetta Kremlissä.

Lysenko oli voimissaan Stalinin valtakauden ajan, ja yllättäen hänen loistelias uransa jatkui myös Nikita Hruštšovin aikana. 

Hruštšov oli esimerkiksi todella innostunut Lysenkon ideasta käyttää kanoja sokerijuurikkaita turmelevien kärsäkkäiden tuhoamiseen. Kun asiantuntijat epäilivät asiaa, tuli Hruštšov väliin ja totesi hänen olevan ensiluokkainen tiedemies. 

Vasta 1960-luvun alussa Lysenkon ympärilleen ja koko neuvostomaahan rakentama tieteellinen kupla alkoi sihistä tyhjäksi. Ensin kolme tunnettua fyysikkoa, Jakov Zeldovitš, Vitali Ginzburg ja Pjotr Kapitsa syyttivät Lysenkoa valetieteellisyydestä ja tieteellisten vastustajiensa tuhoamisesta. Sitten myös ydinfyysikko Andrei Saharov hyökkäsi Lysenkoa vastaan ja sanoi yksinkertaisesti, että Lysenkon teorioiden takana oli vain Stalinin henkilöpalvonta, ja että  Lysenko oli aiheuttanut neuvostotieteelle valtavasti vahinkoa.

Käännekohdaksi tuli vuosi 1964, kun Lysenko viimein  erotettiin tiedeakatemian johdosta ja asetettiin arestiin koetilalle lähelle Moskovaa. 

Kun Hruštšov oli erotettu lokakuussa 1964, ei Lysenkolla ollut enää suojelijaa. Pian tiedeakatemian puheenjohtaja ilmoittikin, ettei Lysenkoa enää suojeltu arvostelulta, Lysenkon kotiin lähetettiin asiantuntijakomitea, ja keväällä 1965 julkaistiin häntä koskeva raportti, ja se oli rajua tekstiä: Lysenkon maine tuhottiin ja hänen tutkimuksensa todettiin yksiselitteisesti olleen puppua.

Lysenko kuoli Moskovassa vuonna 1976, mutta hänen vaikutuksensa näkyy edelleen itänaapurissamme, sillä Neuvostoliitossa jäätiin jälkeen etenkin geenitekniikassa – ja yhä edelleen politiikka sotkeutuu (sielläkin) tieteentekoon.

Nikolai Vavilov 
Eräs surullisimmista Lysenkon ajan tutkijakohtaloista on Nikolai Vavilov. Hän oli erinomainen ja lahjakas tutkija, kasvitieteilijä ja geneetikko, joka erikoistui kasvien immunologiaan ja viljelykasvien geneettisten ominaisuuksien tutkimiseen ja niiden jalostamiseen. 


Vavilov oli Lysenkon aikalainen, ja geneetikkona (sekä pätevänä tutkijana) Lysenkon kannalta vaarallinen. Siksi Vavilov vangittiin vuonna 1940 ja tuomittiin kuolemaan isänmaanpetturuudesta ja tuholaistoiminnasta. Tuomio lievennettiin 20 vuoden vankeudeksi, mutta Vavilov kuoli jo kolmen vuoden kuluttua tuomiostaan aliravitsemukseen vankilassa. Yllä on hänen vankilakuvansa Vavilov-museossa Moskovassa.

 

PS. Jotkut huomauttavat, että vernalisaatio ei ollutkaan ihan täyttä soopaa. Viimeaikainen tutkimus epigenetiikassa on osoittaunut, että hankitut ominaisuudet voivatkin vaikuttaa jossain määrin perimään. Vaikutus on kuitenkin paljon pienempi kuin Lysenko lupasi, ja lisäksi Lysenkon perustelut vernalisaatiolle eivät kestä tietellistä valoa laisinkaan.

 

 

 

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 3. Eetteri

Orionin kaasusumu Andrew Ainslie Commonin kuvaamana vuonna 1883
Jari Mäkinen

Eetteri on orgaaninen yhdiste, joka reagoi varsin huonosti muiden aineiden kanssa ja sitä käytetään esimerkiksi uuttamisessa varsin paljon.

Aikanaan sillä oli myös kovasti käyttöä kosmologiassa, koska jostain syystä koko maailmankaikkeuden oletettiin olevan täynnä eetteriä – hieman kemiallisen eetterin tapaan huonosti vuorovaikuttavaa ainetta, jonka ansiosta esimerkiksi valo pystyi liikkumaan (hieman äänen tavoin) avaruudessa. 

Jo antiikin kreikassa niin sanotun maailmaneetterin oletettiin "täyttävän kuunylisen kaikkeuden".

