Na Duongista Vietnamista on löytynyt muinoin eläneen pikkukalan fossiileja, jotka kertovat vuosimiljoonia kestäneestä kehityksestä. RhinChua-järven kerrostumista kaivettiin esiin Planktophaga minuta -karppilajin hampaita. Niiden perusteella muinaisen vesipedon pituudeksi voitiin päätellä vaivaiset viisi senttimetriä. Se on tunnetuista Itä-Aasian karppilajeista paitsi vanhin myös kaikkein pienin.

Evoluution myötä kalalle on kuitenkin kertynyt mittaa huomattavasti enemmän. Planktophaga minutan eli kirjaimellisesti ”pienen planktoninsyöjän” sukulaisella marmoripaksuotsalla (Hypophthalmichthys nobilis) voi olla pituutta puolitoista metriä ja painoa viitisenkymmentä kiloa. Marmoripaksuotsa onkin suurimpia nykyisistä karppilajeista ja Kiinassa se on suosittua ruokaa.

Dinosaurusten tuhoksi tituleerattu 65 miljoonan vuoden takainen Chicxulubin asteroiditörmäys kylvi tuhoa paitsi maalla myös merissä. Japanilaistutkijoiden uudet laboratoriokokeet ja teoreettiset mallit tarjoavat selityksen sille, miksi kosmisen kolarin seuraukset olivat paljon vakavammat merten pintavesissä esiintyneiden kuin pohjan sedimenteissä viihtyneiden huokoseläinten kannalta.

Aiemmin on arveltu, että kymmenien kilometrien sekuntinopeudella tapahtunut törmäys on vapauttanut Jukatanin niemimaan kallioperässä esiintyvästä sulfaattipitoisesta anhydriitti-mineraalista suuret määrät rikkidioksidia, joka olisi kulkeutunut kaasumaisessa muodossa korkealle Maan ilmakehään.

Seurauksena on ollut maailmanlaajuisia happosateita, jotka ovat olleet kohtalokkaita merissä esiintyneelle elämälle. Joukkotuhon selittämisen kannalta ongelmana on kuitenkin ollut se, että stratosfääriin eli yli 15 kilometrin korkeuteen päätynyt rikkidioksidi pysyttelee siellä pitkään ja päätyy meriin hitaasti.

Laboratoriokokeissa todettiin, että yli kymmenen kilometrin sekuntinopeudella tapahtuvissa törmäyksissä anhydriitin rikki vapautuu rikkidioksidin sijasta suurimmaksi osaksi rikkitrioksidin muodossa. Ja se käyttäytyy ilmakehässä hyvin eri tavoin.

Rikkitrioksidi reagoi hanakasti vesihöyryn kanssa ja muodostaa rikkihappoa. Kun törmäyksessä sinkoutui korkealle ilmakehään myös silikaattihiukkasia, yhdessä rikkihapon kanssa ne saivat aikaan voimakkaita happosateita, jotka lankesivat maahan – ja meriin – jo muutaman vuorokauden sisällä törmäyksestä.

Rankkasateiden seurauksena meriveden pintakerrokset happamoituivat hyvin nopeasti. Sen vuoksi planktonina esiintyneiden yksisoluisten huokoseläinten määrissä tapahtui äkillinen ja raju lasku, mutta pohjalla asustavat eliöt selvisivät tuhosta paljon vähemmällä.

Tutkimus julkaistiin Nature Geoscience -lehdessä 9. maaliskuuta.

Harvardin yliopiston tutkijaryhmä on selvittänyt, miten maanpinnalla viihtyvä Rhodopseudomonas palustris -bakteeri voi hyödyntää ravinnontuotannossaan maan uumenissa olevia mineraaleja: se käyttää hyväkseen sähköä.

Ilmiö perustuu EET-prosessiin (extracellular electron transfer), jossa elektronit kulkevat soluseinämän lävitse. Luonnossa tutkimuksen kohteena olleet mikrobit ottavat tarvitsemansa elektronit – eli sähkön – raudasta, mutta laboratoriossa tehdyt kokeet viittaavat siihen, että rauta ei kuitenkaan ole keskeinen tekijä prosessissa. Bakteerit pystyivät nappaamaan elektroneja myös muista mineraaleista, kunhan niissä on elektroneja, jotka voivat niistä ylipäätään irrota.

