Elämän ajat näkymä

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

205

Y R J Ö H A I L A

E E E E

E ^{L Ä M Ä N L Ä M Ä N L Ä M Ä N L Ä M Ä N L Ä M Ä N A J A A J A A J A A J A A J A T T T T T}

EL Ä M Ä J A H I S T O R I A

Maapallon elämä on historiallinen ilmiö.

Kerran oli aika, jolloin elämää ei ollut. Nyt elämää on. On tuleva aika, jolloin elämää ei enää ole. Tämä luonnon historian jänne määrittää maapallon elämän ajan – siis sellaisen ajanjakson, jota ennen ja jonka jälkeen emme tiedä elämää olleen/olevan olemassakaan.

Maapallon elämän historialla on oma ajallinen kaarensa, mutta olisi harhaanjoh- tavaa kuvata se yhtenäisenä kehityskul- kuna. Elämä on moninaisuus, jota ylläpitä- vät lukuisat hienovaraisissa muodoissa to- teutuvat mekanismit. Erilaisten mekanis- mien vakiintuminen ja jatkuvuus jäsentävät maapallon elämän pitkää aikajännettä. Elä- män mekanismit toteutuvat sitä paitsi toisis- taan eriytyneissä aikamittakaavoissa, vaik- kakin tietenkin vuorovaikutuksessa kes- kenään. Toisin sanoen elämän mekanismit ovat kehittyneet toisiinsa nähden eriai- kaisesti. Elämän historiaan sisältyy uu- tuuksia, ”innovaatioita”, jotka ovat eh- dollistaneet myöhempiä kehityskulkuja.¹

Inhimillinen kulttuuri on yksi biologi- sen evoluution tuottamista uutuuksista ja sellaisena sidoksissa elämän olemassaolon

jäsentämään planetaariseen aikaan. Jos maapallolla ei olisi elämää, ei olisi inhimil- listä kulttuuriakaan. Mutta kykenemmekö sanomaan jotakin täsmällistä siitä, miten inhimillisten kulttuurien aika sijoittuu maa- pallon elämän pitkän aikajänteen yhtey- teen? Vai pitäisikö sanoa sisään? Kysymys koskee inhimillisten kulttuurien perustavia ehtoja ja on siis meidän näkökulmastamme olennainen.

Elämä on ulkoisen energianlähteen – auringon – ylläpitämä energian muuntumi- sen prosessi. Se on tuottanut maapallolle omanlaatuisensa materiaalisen järjestyksen, jollaista emme tiedä olevan missään muual- la. Koko planeetan mittakaavassa elämän yksikkö on biosfääri. Termi biosfääri va- kiintui vajaat sata vuotta sitten nimityksek- si sille osalle maapallon pintakerrosta, jossa elämää esiintyy.² Biosfäärin muodos- tuminen on muuttanut olennaisesti maa- pallon fysikaalis-kemiallisia olosuhteita.

Helpoimmin havaittava osoitus tästä on se, että maapallon ilmakehän kaasukoostumus on erittäin kaukana termodynaamisesta tasapainotilasta. Ilmakehässä on kaasuja, kuten vapaa happi, jotka reagoivat herkäs- ti muiden yhdisteiden kanssa ja jotka siis häviäisivät ilmakehästä mikäli jotkut pro-

206

sessit eivät koko ajan uudistaisi niiden varantoa. Elämän kokonaisuus on voima, joka ylläpitää ilmakehän termodynaamisesti äärimmäisen epästabiilia koostumusta. Il- makehän vapaa happi on yhteyttämis- prosessin tuote. Myös valtamerten kemial- linen koostumus ilmentää elämän proses- sien aktiivista roolia maapallon pintaker- roksen fysikaalis-kemiallisten olosuhteiden muokkaajana. Maaperä on niin läpeensä elämän muovaama, että se on oikeastaan kokonaisuudessaan elävä olio.³

Aineenvaihdunnan mekanismit määrit- tävät elämän ilmenemismuotojen toisen keskeisen mittakaavatason. Aineenvaih- dunnan välityksellä eliöt saavat ympäris- töstä tarvitsemansa energian ja ravinteet sekä ylläpitävät elintoimintojaan. Aineen- vaihdunnan perusprosessit ovat samat kaut- ta koko eliökunnan. Tämä ilmentää yhteis- tä kehityshistoriaa (Fox 1988, Morowitz 1992). Yhteyttäminen on ylivoimaisesti tär- kein niistä mekanismeista, joiden välityk- sellä energia sitoutuu biokemiallisten yh- disteiden sidosenergiaksi. Intensiivinen bio- kemiallinen sidosenergia varastoituu, muut- taa muotoaan ja tulee kulutetuksi erilaisten organismien elintoiminnoissa.

Elämän aineenvaihdunnan on oltava eristynyt ulkoisen ympäristön fysikaalis- kemiallisista häiriöistä. Elämä on siksi jä- sentynyt ympäristöstään selvästi erottuviksi yksiköiksi, organismeiksi. Biofyysikko Ha- rold Morowitz (1992) olettaa lähinnä tällä perusteella, että solukalvo on varhaisin biologinen rakenne. Yksittäisten organis- mien yhteenlaskettu vaikutus tuottaa koko biosfäärin kattavat elintoiminnot.⁴ Ratkai- sevassa asemassa ovat yksisoluiset eliöt, jotka ovat hyvin pieniä mutta tavattoman runsaslukuisia. Monisoluiset organismit – kasvit, eläimet ja sienet – ovat suurikokoi- sia mutta harvalukuisia. Pieneliöiden vai- kutus on läpitunkeva ja ulottuu kaikkialle.⁵ Sen sijaan monisoluiset organismit muutta- vat yksilöinä tai ryhminä toimien ympäris- töään sellaisessa ekologisessa mittakaa- vassa, joka sisältyy meidän havaintomaa- ilmaamme. Yhteiskuntia muodostavat ja

pitkäaikaisia pesiä rakentavat sosiaaliset hyönteiset – muurahaiset ja termiitit – ovat erityisen merkittäviä ekologista organisaa- tiota tuottavia ja ylläpitäviä toimijoita.

Biosfääri rajoittuu maapallolle, mutta koska auringon säteilyenergia on elämän olennainen käyttövoima, maapallon elämä on sidoksissa maapallon ulkopuoliseen astrofysikaaliseen todellisuuteen. Maapal- lo on myös alttiina astrofysikaalisille ka- tastrofeille, kuten meteoriittien törmäyk- sille. Aurinko on yksi Linnunradaksi kut- sumamme galaksin lukemattomista kiinto- tähdistä, ja sillä on oma astrofysikaalisen aikamittakaavan historiansa. Astrofysikaa- linen näkökulma maapallon elämän histo- riaan on usein herättänyt kysymyksen, kuinka ”todennäköistä” elämän ilmaantu- minen maapallolle alun perin oli. Kysy- mykseen on esitetty toisilleen täysin vas- takkaisia vastauksia. Toisen ääripään mu- kaan elämän kaltainen hienopiirteisesti organisoitunut ilmiö on a priori äärimmäi- sen epätodennäköinen, ja maapallon elä- mä on niin muodoin erittäin epätodennä- köinen ilmiö. Vastakkaisen näkemyksen mukaan elämä ilmentää sen kaltaista voi- makkaan energiagradientin mahdollista- maa materian itseorganisoitumista, jonka toteutuminen on käytännöllisesti katsoen varmaa soveliaissa olosuhteissa, joskin elämänkaltaisten ilmiöiden spesifit muo- dot voivat vaihdella eri ”biosfääreissä”.

Vaclav Smil (2002) esittää näkemyksis- tä tasapainoisen yhteenvedon. Elämän to- dennäköisyyden laskennalliset arviot ovat kyseenalaisia, koska niiden lähtökohdaksi tarvittavien numeeristen arvojen määrit- telemiselle ei ole mitään varsinaista perus- tetta. Kiinnostavampaa on arvioida sitä, millaisia ulkoisten ehtojen asettamia rajoi- tuksia elämän kehittymisellä on ollut. Olen- naiseksi Smil toteaa olosuhteiden vakau- den. Vakaus on sidoksissa aikaan. Pitkälle kehittynyt monimuotoinen elämä voi ke- hittyä ainoastaan osaksi planeetan katta- vaa, vakaita fysikaalis-kemiallisia olosuh- teita ylläpitävää biosfääriä. Maapallon bio- sfäärin nykyisenkaltaisen vakauden saa-

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

207

vuttaminen on kestänyt useita miljardeja vuosia. On vaikea kuvitella, että tämä voisi missään muualla toteutua olennaisesti no- peammin. Voimme siis päätellä, että moni- muotoisen elämän kotiplaneetan on välttä- mättä sijaittava hyvin vakaassa osassa maa- ilmankaikkeutta – sopivalla etäisyydellä energiaa säteilevästä keskustähdestä, kau- kana supernovaräjähdyksistä, suojattuna meteoriittisateilta, ja niin edelleen. Järjes- tynyt biosfääri on astrofysikaalisessa aika- mittakaavassa paljon haavoittuvampi kuin tulemme ajatelleeksi.

AJ A N M AT E R I A A L I S U U S

Mutta ennen kuin edetään pidemmälle, on tarpeen ottaa esiin perustavampi kysymys:

Missä mielessä ajallisuus on hedelmälli- nen näkökulma jäsentäessämme maapal- lon elämän ehtoja? Mitä aika on?

Lyhyt vastaus ajan ongelmaan: Aika on ikuinen nyt. Ainoastaan nykyisyys on to- della olemassa. Mennyt on jäänyt taakse, kun taas tulevaisuus on vielä edessä päin.

Tämä lyhyt vastaus ei kuitenkaan ratkaise ajan ongelmaa vaan muuntaa sen vain uuteen muotoon. Nykyisyys ei synny joka hetki uudelleen, ikään kuin tyhjästä, vaan menneisyys on nykyisyyden edellytys. Toi- saalta nykyisyydessä on tulevaisuus läsnä ikään kuin itumuodossa. Mistä muualta tulevaisuus voisi olla peräisin kuin nykyi- syydestä? Ajan jäsentämisen varsinaisen ongelman muodostaa toisin sanoen se, miten menneisyys, nykyisyys ja tulevai- suus nivoutuvat toisiinsa.