Ajatus eetteristä oli sinänsä looginen, sillä esimerkiksi ääni kulkee ilmassa värähtelynä. Koska oli vaikeaa kuvitella tapaa, millä valo tai minkä muun tahansa signaali kulkisi tyhjässä avaruudessa, oli suora päätelmä se, että avaruudessa on pakko olla jotain ainetta, mitä ei näe, mikä ei haittaa taivaankappaleiden liikettä ja mikä ei muutenkaan ole havaittavissa, paitsi että se kuljettaisi esimerkiksi valoa.

Eetterin piti olla siis täysin läpinäkyvää, kitkatonta ja sen piti olla täysin levossa maailmankaikkeuden suhteen siten, että valon nopeus siinä oli aina täsmälleen valon nopeus.

Tämä eetteri oli kuitenkin sen verran omituinen ja ristiriitainen ajatus, että herrat Albert Michelson ja Edward Morley suunnittelivat 1880-luvulla kokeen, jonka tarkoituksena oli mitata Maan absoluuttinen liike eetterin suhteen.

Kokeen lähtökohtana oli ajatus siitä, että maapallon liikkeen eetterin suhteen pitäisi aiheuttaa Maan pinnalla havaittava "eetterituuli". Valon suunnan ja eetterituulen välisen kulman pitäisi vaikuttaa valon nopeuteen, ja siksi hyvin yksinkertaisella koejärjestelyllä koetettiin havaita "sivutuuleen" ja "vastatuuleen" liikkuneiden valonsäteiden eri nopeuksista aiheutunut vaihe-ero.

Michelson-Morley -koe 1887

He tekivät mittauksia useampaan otteeseen vuonna 1881 ja 1887, eivätkä löytäneen mitään eroavaisuutta. Tai he löysivät hyvin pienen nopeuseron, mutta se oli mittausvirheen rajojen sisällä ja siksi siihen ei voinut luottaa.

Vaikka koetta pidetään yhtenä kuuluisimmista epäonnistuneista kokeista, se oli kuitenkin kiinnostava. Michelson sai sen ansiosta jopa Nobelin palkinnon vuonna 1907.

Tuolloin kuitenkin eetterin aika alkoi olla lopullisesti ohi, koska 1900-luvun alussa Albert Einstein selitti suhteellisuusteoriassaan vuonna 1905, että mikään koejärjestely ei voi havaita eroa valon nopeudessa, koska valon nopeus on aina vakio.

Lisäksi tuntemus valon ja koko sähkömagneettisen säteilyn olemuksesta oli kehittynyt 1900-luvun alussa siihen saakka, ettei sen kulkemiseen enää kaivattu edes teoreettisesti mitään eetteriä.

Avaruus on siis tyhjä ja eetteri on jäänyt elämään lähinnä radiotoiminnassa, missä edelleen lähetyksiä lähetetään niin sanotusti eetteriin – vaikkakin yhä useammin tuo radioeetteri sijaitseekin netissä. Mutta se on ihan eri juttu.

-

Otsikkokuvassa on Andrew Ainslie Commonin vuonna 1883 ottama kuva Orionin kuuluisasta kaasusumusta. Tämä oli eräs ensimmäistä tähtivalokuvista, joilla osoitettiin miten aikavalotuksella saadaan kuvaan näkyviin paljon enemmän tähtiä ja kaasua kuin paljain silmin voi nähdä.

Tiedetöppäysjoulukalenterin tunnus

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 2. Piltdownin ihminen

John Cooken maalaus tutkijoista ihailemassa Eoanthropus dawsonin kalloa
Jari Mäkinen

Vuonna 1912 amatööriluonnontieteilijä Charles Dawson kertoi maailmalle löytäneensä luita ja työkaluja eräästä luolasta Piltdownin luona Kentissä, eteläisessä Englannissa. Alue on tunnettu arkeologisista löydöistään.

Löytyneet luut näyttivät viittaavan jonkinlaiseen ihmisen ja apinan välimuotoon. Kun keskustelu Charles Darwinin esittämästä evoluutioteoriasta kävi tuolloin kovin kiivaana, ei ollut ihme, että löytö sai kovasti huomiota osakseen.

Kolme vuotta myöhemmin, vuonna 1915, Dawson ilmoitti toisesta, jopa kiinnostavammasta löydöstä: nyt hän oli löytänyt lisää luita toisesta ammoisesta ihmisapinasekasikiöstä, aivan edellisen löytöpaikan lähitienoilta.

Kun luut kasattiin yhteen, mudostivat Piltdownin fossiilit mielenkiintoisen jäänteen: yksilöllä näytti olevan suurikokoinen, lähes nykyihmisen kaltainen kallo, mutta leuat ja hampaat olivat selvästi apinamaiset.

Piirros mahdollisesta Piltdownin ihmisestä ja kallo

Oikealla on rekonstruktio Piltdownin ihmisen kallosta ja vasemmalla hahmotelma siitä, millainen ihminen olisi voinut olla. Piirros oli varsin pitkälle mennyt päättely varsin vajavaisen tiedon perusteella.

