Uudet termodynamiikan tulokset saattavat osoittaa, että hiukkasryhmien synty ja rakentuminen Maan kaltaisissa olosuhteissa onkin paljon oletettua tavallisempaa.
Miltä tuntuisi ajatus, että ainehiukkasten itseorganisoituminen olisikin yhtä luonnollista kuin kiven pyöriminen kalliolta alas? MIT:n professori Jeremy England on esittänyt termodynamiikkaan perustuvan teorian, joka sanoo, että kun ryhmä atomeja saa ulkopuolista energiaa jostain ja kykenee siirtämään ympäristöönsä lämpöä, ryhmä organisoituu monimutkaistuviksi rakenteiksi, jotka siirtävät lämpöä ympäristöönsä aina vain tehokkaammin.
Mitä on elämä? Ryhmä atomeja, jotka saavat energiaa ja siirtävät lämpöä ympäristöönsä.
Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan entropia kasvaa ajan kuluessa. Kuumat esineet jäähtyvät, ja lastenhuoneiden lattiat täyttyvät vähitellen leluista. Kun aika kuluu, energialla on taipumus levittäytyä tai hävitä tietystä systeemistä. Energian on yksinkertaisesti helpompi levitä kuin pysyä yhdessä paikassa. Palautumattomuus lisääntyy.
Maailmankaikkeudesta energia ei toki häviä, mutta maailmankaikkeutta pienemmistä yksiköistä kyllä. Teoriassaan England johti termodynamiikan toisen pääsäännön yleistyksen hiukkasjärjestelmille, jotka saavat ulkopuolista energiaa ja pystyvät siirtämään lämpöä ympäristöönsä. Yleistyksen pohjalta hän tarkasteli, miten tällaiset järjestelmät lisäävät todennäköisimmin entropiaansa. Todennäköisimmät hiukkasjärjestelmän konfiguraatiot osoittautuivat sellaisiksi, jotka absorboivat energiaa mainitusta ulkopuolisesta lähteestä ja siirtävät sitä lämpönä ulos mahdollisimman tehokkaasti. Nämä konfiguraatiot puolestaan ovat sellaisia, joissa hiukkaset ovat jollakin koordinoidulla tavalla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, vaikkapa kiinnittyneinä toisiinsa. Tämä tarkoittaa periaatteessa sitä, että esimerkiksi auringon valaisemat atomiryhmät valtameressä tai ilmakehässä organisoituvat itsekseen monimutkaisemmiksi rakenteiksi.
Myös kopioituminen, toisin sanoen jälkeläisten tuottaminen, saattaa olla seurausta tästä teoriasta, sillä kopioituminen on erittäin tehokas tapa napata lisää energiaa ja siirtää sitä lämpönä ulos. Jatkotutkimuksissaan England on osoittanut, että muun muassa RNA-molekyylien itsereplikoitumiseen liittyvät energiatasot tukevat teoriaa. Mielenkiintoista on, että teoria myös hämärtää elämän ja ei-elämäksi katsottavan toiminnan rajaa: turbulenttien nesteiden pyörteet kahdentavat itsensä, ja lisäksi on esitetty teoreettisia sekä simulointitutkimuksia ei-elävistä itsereplikoituvista mikrorakenteista.
Se miksi tämä ajattelu tuntuu vieraalta, johtuu siitä, että termodynamiikkaa on tähän asti käsitelty teoreettisesti pääasiassa suljetuissa järjestelmissä, jotka ovat lähellä tasapainoa. Avointen, kaukana tasapainosta olevien järjestelmien analyysi ei ole ollut termodynamiikan valtavirtaa. Alan tutkimusta on tehty, mutta tieteenhaarana ala on varsin esoteerinen eikä sitä ole pystytty aiemmin kunnolla nostamaan puheenaiheeksi.
England itse sanoo, että hänen teoriansa ei missään tapauksessa korvaa Darwinin luonnonvalintaa, mutta auttaa ajattelemaan laajemmin ja tarjoaa uudenlaisia ratkaisumalleja tietyille toistaiseksi selittämättä jääneille evoluutiobiologian ongelmille.
Kuten kaikilla uusilla tieteellisillä ajatuksilla, tälläkin teorialla on puolustajansa ja vastustajansa. Myös joukko aiempia tutkimuksia tehneitä tutkijoita on noussut vaatimaan osaansa kunniasta, mikäli sellaista lopulta jaetaan. England itse jatkaa sekä teoreettista että käytännöllistä tutkimusta, ja varmastikin myrskyisää argumentointia puolesta ja vastaan on odotettavissa. Se, onko England fysikaalisen elämän tuleva Darwin vai vain hyvä popularisoija, jää nähtäväksi.
Tuomas Raivio
Kirjoittaja on dosentti ja Gaian liiketoimintajohtaja, joka työskentelee riskienhallinnan ja arvioinnin parissa.
