Saksalaiskaupunki Ulmin yliopistollisen sairaalan radiologi Uwe Schütz kertoi tänään Chicagossa pidetyssä Pohjois-Amerikan lääketieteellisen kuvantamisen kokouksessa tutkimuksestaan, missä hän oli mitannut magneettiresonanssilaitteistolla 4487 kilometriä pitkään Trans Europe Foot Race (TEFR) -kilpailun osallistuneiden fysiologisia muutoksia.

Tutkimuksen kohteena oli tämän varsin äärimmäisen juoksun vuoden 2009 kilpailu, jolloin 64 päivän ajan (19. huhtikuuta - 21. kesäkuuta) kisaajat juoksivat Norjan pohjoisimmasta kärjestä Italian eteläosaan. 

44 kilpailijaa suistui tutkittavaksi matkan aikana. Schütz seurasi heitä rekka-autolla, jonka sisälle oli laitettu kohtalaisen kokoinen 1,5 Teslan magneettikuvauslaite (MRI-laite), ja jonka avulla hän kuvasi kunkin tutkimukseen osallistuneen kilpailijan kolmen-neljän päivän välein koko kisan ajan. Kustakin henkilöstä saatiin siis 15-17 täydellistä kuvaa.

Lisäksi osasta tutkittavista otettiin satunnaisesti veri- ja virtsanäytteitä sekä heille tehtiin muita testejä.

“Se, että ultrajuoksussa keho joutuu alttiiksi hyvin suurelle rasitukselle, ei suinkaan ole mikään yllätys”, kertoo Schütz kokouksen tiedotteessa.

“Tutkimuksemme kuitenkin näyttää nyt yksityiskohtaisesti miten eri elimistön osat muuttuvat rasituksen aikana ja reagoivat stressiin.”

Astun ulos hissistä Tampereen teknillisessä yliopistossa ja edessäni on tyypillinen tutkimuslaitoksen käytävä: se on pitkä ja sen kummallakin puolella on ovia, joiden vieressä on nimikylttejä sekä erilaisia papereita seinälle kiinnitettyinä. On ilmoitustaulu, ikkuna käytävän päässä, porraskuilu vieressä sekä muutamia ihmisiä.

Pystyn hahmottamaan nopeasti ympärilläni olevat kohteet ja erottamaan niistä aiemmin näkemäni kuvan perusteella akatemiaprofessori Moncef Gabbouj’n, mutta kameran kautta maailmaa kuvaava tietokone olisi hyvin hämillään. Konenäöllä olisi vaikeuksia erottaa toimistojen ovia muista neliskanttisista kohteista ja ihmisiä toisistaan – saati  yhdistää näkemänsä kuva muistissaan olevaan kuvaan tietystä henkilöstä.

Tämän vuoden lopussa akatemiaprofessorikautensa päättävä Gabbouj on erikoistunut epälineaarisiin digitaalisiin suotimiin, erityisesti haluttujen kohteiden löytämiseen videokuvasta sekä älykkäisiin hakupalveluihin.

Jo nyt kameroissa käytetään kasvontunnistusta ja hakukoneet voivat etsiä tietynlaisia kuvia, mutta Gabbouj haluaa tehdä tästä tarkempaa, nopeampaa ja arkisempaa, minkä lisäksi hän laajentaa hahmontunnistusta kaikkialle tiedonlouhintaan. Siihen tarvitaan matematiikkaa, joka yleistäen on sitä monimutkaisempaa, mitä helpommalta työn halutaan vaikuttavan.

Parvella tiedon kimppuun

“Kyse on yksinkertaisesti signaalinkäsittelystä ja algoritmeista, joilla tätä käsittelyä tehdään”, aloittaa Gabbouj työnsä selittämisen.

“Kehitimme aluksi tällä alalla erilaisia tekniikoita hahmontunnistukseen ja koneoppimiseen, joita olemme soveltaneet nyttemmin laajoihin tietomääriin ja niin sanottuun big dataan.”