 

Evoluutiotutkijat hyppivät innoissaan, sillä tämä näytti olevan puuttuva linkki ihmisen ja apinan välillä. Se oli vahva ase evoluution vastustajia vastaan, sillä varhaisista ihmisistä ja myöhäisistä ihmisapinoista oli löytynyt hyviä fossiileja, mutta niiden välissä ei ollut mitään – ennen Piltdownin ihmistä.

Löytö sopi kuitenkin liian hyvin siihen mitä odotettiin, joten jo tuolloin monet epäilivät löydon aitoutta.

Niinpä Dawsonin löytöjä tutkittiin ja tutkittiin, kunnes viimein vuonna 1953 kehittyneet tutkimusmenetelmät paljastivat luut huijaukseksi. Tavallisen 1900-luvun alun orankutangin ja 600-vuotta vanhan ihmiskallon jäänteet oli liitetty toisiinsa hyvin huolellisesti ja niin aidon tuntuisesti, että ne onnistuivat huiputtamaan tutkijoita lähes 40 vuoden ajan.

Muistona tästä Dawsonin vilpistä on edelleen hänen luomansa olion latinankielinen nimi, Eoanthropus dawsoni, eli Dawsonin jäljitelmäihminen.

Ei mikään mukava tapa saada nimensä tieteen historiaan…

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 1. Lobotomia

Lobotomia
Jari Mäkinen

Tiedetöppäysjoulukalenterin ensimmäisen luukun takana on lobotomia, eli operaatio, missä aivopuoliskojen välisiä ja niitä taaempiin aivojen osiin yhdistäviä hermoja leikattiin poikki. Tarkoituksena oli auttaa levottomia, ahdistuneita ja tuskaisia potilaita.

Menetelmän keksi portugalilainen kirurgi Egas Antonio Caetano de Abreu Freire Moniz, joka operoi kollegansa Almeida Liman kanssa kolmattakymmenettä potilasta vuodesta 1936 alkaen poraamalla heidän kalloonsa reiän ja leikkaamalla hermosäikeitä poikki erityisellä neulalla, jonka päässä oli pieni metallisilmukka. Instrumentin nimi oli leukotomi.

Maailmanlaajuinen hoitomuoto lobotomiasta tuli, kun amerikkalaiset Walter Freeman ja James Watts aloittivat Yhdysvalloissa leikkaukset 1936 ja kehittivät niin sanotun standardimetodin.

Tämä standardileikkaus tapahtui siten, että joko paikallispuudutuksessa tai yleisanestesiassa porattiin molemmin puolin ohimoa reiät, joiden avulla mitattiin aivojen paksuus ja määritettiin etäisyys keskiviivassa kulkeviin etumaisiin aivovaltimoihin. Sen jälkeen tehtiin viuhkamaiset viillot otsalohkojen valkean aineen läpi pitkällä, mitta-asteikollisella veitsimäisellä leukotomilla. Näin otsalohkojen yhteydet tunnetiloja säätelevään limbiseen järjestelmään katkaistiin.

Kaikesta mittaamisesta ja arvioinnista huolimatta enempi tai vähempi hasardihommaa; joskus reikä meni liian pitkälle taakse, jolloin potilas saattoi tulla apaattiseksi ja lopulta täydeksi kasviksi, ja toisaalta jos lääkäri osui vahingossa liian syvälle, saattoi potilas kuolla aivoverenvuotoon.

Toinen tapa suorittaa lobotomia oli vieläkin hurjempi. Siinä jääpiikkimäinen instrumentti naputettiin pienellä vasaralla kyynelpussin ja silmäkuopan sisäreunan kautta etukuoppaan ja naskalin vartta kääntelemällä tehtiin viuhkamainen valkean aineen halkaisu molemmin puolin. 

Jännää leikkauksissa oli se, että niiden aikana potilas oli koko ajan hereillä; lääkäri saattoi kysellä koko ajan miltä nyt tuntuu.

Tohtorit Freeman ja Watts tutkivat röntgenkuvaa potilaan aivoista ennen lobotomiaa.

Tohtorit Freeman ja Watts tutkivat röntgenkuvaa potilaan aivoista ennen lobotomiaa.

Suomessa lobotomialeikkauksia tehtiin kaikkiaan noin 1700 psykiatriselle potilaalle, viimeiset vielä 1970-luvun puolivälissä.

Periaatteessa lobotomia toimi hyvin, sillä sen ansiosta usein potilaita voitiin hoitaa kotona. Potilaat muuttuivat useimmiten rauhallisiksi, kun aggressiivisuus ja ahdistuneisuus vähenivät. Heidän kokemansa harhat pysyivät kuitenkin ennallaan, mutta potilaat suhtautuivat niihin välinpitämättömästi.

Käytännössä aina tuloksena oli myös sivuvaikutuksia. Potilaat esimerkiksi muuttuivat vähemmän oma-aloitteisiksi, passiisiksiksi, ja lapsellisiksi. He saattoivat olla hyväntuulisia, mutta karkeita käytöksessään ja puheissaan.