Menneisyyden, nykyisyyden ja tulevai- suuden yhteennivoutumisen ydin on siinä, että aika ei ole neutraali absoluuttinen

”tila”, johon tapahtumakulut sijoittuvat, vaan tapahtumakulut tuottavat ajan. Nykyi- syys on sellainen kuin on sen vuoksi, että tietyt aiemmat tapahtumakulut ovat edel- leen nykyisyydessä vaikuttavina läsnä. Siksi myös tulevaisuus on nykyisyydessä läsnä, nimittäin siihen ajanhetkeen asti, jolloin tällä hetkellä käynnissä olevien tapah- tumakulkujen ennustettavuus murenee.

Täysin ennustettavassa maailmassa sekä menneisyys että tulevaisuus olisivat nykyi- syyteen pakattuna läsnä täydellisesti. Kaik- kitietävä demoni (”Laplacen demoni”) ky- kenisi sellaisessa maailmassa nykypäivästä käsin laskemaan sekä menneisyyden että tulevaisuuden tapahtumat täydellisellä var- muudella.⁶ Maailma ei ole tällä tavoin täydel- lisesti ennustettavissa ja laskettavissa, mut- ta ei kuitenkaan myöskään täydellisen ennakoimaton. Aikamittakaavat ovat mer- kityksellisiä. Mitä lyhyempää ajanjaksoa tar- kastelemme, sitä samankaltaisemmalta ma- teriaalinen maailma tai mikä tahansa sen osa vaikuttaa ajanjakson alkaessa ja päät- tyessä. Tapahtumakulkujen vakaus tuottaa ajan jatkuvuuden, tapahtumakulkujen en- nakoimattomuus tuottaa ajan muutoksen.

Aikamittakaavojen moninaisuutta voi täsmentää usealla tavalla. Monilla pro- sesseilla on ensinnäkin niille ominainen palautumisaika, eli prosessit kiertyvät tie- tyn ajan kuluessa ikään kuin takaisin alkupisteeseensä. Tällöin ulkopuolinen tar- kastelija ei huomaa mitään muutosta lain- kaan tapahtuneen. Taivaalla kumottava täysikuu esimerkiksi ei itsessään paljasta, missä kuussa ja minä vuonna sitä katsel- laan. Toisen aikamittakaavojen tunnistami- sen kriteerin tarjoaa materiaalisten raken- teiden järjestyksen säilyminen. Kaikki jär- jestys murenee ajan myötä molekyylien lämpöliikkeen vaikutuksesta ”itsestään”, mutta erilaiset rakenteet poikkeavat tässä suhteessa suuresti toisistaan. Järjestyksen säilymiseen liittyy ennustettavuus: tietty aikamittakaava ulottuu siihen ajanhetkeen, jolloin sitä määrittävän prosessin ennustet- tavuus murtuu. Niin sanottu kaaosteoria on tuottanut suuren määrän havainnollistuksia tästä ilmiöstä, jonka perustana on kaoot- tisille prosesseille ominainen tapahtuma- kulun tavaton herkkyys alkuarvoille.⁷

Ajan hahmottamista vaikeuttaa se, että menneisyyden, nykyisyyden ja tulevaisuu- den suhteet eivät ole suoraviivaisia. Men- neisyyden läsnäolo nykyisyydessä on muut- tuva suure, koska nykyisyyden tapahtumat peittävät siitä osan alleen erilaisin painoin:

208

joidenkin menneisyyden tapahtumien vai- kutus – siis ”läsnäolo” nykyisyyden eteen- päin kiitävässä hetkessä – jatkuu pidem- pään kuin joidenkin toisten. Menneisyys ja tulevaisuus ovat lisäksi keskenään epä- symmetrisiä siinä erityisessä merkitykses- sä, että tietty nykyisyyden tapahtuma voi katkaista silmänräpäyksessä tietyn men- neisyydessä rakentuneen kehityskulun ja muuttaa tulevaisuuden uudenlaiseksi. Ku- ten esimerkiksi: Katolta putoava jäälohkare murskaa kohdalle osuneen jalankulkijan pään, ja hänen läheistensä tulevaisuus, jolle on vuosikymmenten ajan luotu perus- taa, muuttuu äkillisesti ja peruuttamatto- masti kun hän lakkaa olemasta siinä läsnä.

– Mutta ei, eihän siinä näin käynyt! – Jalankulkija kiinnitti hetkeä aikaisemmin huomionsa puiston pihlajassa ruokailevaan tilhiparveen, pysähtyi ja käänsi päätään, ja jääpala murskautui hänen jalkojensa juu- reen!⁸

Kaoottisten prosessien tutkimus on tuot- tanut esimerkkejä menneisyyden ja tule- vaisuuden epäsymmetrisyydestä. Havain- nollinen tapausten tyyppi kiteytyy käsit- teeseen ”itseorganisoitunut kritikaalisuus”

(self-organized criticality). Hyvän materiaa- lisen mallin tästä ideasta tarjoaa hiekka- keko, johon lisätään vähitellen hiekan- jyviä, kunnes keko alkaa sortuilla lai- doiltaan. Useimmat sortumat ovat vähäisiä ja vetävät mukaansa vain muutaman hie- kanjyvän. Silloin tällöin tapahtuu kuiten- kin suuria sortumia, jotka muuttavat koko keon muotoa. Tällainen hiekkakeko on

”itseorganisoituneen kritikaalisuuden” ti- lassa. Mallilla on kuvattu monia materiaali- sen maailman suuren mittakaavan ilmiöitä kuten lumivyöryjä, tulvia ja maanjäristyk- siä. Menneisyyden ja tulevaisuuden epä- symmetriaa ilmentää prosessissa se, että hiekkakasan laaja-alaiset sortumat – sa- moin kuin suuret lumivyöryt tai voimak- kaat maanjäristykset – katkaisevat hetkessä pitkään tasaisen kumulatiivisesti jatkuneen kehityksen. Prosessin symmetria murtuu.⁹ Täysin ennustettavassa maailmassa men- neisyys ja tulevaisuus olisivat keskenään

symmetrisiä, mutta todellisessa maailmas- sa ne eivät ole. Tämä seikka hankaloittaa ajan mittaamista, sillä mittaaminen edellyt- tää symmetriaa. Tilan saamme mitatuksi ottamalla mittatikun ja asettamalla sen mi- tattavan kohteen rinnalle niin monta ker- taa perä jälkeen kuin on tarpeen. Arvio kohteen koosta syntyy tuloksena mittaa- misen toiminnasta. Mittaamisesta ei tulisi mitään, jos asetelma ei olisi symmetrinen eli mittatikku voisi lyhentyä tai pidentyä äkillisesti kesken kaiken.

Ajan ja tilan mittaamisen ero kiteytyy siinä, että aika ei avaudu eteemme paikal- leen jähmettyneenä kokonaisuutena sa- malla tavoin kuin fyysinen tila. Voimme kuitenkin ratkaista ajan mittaamisen on- gelman tilan mittaamisen kanssa analo- gisella tavalla olettamalla, että aika ”ete- nee” suoraviivaisesti. Tällöin voimme ”aset- taa ajan rinnalle” jonkin mittavälineen, joka pysyy ajanhetkestä toiseen saman- pituisena. Sekä tilan että ajan mittaamisek- si tarvitsemme toisin sanoen kiinteän stan- dardin, jonka voimme siirtää muuttumatto- mana paikasta (ajanhetkestä) toiseen.

Mittakeppiä on osattu käyttää siitä läh- tien, kun on osattu rakentaa säännöllisen muotoisia rakennuksia ja erottaa toisistaan täsmälleen tietyn kokoisia ja säännöllisen muotoisia viljelypalstoja. Ajan täsmällisen mittaamisen väline sen sijaan kehitettiin vasta uuden ajan alussa. Sen syntyhetken merkitsivät Galilei ja heiluri. Galilei tutki kokeellisesti heilurin liikettä ja sai nerok- kaan oivalluksen, että heilurin heilah- duksen kesto ei riipu heilahtelujen amp- litudista eikä riipuksen painosta vaan ai- noastaan heilurin varren pituudesta. Kun siis tietyn pituinen heiluri ilmaisee hei- lahduksillaan vakiomittaisen ajanjakson, siitä voidaan kehittää ajan mittaamisen luotettava mittari. Heiluri on fysikaalisena objektina ’oskillaattori’ (’värähtelijä’). Ga- lilein alkuperäinen oivallus voidaan yleis- tää: mikä tahansa säännöllinen (eli ’har- moninen’) oskillaattori tarjoaa mahdolli- suuden mitata aikaa. (Ekeland 2004.)

Ajan mittaaminen heilurilla muistuttaa

210

tilan mittaamista mittakepillä siinä mieles- sä, että ainoastaan käytännön tarpeet sane- levat mittayksikön ja mitattavan kohteen kokosuhteen. Olennaista on, että mitta- yksikkö voidaan jakaa kuinka pieniksi osiksi tahansa ja että yksiköitä voidaan laskea yhteen ja siten mitata kuinka suuria pituuksia tai pitkiä ajanjaksoja tahansa.

Mittaamisen toiminta homogenisoi (”tasa- laatuistaa”) sen, mitä mitataan, tilan ja ajan.

Tila ja aika homogenisoituvat tietysti ainoas- taan mittaamisen kohteena: ne säilyvät

”itsessään” ennallaan, täsmälleen sellaisi- na kuin ne ovat. Olennaista sen sijaan on, että mittaamisen homogenisoimat tila ja aika sisäistyvät inhimillisiin käytäntöihin.

Ne ovat materiaalisia konstruktioita: konst- ruktioita, jotka ihmiset tuottavat käyttämäl- lä materiaalisia mittavälineitä mittaamisen materiaalisessa toiminnassa.

Millainen on mittaamisen homogeni- soiman tilan ja todellisen tilan, ja mittaami- sen homogenisoiman ajan ja todellisen ajan keskinäinen suhde? Nykyisin tiedäm- me, että pituuksia mitatessamme konst- ruktion ja mitatun kohteen väliseen suh- teeseen sisältyy kiusallista epämääräisyyttä.