Rhodopseudomonas palustris -bakteerit tarvitsevat auringonvaloa pysyäkseen hengissä, mutta niiden ravinnonlähteenä oleva rauta on suurelta osin maan alla. Mikrobit ovat kehittäneet kyvyn rakentaa "luomukaivoksia", joilla ne pääsevät käsiksi rautaan sähkövirran avulla.

Ihmisen erottaa (muista) eläimistä se, että me pystymme puhumaan. Me emme kuitenkaan ole välttämättä maapalloa asuttaneista olioista ainoita, jotka ovat viestineet puhutulla kielellä. Tuore tutkimus viittaa vahvasti siihen, että myös neandertalinihminen osasi höpötellä niitä näitä.

Jo 35 vuotta sitten Israelista, Kebaran luolasta, löydettiin neandertalilaisen kieliluu, jolla on ikää 60 000 vuotta. Kieliluu on kaulan etuosassa kielen alapuolella oleva kaareva, hevosenkengän muotoinen luu, johon kiinnittyy kielen ja nielun lihaksia. Ihmisen kieliluu on muodoltaan hyvin erilainen kuin lähimpien nykyisten sukulaistemme eli simpanssien ja bonobojen. Siksi me pystymme puhumaan, mutta apinat eivät.

Noin 14% ihmisistä on mielestään poistunut fyysisestä kehostaan ja voinut liikkua ympäriinsä pelkkänä tietoisena mielenä. Tässä ns. astraaliprojektiossa voi myös katsoa itseään ikään kuin ulkoapäin ja jotkut kokevat yhtenäisyyttä jonkinlaisen suuremman hengen kanssa.

Tieteellisesti kyse on todennäköisimmin hallusinaatiosta tai valveunesta, missä henkilö tiedostaa enemmän tai vähemmän selvästi näkevänsä unta, ja raja tietoisuuden ja unen välillä on häilyvä. Aivomme pystyvät tuottamaan paljon erilaisia kokemuksia, joita itse saatamme pitää totena, mutta jotka ovat vain neuronien napsuntaa.

Nyt tälle oletukselle on saatu lisätukea, sillä Ottawan yliopiston tutkijat pystyivät kuvaamaan aivojen toimintaa kehostapoistumiskokemuksen aikana. Koehenkilönä oli nainen, joka pystyi omien sanojensa mukaan poistumaan halutessaan omasta kehostaan, ja tutkijat pyysivät päästä mittaamaan mitä hänen aivoissaan astraalimatkan aikana oikein tapahtui. Kyseessä on tiettävästi ensimmäinen kerta, kun tätä on pystytty tutkimaan tieteellisesti.

Naisen oman kertomuksen mukaan hänen tietoisuutensa poistui kehosta kokeen aikana ja hän pyöri ilmassa fyysisen itsensä yläpuolella vaakatasossa. Hän myös katseli itseään ilmasta.

Kokeen aikana nainen oli magneettikuvauslaitteessa, joka seurasi koko ajan hänen aivojensa toimintaa. Aivojen näköaivokuori aktivoitui voimakkaasti kokemuksessa ja samalla aivojen vasemman puolen liikeaivokuoren alueet, joiden tiedetään olevan yhteydessä mielikuviin sekä raajojen sekä koko kehon liikkeisiin muuttuivat selvästi aktiivisemiksi. Tämän aivojen alueen avulla tiedostamme missä olemme ympäristössämme ja kuinka liikumme siinä.

Nähtävästi siis koehenkilö simuloi tapahtumaa koko ajan aivoissaan, sillä samaan aikaan hänen oma kehonsa oli tukevasti paikallaan, eikä huoneessa tapahtunut mitään epätavallista. Vaikka naisen kannalta tapaus oli hyvin todellinen, oli se tapahtunut vain hänen omissa aivoissaan.

Koko tutkimuskuvaus esiteltiin helmikuussa Frontiers in Human Neurocience -julkaisussa.

Tutkijat haluaisivat päästä tutkimaan myös muita henkilöitä sekä kehostapoistumistapauksia, jotka eivät tapahdu tietoisesti. Nythän nainen pystyi käynnistämään itse halutessaan kehostapoistumisen.

Nyt vietetään aivoviikkoa

Tällä viikolla (viikko 11) vietetään kansainvälistä aivoviikkoa, joka aikana Suomessakin järjestetään paljon erilaisia tapahtumia.  Aivoviikolla tehdään neurotiedettä tutuksi, kerrotaan alan tutkimuksista ja siitä miten niiden tuloksia voidaan hyödyntää terveyden edistämisessä.