Muita leikkauksesta seuranneita komplikaatioita olivat muun muassa epileptiset kohtaukset, aivoverenvuoto, keuhkokuume ja meningiitti. Ne olivat myös lobotomian yleisimpiä kuolinsyitä.

Suomessa lobotomiaan kuoli arviolta 3 – 5 % potilaista. Ruotsissa ja Yhdysvalloissa luku oli 4 – 8 %.

1950-luvulla tulivat käyttöön uudenlaiset psyykenlääkkeet, joiden ansiosta varsin väkivaltaisia lobotomisia leikkauksia ei tarvittu enää niin paljon. 1960-luvulla niitä tehtiinkin jo paljon aiempaa vähemmän, ja 1970-luvulla niistä luovuttiin kokonaan. 

Paitsi että lobotomia oli vaarallinen toimenpide, oli se eettisesti kyseenalainen, koska useinkaan potilailta ei kysytty lupaa sen tekemiseen. Nykyisin sitä on helppo kauhistella, mutta se oli oman aikansa ja sen aikaisen ajattelun tuote. Sitä ei voi pitää täysin kyseenalaisena hoitona, etenkin kun sen avulla on pystytty kehittämään uudenlaisia, parempia ja tehokkaampia aivoleikkauksia sekä neurokirurgisia toimenpiteitä.

Aikoinaan lobotomiaa arvostettiin jopa niin paljon, että sen keksijä Moniz sai lääketieteen Nobelin palkinnon vuonna 1949 (yhdessä sveitsiläisen Walter Rudolf Hessin kanssa).

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä. Aihe ei ole erityisen jouluinen, mutta kiinnostava, sillä töppäykset pitävät sisällään niin tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja kuin myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia.

Tiedetöppäykset ovat myös kiinnostavia siksi, että ne osoittavat miten tiede toimii: se on itse itseään korjaava systeemi, jonka tavoitteena on totuus.

Jos joku epärehellinen tutkija koettaa väärentää tuloksiaan, toiset kyllä paljastavat tämän ennemmin tai myöhemmin. Jos virheelliset mittaukset tai epäselvät havainnot johtavat tekemään epätosia päätelmiä, niin tutkijakollegat kyllä korjaavat tämän pian. Jokainen hyvä tutkija on luonnostaan myös epäilijä, vaikka kyse on omista tuloksista.

Totuus voittaa aina lopulta, eikä luonnonlakeja voi huijata.

Tämä on tärkeää muistaa näinä aikoina, kun tutkimustuloksia väärennellään julkisuudessa ja niistä kerrotaan valikoiden. Kansanedustajatkin esittävät suoranaisia valheita, ja monet yleisesti ottaen järkevät ihmiset eivät halua uskoa tiedeyhteisön varsin yksimielisesti hyväksymiin asioihin, kuten ilmastonmuutokseen tai evoluutioon.

Juuri siksi on kiinnostavaa poimia historiasta kalenterillisen verran tapauksia, joissa tiede on ollut hakoteillä. Vastapainoksi ikäville, mutta opettavaisille tapauksille on myös töppäyksiä sekä erehdyksiä, jotka paljastuivat hyödyllisiksi.

Geenimuunneltu kolibakteeri syö hiilidioksidia

Kuva: Kolibakteerikolonia.
Jarmo Korteniemi

Tutkijat kehittivät kolibakteerin, joka osaa ottaa hiilidioksidia suoraan ilmasta ja muuntaa sitä orgaanisiksi yhdisteiksi. Tämän povataan avaavan ovia sekä uusille bioenergian muodoille että bakteerien avulla tehdyn ruuan valmistukselle.

Geenitekniikkaa ja evoluutiota hyödyntänyt tutkimus muunsi toisenvaraisen eliön omavaraiseksi. Tutkijat saivat kolibakteerin keräämään tarvitsemansa hiilen hiilidioksidista.

Saavutus voi avata ovet uudenlaisen bioenergian käytöllle ja jopa bakteeriruuan massatuotannolle. Bakteerien avulla voitaisiin tulevaisuudessa tuottaa orgaanisia molekyylejä, joita voidaan käyttää joko biopolttoaineina tai ruuan tuotannossa. Tällä tavoin tuotettujen hyödykkeiden hiilijalanjälki pienenisi huomattavasti perinteisiin verrattuna, sillä prosessi poistaa hiilidioksidia ilmasta.

Kolibakteeri (Escherichia coli eli E. coli) on geeniteknologian tärkein mallieliö. Se tunnetaan hyvin, sitä on helppo kasvattaa, ja sitä voidaan muokata varsin helposti. Geenimuokkausten tulokset näkyvät nopeakasvuisessa bakteerissa pian, ja tuloksia voidaan ohjailla ja säätää tarkkaan. Jo nyt geenimanipuloiduilla kolibakteereilla tuotetaan esimerkiksi elintärkeää insuliinia sekä kasvuhormoneja.