Tällaisia tietokantoja ovat yhtäältä esimerkiksi kuva-arkistot kuten netissä olevat kuvat, toisaalta vaikkapa lääketieteelliset kuvat tai tutkahavainnot. Usein näissä on yksittäisiä tietoja, kuvia ja havaintoja niin paljon, että niiden valikoiminen yksittäin tietyn hakukriteerin mukaan ei ole käytännössä mahdollista. Äreimmätkään tietokoneet eivät onnistu siinä.

Siksi tietojen hakua voi auttaa älykkäillä algoritmeilla, jotka seulovat tietoja ja muodostavat löytämistään tiedoista kolmiulotteisen mallin, mistä matemaattisesti voidaan löytää kaikkein osuvimmat vaihtoehdot.

Siinä missä aiemmin hakua tehtiin avainsanojen avulla, pystyy tamperelaisten niin sanottu parvioptimointialgoritmi hahmottamaan tietoa ja löytämään siitä erilaisia määreitä. Näin esimerkiksi kuvahakua Pisan kaltevasta tornista tehtäessä tuloksena ei ole kaikenlaista kaltevaa, vaan vaikuttava määrä erilaisia kuvia juuri Pisan tornista.

Samaa menetelmää voi käyttää esimerkiksi syöpäkasvaimien tai pinnanmuotojen tunnistamiseen. Tuoreimmassa tutkimusohjelmassa menetelmää käytetään taloustietojen tunnistamiseen ja louhimiseen.

Tänään tuotettiin Max Planckin plasmafysiikan instituutin Wendelstein 7-X -fuusiolaitteella ensimmäisen kerran heliumplasmaa. "Stellaraattorissa" tuotetun plasman lämpötila oli noin miljoona celsiusastetta.

Energiantuotantoon koelaitteistosta ei kuitenkaan ole, vaikka se onkin lajissaan suurin. Testeillä on tarkoitus tutkia, onko Lyman Spitzerin jo 1950-luvulla kehittelemästä laitteesta tulevaisuuden fuusiovoimalan sydämeksi.

7-X rakentuu 50 suprajohtavasta käämistä, joista kookkaimmat ovat 3,5 metriä korkeita. Käämit ympäröivät tyhjiökammiota ja ne jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä nestemäisen heliumin avulla. 

Kun käämit kytketään päälle, ne eivät kuluta juuri lainkaan energiaa. Niiden muodostama magneettinen "häkki" pitelee noin 30 kuutiometrin kokoista hyvin harvaa plasmapilveä irrallaan tyhjiökammion seinämistä.

Jutun voisi aloittaa myös toteamalla, että hammaslääkärit ovat hoitaneet hampaitasi väärin vuosikymmenien.

Nimittäin he ovat poranneet ja paikanneet pieniä reikiä heti kariesta havaittuaan.

Tuoreen australialaistutkimuksen mukaan suuri osa näistä pikkupaikkauksista ovat itse asiassa turhia, sillä karies saa aikaan haitallisen reiän ja syö ympärillä olevaa hammasta huomattavasti hitaammin kuin on oletettu.

“Paikkaaminen on useissa tapauksissa ollut tarpeetonta”, toteaa Wendell Evans Sydneyn yliopistosta.

“Tutkimuksemme näyttää selvästi, että hampaiden hoidossa kannattaisi ottaa uusi suunta pois tästä valtavirraksi muodostuneesta paikkaamisesta.”

Olennaisin asia tutkimuksessa on ollut reikien kehittymisen seuranta. Karieksen, eli hammasmädän on oletettu laajenevan aggressiivisesti ja vaarantavan nopeasti koko hampaan, joten reikäkohta on poistettu nopeasti ja täytetty paikka-aineella.

“Kariekselta kestää keskimäärin kahdeksan vuotta tunkeutua kiilteen läpi hammasluuhun. Tässä ajassa karies pystytään havaitsemaan ja hoitamaan usein jo ennen kuin se saa aikaan reikää, joka pitää paikata.”

Evansin ryhmän tutkimus on kestänyt seitsemän vuotta ja se julkaistiin Community Dentistry and Oral Epidemiology -lehdessä. Siinä on otettu huomioon havaintoja karieksen kehittymisestä kuitenkin yli 50 vuoden ajalta.

Artikkelissa tutkijat esittelevät CMS-nimisen karieksen hallintasysteemin (Caries Management System), joka on auttanut vähentämään poraamistarvetta 30% - 50% hoitoa saaneista potilaista.