Viidakossa kuhisee! Belizessä elävät Geoffreyn hämähäkkiapinat ovat ihmisen lisäksi ainoa eläinlaji, jonka tiedetään systemaattisesti pitävän laumoissaan naaraita ja uroksia erilillään toisistaan ja kohtelevan eri sukupuolia eri tavoilla. Apinoilla syynä on nähtävästi se, että urokset muuttuvat väkivaltaisiksi, mikäli ne ovat liian kauan yhdessä naaraiden kanssa.

Nämä hämähäkkiapinat, tieteelliseltä nimeltään Ateles geoffroyi, elävät yleensä parinkymmenen yksilön laumoissa ja jo aikaisemmin on ollut havaintoja siitä, että niissä urokset ja naaraat ovat usein erillään toisistaan. Calgaryn yliopiston tutkija Kayla Hartwell halusi ottaa asiasta kunnolla selvää, ja vietti lähes kaksi vuotta viidakossa tutkien 34 apinan laumaa.

Hattwell huomasi, että lauman urokset ja naaraat elivät lähes kokonaan erillään toisistaan 15 kuukautta niistä 23 kuukaudesta, joita apinoita tarkkailtiin. Urokset ja naaraat olivat yhdessä lähinnä vain parittelun aikaan sekä silloin, kun ruoka oli vähissä. Muutoin urokset viettivät aikaa keskenään ja naiset sekä lapset olivat omissa oloissaan.

"Urokset ja naaraat ovat kehittyneet niin erilaisiksi käytökseltään, että ne yhdessäolosta tulee nopeasti vihamielistä", selitti Hartwell New Scientist -lehdelle.

Urokset ovat ystävällisiä toisilleen, viettävät aikaansa toisaan nyppien ja nukkuvat yhdessä. Ollessaan naaraiden kanssa samassa paikassa ne kuitenkin  muuttuvat aggressiivisiksi ja yrittävät heti dominoida naaraita.

Hartwellin mukaan urokset käyttävät paljon energiaansa lauman alueen suojaamiseen ja kilpailevien laumojen urosten häätämiseen pois, joten ne syövät naaraita paremmin muun muassa kypsiä hedelmiä. Naaraille jää siten vain heikompiravinteista ruokaa, maahan pudonneita ylikypsiä hedelmiä ja lehtiä. Naaraat liikkuvat vähän ja ovat pääasiassa lapsien kanssa, joten ne nähtävästi hyväksyvät tilanteen ja ovat mieluusti urosten suojaamina turvassa omissa oloissaan. Näin naaraiden ei tarvitse myöskään kärsiä uhkaavasti käyttäytyvistä oman laumansa uroksista.

Tutkimus ilmestyi International Journal of Primatology -julkaisussa (DOI: 10.1007/s10764-013-9746-0).

Otsikkokuva: Flickr / mattschepeleff

Tampereella kehitetyt biohajoavat luuruuvit ovat saamassa uuden kilpailijan yllättävältä taholta: amerikkalaistutkijat ovat kehittäneet ruuvin silkistä. Silkki on heidän mukaansa metalliakin kestävämpää, kun se käsitellään oikein.

Samuel Lin Harvardin lääketieteellisestä koulusta ja David Kaplan Tufts-yliopistosta liuottivat yksikertaisesti silkkiä alkoholiin, kaatoivat silkkilitkun ruuvin muotoisiin muotteihin ja laittoivat muotit uuniin. Tulos oli yllättävä, sillä kovaksi keitetyt silkkiruuvit käyttäytyivät kuin metalliruuvit, mutta ovat täysin biologisia ja hajoavat elimistössä.

Ruuvien lisäksi silkistä voidaan muottien avulla tehdä millaisia vain kappaleita.

Metallisten luurikkojen korjaukseen käytettyjen osien ja ruuvien hyvä puoli on niiden hinta ja yksinkertaisuus, mutta ne pitää poistaa luun parannuttua. Tämä tarkoittaa potilaalle toista, ikävää leikkausta kaikkine harmeineen. Biologisesti luussa hajoavat polymeerikappaleet puolestaan ovat kalliimpia ja niiden asentaminen on yleensä työläämpää sekä vaatii enemmän ainetta luun sisälle ja ympärille. Niistä tulee myäs helpommin tulehduksia.

Silkkiruuveja on testattu toistaiseksi vain rotilla ja ne ovat osoittautuneet hyviksi. Niitä voi käyttää kuten metallisia osia, mutta ne katoavat ajan myötä, eikä niitä siis tarvitse poistaa.