Kolibakteeri tarvitsee kuitenkin kasvaakseen muiden eliöiden valmistamaa eloperäistä ainesta. Ne ovat siis ihmisen lailla toisenvaraisia eliöitä. Lisäksi kolibakteeri tuottaa jätteenään hiilidioksidia.

Omavaraiset yhteyttävät eliöt ovat erilaisia. Näitä ovat esimerkiksi kasvit ja sinibakteerit (tai sinilevät, kuten jälkimmäisiä virheellisesti kutsutaan), jotka sitovat ilman hiilidioksidia monenlaisiin yhdisteisiin – esimerkiksi DNA:han, proteiineihin, sokereihin ja rasvoihin. Omavaraisia eliöitä voisi periaatteessa käyttää oivina biologisina tehtaina, mutta ikävä kyllä ne ovat geeneiltään usein haastavia muokattavia.

Geeniteknologiassa onkin jo pitkään kaivattu helposti muokattavaa omavaraista eliöä. Paras olisi sellainen, joka voitaisiin muuntaa hallitusti toisenvaraisesta omavaraiseksi. Moisen siirtymän povataan mahdollistavan uudenlaisten uusiutuvien energianlähteiden ja kestävämmän ruuantuotannonkin kehityksen.

Tämä himoittu askel on nyt viimein otettu. Ratkaisu oli kolibakteeri, johon tarvitsi tehdä muutoksia ainoastaan yhteentoista geeniin. Tutkimusartikkeli julkaistiin 27.11.2019 Cell-julkaisusarjassa.

Aluksi kolibakteereille siirrettiin geenejä, jonka avulla ne voivat hyödyntää ilman hiilidioksidia. Tämä prosessi kuitenkin vaatii energiaa, eikä bakteereilla ole keinoja yhteyttämiseen. Tarvittiin jokin muu energianlähde. Bakteereille annettiin siksi lisää uusia geenejä – sellaisia, jotka mahdollistavat energian imemisen formiaatti-nimisestä molekyylistä (HCOO-).

Geenimuutokset antoivat kolibakteereille mahdollisuuden vaihtaa "ruokailutottumuksiaan", mutta se ei vielä aivan riittänyt.

Kuva: Uuden kolibakteerin aineenvaihdunta (Gleizer ja kumpp., 2019)

Muokattuja kantoja kasvatettiin vielä pitkään niukassa sokeriliuoksessa ja erittäin suuressa 10 % hiilidioksidipitoisuudessa. Tutkijat pyrkivät saamaan aikaan valintapaineen, joka pakottaa bakteerit suosimaan uutta ominaisuutta mutaatioiden kautta.

Tavoite saavutettiin 200 vuorokauden jälkeen. Oli syntynyt ensimmäinen kolibakteerikanta, joka kykenee elämään pelkällä hiilidioksidilla, täysin ilman ulkopuolista sokeria. 300 päivän kohdalla ne kasvoivat jo nopeammin kuin samoissa oloissa pelkkää sokeria popsineet kannat.

Ensimmäinen hiilidioksidia "syövä" kolibakteerikanta kehitettiin itse asiassa jo vuonna 2016, samojen tutkijoiden toimesta. Nuo bakteerit tosin hankkivat  tarvitsemastaan hiilestä vain murto-osan hiilidioksidista. Uudessa tutkimuksessa bakteerikanta käyttää pelkkää CO2:a.

Kyse on kuitenkin vasta ensimmäisestä askeleesta uudella reitillä.

Muokatutkin kolibakteerit siirtyvät helposti käyttämään valmista sokeria, jos sitä vain löytyy kasvualustasta. Hiilidioksidi taitaa siis olla niille yhä ns. pakkopullaa.

Lisäksi kolibakteerit saavat käytettyä hiilidioksidia vain jos sitä on tarjolla erittäin paljon. Ne eivät pärjäisi nykyilmakehän normaalissa CO2-pitoisuudessa (0,04 %) ilman sokeriliemistä kasvualustaa.

Mikä ikävintä, muokattujen kolibakteerien kasvatus on jopa optimiolosuhteissa hidasta. Kun muokkaamattomat kolibakteerit jakautuvat noin 20 minuutin välein, muokatut tekevät sen yli 50 kertaa hitaammin – kerran 18 tunnissa.

Kyse ei siis ole mistään ihmekeinosta, jolla käännetään ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laskuun tai korjataan maailman ruokapula. Tämä tutkimus vasta todistaa keinon olevan mahdollinen tai ainakin lisätutkimusten arvoinen.