Tämän seikan on osoittanut Benoit Man- delbrotin kehittämä fraktaaligeometria. Epä- määräisyys syntyy siitä, että mikään mit- taamamme kohde ei tosiasiassa ole täysin sileä. Mittaamisen lopputulos riippuu siksi mittavälineen pituudesta. Esimerkiksi ar- vio tietyn rantaviivan pituudesta on sitä suurempi mitä lyhyempää mittatikkua käy- tämme, koska lyhyt mittatikku ottaa huo- mioon sellaisia rantaviivan muodon epä- säännöllisyyksiä, jotka pidempi mittatikku ylittää huomaamatta. Rantaviiva ei siis ole homogeeninen mittatikun pituuden suh- teen. Jos mittatikku olisi niin lyhyt, että se ottaisi huomioon jokaisen hiekanmurusen epäsäännöllisen muodon, rantaviivan pi- tuus kasvaisi kohti ääretöntä.¹⁰

Liittyykö aikaan samankaltaista epä- homogeenisuutta kuin tilaan? Ajan epäta- saisuutta ja huokoisuutta meidän on vai- kea hahmottaa. Olennainen syy tähän on se, että Galilein ja heilurin tuottama homo-

geeninen aika (”absoluuttinen aika”) sai postulaatin aseman Newtonin jälkeisessä fysiikassa. Lisäksi kaikki tekniset järjestel- mät toimivat homogeenisessa ajassa. Nii- den toimintamekanismit tosin perustuvat värähtelijöihin, mutta värähtelijät ovat niin nopeasyklisiä, että niiden jatkuvasti sa- manlaisena toistuva liike muuttaa ajan pien- ten perusyksiköiden tasaisesti eteneväksi seuraannoksi.¹¹ Lisäksi yhteiskunnallisten käytäntöjen aika on kytketty lineaarisiin mittavälineisiin kuten kelloon ja kalente- riin.¹²

Fysiikan piirissä absoluuttisen ajan idea murtui 1800-luvun lopulla.¹³ Tarinan yti- messä on modernin yhteiskunnan teknis- taloudellisen ja suurvaltapoliittisen kehi- tyksen tuottama tarve kyetä synkronoimaan aika eri paikkakunnilla maailmanlaajuises- ti. Ajan synkronoiminen nousi merkittä- väksi käytännölliseksi ongelmaksi, kun valtameripurjehdus aiheutti tarpeen mää- rittää laivan sijainti avomerellä. Leveyspii- rin – siis etäisyyden päiväntasaajasta – voi määrittää riittävän tarkasti pitäen perusta- na tähtien, erityisesti Pohjantähden tai Ete- län ristin sijaintia yötaivaalla sekä auringon korkeutta horisonttiin nähden keskipäiväl- lä. Pituuspiirin määrittäminen sen sijaan edellyttää, että keskipäivän hetki laivan sijaintipaikalla kyetään suhteuttamaan jo- honkin kiinteään kellonaikaan mantereel- la. Laivalla tarvitaan tarkkuuskello, joka näyttää mantereen aikaa ja johon laivan sijaintipaikan paikallista aikaa voidaan koko ajan verrata. Jos esimerkiksi laivalla oleva kello näyttää kahta iltapäivällä sil- loin, kun aurinko on korkeimmillaan, havainnointipaikka on kaksi pituuspiiriä standardipaikkakunnan länsipuolella. Lai- van aika ja mantereen aika voidaan peri- aatteessa synkronoida keskenään rakenta- malla kaksi kelloa, jotka näyttävät täsmäl- leen samaa aikaa ja joista toinen on mante- reella paikallaan ja toista kuljetetaan laivan mukana. Ratkaisu on kuitenkin käytännös- sä äärimmäisen vaikea toteuttaa, koska laivalla oleva kello on alttiina meren- käynnin ja säätilan vaihtelun aiheuttamille

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

211

häiriöille.

Käytännössä eri kellojen samanaikai- suus voidaan varmistaa ainoastaan käyttä- mällä apuna signaalia, joka synkronoi nii- den käynnin. Synkronoiva signaali luo kellojen välille aineellisen suhteen. Sen tuloksena syntyy samanaikaisuus: sellai- nen ”nyt”, joka on täsmälleen sama kah- dessa (tai useammassa) eri paikassa. Kel- lojen synkronointi on materiaalinen tehtä- vä, jota ei ole mahdollista toteuttaa ilman aikaa mittaavien kellojen välistä materiaa- lista vuorovaikutusta. Ennen lennättimen aikakautta laivakellojen ja mantereen refe- renssikellojen luotettavasta synkronoinnista voitiin ainoastaan uneksia, huolimatta tai- tavien kellonvalmistajien ponnisteluista;

1700-luvulla vaikuttanut John Harrison on heistä erityisen maineikas.¹⁴

Miten synkronoinnissa otetaan huo- mioon se, että signaalin välittyminen on myös itsessään materiaalinen tapahtuma- kulku ja vie siksi oman aikansa? Helppo juttu: selvitetään signaalin välittymiseen kuluva aika ottaen huomioon kellojen kes- kinäinen välimatka ja sisällytetään kellojen synkronointiin vastaava muunnos. Sähkö- magneettiset signaalit sitä paitsi etenevät niin nopeasti, että synkronoinnista ei pai- kallisesti synny minkäänlaisia käytännöllisiä ongelmia. Maapallonlaajuisesti ajan synk- ronointi ratkaistiin perustamalla 24 aika- vyöhykettä ja sopimalla, että standardina on Lontoossa sijaitsevan Greenwichin ob- servatorion pituuspiiri.¹⁵

Selväpiirteiseltä vaikuttavan asetelman ytimestä paljastuu kuitenkin ristiriita, kun synkronointia koetetaan soveltaa kelloihin, jotka ovat toisiinsa nähden liikkeessä. On- gelma syntyy siitä, että valo muodostaa nopeimman mahdollisen signaalin ja valon nopeus on vakio. Kun toisiinsa nähden liikkuvien kellojen nopeusero kasvavaa riittävän suureksi, yksinkertaista lineaaris- ta muunnosta ei enää voi suorittaa.

Einstein jatkoi tutkimustaan ajan käsit- teestä tähän suuntaan ja kehitti erityisen suhteellisuusteorian sekä sen jatkoksi ylei- sen suhteellisuusteorian. Molemmilla teo-

rioilla on käytännöllistä merkitystä maail- manlaajuisen samanaikaisuuden täsmäl- liselle määrittelylle. Galison (2003, 287–

289) antaa tästä esimerkin. Maailmanlaa- juinen paikannusjärjestelmä GPS (Global Positioning System) rakentuu satelliittien ja maan pinnalla olevien signaaliasemien muodostamasta verkostosta. Signaalien synk- ronoiminen satelliittien ja maa-asemien vä- lillä edellyttää erityisen suhteellisuusteorian mukaista korjausta siksi, että satelliitit liik- kuvat nopeammin kuin maapallon pinnal- la sijaitsevat asemat, ja yleisen suhteel- lisuusteorian mukaista korjausta siksi, että gravitaatiokenttä on satelliittien korkeu- della heikompi kuin maan pinnalla. Edelli- nen korjaus on suuruudeltaan 7 sekunnin miljoonasosaa vuorokaudessa ja jälkim- mäinen 45 sekunnin miljoonasosaa vuoro- kaudessa. Virheet vaikuttavat keskenään vastakkaisiin suuntiin, joten korjaustar- peeksi muodostuu 38 sekunnin miljoonas- osaa vuorokaudessa. Mikäli tätä korjausta ei tehtäisi, GPS-järjestelmän paikannus- tarkkuuteen syntyisi vuorokaudessa lähes kymmenen kilometrin virhe.

Ajan perustana on samanaikaisuus. Sa- manaikaisuus on materiaalista. Aika on sidoksissa tapahtumiin, ja tapahtumien luonne määrää ajan luonteen. Tässä ni- menomaisessa mielessä aika on rinnastet- tavissa tilaan. Sekä ajan että tilan jä- sentämisen perustava ongelma on määri- tellä, mitkä tapahtumat sijoittuvat samaan aikaan ja tilaan. Kun tiedämme, mikä on samaa, kykenemme tunnistamaan ja tutki- maan eroja.

Tila vaikuttaa yksinkertaiselta käsitteel- tä, mikäli pelkistämme sen euklidisen geometrian mukaisiksi homogeenisiksi ra- kenteiksi. Aika vaikuttaa yksinkertaiselta käsitteeltä, mikäli pelkistämme sen heiluri- kellon mittaamaksi vakiopituisten ajan- jaksojen homogeeniseksi seuraannoksi. To- dellisessa maailmassa tila on kuitenkin jäsentynyt fraktaalisen geometrian mukai- sesti. Myös ajassa on tilan fraktaalimaiseen rakenteeseen rinnasteista epätasaisuutta ja huokoisuutta, sillä tasaisesti sykkivän hei-

212

lurin heilahdusten ”sisään” voi jäädä lyhyes- sä aikamittakaavassa ilmenevää epätasai- suutta. Se on heilurin heilahduksiin näh- den merkityksetöntä aivan samoin kuin rantaviivan hiekanjyvästen muoto on met- rin mittaiseen mittatikkuun nähden merki- tyksetöntä.

AJ A N R Y T M I T

Lukuisat erilaiset, hyvin lyhyissä ajallisissa mittakaavoissa värähtelevät oskillaattorit ylläpitävät elämää. Oskillaattoreiden me- kanismit ovat fysiikkaa. Oskillaattoreiden jäsentyminen yhteen soluissa ja organis- meissa on biologiaa.