CMS kattaa joukon kariesta kartoittavia menetelmiä röntgenkuvista visuaaliseen tarkkailuun, joilla alkuvaiheessa olevat vauriot voidaan löytää. Sen jälkeen karieksen ‘saastuttamia’ paikkoja hoidetaan mm. tujakalla fluoripinnoitteella.

Menetelmän havaittiin tutkimuksessa pysäyttämään karieksen etenemisen ja joissain tapauksissa kääntäneen haitallisen kehityksen paranemiseksi. Joka tapauksessa paikkaustarve on vähentynyt ja ainakin lykkääntynyt myöhemmäksi. 

“Hammasta tulisi porata ja paikata vasta silloin, kun siinä on selvästi reikä”, sanoo Evans.

Lisäksi kunnollinen hampaiden hoito ja harjaaminen on tärkeää, kuten aterioiden välissä syötävien välipalojen ja sokeripitoisten juomien välttäminen. Mutta tätä ei aussitutkimuksessa luonnollisestikaan keksitty: hyvä suuhygienia ja happohyökkäysten minimointi auttavat joka tapauksessa pitämään hampaat kunnossa.

Juttu perustuu Sydneyn yliopiston tiedotteeseen.

Otsikkokuva: John Twohig / flickr
Alla pilailukuva hammaslääkärikäynnistä.

Sitra ja Sosiaali- ja terveysministeriö tilasivat Oulun yliopiston geoinformatiikan tutkijoilta selvityksiä hallituksen sote-alueiden päätöksenteon pohjaksi.

Kummassakin tutkimuksessa haettiin hieman erilaisilla valintaperusteilla sote-alueiden optimaalisia määriä ja rajoja. Tutkijat selvittivät, kuinka nopeasti ihmiset pääsevät missäkin mallissa hoitoon yliopistolliseen sairaalaan, keskussairaalaan, synnytyssairaalaan tai ympärivuorokautiseen päivystykseen.

Tutkimusryhmältä ei pyydetty vastausta sote-alueiden määrästä. Tuloksista on kuitenkin vedettävissä sellainen johtopäätös, että 12 aluetta olisi riittävä. Jos alueita olisi 12, puolet suomalaisista pääsisi erikoissairaanhoitoon vajaassa 26 minuutissa. 10 alueella matka-aika hidastuisi seitsemän minuuttia, mutta vastaavasti lisäämällä kaksi aluetta 14:ään matka-aika nopeutuisi enää vain kolme minuuttia.

Harmittaako tutkijaa, kun poliitikot päätyivät 15 sote-alueeseen?

”Päätös oli poliittinen kompromissi”, professori Jarmo Rusanen vastaa diplomaattisesti.

”Kun miettii väestön kehitysnäkymiä, jatkossa 12 yksikköä on järkevämpi ratkaisu. Kolme muuta aluetta ovat väestömääriltään niin pieniä, että 10 – 20 vuoden päästä niillä ei ole mahdollisuuksia taloudellisesti hoitaa palveluitaan.”

Laaja väestöpohja varmistaa rahoituksen

Rusanen arvelee, että yksi lisäalueista olisi Kainuu, jossa väkimäärä on pienentynyt 1960-luvun 100 000:sta nykyiseen 78 000 tuhanteen. Vaikka syntyään kainuulainen onkin, ei tutkija jättäisi Kainuuta omaksi alueekseen:

”Onko Kainuulla rahkeita toimia talouden näkökulmasta sellaisena yksikkönä, joka pystyy selviämään”, Rusanen epäilee. ”Itse kävin jo lapsena kitarisaleikkauksessa Kuopiossa ja toisessa kurkkuleikkauksessa Oulussa, eikä se ollut mikään ongelma.”

Rusasen mukaan tarvitaan noin 200 000 asukkaan väestö, jotta sote-alue pystyisi kustantamaan asukkaiden palvelut riittävän tasokkaina ja monipuolisina. Mikäli kussakin sote-alueessa asuisi noin 200 000 ihmistä, niillä olisi saman verran veroeuroja käytössään sosiaali- ja terveyspalveluiden järjestämiseen. Vaikka matka-aika syrjäseudulta keskussairaalaan pitenisikin, jokainen asukas saisi kuitenkin saman tasoisen palvelun riippumatta asuinpaikastaan.