Jatkoprojektissa on tarkoitus saada muokatut kolibakteerit lisääntymään nopeammin ja toisaalta kukoistamaan paljon matalammassa CO2-pitoisuudessa, joka vastaisi paremmin ilmakehän olosuhteita.

Nyt julkaistu tutkimus kuvastaa, kuinka luontaisia prosesseja voi hyvillä mielin tehostaa ja säädellä tekniikan ja evoluution yhteispelillä.

Lähteet: Gleizer ja kumpp.: "Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2" (Cell, 2019); Callaway: "E. coli bacteria engineered to eat carbon dioxide" (Nature News, 2019)

Otsikkokuvan kolibakteerit eivät liity tutkimukseen. Jälkimmäisessä kuvassa esitellään muokatun kolibakteerin perusmetabolismi (Gleizer ja kumpp., 2019)

Ahvenanmaalta löytyi 5000 vuotta vanha ohranjyvä – tutkijoiden käsitys pohjoisen muinaisis­ta elinkeinoista meni uusiksi

Tutkijat selvittivät tuhansia vuosia vanhojen ohranjyvien iän radiohiiliajoituksen avulla.
Toimitus

Uudet löydöt paljastavat, että metsästäjä-keräilijät omaksuivat maanviljelyn Ahvenmaalla ja Itä-Ruotsissa jo 5000 vuotta sitten. 

Kivikauden kuoppakeraamisen kulttuurin edustajia on aiempien tutkimusten perusteella kutsuttu kovan linjan hylkeenpyytäjiksi tai jopa Itämeren inuiiteiksi.

Nyt tutkijat ovat löytäneet tämän kulttuurin asuinpaikoilta ohran- ja vehnänjyviä, joiden perusteella voidaan päätellä kuoppakeraamisen kulttuurin omaksuneen pienimuotoista maanviljelyä.

Helsingin yliopiston arkeologian tieteenalan ja kemian osaston sekä ruotsalaisten arkeologian alan toimijoiden (Arkeologerna ja Arkeologikonsult) yhteistyössä tekemässä tutkimuksessa havaittiin, että kuoppakeraamisilta asuinpaikoilta Ahvenanmaalta ja nykyisen Tukholman seudulta löytyy ohran ja vehnän jyviä.

Viljanjyvien ajoitus varmistettiin radiohiilimenetelmän avulla.

Tulosten perusteella viljat ajoittuvat kuoppakeraamisen kulttuurin ajalle eli ovat noin 5300–4300 vuotta vanhoja. Viljanjyvien lisäksi asuinpaikoilta löytyviin kasvinjäänteisiin kuului muun muassa pähkinänkuoria, omenan siemeniä, mukulaleinikin juurimukuloita ja ruusunmarjoja.

Tutkimuksen perusteella vaikuttaa siltä, että kuoppakeraamiseen kulttuuriin omaksuttiin pienimuotoista viljelyä, joka opittiin suppilopikarikulttuurin maanviljelijöiltä. Suppilopikarikulttuuri oli levittäytynyt Skandinaviaan manner-Euroopasta.

Myös muu arkeologinen esineistö osoittaa näiden kulttuurien olleen tiiviissä kontakteissa toistensa kanssa.

"Ahvenanmaalta löytyneet jyvät ovat osoitus siitä, että kuoppakeraaminen kulttuuri levitti maanviljelyä paikkoihin, joissa sitä ei oltu aiemmin harjoitettu", sanoo Helsingin yliopiston arkeologian tohtorikoulutettava Santeri Vanhanen.

Valmistettiinko viljasta jopa olutta?

Ahvenmaalta löytynyt 5000 vuotta vanha ohranjyvä on vanhin Suomen alueelta koskaan löytynyt viljanjyvä. Tutkijat löysivät Ahvenanmaalta myös muutama sata vuotta nuorempia ohran- ja vehnänjyviä, jotka ovat leipä- tai pölkkyvehnää.

– Selvitimme myös yhden Raaseporista löydetyn ohranjyvän ajoituksen. Tämä ja muut manner-Suomen varhaisimmat jyvät ajoittuvat noin 3500 vuoden taakse, joten nykytiedon mukaan niitä ilmaantuu vasta 1500 vuotta myöhemmin kuin Ahvenmaalla, Santeri Vanhanen sanoo.

Aiemmissa tutkimuksissa on hyvin harvoin pystytty osoittamaan, että metsästäjä-keräilijäväestö olisi omaksunut maanviljelyn historiallisena aikana, saati sitten kivikaudella. Muinais-DNA-tutkimukset ovat viime vuosina osoittaneet, että maanviljely levisi Eurooppaan lähes poikkeuksetta muuttavan väestön mukana.

– Pidämme mahdollisena, että tämä pääosin merelliseen pyyntiin erikoistunut väestö jatkoi kasvien viljelyä, koska sillä oli yhteisölle sosiaalista merkitystä.

