Suhteellisuusteoria ja kaksosparadoksi

Aina joskus on kiva miettiä asioita, jotka menevät yli ymmärryksen. Esimerkiksi alkuräjähdys, avaruuden äärettömät mittasuhteet, suhteellisuusteoriaan liittyvät havainnot ja moni muu asia meitä ympäröivässä maailmassa herättävät ihmettelyn ja kunnioituksen sekaisia tunteita ja saavat ajattelemaan Jumalan suuruutta. 

Sillä minun ajatukseni eivät ole teidän ajatuksianne, eivätkä teidän tienne ole minun teitäni, sanoo Herra. Vaan niin paljon korkeampi kuin taivas on maata, ovat minun tieni korkeammat teidän teitänne ja minun ajatukseni teidän ajatuksianne (Jes. 55:8-9)

Albert Einstein julkaisi erityisen suhteellisuusteorian ( = suppea suhteellisuusteoria) vuonna 1905. Hän esitteli siinä uudenlaiset käsitykset avaruudesta ja ajasta. Tätä teoriaa sanotaan 'suppeaksi', koska  Einstein julkaisi myöhemmin laajemman yleisen suhteellisuusteorian, joka käsittelee myös gravitaatiota. 

Einsteinin esittämät perusväittämät ovat:

• Suhteellisuusperiaate, jonka mukaan fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalijärjestelmissä eli tasaisessa liikkeessä olevissa koordinaatistoissa, toisin sanoen tasaisessa liikkeessä oleville havaitsijoille. Periaatteen mukaan millään kokeella ei voida osoittaa, onko havaitsija levossa vai tasaisessa liikkeessä.
• Valon (tai muun sähkömagneettisen säteilyn) tyhjiönopeus on sama kaikissa inertiaalikoordinaatistossa, eikä riipu valon lähteen ja havaitsijan keskinäisestä nopeudesta.

Perusväittämistä seuraa useita käytännön järjelle outoja asioita, kuten

• Ajankulku on suhteellista ja suhteellisesti liikkuvan aika kuluu hitaammin (aikadilataatio).
• Tarkkailijan suhteen liikkuva kohde 'litistyy' liikesuunnassa. Myöskin etäisyydet kutistuvat, siten esim. avaruusraketin kannalta sen kulkema matka on lyhempi kuin maasta mitattuna (pituuskontraktio).
• Samanaikaisuuden suhteellisuus: Vastaus kysymykseen, ovatko kaksi eri paikoissa tapahtuvaa tapahtumaa samanaikaisia vai ei, riippuu havaitsijan liiketilasta.

Suhteellisuusperiaatteen mukaan on siis niin, että jos A  liikkuu B.n suhteen, niin asiaa voidaan katsoa niinkin, että B liikkuuu A:n suhteen. Molemmat voivat odottaa samanlaisia seurauksia mittaustuloksiin, esim. ajan hidastumiseen.

Ajan hidastuminen voi kuitenkin olla myös epäsymmetristä. Siitä esimerkki on tunnettu kaksosparadoksi. Siinä kaksosista toinen lähtee avaruusmatkalle hyvin suurella nopeudella vaikkapa kaukaiseen tähteen ja palaa sitten maapallolle. No niin kummallista asiaa ei tässä tilanteessa huomata, että molempien aika olisi kulunut hitaammin, kun verrataan kelloja maapallolla matkan jälkeen, mikä olisikin tietysti mahdotonta. Mutta kummallinen on sekin havainto, että huomataan avaruusmatkan tehneen kaksosen ajan kuluneen hitaammin. Hän ei ole siis vanhentunut yhtä paljon. Miksi tapahtuu näin, vaikka asiaa voitaisiin tarkastella niinkin, että maapallo ja siellä ollut kaksonen ( + tähti) liikkui avaruusmatkaajan suhteen ja ajan olisi silloin pitänyt kulkea suhteellisesti hitaammin maapallolla... Tästä pähkinä on saanut nimen kaksosparadoksi (t. kelloparadoksi). Kyseessä ei kuitenkaan ole todellinen ristiriita suhteellisuusteorian kanssa. 

Piirros: Ester T. 2021

Aikadilataatio on havaittu kokeellisesti esim. lennätettäessä äärimmäisen tarkkoja kelloja ja verrattaessa niitä maan pinnalla pysyneisiin kelloihin. Myöskin GPS-satelliiteissa aikadilataatio täytyy ottaa huomioon - sekä liikkeestä syntyvä suppean suhteellisuusteorian piiriin kuuluva, että gravitaation aiheuttama, joka kuuluu yleisen suhteellisuusteorian puolelle.