”Jos alueita olisi vain viisi, jolloin kussakin alueessa asuisi nykyisellään 700 000 ihmistä, silloin meillä olisi varmasti rahkeita kohdella kaikkia suomalaisia tasapuolisesti. Esimerkiksi Lapissa olisi saman verran rahaa käytössä kuin pääkaupunkiseudulla.”

Keskittäminen nostaa laatua

Välimatkat keskussairaalaan, yliopistolliseen sairaalaan, synnytyssairaalaan ja ympärivuorokautiseen erikoissairaanhoidon päivystykseen pitenevät sitä mukaa kuin sote-alueiden määrä vähenee. Rusanen muistuttaa kuitenkin, että terveyskeskukset säilyvät lähellä.

Yksi etu erikoissairaanhoidon palveluiden, esimerkiksi vaativien leikkaushoitojen, keskittämisestä on laadun pysyminen korkealla tasolla.

”Leikkauksissa pitää säilyä rutiini. Jos leikkauksia tehdään liian vähän, on todettu, että laadun taso laskee.”

Myös henkilökunnan saatavuus puoltaa harvempaa sote-alueiden verkkoa. Mitä vähemmän alueita on, sitä helpompi vaativan hoidon yksiköihin on saada ammattitaitoista työvoimaa. Lisäksi ympärivuorokautiset vaativat päivystyspisteet tulevat veronmaksajille kalliiksi, Rusanen muistuttaa.

Pitkiä etäisyyksiä lyhennetään jatkossa teknologian avulla.

”Suurin osa ihmisistä varmasti ottaisi mieluummin hoitoa kotiin esimerkiksi skype-yhteydellä lääkäriin kuin lähtisi ajamaan sata kilometriä vastaanotolle. Tämä on vahvasti kasvussa.”

Tutkimustulokset päätöksenteon tukena

Sote-uudistuksesta Rusanen nostaa yhden merkittävän edun esille:

”Tähän asti sairaalainvestoinnit ja remontit on päätetty kuntatasolla tai sairaanhoitopiireissä. Jatkossa investointien tarvetta mietitään laajemmissa alueissa. Ainakin minusta tämä kuulostaa veronmaksajan näkökulmasta hyvältä.”

Vaikka hallitus ei päätynytkään täysin samaan oululaistutkijoiden kanssa, Rusanen on iloinen siitä, että tutkimusapua pyydettiin.

”Koskaan aiemmin ei ole näin tarkkaan laskettu terveyspalvelujen saatavuutta eri muuttujilla. Analyysimme auttavat miettimään sitä, mistä palveluja on järkevintä vähentää, jos on pakko vähentää.”

”Pidän erittäin tärkeänä tätä yliopistojen kolmatta tehtävää tutkimustyön ja koulutuksen lisäksi, jossa olemme vuorovaikutuksessa yhteiskunnan kanssa. Tutkimuksemme hyödyttää yhteiskunnallista päätöksentekoa.”

Tähän asti tutkimus on keskittynyt terveyspalveluihin. Jatkossa tutkimusryhmä selvittää sosiaalipalveluiden saavutettavuutta. Sitä varten ollaan jo keräämässä tietokantaa sosiaalipalvelujen vajaasta 10 000 eri palvelupisteestä Suomessa.

Rusasella on jo tässä vaiheessa se käsitys, että sosiaalipalvelujen tuottamisessa olisi paljonkin mahdollisuuksia järkevöittää toimintaa muun muassa peräkkäisiä palveluita ja kuljetuksia yhdistämällä.

"Ohjaamaton oppiminen" kuulostaa varsin omituiselta,  mutta kyseessä on uudenlainen Suomessa tehdyn tieteellisen tuotannon luonnollisen kielen analyysiin ja koneoppimiseen perustuva lähestymistapa, joka sopii hyvin kuvaamaan aineistoa, jonka luokittelua ei tunneta ennalta tarkasti. 