Kuoppakeraamisilta kohteilta löytyy välillä myös paljon sian luita, vaikka sika ei ollut merkittävä osa päivittäistä ravintoa. Esimerkiksi yhdestä gotlantilaisesta haudasta on löytynyt yli kolmenkymmenen sian luita.

– Kuoppakeraamikot saattoivat harjoittaa rituaalisia pitoja, joissa he söivät sikoja ja viljatuotteita. Ei ole mahdotonta, että viljoista olisi jopa pantu olutta, mutta tästä meillä ei vielä ole todisteita, Santeri Vanhanen sanoo.

Viljan jyvien ikä selvitetään radio hiiliajoituksen avulla

Tutkimuksen pääasiallinen menetelmä on makrofossiilitutkimus, jonka avulla tutkitaan arkeologisilla kohteilla säilyneitä kasvinjäänteitä. Tässä tutkimuksessa arkeologisista kohteista otettiin maanäytteitä, joista erotettiin kasvinjäänteet kellutusmenetelmän avulla. Nämä kasvinjäänteet ovat hiiltyneitä, eli jyvät ja siemenet ovat muuttuneet hiileksi joutuessaan kosketuksiin tulen kanssa.

Kasvinjäänteet voidaan tunnistaa tarkastelemalla niitä mikroskoopin avulla ja vertaamalla niitä moderneihin kasvinosiin. Yksittäisten viljanjyvien ajoitus voidaan saada selville radiohiiliajoituksen avulla, jossa tarkastellaan radioaktiivisen hiili 14 -isotoopin hajoamista. Tällöin tuhansia vuosia vanhojen jyvien ikä voidaan saada selville muutaman sadan vuoden tarkkuudella.

Taustaa: Itä­me­ren inuiit­tien kult­tuu­ri syn­tyi met­säs­tä­jä-ke­räi­li­jöi­den ja maan­vil­je­li­jöi­den koh­da­tes­sa

Maanviljelys levittäytyi eteläisen Skandinavian alueelle nopeasti noin 6000 vuotta sitten kesälämpötilojen ollessa nykyistä korkeampia. Ruotsissa tämä varhainen viljelykulttuuri ulottui suunnilleen Tukholman korkeudelle, mutta se ei saapunut lainkaan Manner-Suomeen eikä edes Ahvenanmaalle. Manner-Suomesta tai Ahvenanmaalta ei tunneta näin varhaisia viljanjyviä tai kotieläinten luita.

Uusimmat muinais-DNA-tutkimukset osoittavat, että maanviljelyä harjoittanut suppilopikarikulttuuri levittäytyi Skandinaviaan manner-Euroopasta saapuneen väestön mukana. Se toi mukanaan tavan valmistaa saviastioita ja kivikirveitä sekä viljellä maata ja pitää kotieläimiä.

Kesälämpötilat alkoivat laskea samaan aikaan kun suppilopikarikulttuurin maanviljelijät olivat asettuneet Tukholman seuduille. Täällä he kohtasivat metsästäjä-keräilijöitä, joista osa oli Suomesta tai Baltiasta peräisin olevia kampakeraamikkoja. Väestöjen vuorovaikutuksen seurauksena syntyi eri kulttuurien piirteitä yhdistävä kuoppakeraaminen kulttuuri noin 5300 vuotta sitten.

Kuoppakeraaminen väestö levittäytyi Skandinavian rannikoille ja Ahvenmaalle noin 5300–4300 vuotta sitten. He rakensivat yksinkertaisia majoja veden äärelle ja pysyivät ainakin osan vuodesta paikoillaan.

Kulttuurin asuinpaikoilta ja hautausmailta löytyneissä esineissä kuvataan usein eläimiä ja joskus myös shamaanien kaltaisia hahmoja. Kuoppakeraamikkojen uskomusmaailmaa voidaan pitää metsästäjä-keräilijäkansoille tyypilliseen tapaan animistisena.

Asuinpaikoilla säilyneiden eläinten luiden, ihmisten luurangoista tehtyjen mittausten ja keramiikan kemiallisen koostumuksen perusteella tämä väestö sai lähes kaiken ravintonsa mereltä pyytämistään kaloista, hylkeistä ja linnuista. Tätä väestöä on kutsuttu kovan linjan hylkeenpyytäjiksi tai jopa Itämeren inuiiteiksi.

Tutkimus julkaistiin 20. maaliskuuta 2019 Scientific Reports -tiedelehdessä. Tutkimusartikkeli Maritime Hunter-Gatherers Adopt Cultivation at the Farming Extreme of Northern Europe 5000 Years Ago on vapaasti luettavissa lehden verkkosivuilla.