Asiasta kerrottiin eilen 4. maaliskuuta ilmestyneessä artikkelissa (Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms4385)

Ranskalaistutkijat ovat herättäneet uudelleen henkiin jättiläiskokoisen viruksen, joka on peräisin mammuttien aikakaudelta yli 30 000 vuoden takaa. Virus löytyi Siperasta jäätyneestä maaperästä noin 30 metrin syvyydestä, mistä aikaisemminkin on löytynyt omalaatuisia, suuria viruksia.

Pithovirukseksi (kreikan kielen suurta syöntikulhoa merkitsevän sanan pithos mukaan) nimetystä löydöstä kerrottiin PNAS-julkaisussa helmikuun lopussa olleessa artikkelissa.

Virus on löytynyt ja sitä on elvytetty kansainvälisenä yhteistyönä, mutta varsinainen työ tehtiin Aix-en-Provencen yliopistossa eteläisessä Ranskassa. Siellä Jean-Michel Claverien tutkimusryhmä on tehnyt tutkimusta jättiviruksista jo pitkään ja he olivat löytäneet myös tätä ennen suurimman tunnetun viruksen, pandoraviruksen.

Nyt löytynyt uusi virus on erilainen ja noin 30% sitäkin kookkaampi: 1,5 mikrometriä pitkä ja 0,5 mikrometriä leveä. Se on niin kookas, että sen pystyy näkemään tavallisella mikroskoopilla.

Suuremmasta koostaan huolimatta siinä on vain viidesosa pandoraviruksen noin 2500 geenistä, ja niistä vain viisi on yhteisiä. Kyseessä on siis aivan omalaatuinen, primitiivinen virus.

Aiemmin virusten DNA:ta on harsittu kokoon osista keinotekoisesti, mutta nyt löytyneessä viruksessa tätä ei tarvinnut tehdä, vaan virus pystyttiin sulattamaan kokonaisena.

Jättivirukset olivat todennäköisesti aikoinaan samasta maaperästä löytyneiden ameeboiden harmina ja nytkin tämä virus pystyi tarttumaan ameebaan. Tämän pithoviruksen ei kuitenkaan ole havaittu olevan vaarallinen hiirille tai ihmisille, mutta ameeboille se on tappava.

Onkin mahdollista, että maaperän sulaessa ikijäähän jääneet virukset voisivat noin vain virota ja alkaa jälleen toimimaan. Siksi tutkijat muistuttavat, että mikäli Siperian jäisessä tundrassa työtä tekevät öljynporaajat ja kaikki muut sulavilla ikijääalueilla työskentelevät  sairastuvat omituisiin tauteihin, kannattaisi heidät laittaa karanteeniin välittömästi ja tutkia tarkasti mistä sairaus johtuu.

Erilaisten arkeologisten, geologisten ja paleontologisten sekä monien muiden historiallisten löytöjen ajoitus oli hankalaa aina vuoteen 1949 saakka, kun radiohiiliajoitus keksittiin. Sen keksimistä edelsi kuitenkin toinen löytö, jonka synty on helppo ajoittaa: hiilen radioaktiivinen isotooppi ¹⁴C löydettiin tänään 74 vuotta sitten.

Fyysikot Martin Kamen ja Sam Ruben olivat tyytyväisiä, kun Franz Kurien jo vuonna 1934 ennustama isotooppi pulpahti odotetusti esiin 27. helmikuuta 1940.

Löytö tehtiin Kalifornian yliopiston kuuluisassa Berkeleyn kampuksella sijaisevassa säteilylaboratoriossa, missä olivat maailman ensimmäiset syklotronit. Ernest Lawrence rakensi ensimmäisen sellaisen 1924 valmistaakseen keinotekoisia alkuaineita, isotooppeja, joita ei luonnossa ole sellaisinaan olemassa. Nämä isotoopit ovat käytännössä aina radioaktiivisia, sillä ne aktiivisuutensa vuoksi ne hajoavat toisiksi isotoopeiksi, eikä siksi niitä luonnosta juuri tavata. Koska työ oli fysiikan ja kemian rajamailla, ei Lawrence koskaan osannut sanoa onko hän ydinfyysikko vai ydinkemisti.