Yleistäen menetelmässä laitetaan tietokoneeseen kaikki vuosien 1995 ja 2011välisenä aikana Suomessa tehdyt tutkimukset ja katsotaan paljonko niitä on ja mitkä on niiden väliset yhteydet.  Näistä muodostetaan kartta. Mitä isompi pallura on, sitä "suurempi" ala on kyseessä, ja mitä enemmän viivoja siitä on jonnekin, sitä enemmän sillä on yhteyksiä toisiin aiheisiin. Tällaisella menetelmällä saadaan selville helposti yhteyksiä ja kokoluokkia, joita ei ole aiemmin huomattu.

Menetelmä on omiaan suomalaisen tieteen hahmottamiseen, koska Suomen tiedejärjestelmä on voimakkaiden muutosten keskellä. Samalla on kuitenkin tärkeää ymmärtää, mistä Suomen tiede koostuu. Viime aikoina vilkasta keskustelua synnyttäneet suunnitellut rahoitusleikkaukset, vaatimukset yliopistojen roolien selkeyttämisestä, strategisten painopistealueiden valinnat sekä yliopistojen tulosten laadun mittaaminen tekee tämän kokonaiskuvan saamisen entistäkin tärkeämmäksi.

Arho Suomisen ja Hannes Toivasen Journal of the Association for Information Science and Technology -julkaisussa ilmestynyt tutkimus osoitti, että Suomen tiede on monimuotoistunut. Suomen tiede on perinteisesti nojannut kahdelle tukijalalle: lääke- ja luonnontieteen tutkimukseen. Näiden rinnalle on kehittymässä uusi, kansainvälisesti merkittävä tukijalka, joka koostuu laajasti informaatioteknologian, yhteiskunta- ja kauppatieteen tutkimuksesta. Tämä yhdistelmä on ollut Suomen tieteen merkittävin kasvukomponentti, kun tuloksia mitataan kansainvälisillä tiedejulkaisuilla. Vielä on kuitenkin epäselvää, mitkä yksittäiset kasvavat tutkimusaiheet näyttelevät merkittävää roolia Suomen tutkimuskartalla tulevaisuudessa.  

Kartoitus nostaa esille myös mielenkiintoisia aiemmin varjoon jääneitä kasvualoja kuten lääketieteen tuki- ja liikuntaelin sairauksiin liittyvä tutkimus, kauppa- ja taloustiede, koulutukseen liittyvä tutkimus sekä materiaalitiede, erityisesti ohutkalvojen kasvatustekniikka.

Kokonaisuudessaan tutkimuksessa koostettu (myös otsikkokuvana oleva) kartta on katsottavissa VTT:n sivuilla.

VTT toteaa tiedotteessaan, että ​tiede- ja innovaatiopoliittisen päätöksenteon tulisi kuitenkin pohjautua tutkittuun ja luotettavaan tietoon. Kaavaillut merkittävät muutokset tutkimusrahoitukseen, tutkimusorganisaatioiden toimintaan ja painotukset perustutkimuksen sekä soveltavan tutkimuksen välillä tarvitsevat rinnalleen mittareita, joilla voidaan luotettavasti arvioida muuttuvaa tutkimuskenttää sekä tiedepoliittisten päätösten vaikutuksia. 

Artikkeli perustuu yllä mainittuun VTT:n tiedotteeseen.

Viime kesänä uudelleen käyttöön otettu, parannettu LHC-hiukkaskiihdytin (Large Hadron Collider) on nyt täydessä vauhdissa. Genevessä, Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä oleva kiihdytin on tuottanut ensimmäiset todella voimakkaat hiukkastörmäyksensä, kun se aloitti 17. marraskuuta kuukauden kestävän varsin erikoisen tutkimusjakson: sen aikana kiihdyttimessä ei käytetäkään pelkkiä protoneita, vaan nyt sen sen avulla mäiskäytetään lyijyioneita toisiinsa.

Lyijy on eräs raskaimmista pysyvistä alkuaineista, jotka eivät ole radioaktiivisia. Kiihdyttimessä käytetään pelkkiä lyijy-ytimiä, eli atomeista on karsittu kaikki niiden elektronit pois. Ytimissä on 126 neutronia ja 82 protonia, eli yhteensä 208 hiukkasta!