Voidaan esittää useanlaisia fysikaalisia perusteita sille, että aineenvaihdunnan perusprosessien on välttämättä oltava erit- täin nopeita.¹⁶ Ensinnäkin aineenvaihdun- nan käyttövoimana olevat energian muun- nosprosessit tapahtuvat usein sellaisten väli- vaiheiden kautta, jotka ovat erittäin epä- stabiileja. Niihin sitoutunut energia on kyet- tävä ”kaappaamaan talteen” vakaampaan muotoon äärimmäisen nopeasti. Esimer- kiksi yhteyttämisen – fotosynteesin – pe- rustana on fotosähköinen reaktio: tietyn energiatason omaavat fotonit voivat akti- voida vastaanottajamolekyylissä yksittäisiä elektroneja yksi kerrallaan korkeammalle energeettiselle tasolle. Elektronien virit- tymiseen tallentunut energia on kaapattava muualle ennen kuin virittynyt elektroni palautuu takaisin perustasolle. Prosessin ominainen aikamittakaava on sekunnin kymmenesmiljoonasosa. Prosessi on ilmi- selvästi syklinen. Sen palautumisaika on niin lyhyt, että kasvavan kasvin fysiolo- giaan yhteyttämisen nopeat syklit tuottavat biokemiallisen energian tasaisen virran, jonka intensiteetti vaihtelee valaistuksen mukaan.¹⁷

Kaikki biologiset makromolekyylit ovat epästabiileja. Ne hajoavat itsestään, kun ne lämpöliikkeen värisyttäminä törmäilevät jat- kuvasti ympärillään oleviin, yhtä lailla väriseviin molekyyleihin. Kaikki kehossa olevat yhdisteet on siksi uusittava koko

ajan nopeassa tempossa; esimerkiksi nor- maalipainoisen ihmisen kehon proteiineista hajoaa lähes 10% vuorokaudessa. Mo- lekyylit kulkeutuvat soluissa sekä energiaa kuluttavien liikeproteiinien että passiivi- sen diffuusion¹⁸ vaikutuksesta. Elävässä solussa molekyylien kulkeutumisen täs- mälleen oikeisiin paikkoihin tekee mah- dolliseksi se, että biologiset makromo- lekyylit ovat laskostuneet kolmiulotteisiksi yksiköiksi. Molekyylit voivat kuitenkin kul- keutua tarvittavan täsmällisesti vain hyvin lyhyitä etäisyyksiä. Molekyylien liikkeiden välttämätön tarkkuus asettaa elävän solun koolle ylärajan.

Myös biokemiallisen sidosenergian mah- dollisimman tehokas hyödyntäminen joh- taa siihen, että solun energeettisten pro- sessien aika–tila-mittakaava on hyvin pie- ni ja nopea. Biokemiallisen sidosenergian hyödyntäminen on tehokkainta, kun se tapahtuu molekylaarisella tasolla mahdol- lisimman vähäisinä askelina. Koko solun ja organismin tasolla energetiikka on siis sitä tehokkaampaa, mitä pienemmiksi ja tar- kemmiksi osaprosesseiksi se on hajau- tunut.¹⁹

Solu on perusyksikkö, jonka sisällä elämää ylläpitävien oskillaattoreiden ryt- mit synkronoituvat. Biofyysikko Arthur T.

Winfree (1980) kuvasi synkronoitumista ilmauksella ”biologisen ajan geometria”.

Ilmaus viittaa siihen, että fysiologian perus- prosessit muodostuvat toisiaan seuraavien biokemiallisten reaktioiden ketjuista, jotka ovat täsmällisesti jäsentyneet solun rajaa- massa tilassa. Koska prosessit ovat syklisiä, niiden tuottamaa kokonaisuutta ei voi ku- vata säännöllisen euklidisen geometrian staattisin termein. Tärkeät ja jatkuvasti tois- tuvat molekylaariset kehäliikkeet ikään kuin avaavat itselleen oman tilansa solun sisään. Samassa solussa on koko ajan käynnissä valtava määrä aineenvaihdun- nallisia prosesseja, joiden on nivouduttava saumattomasti toisiinsa. Tila ja aika kietou- tuvat toistensa lomaan – tai, kuten bioke- misti Benno Hess (1968) asian ilmaisi, aika muuttuu tilaksi: lyhyessä aikamitta-

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

213

kaavassa tapahtuvat aineenvaihdunnan pe- rusprosessit ylläpitävät pidemmässä aika- mittakaavassa jäsentynyttä, moniulotteista geometriaa.

Biologisen ajan geometria muodostuu toisiinsa kietoutuvien prosessien dynaami- sesti muuttuvana kokonaisuutena. Proses- sit saavat käyttövoimansa solun ulkopuo- lelta, ja organismin elintoiminnot ylläpitä- vät solun elinvoimaista tilaa. Tällaista it- seään vahvistavien prosessien dynamiik- kaa kuvataan usein teknisellä termillä

’kehämäinen kausaalisuus’ (circular cau- sality) (Haila & Dyke 2006); Winfree käyt- tää termiä ’kehämäinen logiikka’ (circular logic). Syy ja seuraus vaihtavat prosessien ketjussa toistuvasti keskinäistä suhdettaan.

Toisiinsa synkronoituneiden kehäliik- keiden tuloksena koko organismin toi- mintakyky uusiutuu jatkuvasti niin nopeita rytmejä noudattaen, että organismin fysio- logian tasolla syntyy ”pysyvä tila” (steady state). Erityisen tärkeä elintoimintoja synk- ronoiva mekanismi on niin sanottu sisäi- nen kello, jonka tuloksena elimistöön muo- dostuu sisäinen vuorokausirytmi (eli ”sirka- diaanirytmi”). Sirkadiaanirytmi on toden- nettu myös yksisoluisilla eliöillä. Me moni- soluiset eläimet koemme sirkadiaanirytmin sisäisesti virkeyden ja väsymystilan jaksot- taisena vuorotteluna. Tuntuu, kuin koko elimistö olisi osallisena tuohon rytmiin. – Ja niin se itse asiassa onkin: elimistön sisäiset rytmiset prosessit kuten solujen jakautuminen noudattavat sirkadiaanirytmiä.

Monisoluisilla eliöillä kehon eri osien elintoimintoja koordinoivat vuorokausi- rytmin lisäksi informaation välittymisen järjestelmät kuten hermosto ja hormonit.

Tasalämpöisillä (”lämminverisillä”) organis- meilla fysiologiaa kokoaa yhteen erityisen tärkeänä tekijänä sydämen tasainen syke.

Kaikki koordinaatiomekanismit perustuvat kehämäisiin uusiutumissykleihin. Sykleillä on kullekin ominaiset aikamittakaavansa, jotka koko organismin tasolla sovittuvat yhteen.²⁰

Orgaanisten oskillaattoreiden ylläpitä- män ajan kehämäistä luonnetta on vaikea

hahmottaa. Voimme luoda sille analogian kuvittelemalla olion, joka kokee elintilansa kaksiulotteiseksi mutta elää pallon pinnal- la. Kuvitelkaamme edelleen, että tuo olio päättää tutkia maailmansa avaruutta käyt- täen apunaan mittakeppiä. Se alkaa edetä suoraviivaisesti lähtöpisteestään eteenpäin ja mittaa kulkemaansa etäisyyttä. Aikansa mitattuaan olio saapuu takaisin lähtö- pisteeseensä ja joutuu täysin ymmälle:

pitkän suoraviivaisen taivalluksen jälkeen sen etäisyys lähtöpisteestä on yhtäkkiä nolla! Ongelma tietenkin ratkeaa helposti, kun sijoittamme olion litteän maailman osaksi pallon kolmiulotteista maailmaa.

Vastaavalla tavalla solun kehämäisesti toteutuvat biokemialliset prosessit kiertyvät takaisin lähtöpisteeseensä. Prosessit tarvit- sevat tuekseen energiatalouden, jonka voi- min lukuisat kehäliikkeet voivat jatkuvasti uusiutua. Energian muuntumisen tuottama jäsentyminen tuottaa moniulotteisen todel- lisuuden, jossa toisiinsa nivoutuvat jatku- vat kehäliikkeet tulevat mahdollisiksi. Py- syvä geometria syntyy siitä, että kehä- liikkeet nivoutuvat toisiinsa rajatussa tilas- sa, solun sisällä. Rajattu tila on rajoite, jonka ansiosta solun sisäiset rytmit voivat jäsentyä itseään uusintavaksi moniulot- teiseksi geometriaksi.

Myös fysikaalisissa systeemeissä esiin- tyy itseään vahvistavia kehäliikkeitä, mutta ne eivät vakaudu solun aika–tila-geo- metrian tavoin. Ilmakehän liikkeet tarjoa- vat hyviä esimerkkejä. Ukkospilvi syntyy, kun lämmin ja kostea, ympäröivää ilma- massaa kevyempi ilma kohoaa ylöspäin ja ilman kosteus tiivistyy pisaroiksi. Veden tiivistyminen vapauttaa lämpöä, joten ko- hoava ilma ”ruokkii itseään”. Ilmavirtaus synnyttää pumpulimaisen kumpupilven, jonka muodon tuottaa kohoavan ilma- massan turbulenssi. Turbulenssin vaiku- tuksesta pilvi rakentuu samaa muotoa

”kaskadimaisesti” toistavaksi pyörteilyksi, dynaamiseksi fraktaaliksi (Mandelbrot 1983).

Ilmakehän turbulenssi ei kuitenkaan kierry itseään toistavaksi kehäliikkeeksi solun sisäisten biokemiallisten prosessien tavoin,

214

vaan pilveä ylöspäin ajava energia ha- jaantuu ympäröivään ilmamassaan, ja pilvi hälvenee.²¹

Aistimusten, hermoston ja lihaksiston toimintojen yhteensovittaminen tuottaa mo- nisoluisten organismien elintoimintojen koor- dinaatiolle erityisiä ongelmia. Koska kaikki signaalit elimistössä etenevät äärellisellä nopeudella, elimistön monien rytmien synk- ronoiminen on luonteeltaan samantyyppi- nen ongelma kuin GPS-järjestelmän synk- ronoiminen. Elimistön eri osista keskus- hermostoon tulevat signaalit sekä kes- kushermostosta elimistön eri osiin lähtevät signaalit on saatava sovitetuiksi samaan aikaan. Organismin olisi muuten mahdo- tonta toteuttaa koordinoituja liikkeitä. Tar- ve sovittaa signaalien nopeudet yhteen heijastuu hermoston anatomiaan. Hermo- signaalien nopeus on suoraan verrannolli- nen hermosäikeen läpimittaan, joka vaih- telee elimistön eri osissa sillä tavoin, että liikkeiden koordinaatio toteutuu.²²

Signaalinopeuden äärellisyys aiheuttaa rajoitteita sille, kuinka nopeasti hermoston ja lihaksiston toiminta on mahdollista so- vittaa yhteen. Toistuvien liikkeiden kuten pianon soiton suurin mahdollinen taajuus on noin 10–12 iskua sekunnissa. Tämän nopeampaan suoritukseen ihmiselimistö ei kykene. (Llinás 2001.)

