rikkivety

250 vuotta piilotellut puuttuva linkki löytyi viimein: Jättisimpukka ei syö mitään

To, 05/25/2017 - 22:08 Jarmo Korteniemi
Kuva: Matthew Modoono / Northeastern University

Filippiineiltä on viimein löydetty pieni populaatio jättimäisiä, piilottelevia ja varsin erikoisia simpukoita. Niiden avulla saatiin selitettyä, kuinka puunsyöjistä tuli aikanaan rikkivedyllä eläviä paastoajia.

Eläimen nimi on Kuphus polythalmia ja sen tieteellinen historia on varsin monipolvinen. Otus tunnistettiin jo 250 vuotta sitten, mutta itse eläintä päästiin tutkimaan vasta 2010.

Carl von Linné nimesi eläimen vuonna 1758 ja luokitteli sen putkimadoksi. Kohta huomattiin, että kyse taitaakin olla jostain laivamadon kaltaisesta, mutta paljon sellaista suuremmasta otuksesta. Kaikki tulkinnat perustuivat kuitenkin vain Kaakkois-Aasian rannoille huuhtoutuneisiin kalkkikuoriin, eikä niiden sisällä eläneestä eläimestä ollut tietoakaan. Vielä 1940-luvullakin samoja kuoria onnistuttiiin tulkitsemaan vielä kerran, tällä kertaa dinosauruksen hampaiksi. Väärinkäsitys korjattiin onneksi pian.

Filippiineillä itse eläimet on kuitenkin tunnettu jo pitkään. Ne elelevät mangrovemetsien laitamilen matalasta merivedessä. Juuri tämän tuntemuksen myötä myös tutkijat pääsivät niihin viimein käsiksi.

Mikä eläin siis on kyseessä?

Laivamadot eivät nimestään huolimatta ole matoja, vaan erikoistuneita simpukoita. Niiden kuori on surkastunut eräänlaisiksi jyrsiviksi leuoiksi, joilla ne syövät koloja vedessä hajoavaan puuhun. Joitain lajeja esiintyy jo Itämeressäkin, mikä tietää huonoja aikoja seudulla muutoin hyvin säilyneille puulaivojen hylyille.

Kuphus polythalmia on jättiläislaivamato (vapaa suomennos), ja hyvin erilainen kuin lähimmät sukulaisensa. Se on kokonaan kuoren ympäröimä, elää pohjamudassa eikä hajoavassa puussa, eikä otus luultavasti syö yhtään mitään. Näin kertoo eläintä ensimmäisenä kuvaillut tuore tutkimus.

Jättiläislaivamato on kaikista simpukoista pisin, reilusti puolitoistametrinen – eli juuri ja juuri pidempi kuin 200-kiloiseksi kasvava jättiläissimpukka.

Tyypillisimmillään Kuphus polythalmian kuori on hieman yli metrin ja näyttää lähinnä muhkuraiselta norsun syöksyhampaalta. Se on laivamadoista ainoa, joka kaivautuu hajoavan puun sijaan pohjasedimentteihin. Normaali asento kuorelle on tukevasti pystyssä, ja siitä näkyykin pohjamudan pinnalla vain muutaman sentin levyinen avoin pää. Putken sisällä elävä eläin ottaa sen kautta veden kiduksiinsa. Loppu kuoresta on syvällä mudassa, yli 10-senttinen paksumpi umpinainen pää kaikkein alimmaisena.

Video jättiläislaivamadon tutkimuksesta (National Geographic).

Suurin osa kuoren sisällöstä on käytännössä kiduksia. Kidusten sisällä taas elää suuri joukko symbioottisia bakteereita. Ne ovat kemoautotrofisia, eli ottavat tarvitsemansa energian merenpohjasta nousevien rikkiyhdisteiden kemiallisista reaktioista. Siinä sivussa ne myös tuottavat tarvitsemansa orgaaniset yhdisteetkin aivan itse.