Koitan pitäytyä asiasisällön suhteen lähteisiin mahdollisimman hyvin, koska olen aivan maallikko näissä jutuissa. Piirtämäni kaaviot perustuvat netistä löytämiini valmiiksi laskettuihin esimerkkeihin.

Lorentz-kerroin

Lorentz-kertoimen kaava on hyvä ottaa esille, ennen kuin mennään esimerkkiin. Aikadilataatio ja pituuskontraktio saadaan jakamalla "paikallaan" olevan koordinaatiston aika tai pituus tällä tekijällä. Kaava on yksi seuraus Hendrik Lorentzin sähkömagneettisia kenttiä koskevista tutkimuksista ja oleellinen osa suhteellisuusteoriaa. Lorentz-kerrointa merkitään usein merkillä γ (gamma). Se on aina >= 1 ja lähenee ääretöntä nopeuden (v) kasvaessa hyvin lähelle valon nopeutta (c).

 

Avaruusmatka

Tutkitaan esimerkkinä seuraavanlaista versiota "kaksosista": Maahan jäävän (Matti) mielestä tähteen on matkaa 3 vv, nopeudella 3/5 c se kestää 5 vuotta. Avaruusmatkaaja (Aava) huomaa liikkeelle lähdettyään kuitenkin, että hänen mitatessaan matka on 2.4 vv ja kestää 4 vuotta, molemmat arvot pienentyvät Lorentz-kertoimen määräämällä tavalla.  Lorentz-kerroin γ on tässä tapauksessa 5/4, desimaalilukuna 1.25. Matkaajan kello hidastuu tekijällä 1/γ = 4/5.  

Matemaatikko Hermann Minkowski kehitti kätevän tavan tarkastella tämäntapaisia asioita. Oheisessa diagrammissa liikutaan helppouden vuoksi kaksiulotteisessa aika-avaruudessa, jossa on vain aika-akseli pystyakselina ja etäisyyttä kuvaava x-akseli vaaka-akselina. Valitaan mittayksiköiksi vaaka-akselille valovuosi ja pystyakselille vuosi yhtä pitkin jakovälein. Maahan jäävä kaksonen liikkuu ainoastaan pystyakselilla (aika kuluu), avaruusmatkaaja myös x-akselin suuntaisesti. Tällaisella kaaviolla on sekin ominaisuus, että siihen piirretyn valonsäteen reitti on aina pystyakseliin nähden +/- 45 asteen kulmassa oleva suora, valohan etenee vuodessa yhden valovuoden.

Koordinaatiston pystyakselilta näkyy, että edestakainen matka vie Matin mielestä 10 vuotta. Vaaka-akseli kertoo, että tähteen on Matin mielestä matkaa 3 valovuotta. Aavan edestakainen avaruusmatka näkyy kahtena mustalla piirrettynä vinona suorana, jossa matka tähteen on merkitty 4 vuoden kestoiseksi, samoin paluu, yhteensä 8 vuotta. (Sitä, että matkaajan mielestä etäisyys tähteen on 2.4 vv, ei ole merkitty).

Himmeän harmaina vaakaviivoina on merkitty "samanaikaisuus" Matin mielestä. Ne saadaan suoraan Lorentz-kertoimella - esim. Matin vuotta 2 vastaa Aavan vuosi 2/1.25 = 1.6.  Matin mielestä Aavan aika kuluu koko ajan hitaammin kuin hänellä.

Mutta Aava voi suhteellisuusperiaatteen mukaan nähdä asian niinkin, että Matti on se, joka liikkuu ja Matin kellon tulisi hidastua. Aava voisi laskea samaan tapaan Lorentz-kertoimella ja sanoa heti lonkalta, että kun hänellä on kulunut 2,5 vuotta, Matilla on kulunut 2 vuotta. Kun kuitenkin matkan lopputulos on se, että Aavan päivyrissä on kulunut kaksi vuotta vähemmän, tämä voisi herättää jossakussa vaikkapa hienoisia epäilyksiä. Onko Aavalla mitään väitteensä tueksi ja miten tämä homma oikein kokonaisuudessaan menee?