AJ A N VA K A U S

Organismi pysyy lyhyitä ajanjaksoja ulko- naisesti vakaana. Vakaus on tulos siitä, että kehämäisesti toistuvat elintoiminnon synk- ronoituvat kokonaisuudeksi organismin si- sällä. Organismin vakauden perusta on elintoimintojen samanaikaisuus.

Elintoimintojen synkronoinnin – saman- aikaisuuden – vaatimus ei koske vain organismin ”sisäisiä” prosesseja vaan myös organismin suhteita välittömään ympäris- töönsä. Elämän rajapinnat, solukalvot, ovat aineenvaihdunnallisia. Solukalvot ovat ak- tiivisesti ylläpidettyjä ja valikoivasti läpäi- seviä. Aineenvaihdunta tapahtuu koko ajan rajapintojen läpi. Siksi elävä organismi

muuttaa elintoiminnoillaan ympäristöään koko ajan automaattisesti, pelkällä ole- massaolollaan. Aineenvaihdunnan ylläpitä- män vuorovaikutuksen seurauksena orga- nismit ja niiden välitön ympäristö jäsentyvät omanlaatuisekseen tilaksi, jota jatkuva ai- neenvaihdunta pitää yllä. Termi ’tila’ kat- taa tässä yhteydessä sanan molemmat mer- kitykset: sekä tilan ”avaruutena” että tilan

”tilanteena”. Fysiologinen organismi–ym- päristö-tila pysyy vakaana täsmälleen niin kauan kuin aineenvaihdunta jatkuu. Kun aineenvaihdunta lakkaa, organismi–ympä- ristö-tila haipuu pois kuin poutapäivän kumpupilvi viilenevään iltaan.

Organismi on aktiivinen osapuoli suh- teessaan ympäristöönsä. Organismi pyrkii säilyttämään elämänsä olosuhteet mahdol- lisimman vakaina, kun taas ympäristön vaihtelu sekä ajassa että tilassa uhkaa organismi–ympäristö-tilan vakautta. Kyky liikkua parantaa olennaisesti organismin edellytyksiä vakauttaa olemassaolonsa olo- suhteita. Liikkuva organismi voi hakeutua pois epäsuotuisasta ympäristöstä kohti suo- tuisampaa. Myös pysyvästi samalla sijalla elävät organismit kuten kasvit ”käyttäyty- vät” kasvattamalla lehtiään, versojaan ja juuriaan valikoidusti tiettyihin suuntiin (Scott 2008).

Muisti on edellytys sille, että organismit voivat omilla liikkeillään vakauttaa elin- olosuhteitaan. Jotta vakauttaminen onnis- tuisi, organismin on kyettävä erottamaan toisistaan olosuhteet hetki sitten ja olosuh- teet nyt. Muisti säilyttää hetki sitten val- linneet olosuhteet tämänhetkisten olosuh- teiden rinnalla. Kaikilla vapaasti liikkuvilla eliöillä, jopa tumattomilla bakteereilla, on solun fysiologiassa toteutuva muisti, joka kytkee tilan ja ajan materiaalisesti toisiinsa:

solu erottaa hetki sitten pienen matkan päässä vallinneet olosuhteet tässä ja nyt vallitsevista olosuhteista (Harold 2001).

Suolistobakteeri Escherichia coli liikkuu kerrallaan noin kolmekymmentä kertaa oman pituutensa yhteen suuntaan ja moni- toroi koko ajan ympäröiviä olosuhteita, sen jälkeen se pysähtyy ja kääntyy uuteen

216

suuntaan, mikäli tähän on tarvetta. Tällä pyrähtelevällä aktiivisuudellaan bakteeri voittaa nestemäisessä ympäristössään kon- sentraatioeroja tasoittavan diffuusion vai- kutuksen ja kykenee aktiivisesti hakeutu- maan aiempaa suotuisampaan ympäris- töön (Nelson 2004, 178–179).

Bakteeri saalistaa ympäristöstään ravin- tomolekyylejä. Hiukan suurikokoisemmat yksisoluiset (”protoktistat”) saalistavat bak- teereita. Erilaiset saalistaja–saalis-suhteet ilmaantuivat elolliseen maailmaan luulta- vasti jokseenkin välittömästi ensimmäisten organismien ilmaantumisen myötä. Elolliset oliot, jotka ovat eristyneinä fysikaalis-ke- miallisesta ympäristöstään solukalvon si- sään, ovat liian houkuttelevia ravinto- palleroita jäädäkseen hyödyntämättä. Saa- listaja–saalis-suhteen kaltaiset erilaisten or- ganismien keskinäiset vuorovaikutukset luovat maapallon materiaaliseen todelli- suuteen ekologista rakennetta. Saalistajat ajavat takaa, saaliit pakenevat. Saalistajan ja saaliin suhteen ratkaiseva kysymys (voi- si sanoa: ”kuolemanlinja”) on samanaikai- suus: saalistaja koettaa päästä saaliinsa kanssa samaan aikaan samaan paikkaan, saalis koettaa sen välttää. Tästä tietenkin seuraa, että saalistaja on saaliin ympäris- tössä koko ajan potentiaalisesti läsnä. La- jien väliset materiaaliset vuorovaikutukset luovat ekologista rakennetta eräänlaisten potentiaalisten voimakenttien tavoin. Var- pushaukan pesimäpiirille epäonnekseen asettuneiden peippojen ja rastaiden on oltava perillä varpushaukka-saalistajan po- tentiaalisesta läsnäolosta kaiken aikaa!

Aktiivinen liikkuminen asettaa orga- nismille suurempia vaatimuksia kuin vain kyetä vertaamaan toisiinsa (lähi)mennei- syyttä ja nykyisyyttä. Liikkuva olio on kullakin ajan hetkellä oikeastaan jo läsnä tulevaisuudessa, siellä minne se omien liikkeidensä seurauksena hetken päästä joutuu. Aktiivinen liikkuminen edellyttää kykyä ennakoida. Ennakointi tarkoittaa sitä, että tulevaisuus muuttuu osaksi nykyi- syyttä – sitä realistisemmin (todenmukai- semmin), mitä luotettavammin ennakointi

onnistuu.²³ Ennakointi on mahdollista sik- si, että tiettyjen materiaalisen maailman piirteiden osalta menneisyys ja tulevaisuus ovat keskenään symmetrisiä – nimittäin jossakin tietyssä aikamittakaavassa. Orga- nismin kyky ennakoida tarkoittaa siis myös sitä, että se kykenee erottamaan omalta kannaltaan merkitykselliset ympäristön piir- teet vähemmän merkityksellisistä. Se kes- kittyy edellisiin ja jättää jälkimmäiset huo- miotta.

Ympäristöolojen ennakointi muuttuu organismin kannalta huomattavasti luo- tettavammaksi, mikäli se kykenee aktiivi- sesti tuottamaan itselleen soveliasta ympä- ristöä. Tähän kykenevät mitä moninaisim- mat organismit: erilaiset pesärakennelmat, joiden avulla organismit tuottavat jälke- läisilleen vakaan ja suotuisan kasvuympä- ristön, tarjoutuvat esimerkeiksi. Pesä va- kauttaa ajan, koska se vakauttaa tilan – paikallisesti ja joksikin aikaa. Pesässä men- neisyys ja tulevaisuus ovat symmetrisiä:

pesä, jonka eilen teit, on vielä huomenna ehjä ja tarjoaa suojaa kuten eilenkin.

Aivot ovat kehittyneet ennakoinnin elimeksi (Llinás 2001, Buzsáki 2006). Aivo- jen tueksi ovat kehittyneet aistit, jotka rekisteröivät etäisyydeltä organismin ulko- puolista todellisuutta: näkö, kuulo, haju, osittain myös tunto. Kuten Rodolfo Llinás (2001) korostaa, aivojen ja aistinelinten kehittyminen yhä tehokkaammaksi koko- naisuudeksi on samalla tuottanut para- doksaaliselta vaikuttavan tuloksen: orga- nismin suhde ympäristöönsä on yksin- kertaistunut. Organismi ei mitenkään voi kiinnittää aktiivisesti huomiota kaiken ai- kaa kaikkeen. Sen on valittava, mitä ympä- ristön lukemattomista koko ajan muuttu- vista piirteistä se rekisteröi. Koska kaikki tilanteet ovat yksityiskohdissaan ainutker- taisia, organismin on kategorisoitava, luo- kiteltava havaintoja ryhmiksi, reagoitava ympäristöstään kokoamiinsa havaintoihin tyyppeinä eikä vain yksittäisinä ja ainut- kertaisina tilanteina. Organismit lukevat ja tulkitsevat ympäristönsä merkkejä.²⁴

Muisti on ennakoimisen ja yksinkertais-

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

217

tamisen edellytys. Muisti on materiaalinen.

Muisti sijaitsee ajassa, se sitoo menneisyy- den ja tulevaisuuden yhteen nykyisyydes- sä. Konkreettisiin tapahtumakulkuihin si- sältyvä muisti on rinnastettavissa psykolo- giseen (mentaaliseen) muistiin, sillä myös mentaalisesti ilmenevällä muistilla on fyy- sinen perusta. Keskushermoston dynamiik- ka toimii siten, että aiempien tapahtumien jättämät muistijäljet vaikuttavat myöhem- pien tapahtumien tuottamiin aistimuksiin ja havaintoihin ja muuntavat niitä. Muisti- jäljet ovat läsnä tässä ja nyt ja vaikuttavat tapahtumien kulkuun. Muisti tuottaa va- kautta: merkitykselliset tapahtumat erottu- vat merkityksettömistä. Erityisen merkityk- sellisiä ympäristön piirteitä rekisteröidään ja tulkitaan merkkien välityksellä. Tästä perustaltaan biologisesta prosessista on kasvanut esiin inhimillinen, kieleen sidot- tu kyky tuottaa symbolisesti merkittyjä maailmoja (Deacon 1997).