Tämä juttu on Helsingin yliopiston tiedotuksen julkaisema ja julkaistu tässä sellaisenaan. Sen ovat kirjoittaneet Santeri Vanhanen (arkeologia, Helsingin yliopisto ja Arkeologerna), Volker Heyd (arkeologia, Helsingin yliopisto), Marianna Kemell (kemian osasto, Helsingin yliopisto), Håkan Ranheden (Arkeologerna, Statens historiska museer, Ruotsi), Niclas Björck (Arkeologerna, Statens historiska museer, Ruotsi) ja Stefan Gustafsson (Arkeologikonsult, Ruotsi).

Otsikkokuva on Santeri Vanhasen, Volker Heydin ja Marianna Kemellin. Kuvankäsittelyn on tehnyt Tero Juutilainen.

Einstein oli taas oikeassa: aika-avaruus on symmetrinen

Valon nopeuden mittaamista eri suunnissa
Markus Hotakainen

Albert Einsteinin suppean suhteellisuusteorian peruslähtökohtia on, että  valon nopeus on aina ja kaikkialla sekä kaikissa suunnissa sama. Kvanttigravitaatiota koskevien teoreettisten mallien mukaan on kuitenkin mahdollista, että hiukkasmaailmassa nopeusrajoitusta ei noudatetakaan niin orjallisesti.

Toistaiseksi kvanttiylinopeuksista ei ole päästy sakottamaan, sillä kokeissa ei ole havaittu minkäänlaisia eroja. Saksalaisessa PTB-tutkimuslaitoksessa (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) on aika-avaruuden symmetriaa testattu optisilla ytterbium-atomikelloilla, joilla tarkkuus saatiin kasvatettua sata kertaa aiempia kokeita suuremmaksi.

Kahden ytterbiumkellon välinen mittavirhe kasvaa miljardissa vuodessa korkeintaan sekunniksi, joten niiden avulla oli mahdollista mitata äärimmäisen pieniä poikkeamia ytterbiumionien elektronien liikkeessä. Kokeessa elektronit liikkuivat aika-avaruuden suhteen eri suuntiin. Ellei aika-avaruus olisi symmetrinen, elektronien nopeuksissa pitäisi näkyä pieni ero.

Ensimmäinen valon nopeuden vakioisuuteen liittyvä merkittävä koe tehtiin jo vuonna 1887, kun Albert Michelson ja Edward Morley yrittivät mitata avaruuden täyttävän eetterin vaikutuksen valon kulkuun. Tuolloin oletettiin, että valo ja kaikki muukin sähkömagneettinen säteily vaatii edetäkseen väliaineen samaan tapaan kuin ääni. Koetulos oli yllätys: valon nopeus on sama kaikissa suunnissa eikä mitään eetteriä ole olemassa. Koetulos oli yksi Einsteinin lähtökohdista hänen kehitellessään suhteellisuusteoriaansa.

Hendrik Lorentzin mukaan Lorentzin symmetriaksi kutsuttu aika-avaruuden ominaisuus on siitä lähtien ollut toistuvien kokeiden kohteena. Pitääkö se todella paikkansa aina ja kaikkialla, ja liikkuvatko myös kvanttimaailman hiukkaset täsmälleen samalla nopeudella kaikkiin suuntiin?

Tuoreimmassa kokeessa käytettyjen kellojen tarkkuus perustuu yksittäisten ytterbiumionien värähtelytaajuuteen. Ionien perustilassa elektronien aaltofunktio on pallosymmetrinen, mutta virittyneessä tilassa se on pitkänomainen eli elektronit liikkuvat pääosin tietyssä suunnassa. Elektronien liikesuuntaa voidaan hallita kellon sisäisen magneettikentän avulla, joten sijoittamalla kellot toistensa suhteen sopivaan asentoon elektronit saadaan liikkumaan toisiaan vastaan kohtisuoriin suuntiin.

Kellot oli asennettu laboratoriossa kiinteälle alustalle, joka pyöri Maan mukana tähtien suhteen yhden kierroksen 23,9345 tunnissa. Jos elektronien nopeudet olisivat riippuvaisia niiden kulkusuunnasta, kahden kellon näyttämissä ajoissa olisi pitänyt näkyä jaksottainen vaihtelu, joka vastaisi Maan pyörimisliikettä. Teknisten virhelähteiden eliminoimiseksi ytterbiumkelloja vertailtiin yli tuhannen tunnin eli lähes puolentoista kuukauden ajan.

Mittaustarkkuuden rajoissa kellojen avulla mitatuissa elektronien nopeuksissa ei kuitenkaan havaittu minkäänlaista vaihtelua. Ytterbiumionien värähtelytaajuuksien eron ylärajaksi todettiin 3 x 1018, mikä osoitti kellojen olevan oletettuakin tarkempia. Aikaero kasvaisi sekunnin mittaiseksi vasta kymmenessä miljardissa vuodessa.

Lorentzin symmetria pätee ja Albert Einsteinin todettiin jälleen kerran olleen oikeassa.

Symmetriakokeesta kerrottiin PTB-laitoksen kotisivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Tilaa aihepiirin Tiede RSS-syöte