Asiaa voidaan tutkia valon nopeudella etenevien viestien vaihdolla: 

Aava lähettää Matille viestin matkustettuaan oman kellonsa mukaan tasan puoli vuotta (sininen nuoli). Valon nopeudella etenevä viesti saapuu Matille, kun Matin kellossa on kulunut 1 vuosi. Matti lähettää välittömästi Aavalle viestin: "Sain viestisi tasan vuonna 1" (punainen nuoli). Kuittaus saavuttaa Aavan, kun Aavan kellossa on kulunut kaksi vuotta. Koska Aava voi pitää Mattia liikkeellä olevana osapuolena ja kuittaus lähti heti takaisin, eli viestin paluumatka näin katsoen olisi sama, Aava järkeilee seuraavasti: Viesti lähti Aavan vuonna 0.5 ja kuittaus tuli Aavan vuonna 2, joten ihan yksinkertaisella matematiikalla Aava laskee, että Matti oli lähettänyt kuittauksen näiden puolivälissä Aavan kellosta katsoen, eli (0.5 + 2)/2 = 1.25 Aavan aikaa. Mutta Matin viestissä luki "Sain viestisi tasan vuonna 1". Siis Aava sai mittaustuloksen, että Matin aika on hidastunut. Ja hidastuminen täsmää vieläpä Lorentzin kertoimen antamaan tulokseen (1.25/γ = 1.25/1.25 = 1). Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 1.25 - 1 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Samalla tavalla käy Aavan vuonna yksi lähettämälle viestille. Matti saa sen omana vuonnaan 2 ja kuittaus tulee perille Aavan vuonna 4. Aava laskee (1+4)/2 =2.5, mutta Matin ilmoittama aika oli 2 vuotta. Sama suhde taas. Tosiaan siis ainakin alkumatkasta Aava saa  tällaista tukea väitteelle, että Matin aika hidastui häneen nähden. Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 2.5 - 2 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Mutta seuraavalla kerralla tuleekin mielenkiintoinen tulos. Aava lähettää viestin juuri lähtiessään paluumatkalle, oman kellonsa mukaan vuonna 4. Viesti tulee perille Matin vuonna 8. Matin kuittaus tulee perille Aavan vuonna 7, sisältäen taas "Sain viestisi vuonna 8". Aava laskee (4+7)/2 = 5.5. Nyt Matin kello onkin kummasti "kirinyt" ja mennyt jopa ohi. Matin vuotta 8 vastaa Aavan ajankohta 5.5 v. Matin kello on 2.5 vuotta edellä!

Mutta tästä eteenpäin loppumatkalla Aava huomaa, että ero tasoittuu hieman. Aavan vuonna 6 lähettämä viesti tulee Matille tämän vuonna 9 ja kuittaus perillä Aavan vuonna 7.5. Vastaavuudeksi tulee: Matti 9, Aava 6.75, joten ero on nyt enää 2.25 vuotta. Ja lopulta, kun Aava on takaisin maassa, ero on tasan 2 vuotta

Siis yhteenvetona: Alkumatkalla ja loppumatkalla Aava voi tosiaan mitata, että Matin kello hidastuu ihan suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kuitenkin siinä välissä Matin kellossa kuluu huomattavasti enemmän aikaa kuin hänen kellossaan. Ja näin molemmat kaksoset saavat saman tuloksen loppujen lopuksi, matkaajan kellossa on kulunut vähemmän aikaa kuin maapallolle jääneen kaksosen. 

 

Ei siis saatu ristiriitaisia lopputuloksia, vaikka matkan varrella näkökulma onkin aika erilainen ja mittaukset antavat aika mielenkiintoisia tuloksia. 

Mitä kaksoset näkevät?

Näkeminen on eri asia kuin mittaukset ja laskelmat. Kuvitellaan, että Matti ottaa joka vuosi ajanottolaitteestaan digikuvan ja lähettää sen valon nopeudella etenevän viestin mukana Aavalle. Samoin Aava Matille. Miltä tilanne silloin näyttää kaksosten mielestä? 

Siinä käy niin, että menomatkalla Aava saa vain kaksi digikuvaa, vuodelta 1 ja 2. 

Paluumatkalla Aava saa kaikki loput kahdeksan digikuvaa puolen vuoden välein, yhteensä kymmenen.

Matti saa ensimmäiset neljä viestiä myös harvakseen, kahden vuoden välein. Loput neljä tulevat puolen vuoden välein, yhteensä kahdeksan. 