Menneisyyden olennaiset tapahtumat voivat olla muistissa läsnä niin voimakkai- na, että nykyisyys ikään kuin kiertyy nii- den ympärille. Aivojen muistijäljet ja ulkoi- sen maailman objektit ja rakenteet, jotka ajautuvat resonanssiin noiden muistijälkien kanssa, ovat sidoksissa toisiinsa.²⁵ Kyky kokea aika on organismien perustava omi- naisuus, joka rakentuu siitä, että jokaisen organismin elintoiminnot luovat sille omi- naisen, vakaana pysyvän ajan.

Inhimillisessä todellisuudessa aikaa va- kauttavat olennaisesti artefaktit. Artefaktit kantavat muistia, joka on kollektiivista.

Kuten antropologi André Leroi-Gourhan (1993) toteaa, muistin ulkoistuminen ja muuttuminen yhteisöllisesti jaetuksi on olennainen inhimillisen kulttuurin kehi- tyksen piirre. Erityisen tärkeän murroksen muodosti kirjoitetun kielen vakiintuminen osana pysyvien yhdyskuntien ja kaupun- kien kehitystä; tässä yhteydessä aiheen yksityiskohtaisempi käsittely on kuitenkin mahdotonta.

Inhimillinen yhteisöllisyys edellyttää toi- mintojen samanaikaisuutta. Kulttuuriset ajat ovat vakauden ja järjestyksen turvaamisek-

si luotuja konstruktioita. Tämän kehityk- sen alkupisteessä läntisessä maailmassa ovat Cleisthenes ja Ateena noin vuonna 510 eaa (Lévêque & Vidal-Naquet 1996).

Kuten antiikin kaupunkivaltioiden histo- rioitsijat ovat Fustel de Coulangesista läh- tien korostaneet, varhainen polis jäsentyi perustamisrituaalien, maanmittauksen geo- metrian, elinkeinojen, kuten maatalouden, sekä poliittisen ja uskonnollisen järjestel- män yhteensovittumisen tuloksena elämään omaa yhtenäistä aikaansa (tästä komplek- sista ks. Haila 2008b). Caesar vakiinnutti lopullisesti sekularisoituneen kalenterin länsimaiden ajanlaskun perustaksi (”juliaa- ninen kalenteri”).

AJ A N S Y K L I T

Elämän ajan vakaus on tilapäistä. Organis- mi elää oman aikansa, sen jälkeen se kuolee pois. Elämän pitkää aikaa kantaa sukupolvien kierto.

Erilaisten organismien sukupolvet seu- raavat toisiaan moninaisin tavoin. Yhden ääripään muodostavat jakautumalla jatku- vasti lisääntyvät yksisoluiset organismit, toisen satoja vuosia elävät puut, jotka tuottavat siemeniä vuosittain, sikäli kuin olosuhteet ovat suotuisat. Sukupolvien seuraannon edellytys on, että seuraavaan sukupolveen syntyy suunnilleen sama mää- rä yksilöitä kuin mitä kuului edelliseen sukupolveen. On kuitenkin lukuisia syitä siihen, että sukupolvien vaihtuminen ei voi toteutua siistin suoraviivaisesti.

Sukupolvien välistä aikaa kantavat po- pulaatiot. Populaatioiden yksilömäärät vaih- televat ajassa, toiset säännöllisemmin, toi- set satunnaisemmin. Populaation kasvun perustana on yksilöiden lisääntymisteho.

Jälkeläistuoton maksimaalinen teho on lajikohtainen ominaisuus, joka on muo- vautunut biologisen evoluution vaikutuk- sesta ja vaihtelee jossakin määrin syste- maattisesti erityyppisten organismien välil- lä. Tosiasiallisesti toteutuva jälkeläistuotto riippuu kuitenkin aina välittömistä ym- päristöolosuhteista, esimerkiksi yksilöiden

218

saaman ravinnon määrästä. Lisäksi lisään- tyvien yksilöiden määrään vaikuttavat ul- koiset tekijät, kuten saalistus.

Ympäristön olosuhteet vaihtelevat osit- tain säännöllisesti, osittain satunnaisesti.

Vuodenaikaisuus tuo vaihteluun säännölli- syyttä. Kaikkien korkeilla leveysasteilla elävien lajien on kyettävä selviämään tal- vesta; kuivien kausien ja sadekausien vaih- telu asettaa vastaavanlaisen haasteen mo- nien trooppisten ja lauhkeiden vyöhykkei- den asukeille. Satunnaisuutta ympäristö- oloihin tuottaa erityisesti säätilan vaihtelu.

Sen ansiosta lisääntymisolot vaihtelevat eri vuosien välillä suuresti. Vaihtelu on lisäksi eri lajien kohdalla eritahtista. Populaa- tioiden runsausvaihtelut toteutuvat kehä- liikkeinä. Vuodenaikaisuus on itsessään kehäliike, jota populaatioiden lisääntymis- rytmit noudattavat.

Aikaviive on dynaamisesti tärkeä, run- sausvaihtelujen syklistä kehämäisyyttä voi- mistava tekijä. Yksinkertainen mekanismi on niin sanottu ”maternaalivaikutus” (ma- ternal effect), eli se, että lisääntyvän naa- raan fysiologinen kunto välittyy seuraa- vaan sukupolveen: hyväkuntoisen naaraan jälkeläiset ovat fysiologisesti vahvoja, huo- nokuntoisen naaraan jälkeläiset ovat sen sijaan heikkokuntoisempia. Maternaalivai- kutus tuottaa populaatioiden lisääntymi- seen eräänlaisen muistin, jonka välityksellä nyt elävien yksilöiden fysiologiassa on edel- lisen sukupolven naaraiden fysiologinen kunto ikään kuin sisäistyneenä. Aikaviiveet populaatioiden vuorovaikutuksissa lisäävät syklisyyden todennäköisyyttä.²⁶

Ympäristö muuttuu pidemmässä aika- mittakaavassa niin sanotun ekologisen suk- kession myötä. Sukkessiota tapahtuu jo- kaisen ekologisen häiriön jälkeen: myrs- kyn kaatama tai kulon polttama metsä kasvaa ennalleen, maanvyörymän paljas- tama vuorenrinne saa uudelleen kasvi- peitteen, tulvan paljastama hietikko peittyy ruohostoon, ja niin edelleen. Jokaisella sukkession alaisella paikalla siis olosuh- teet tiettyjen lajien kannalta vaihtelevat säännöllisen syklisesti. Sukkession aika-

mittakaava vaihtelee vuosista vuosikym- meniin.

Epälineaarisen dynamiikan muutaman viimeisen vuosikymmenen aikana kehitty- nyt käsitteistö on olennaisesti lisännyt kykyämme analysoida eritasoisten ja -laa- tuisten syklien keskinäisiä suhteita. Synk- ronoituminen on olennainen prosessi. Eko- logisessa mittakaavassa synkronoitumista vahvistaa erityisesti vuodenaikaisuus. Myös ekologinen sukkessio tuottaa osaltaan ke- hämäisiä uusiutumisen kehityskulkuja, joi- ta syntyy useassa eri aikamittakaavassa toteutuvien tapahtumakulkujen vuorovai- kutuksista. Esimerkiksi metsän palautumi- nen kulon, myrskyn tai hakkuun paljasta- malle alueelle koostuu itse asiassa lukui- sista erilaisista prosesseista, jotka nivoutuvat yhteen. Näennäisen tasaisesti etenevä puus- ton kasvu tuottaa monien organismien elin- oloihin hyppäyksellisiä muutoksia. Kun paljastunut maa saa kasvipeitteen, maan pinnan olosuhteet viilenevät; kun latvusto umpeutuu, valaistus vähenee ruohosto- kerroksessa; ja niin edelleen. Kehämäiset uusiutumiskierrot ja niiden ominaiset palau- tumisajat muodostavat keskeisen osan eko- logisten vuorovaikutusten heuristiikkaa (Dy- ke 1997).

Inhimillinen kulttuuri on kautta aikojen seurannut tiiviisti elämän ajan syklejä.

Vuodenaikaisuus on määrittänyt toimeen- tulon kiertoa, kuten se edelleen määrittää suurelle osalle ihmiskuntaa. Talous on ollut syklistä niin kauan kuin talous on ylimalkaan ollut mahdollista käsittää omak- si ilmiöalueekseen. Koska inhimillinen ta- lous on sidoksissa materiaalisiin uusiu- tumisprosesseihin, on mahdotonta, että se voisi olla pidempiä aikoja ”pysyvässä tilas- sa” (eli ”stationaarinen”), tasapainoisuu- desta puhumattakaan. Olemassa olevien rakenteiden uusimiseen sisältyvä aikaviive riittää murtamaan tasapainon ja tuotta- maan syklisyyttä (Dyke 1994).

Yhteiskuntien aineellisen perustan tur- vaaminen on ollut myös suuremmassa mittakaavassa ongelmallista kautta aiko- jen. Tämän osoittavat kompleksien yhteis-

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

219

kuntien romahdukset, joita on tapahtunut huomattavasti useammin kuin helposti tu- lemme ajatelleeksi. Edward Gibbonin 1700- luvulla julkaiseman perusteoksen jälkeen Länsi-Rooman perikato on ollut paradig- maattinen esimerkki romahduksesta; tuo- reita yhteenvetoja ovat Tainter (1988) ja Diamond (2005). Romahduksiin on vaikut- tanut lukuisia erilaisia tekijöitä, mitään yhtä suurta selitystä niille ei ole. Koska jokainen kompleksi yhteiskunta on ollut yksityiskohdiltaan ainutkertainen, myös jo- kaisen yhteiskunnan kohtalo on muotou- tunut ainutlaatuiseksi. Tainter (1988) esit- tää kuitenkin olettamuksen, että monien romahdusten yhteiseksi piirteeksi nousee rajatuoton aleneminen. Kompleksin yh- teiskunnan ”romahdus” on tästä näkökul- masta eräänlainen korjausliike, jonka jäl- keen yhteiskunta ei enää kykene investoi- maan institutionaalisten rakenteiden sekä poliittis-hallinnollisen ja sotilaallisen kiin- teyden ylläpitoon yhtä paljon kuin aikai- semmin.