Tuloksena on kaksi kertaa aiempaa voimakkaampia törmäyksiä.

Kaikki neljä suurta LHC:n koeasemaa ovat mukana tässä kampanjassa, jonka avulla voidaan nyt saada aikaan tiiviimpää ja kuumempaa ainetta kuin koskaan aiemmin. Törmäyksissä lämpötilat vastaavat useaa triljoonaa astetta ja tiheys aikaa juuri maailmankaikkeuden syntymän jälkeen. 

Ei ihme, että mustien aukkojen syntymällä LHC:n käynnistämisen aikaan pelotelleet ihmiset ovat nyt heränneet uudelleen, ja maailmanloppuviestit kiertävät taas kerran netissä (ja muuallakin).

Aineen perusolemusta tutkimassa

Heti alkupamauksen jälkeen, vain muutaman sekunnin miljoonasosan kuluttua big bangista, oli koko maailmankaikkeus hyvin pieni, tiivis ja kuuma. Se koostui vain hiukkaspuurosta, jossa oli pääasiassa gluoneita ja kvarkkeja. 

Gluonit, kuten niiden liimaan viittaava nimi kertoo, kiinnittää nykyisin kvarkit toisiinsa muun muassa protoneiksi ja neutroneiksi. 

Tarkoituksena kokeissa onkin nyt synnyttää olotila, missä on kvarkkigluoniplasmaa, jonka tutkiminen auttaisi ymmärtämään paremmin aineen olemusta. 

Jo aiemmin pienempiä energioita käytettäessä on havaittu omalaatuisia ilmiöitä, kuten hiukkasia, jotka menettävät nopeasti ja yllättävästi energiaansa kvarkkigluoniplasmaan. Miksi näin käy ja miten, on epäselvää.

Mutta tänään siis juhlitaan yleistä suhteellisuusteoriaa, joka on nimensä mukaisesti alkuperäisen, suppean suhteellisuusteorian yleistys. Siinä missä ensimmäinen suhteellisuusteoria keskittyi siihen, että valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus ja kaikki fysiikka toimii suhteessa siihen, on laajennetussa versiossa mukana myös painovoima.

Sitä varten Einstein kehitti koko joukon matemaattisia kaavoja, joiden takana on varsin monimutkainen ja kaunis, mutta hankalasti omaksuttava ajatusrakennelma. Onneksi kuitenkin pääperiaate on erittäin yksinkertainen, ja sitä selittää tämän päivän kuva.

Teoria voidaan kirjoittaa lyhyesti näin: "Aine vaikuttaa massallaan avaruuteen ja sanoo, miten sen tulee kaareutua. Avaruuden kaarevuus puolestaan kertoo aineelle, miten sen tulee liikkua."

Painovoima voidaan siis kuvata avaruuden geometriana, ja kaikki maailmankaikkeudessa paitsi vaikuttaa avaruuden kaarevuuteen, niin myös liikkuu sen mukaan. Myös siis valo noudattaa avaruuden kaarevuutta.

Eikä kyse ole mistään teoreettisesta pohdiskelusta, vaan esimerkiksi GPS-paikannus vaatii toimiakseen suhteellisuusteoriaa. Suhteellisuusteoria on aivan yhtä olennainen – ja yhtä helposti unohdettava – osa nykyaikaista elämänmenoa kuin ilma, jota hengitämme.

Mikäli asiaan haluaa paneutua hieman syvällisemmin, niin Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella merkkipäivää juhlistetaan kaikille avoimella luentotilaisuudella suhteellisuusteoriasta kello 14-16 Physicumin salissa D101. Ensin Syksy Räsänen puhuu yleisen suhteellisuusteorian sadan vuoden taipaleesta ja sitten Hannu Kurki-Suonio kertoo teorian historiallisista ja lähitulevaisuuden testeistä.

Tänään kannattaa myös lukaista Tiedetuubin vuoden takainen juttu Albert Einsteinin kodista suhteellisuusteorian kehittämisen aikaan.

Tähän loppuun vielä tiedepoliittinen huomio: nykyisin yliopistotutkimuskriteerein suhteellisuusteoriaa tuskin olisi koskaan keksitty...