Jättiläislaivamato saa samalla oman ruokansa valmiiksi prosessoituna ja sisälleen annosteltuna. Tämän vuoksi sen ruuansulatuselimet ovat varsin turhia ja surkastuneet lähes olemattomiin. Jäljellä on vain suu ja parin sentin pätkä suolta. Eläimen ei oleteta syövän ollenkaan, tai enintään minimaalisen vähän.

K. polythalamia pystyisi siis (bakteereineen) elämään laguunissaan, vaikkei planeetaltamme olisi ainuttakaan toista elävää olentoa. Ainakin periaatteessa.

Puuttuva linkki

Havainto tuo myös lisäarvoa koko eläinryhmän kehitykseen kannalta.

"Normaaleilla" puuta syövillä laivamadoilla on oma sisäinen bakteerikantansa. Nämä mikrobit hajoittavat eläimen syömää selluloosaa käyttökelpoiseen muotoon. (Samalla tavoin ihmisenkin suolistofloora auttaa meitä käyttämään oman ravintomme tehokkaammin hyödyksi.)

Toisenlaisia, hyvin erikoisia laivamatoja on löydetty syvänmeren mustien savutajien (eli mineraalirikkaiden kuumien lähteiden) luota. Niiden yhteyttä "normaaleihin" laivamatoihin ei ole aiemmin ymmärretty. Näiden otusten yhteistyö tapahtuu kemotrofisten bakteerien kanssa, aivan kuin jättiläislaivamadollakin. Symbioosi on tehokkaampaa, eikä näiltä simpukoilta löydy enää juuri minkäänlaisia ruuansulatuselimiä. Siksi onkin spekuloitu, voisiko näiden otusten elely mustien savuttajien luona itse asiassa olla jotain hyvin vanhaa perua, sillä ovathan eläimet ehtineet erikoistua kovin pitkälle.

Daniel Distel esitti toisenlainen hypoteesin vuonna 2000 tiedelehti Naturessa. Sen mukaan mustien savuttajien laivamadot olisivatkin tuore ryhmä, joka polveutuu moderneista, selluloosaa popsivista laivamadoista. Ne olisivat vain vaihtaneet bakteerikantaansa, ja sitten ruuansulatuselimet alkoivat nopeasti surkastua. Eläimet olisivat levinneet mustien savuttajien lähelle siis vasta tuon muutoksen jälkeen.

Kun Filippiinien jättiläislaivamadon rakennetta päästiin viimein tutkimaan Distelin johtamassa projektissa, ratkaisu löytyi. Eläimen rakenteesta kävi selväksi, että se on kehittynyt "normaaleista" laivamadoista, jotka jyystävät vedessä hajoavan puun selluloosaa. Jättilaivamato osoittautui siis tärkeäksi välimuotodoksi kehityksessä, jonka ääripää sijaitsee paljon syvemmällä, merenpohjan pimeydessä.

Selitystä siihen, kuinka kemotrofiset bakteerit ovat oikein onnistuneet korvaamaan selluloosabakteerit, ei tarvitse kauaa spekuloida. Merenpohjalla elää sopivissa oloissa kemotrofeja mätänevästä puusta nousevilla rikkivedyillä. Laivamatojen kehot ovat tarjonneet niille suojaa, ja koska ne tarjosivat simpukoille helppoa ravintoa, alkuperäinen bakteerikanta korvautui. Muutos myös vapautti laivamadot siirtymään puiselta alustalta suoraan merenpohjaan – ja lopulta aina mustien savuttajien luo.

Puun ravintona käyttäminen toimi siis eläinten astinlautana syvään mereen.