Yhteiskunnan romahduksessa on taval- la tai toisella kyse toimeentulon perustan murenemisesta. Perustan mureneminen ei välttämättä ilmene koko yhteiskunnan kat- tavasti kerralla. Pienemmässä mittakaavas- sa ”romahdus” on luonteeltaan ekososiaa- linen (Haila 2008a). Tietyn toimeentulon käytäntö voi hävitä, kun luontoperustan heikkeneminen murentaa sen sosiaalis- taloudellisen perustan. Ekososiaalisista ro- mahduksista löydämme helposti esimerk- kejä, vieläpä pelottavan suuren määrän:

kalakantojen tuhoutuminen liiallisen ka- lastuksen seurauksena; maaperän tuotto- kyvyn aleneminen voimakkaan muokkauk- sen aiheuttaman eroosion seurauksena;

maaperän suolapitoisuuden kohoaminen huonosti toteutetun keinokastelun seurauk- sena; ja niin edelleen.

Biosfääri on maapallon elinvoimaisuut- ta ylläpitävä energeettinen kone, mutta sen ”koneisto”, kunkinhetkinen massa, on itse asiassa hätkähdyttävän pienimuotoi- nen. Smil (2002, 194) esittää tästä laskel- man: maapallon maa-alueiden käsittämä

kasvibiomassa kuiva-aineena tasaiseksi ker- rokseksi levitettynä tuottaisi maapallon ei- jäätyneille osille yhden senttimetrin pak- suisen kerroksen; valtamerten levien kasvi- biomassa lisäisi kerroksen paksuutta 0.03 millimetrillä.²⁷

Ajassa ja tilassa ilmenevät syklit on usein jäsennetty hierarkkisesti eri tasoiksi, joiden on oletettu olevan tavallaan sisäk- käisiä toisiinsa nähden.²⁸ Tasojen erottami- nen toisistaan on hyvä alustava malli, joka auttaa pitämään mittakaavat erillään toisis- taan. Se johtaa kuitenkin helposti liian mekaaniseen eri tasojen erottamiseen toi- sistaan ja hävittää näkyvistä eri mittakaava- tasojen synkronoitumisen (Dyke 1988).

Eräänlaisen käytännöllisen kriteerin sille, milloin tasot on dynaamisesti perusteltua pitää erillään, tarjoaa osaprosessien ja ko- konaisuuden yksilöllisyys. Onko ukkospilvi

”yksi” vai ”monta”? Vastaus tähän kysy- mykseen riippuu siitä, tarkastellaanko uk- kospilveä yhtenä nousevan lämpimän ilma- virtauksen tuottamana kokonaisuutena vai virtausten aiheuttamia ilmapyörteitä ja nii- den turbulenssia toisistaan erillisinä pro- sesseina. Molemmat näkökulmat ovat pe- riaatteessa mahdollisia. Käytännön seu- raustensa näkökulmasta ukkosmyrsky on kuitenkin ”yksi”, sitä ilmeisemmin mitä voimakkaampi se on. Hurrikaanit ovat voimakkaita, trooppisten merten lämpö- energian tuottamia ukkosmyrskyjä, jotka erotetaan toisistaan ja yksilöidään anta- malla niille erisnimi. New Orleansin tuhosi syyskuussa 2005 hurrikaani Katrina.²⁹

Voimakkaat syklit yksilöllistyvät ja al- kavat hallita piiriinsä sisältyvää aikaa. Ar- kinen kielenkäyttömme on perillä tästä seikasta. Onhan esimerkiksi luontevaa sa- noa, että kiireisten työviikkojen kierteessä meillä ”ei ole aikaa” toipumiseen; tai että liian tiuhaan toistuvan hakkuukierron pu- ristuksessa metsämaalla ”ei ole aikaa”

palautumiseen; ja niin edelleen.

220

EL Ä M Ä J A T U L E VA I S U U S

Maapallon aika on läpeensä elämän lei- maamaa. Kun elämä maapallolta loppuu, maapallon aika muuttuu muuksi.

Millaista olisi vuodenaikaisuus Marsis- sa? Millaista olisi vuodenaikaisuus Maassa, jos Maassa ei olisi biosfääriä? Voisimme saada tällaisista tilanteista alustavan käsi- tyksen laskeutumalla autotalliin ja tuijotta- malla muutaman kuukauden ajan betoni- seinää ovea vastapäätä. Valaistus vaihte- lee, mikään muu ei.

Miksi elämä sitten loppuisi maapallol- ta? Maapallon olosuhteet, jotka tekevät elämän mahdolliseksi, ovat auringon yllä- pitämiä. Aurinko on omaa kehityskaartaan noudattava kiintotähti. Auringon säteilyn voimakkuus on hiljalleen kasvanut siitä lähtien, kun olosuhteet maapallon pinnal- la vakautuivat noin neljä miljardia vuotta sitten. Auringon säteily on peräisin fuu- sioreaktioista, joiden seurauksena vetyato- mit (protonit) yhtyvät heliumiksi, ja pro- sessi vapauttaa intensiivistä säteilyenergiaa.

Auringon kaltaisen tähden kehityskaareen kuuluu, että se kuluttaa vähitellen ener- giavarantonsa loppuun ja alkaa laajentua, jolloin lämpötila maapallon etäisyydellä olevalla planeetalla kohoaa dramaattisesti.

Sen jälkeen, kun valtameret ovat kiehuneet kuiviin, elämä meidän tuntemassamme muodossa häviää. (Smil 2002.)

Tähän tapahtumakulkuun on vielä jäl- jellä puolisen miljardia vuotta. Sen ei siis tarvitse herättää meissä vähintäkään hätää.

Meillä on sen sijaan läheisempiä huolenai- heita. Ihmiskunta on ilmi selvästi osa Maan elämää. Elämme Maan elämän aikaa. Ei voi vallita vähäisintäkään epäilystä siitä, että ihmiskunta on ratkaisevassa asemassa maapallon elämän määrittäjänä tässä het- kessä sekä läheisessä tulevaisuudessa.

Elämä on vakauttanut maapallon sellai- seen muotoon, että me emme helposti huomaa vakauden säilymisen rajoja. Va- kaassa ajassa ja tilassa, jonka ihmiskunnan materiaaliset menestykset ovat tuottaneet, melkein mikä tahansa tuntuu mahdollisel-

ta, mutta tosiasiassa ihmiskunnan riippu- vuudet maapallon elämän ajasta ovat tiivis- tyneet. ”Rajan” idea Rooman klubin lähes neljäkymmentä vuotta sitten esittämässä muodossa ei tuo riippuvuuksia kunnolla esiin. ”Raja” on samanaikaisesti sekä liian salliva että liian tiukka (Haila & Dyke 2006): ”Raja” on liian tiukka, koska inhi- millinen elintila maapallolla ei jäsenny ikään kuin säiliöksi, joka vähitellen voi- daan ammentaa tyhjäksi. Osuvampi ver- tauskuva on uusiutumiskiertojen kimara, johon ihmiskunta voi osallistua uusiutumi- sen ylläpitäjänä lukemattomien muiden lajien tavoin. ”Raja” on toisaalta liian salliva, koska monet riippuvuuksistamme ovat laa- dullisesti täsmälleen määrittyneitä eikä nii- tä voi helposti pelkistää määrällisiksi ar- vioiksi. Riippuvuudet tulevat nykyisin ilmi yhä terävämpinä useilla eri mittakaava- tasoilla samanaikaisesti, lääketieteellisestä teknologiasta ilmaston muutokseen.³⁰ Em- me ole kunnolla perillä siitä, mitkä riip- puvuuksista ovat erityisen haavoittuvia.

Tulevaisuus rakentuu nykyhetkessä, niis- tä aineksista, jotka nykyhetki tarjoaa. Elä- män aika, siis maapallon elollinen luonto, on otettava vakavasti. Inhimilliset yhteis- kunnat ovat tosiasiassa harjoittaneet ”luon- topolitiikkaa” kautta aikojen.³¹ Luonto- politiikka käsittää kaksi ulottuvuutta: Luon- non suhteen on tehtävä konkreettisia va- lintoja: missä viljellään mitä ja kuinka paljon, ja niin edelleen. Lisäksi on oltava perillä siitä, että valinnoilla on seurauksia sekä välittömästi että pitkällä aikavälillä:

säilyttääkö maa viljavuutensa ja millä eh- doilla, ja niin edelleen. Valistuneen luonto- politiikan tueksi tarvitaan valistunut ”luon- non politiikka”: keskustelu, pohdinta ja väittely käsitteellisellä tasolla siitä, miten inhimillinen kulttuuri nivoutuu muun luon- non osaksi.

Olen esittänyt tässä kirjoituksessa koko joukon tosiasiaväittämiä elämän ja ajan luonteesta. Kun pyrimme luomaan koko- naiskuvaa elämän ajasta maapallolla, muu kuin ontologinen näkökulma olisi itse asias- sa outo. Kaikki kunnia omenien putoilulle,

ELÄMÄN AJAT • T&E 3/08

221

tykinkuulien lennolle ja muille newtoni- laisen fysiikan hallitsemille ilmiöille, mutta elämä on loppujen lopuksi maailman ma- teriaalisista ilmiöistä meitä kokemukselli- sesti kaikkein lähimpänä. Elämä on sisäl- lämme. Alussa ei ollut sana. Alussa oli elintoiminto, sitten seurasi teko, ja sanan aika koitti vasta useita maailmankausia myöhemmin. Sanalla ja erityisesti sym- bolisiin merkityksiin perustuvalla kielellä on toki lähihistoriallemme ja siis läheiselle tulevaisuudellemme olennainen merkitys.

Sanan – symboleihin perustuvan kielitai- don – tuotti ennakoimisen tarve.