Matkaajan ajan hidastuminen tulee tällä tavalla konkreettisesti esiin. Matti saa Aavalta vain kahdeksan viestiä, mutta Aava Matilta kymmenen. Doppler-ilmiön johdosta menomatkan aikana viestit tulevat 'harventuneesti', paluumatkan aikana 'tihentyneesti'. Tarkkaan ottaen tässä yhteydessä puhutaan suhteellisuusteoreettisesta Doppler-ilmiöstä, jossa on mukana aikadilataatio.

 

Miksi siis?

Mutta miksi siis tilanne on epäsymmetrinen, miksi matkaajan kellossa todellakin kuluu vähemmän aikaa, eikä toisinpäin?  

Syyksi voidaan antaa juuri se, että Aava vaihtoi inertiaalikoordinaatistoa matkan aikana. Itse asiassa jo alussakin. Silloin ei ollakaan siinä perustilanteessa, josta erityinen suhteellisuusteoria lähtee liikkeelle. Entäpä se vastaväite, että voitaisiinhan tämä esimerkki tulkita maapallon ja tähden edestakaiseksi matkaksi, ja ainakin piirtää vastaava diagrammi, missä maapallo ikäänkuin vaihtaa inertiaalikoordinaatistoa? Tähän voidaan sanoa, että maapallo ei kuitenkaan todellisuudessa vastustanut jatkavuuden lakia kuten raketti teki liikkeelle lähtiessään ja vaihtaessaan liikesuuntaa. Maapallo ei oikeasti vaihtanut inertiaalikoordinaatistoa.  

Einsteinin kellot

Yksinkertaisimmillaan (ja toisaalta ehkä vielä vaikeatajuisempana) kaksosparadoksi, josta käytetään myös nimeä kelloparadoksi, löytyy Einsteinin vuonna 1905 julkaisemasta tieteellisestä artikkelista, jossa hän esittelee suppean suhteellisuusteorian (suomennos minun):

Jos koordinaattijärjestelmän K pisteissä A ja B on kellot, jotka ovat synkronissa [samassa ajassa] tässä paikallaan olevassa järjestelmässä; ja jos kello A siirtyy nopeudella V A:n ja B:n välistä suoraa pitkin kohtaan B, niin kun se tulee perille, nämä kaksi kelloa eivät enää ole synkronissa, vaan A:sta B:hen liikkunut kello on jäljessä siitä kellosta, joka pysyi kohdassa B.

Tästä herää heti kysymys: Mihin häviää "se toinen" aikadilataatio? Se, että B:n ajan olisi pitänyt kulua hitaammin, jos asiaa tarkasteltaisiin siltä kannalta, että B liikkui A:n luo. 

Eräässä nettikeskustelussa minulle selitettiin asiaa tähän tapaan: "Kun kello A lähtee liikkeelle, sen uudesta liikkuvasta koordinaatistosta katsoen kello B on mennyt edelle. Kellon A kannalta lähenevä kello B käy sen jälkeen hitaammin, mutta ei kuitenkaan niin hitaasti, että kellon B etumatka täysin häviäisi. Lopussa kello A on siis vielä jäljessä. "

 

Tälle saataisiin tukea mittauksilla samaan tapaan kuin kaksosparadoksin paluumatkalla. Jos kellojen luota lähetettäisiin viestejä ja vastausviestejä kellonajoista, niin A-kellon mukana liikkuva havainnoitsija voisi olettaa, että kello B on liikkeellä, eivätkä mitkään mittaukset tasaisen liikkeen aikana olisi ristiriidassa sen kanssa. Kello B näyttäisi käyvän hitaammin, mutta samalla periaatteella laskiessa syntyy myös päätelmä, että se oli alussa "hypähtänyt" edelle.  

Se, että kellon A aika lopulta kului kaikenkaikkiaan hitaammin, johtuu siitä, että se vaihtoi inertiaalikoordinaatistoa, lähti liikkelle.

Entä miltä tilanne näyttäisi havainnoijille? Jos kellon B luota alettaisiin A:n liikkeelle lähtiessä lähettää videokuvaa kellonajasta (valon nopeudella) A:n suuntaan, niin kellon A mukana liikkuva tarkkailija ei ensin näkisi vähään aikaan mitään (kuva ei ehdi heti perille) ja sitten näkisi kellon B viisarin lähtevän liikkeelle 0:sta alkaen tasaisella vauhdilla, ilman "hypähdyksiä",  mutta nopeammin kuin A-kello ja kirien lopulta ohi. Myös kellon B luona oleva tarkkailija näkisi samanlaisen ilmiön, mutta sillä erolla, että kello A ei "kirisi ohi", vaikka näyttäisi käyvän nopeammin sitten kun kuva alkaa näkymään, vaan jäisi vielä lopuksikin jälkeen. Näin päättelen, kun katselen kappaleessa "Mitä kaksoset näkevät" esitetyn kaavion yläosaa, paluumatkan osuutta. 