Maa ei ole aina ollut nykyelämälle suotuisa paikka. Miljardeja vuosia sitten ilmakehä oli koostumukseltaan tappavan myrkyllinen ja vasta noin 2,5 miljardia vuotta sitten hapesta tuli sen keskeinen osatekijä.

Syypääksi tähän "hapettumiseen" on todettu muinaiset syanobakteerit eli sinilevät – jotka eivät ole oikeasti leviä. Ne alkoivat vapauttaa happea merkittävässä määrin noin kaksi miljardia vuotta Maan synnyn jälkeen.

Kun happea alkoi vapautua, kesti vielä noin 100 miljoonaa vuotta ennen kuin sitä oli ilmakehässä niin paljon, että sen määrä suunnilleen vakiintui. Siitä on nyt aikaa 2,4 miljardia vuotta.

"Tähän saakka emme ole tienneet, olivatko happipitoisuudet 2,5 miljardia vuotta sitten todella vakaat. Uusi tutkimus antaa kysymykseen paljon varmemman vastauksen", arvioi Brian Kendall Waterloon yliopistosta.

Kendallin johtama tutkijaryhmä on määrittänyt isotooppisuhteiden perusteella, että sinilevien yhteyttäminen nosti happipitoisuutta nopeasti, mutta ei pysyvästi.

"Johtiko yhteyttämisen kehittyminen suoraan happirikkaaseen ilmakehään vai tapahtuiko siirtymä nykytilanteeseen asteittain", pohtii Ariel Anbar Arizonan valtionyliopistosta.

Uudet tulokset tukevat Anbarin työryhmän vuonna 2007 esittämää hypoteesia. Silloin läntisestä Australiasta löytyi muinaiseen merenpohjaan kerrostuneita liuskekiviä, joissa oli viitteitä ikivanhoista happihenkäyksistä.

Kivissä on runsaasti molybdeeniä ja reniumia. Niitä on alkujaan ollut kuivalla maalla esiintyneissä mineraaleissa, joista alkuaineet hapen vaikutuksesta vapautuivat ja päätyivät veden kiertokulun mukana merenpohjan kerrostumiin.

Tällä kertaa tutkittiin samaisista liuskekiviesiintymistä myös samalla tavalla käyttäytyvän osmiumin runsauksia. Sillä on kuitenkin kaksi isotooppia – ¹⁸⁷Os ja ¹⁸⁸Os – joista toinen on peräisin kuivan maan mineraaleista, toinen vedenalaisista tulivuorista.

Mitatut osmium-isotooppisuhteet viittaavat siihen, että alkuainetta on vapautunut nimenomaan hapen kanssa tekemisiin joutuneista mineraaleista. 2,4 miljardia vuotta sitten ilmakehässä oli siis jo runsaasti happea.

Nuoremmista muodostelmista tehdyt alkuaine- ja isotooppimääritykset sen sijaan kertovat, että myöhemmin hapen määrä oli taas vähentynyt huomattavasti. Nykytilanteeseen ei siis päästy heti yhteyttämisen alkamisen jälkeen.

Tutkimuksesta kerrottiin Waterloon yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä.

Kuva: NASA

Suomen tämänvuotinen retkikunta Etelämantereelle, Finnarp 2015, lähtee matkaan huomenna perjantaina 20. marraskuuta ja viipyy matkallaan jopa kolme kuukautta. Seitsenhenkinen retkue palaa Suomeen vasta helmikuun 2016 puolivälissä.

Matkan kohteena on tuttuun tapaan Suomen tutkimusasema Aboa, mutta nyt mukana ei ole lainkaan tutkijoita: vuorossa on huolto- ja korjausmatka, jotta vastaisuudessa tutkimuksen tekeminen onnistuu entistä paremmin. Tosin tärkeä osa matkaa on edellisillä tutkimuskausilla asennettujen tutkimuslaitteiden huolto ja datan keruu sekä pitkäaikaisten mittausten ylläpito.

Ryhmä huoltaa sääasemia, mittaa lumen kertymää, kerää biologisia näytteitä ja lähettää kauko-ohjattavia meteorologisia havaintopalloja. Retkikunnalla on työlistalla myös mittava tutkimusaseman ja kaluston huolto.