Tulevaisuus on huomenna tänään, mutta tänään se on sekä huominen että enna- kointiin perustuva projektio. Sana on teh- nyt meille mahdolliseksi siirtää tietyn- tyyppinen tulevaisuus osaksi nykypäivää

täysin ainutlaatuisella voimalla kaikkiin muihin lajeihin verrattuna. Tulevaisuus on inhimillisessä sfäärissä poliittisen määritte- lyn ja kamppailun kohde. Kamppailua käydään siitä, millaisen tulevaisuuden tie- tynlainen toiminta avaa, mikä on toimin- nan avaaman tulevaisuuden ajallinen hori- sontti ja millaisia tulevaisuuksia tietynlai- nen toiminta sulkee pois. Siis traagisista valinnoista, nietzscheläisittäin.

Symbolisesti jäsentynyt todellisuus te- kee mahdolliseksi tehdä valintoja, jotka syövät oman perustansa, vieläpä tavalla, jonka pitäisi olla kaikille näkösällä. Pyra- midihuijaus tai katteettomien luottojen pa- ketointi eteenpäin ketjutettavaksi voi jat- kua siihen hetkeen asti, jolloin kehitysku- lun uusiutumiskyvyn puute jotenkin tulee ilmi. Sitten seuraava askel jää ottamatta.

v i i t t e e t 1. Taloushistoriaan sovellettu termi ‘polku-

riippuvuus’ soveltuu myös elämän kehitys- kulun kuvaamiseen. Evolutiivisesta uutuu- desta ks. esimerkiksi Maynard Smith &

Szathmáry (1998).

2. Vaclav Smil (2002) esittää kattavan yhteenve- don biosfääri-idean historiasta sekä biosfääriä koskevasta nykyisestä käsityksestä.

3. ”Gaia” on James Lovelockin (1979) kehittä- mä osittain metaforinen näkemys, jonka mukaan elämä on takaisinkytkentäme- kanismien välityksellä jopa säädellyt maa- pallon olosuhteita. Hänen näkemyksensä lähtökohtana oli nimenomaan havainto, että maapallon ilmakehä on koostumuksel- taan hyvin kaukana termodynaamisesta tasapainotilasta ja poikkeaa tässä suhteessa olennaisesti Marsin tai Venuksen kaasu- kehästä. Elämän ratkaisevasta vaikutukses- ta kemiallisten alkuaineiden ja yhdisteiden jakautumaan maapallon pintakerroksessa ks. Sterner & Elser (2002).

4. Maapallonlaajuisia elintoimintoja ovat eri- tyisesti niin sanotut biogeokemialliset kierrot eli geofysikaalisten ja biologisten prosessien yhteisvaikutuksesta tapahtuva alkuaineiden säännöllinen kierto orgaanis- ten ja epäorgaanisten varantojen välillä.

5. Mikrobiologi Lynn Margulis on pieneliöiden merkitystä korostavan näkemyksen pio-

neeri; hän käyttää yksisoluisten tumallisten organismien moninaisesta joukosta nimi- tystä ”protoktistat” (protoctists) (Margulis &

Sagan 1997). Protoktistat ovat evolutiivisesti erittäin monipuolinen ja kehittynyt ryhmä.

Vielä 1970-luvulla evoluution yleisesityk- sissä heijastui olettamus, että evoluutio olisi ollut jotenkin kummallisesti ”pysäh- dyksissä” yksisoluisten eliöiden vakiintumi- sesta monisoluisten syntyyn. Tämä on osoit- tautunut harhakäsitykseksi. Yksisoluiset organismit muokkasivat tuona ajanjaksona kattavasti ja läpitunkevasti koko maapallon fysikaalis-kemiallisia olosuhteita ja kehit- tyivät evolutiivisesti prosessin osana. Moni- soluiset organismit ilmaantuivat katettuun pöytään. Tärkein edellytys monisoluisten elämänmuotojen vakiintumiselle oli hengit- tämisen edellyttämän vapaan hapen kerty- minen ilmakehään. ”Protoktistoja” on kaik- kialla: esimerkiksi ihmisen elimistössä on yksisoluisia eliöitä kertaluokkaa enemmän kuin soluja. Niillä on ratkaiseva merkitys esimerkiksi ruoansulatukselle; ruoansula- tuskanavamme monimuotoinen pieneliöstö on yhtä lailla osa biosfääriä kuin osa meitä itseämme. (Turner 2007.)

6. Kaikkitietävän demonin mahdollisuuteen kiteytyvän kuvitelman maailman täydelli- sestä deterministisyydestä esitti matemaa-

222

tikko Pierre Simon dé Laplace (1740–1827) newtonilaisen fysiikan menestysten innoit- tamana. Prigogine & Stengers (1984) on kuvitelmaa kritikoiva moderni klassikko.

7. Fortuna-peli tarjoaa hyvän mallin siitä, mitä herkkyys alkuarvoille merkitsee. Samanlai- sella alkusysäyksellä matkaan lähetettyjen kuulien liikeradat erkaantuvat toisistaan tietyssä pelilaudan vyöhykkeessä. Sen pi- demmälle kuulan liikerata ei ole alkusysäyk- sen perusteella ennustettavissa. Lorentz (1993) esittää ennustettavuuden murtumi- sesta havainnollisia esimerkkejä; hyvä suo- menkielinen johdatus on Ekeland (1989).

8. Kuten Ivar Ekeland (2004) hienosti osoit- taa, tämänkaltaiset tapahtumakulut eivät pelkisty kahden ”toisistaan riippumatto- man kausaaliketjun” leikkauspisteeksi, ku- ten filosofian oppikirjoissa on ollut tapana esittää. Tapauksen taustalla ei nimittäin ole mitään suoraviivaisia kausaaliketjuja.

9. Termin self-organized criticality otti käyt- töön tanskalainen fyysikko Per Bak (1996);

kirjallisuutta aiheesta on runsaasti. Ideaa on sovellettu myös markkinaheilahteluiden ku- vaamiseen, ks. Sornette (2003). Symmetrian murtuminen viittaa jonkin prosessin kulussa tapahtuvaan äkilliseen murrokseen, jonka seurauksena systeemin aiempi tila ja myö- hempi tila eivät enää ole matemaattisesti symmetrisiä keskenään. Symmetrian murtu- minen voi ilmetä esimerkiksi siten, että homogeeniseen, geometrisesti jäsentynee- seen tilaan ilmaantuu jonkin muutosproses- sin vaikutuksesta sisäistä rakennetta; ajassa symmetrian murtumista ilmentää palautu- maton muutos (ks. Nicolis & Prigogine 1989).

10. Rantaviivaesimerkin julkaisi Mandelbrotin mukaan englantilainen meteorologi ja il- makehän dynamiikan tutkimuksen uran- uurtaja Lewis F. Richardson vuonna 1961, mutta se jäi alun perin huomiotta; ks.

Mandelbrot (1983).

11. Esimerkkejä? – Sähkölaitteet: vaihtovirta;

höyrykone ja polttomoottori: männän edes- takainen liike sylinterissä; laptop, jolla kir- joitan tätä tekstiä: 2.4 gigahertzin taajuudel- la värähtelevä prosessori; ja niin edelleen.

12. Kellon ilmaiseman ajan perustana on vuoro- kauden mittainen oskillaattori eli maapallon pyörimisliike, ja kalenterin perustana on vuoden mittainen oskillaattori eli maapallon liike auringon ympäri, mutta kello ja kalen- teri osoittavat toistensa perään asetettuja samanmittaisia ajanjaksoja, tunteja ja vuoro-

kausia. Tämä linearisoitu aika jäsentää ny- kyisin elämänkäytäntöjämme.

13. Peter Galison (2003) esittää mestarillisen yhteenvedon murrokseen liittyneistä ta- pahtumakuluista. Hän ottaa tarinansa läh- tökohdaksi kaksi kehitykseen olennaisesti vaikuttanutta fyysikkoa, Henri Poincarén ja Albert Einsteinin; Poincaré oli yhtä tutkija- sukupolvea vanhempi kuin Einstein. Mo- lemmat antoivat olennaisen panoksen ajan synkronoinnin käytännöllisten ongelmien ratkaisemiseen: Poincaré oli kaivosinsinööri ja geodeetikko – sekä 1800-luvun lopun merkittävin matemaatikko ja astrofyysikko;

Einstein oli tarkkuusinstrumenttien tarkas- taja Bernin patenttitoimistossa – sekä 1900- luvun merkittävin fyysikko.

14. Ks. Galison (2003). John Harrisonin urasta on runsaasti kirjallisuutta.

15. Lopullisesti aikavyöhykkeistä ja Green- wichin standardista saavutettiin yhteisym- märrys vasta 20. vuosisadan alussa; Ranska liittyi sopimukseen vuonna 1911. Galison (2003) esittelee prosessiin liittyneitä suur- valtapoliittisia arvovaltakiistoja.

16. Nelson (2004) on erinomainen oppikirjaksi jäsennetty yleisesitys fysiikan ja biologian välialueesta.

17. Kasvien on tietenkin aktiivisesti yllä- pidettävä oman aineenvaihduntansa – solu- hengityksensä – välityksellä viherhiukkasten potentiaalia kaapata talteen auringon foto- nien energia. Kirjallisuutta aiheesta on run- saasti; oma apuneuvoni on ollut Hall & Rao (1999).

18. Diffuusio on molekyylien suuntautunutta liikettä kemiallisen konsentraatioeron tuot- tamassa eräänlaisessa ”voimakentässä”.

Diffuusion seurauksena konsentraatioero tasaantuu.

19. Nelson (2004, 214–216) esittää tälle yleis- periaatteelle selväpiirteisen fysikaalisen pe- rustelun. Yleisesti tärkeä seikka on, että vaikka elämä on termodynaaminen proses- si, organismeissa toteutuvan aineenvaih- dunnan kokonaistehoa ei voi johtaa termo- dynamiikan perusteista. Termodynamiikan toinen pääsääntö on eräänlainen ”mahdot- tomuuslaki”: se ilmaisee, että ikiliikkuja on mahdoton, mutta ei anna perustetta ennus- taa täsmällisesti, mikä energian muuntumi- sen monista mahdollisuuksista toteutuu tie- tyssä tilanteessa. Aineenvaihdunnan meka- nismit ovat muotoutuneet evoluutiohistorian kuluessa, joten niihin pätee lisäksi polku-