Parissa vuosikymmenessä Berkeleyssä kasvatettiin synklotronin halkaisijaa 11-tuumaisesta kolossaaliseen 60-tuumaiseen. Mitä suurempi halkaisija oli, sitä suurempiin energioihin sillä päästiin. 60-tuumaisen, siis 1,5 metriä halkaisijaltana olleen laitteen olennaisin osa oli 220 tonnia painanut voimakas magneetti, mihin korkeataajuuksista vaihtovirtaa syöttämällä saatiin aikaan sykkivä magneettikenttä, mikä sai tyhjökammiossa ympyrärataa kulkevat hiukkaset kiihtyvään liikkeeseen. Kierros kierrokselta hiukkasten energia kasvoi korkeammaksi.

Laite otettiin käyttöön vuonna 1939 ja eräät ensimmäiset sen kykyjä täysipainoisesti testailleet tutkijat olivat juuri Martin Kamen ja Sam Ruben. He saivat synklotronilla aikaan hiilen radioaktiivista isotooppia, missä oli ytimessä kuusi protonia ja 8 neutronia. Isotooppiluku määräytyy varauksettomien neutronien mukaan, ja siis tässä tapauksessa hiilen ytimessä oli 16 protonia ja neutronia.

Löydöllä oli kiinnostava epäsuora seuraus: fotosynteesin periaatteen löytyminen. Itse Lawrence usutti tutkijoitaan käyttämään hiilen uutta radioaktiivista isotooppia "johonkin hyödylliseen", ja biokemisti Melvin Calvin keksi ottaa sen avukseen, kun hän selvitti miten aineet kulkevat kasvien sisällä ilmakehästä hiilidioksidin muuttumisesta hiilihydraateiksi ja muiksi orgaaniksiksi aineiksi. Hän huomasi työryhmineen kuinka auringon valo saa klorofyllin "valmistamaan" orgaamisia aineita sen sijaan että hiilidioksidi olisi aktiivinen osallistuja prosessissa, kuten tuolloin vielä ajateltiin.

Sen lisäksi että Lawrence sai Nobelin vuonna 1939 syklotronin rakentamisesta ja keinotekoisten radioaktiivisten alkuaineiden keksimisestä, sai Calvin omansa vuonna 1961. Kaikkiaan viisi muuta Nobelia on saatu Berkeleyn atomimurskaimella (kuten sitä kutsuttiin), ja lisäksi se tuotti vielä ainakin yhden sellaisen epäsuorasti: Chicagon yliopiston luonnollisten ja keinotekoisten radioaktiivisten aineiden tutkija Willard Libby sai sen radiohiiliajoituksen periaatteen keksimisestä.

Radiohiiliajoitus

Hiili-14 oli siis kiinnostava aine, mutta erityisen kiinnostavaksi se nousi vasta vuonna 1949, kun Libby työryhmineen äkkäsi hiili-14:n esiintyvän luonnossakin. Sitä syntyy muun muassa ilmakehässä, kun kosminen säteily pommittaa happi- ja typpiatomeita. Ilmasta tämä ns. radiohiili ajautuu yhteyttämisen, hengittämisen ja ravintoketjun kautta kasveihin ja eläimiin.

Libby keksi, että kun kasvi tai eläin kuolee, niin sen radiohiilen saanti ilmakehästä tyrehtyy. Sen jälkeen mittaamalla yksinkertaisesti hiili-14:n määrää suhteessa siihen mitä vastaavassa elävässä kasvissa tai eläimessä on luonnollisesti, voidaan radiohiilen puoliintumisajan perusteella päätellä suoraan milloin se on elänyt.

Koska hiili-14:n puoliintumisaika on noin 5700 vuotta, puolet eliössä olleista radiohiiliatomeista hajoaa noin 5 700 vuodessa. Lopuista puolet hajoaa taas seuraavissa noin 5700 vuodessa ja jäljellä olevasta radiohiilestä puolet jälleen noin 5700 vuodessa. Ja niin edelleen. Tarkalleen ottaen kiili-14:n puoliintumisajaksi sanotaan 5730 ±40 vuotta, mikä kymmenistä tuhansista vuosista puhuttaessa on hyvin tarkka luku.

Suurin osa maapallolla olevasta hiilestä on sen perusmuotoa, hiili-12 -isotooppia. Sitä on noin 99% kaikesta hiilestä. Lopuista suurin osa on hiili-13 -isotooppia, kun radioaktiivista isotooppia hiili-14 on vain noin 0,0000000001%, eli noin triljoonasosan verran. Kemiallisesti hiilet eivät juuri eroa toisistaan, joten radioajoituksen lisäksi hiili-14 sopii mainiosti myös merkitsemiseen korvaamalla tavallista hiiltä aineissa tällä lievästi radioaktiivisella hiilellä.