Lähteet: Phys.orgDistel et al. (2000) Nature, Distel et al. (2017) PNAS, WoRMS, Northeastern University

Otsikkokuva: Elävänä pyydystetty ja kohta yliopiston kokoelmiin säilötty jättiläislaivamato (Matthew Modoono / Northeastern University)

Uusi suprajohde - mullistavan lämmin ja hyvin epäkäytännöllinen

Ke, 08/19/2015 - 12:51 Jarmo Korteniemi
Kuva: Henry Mühlpfordt

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet luomaan suprajohtavuutta lämpötiloissa, joita esiintyy planeetaltamme aivan luonnollisesti. Suprajohtavuustutkimus suoritettiin Max Planck -instituutin kemian laboratoriossa Maintzissa, ja julkaistiin Nature-tiedelehdessä.

Rikkivety saatiin johtamaan sähköä ilman vastusta -70 asteessa. Vastaavia lämpötiloja esiintyy Etelämantereella, ja Siperiassakin päästään lähes samaan (ennätys -68°C). (Lue lisää aiemmasta artikkelistamme: Mistä löytyy maapallon kylmin paikka.)

Uutta suprajohdetta ei kuitenkaan voida vielä hyödyntää sen epäkäytännöllisyyden vuoksi. Aine täytyi altistaa yli puolentoista miljoonan ilmakehän paineeseen. Tämä saatiin aikaan puristamalla hyvin pientä rikkivetymäärää prässissä kahden timantin välissä.

Rikkivety on huoneenlämmössä pahalta haiseva ja väritön kaasu. Kylmennettynä se kiinteytyy, ja kovassa yli 900 000 ilmakehän paineessa se käyttäytyy kuin metalli. Tutkijat epäilevät, että kovassa paineessa aine muuttuu entistä tiheämmäksi, siten että jokaisella rikki-ionilla olisikin kahden sijasta kolme vetyseuralaista (H3S).

Tutkijat eivät ole aivan varmoja, miksi rikkivety muuttuu suprajohtavaksi. He epäilevät syypääksi kevyitä vetyioneja.

Suprajohtavissa aineissa korreloituneet elektroniparit (Cooperin parit) mahdollistavat sähkövirran nopeamman läpivirtauksen. Pariutuminen on kvanttifysikaalinen ilmiö, mutta voidaan esittää perinteisen fysiikan avulla: Metallissa olevat elektronit vetävät negatiivisella varauksellaan puoleensa aineen 'kehikon' positiivisesti varautuneita ioneja. Kun kehikko vääristyy hieman, syntyy heikkoja positiivisen varauksen tihentymiä, 'pilviä'. Ne taas vetävät puoleensa muita elektroneja -- voimakkaammin kuin elektronit hylkivät toisiaan. Syntyy Cooperin pareja. Elektronit tosin vuorovaikuttavat keskenään varsin heikosti, ja jo pienikin lämpötilavaihtelu voi tuhota parin. Tämän on syynä sille, että suprajohteet täytyy pitää varsin alhaisissa lämpötiloissa. Tätä tutkimusta ennen suprajohtavuutta oli onnistuttu luomaan vain aineilla, jotka on jäähdytetty reippaasti alle -100 asteeseen.

Tutkijoiden oletus on, että nyt kehitetyssä rikki-vety -suprajohteessa avainasemassa ovat kevyet ja pienet vetyionit. Elektronit onnistuvat liikuttamaan niitä helpommin, sekä enemmän, kuin raskaampia ioneja. Positiiviset pilvet muodostuvat siksi tiheämmiksi, ja elektronien vuorovaikutus voimistuu. Tällaiset elektroniparit sietävät myös enemmän lämpöliikettä.

Tutkijat toivovat, että lämpötilaennätys rikotaan pian. Huoneenlämmössä (tai ainakin sen lähellä) toimivien suprajohteiden kehittäminen voi mullistaa lähes kaiken sähkön käyttöön liittyvän.

Juttu perustuu New Scientistin artikkeliin sekä Nature-tiedelehdessä julkaistuun tiedeartikkeliin. Otsikkokuvan magneettien päällä leijuva suprajohde ei liity tapaukseen (Kuva: Henry Mühlpfordt / Flickr).

Päivitys 19.8. klo 21.30: Korjattu kirjoitusvirhe toiseksi viimeisestä kappaleesta.