Lähteitä ja linkkejä:

Professori (emer.) Kari Enqvist, Paluu kaksosten paradoksiin 

Wikipedia: Twin paradox 

Maailmankaikkeuden koko

Eräs toinen pohdiskelija esitti piristävän kysymyksen, joka sai pään sopivasti pyörälle. Asia liittyy jossain julkaisussa olleeseen uutiseen, jossa puhuttiin kvasaarista, jonka valo on lähtenyt meitä kohti 12 mrd vuotta sitten. Tämä oli antanut hänelle aiheen ihmetellä sitä, miten valolta on kestänyt niin kauan ehtiä tänne, koska maailmankaikkeus kai tuolloin oli vielä aika pieni - ottaen huomioon, että sen iäksi arvioidaan noin 13.8 mrd vuotta.

Taiteilijan näkemys kaukaisesta kvasaarista, jonka
ytimessä on valtava musta aukko, massaltaan 2
miljardin auringon suuruinen (Wikimedia).

Tätä kun avaruusjuttuihin perehtymättömänä yritti miettiä, ei meinannut tulla googlaamallakaan asiaan oikein selkoa. Niinpä kysyin asiaa teoreettisen fysiikan professori Kari Enqvistilta. Hän ystävällisesti vastasi maallikolle sopivalla tyylillä ja käyttäen pyöreitä lukuja. Vastaus selkeytti huomattavasti solmuun menneitä ajatuksia:

Termillä "maailmankaikkeuden koko" tarkoitetaan tavallisesti meille näkyvän maailmankaikkeuden kokoa eli avaruuden osaa, josta valo on ehtinyt tulla maapallolle. Maailmankaikkeus itsessään voi olla vaikka ääretön. Valo on alkuräjähdyksestä lähtien ehtinyt kulkea 14 miljardia vuotta, mutta samalla maailmankaikkeus on laajentunut niin, että näkyvän maailmankaikkeuden koko nyt ei suinkaan ole 14 miljardia valovuotta vaan osapuilleen 45 miljardia valovuotta (luku riippuu avaruuden laajenemisnopeudesta).

Vastaavasti galaksi, josta valo lähti liikkeelle 12 miljardia vuotta sitten, ei ollut meistä 12 miljardin valovuoden etäisyydellä vaan paljon lähempänä. Laajenemisen ansiosta siltä kului matkan taittamiseen tuo 12 mrd vuotta.

Siis laajeneminen todellakin hidastaa valon perillepääsyä kaukaisesta galaksista, vaikka mitattu valon nopeus on aina sama riippumatta siitä, onko mittaaja liikkumassa kohti saapuvaa valoa vai poispäin siitä. Tämä valon nopeuden vakiona pysyminen oli tutumpi juttu, mutta se, että laajeneminen kuitenkin vaikuttaa kuvatulla tavalla, oli uutta.

Rusinapullan paisuminen taikinan noustessa 

on tunnettu analogia maailmankaikkeuden

laajenemiselle (Wikimedia).

Samalla selvisi, mitä tarkoitetaan havaittavan maailmankaikkeuden koolla. Me voimme havaita kaukaisimmista kohteista lähtenyttä valoa, joka on ollut matkalla yli 13 mrd vuotta. Tästä voidaan laskea laajenemisnopeuden perusteella, miten kaukana nuo kohteet nyt ovat. Kaukaisimmat siis noin 45 mrd valovuoden päässä, jolloin koko havaittavan maailmankaikkeuden halkaisijaksi tulee luokkaa 90 mrd valovuotta. Vaikka niiden nykytilaa ei voida nyt nähdä, voidaan kuitenkin sanoa, että ne kuuluvat havaittavaan maailmankaikkeuteen - niistä on joku havainto kuitenkin, vaikkakin "melko kauan" sitten liikkeelle lähteneeseen valoon perustuva.

Nisäkkäät saavat tilaisuuden

66 miljoonaa vuotta sitten tapahtui suuri eliölajien joukkotuho, joka hävitti mm. dinosaurukset kokonaan. Sen aiheutti ilmeisesti Jukatanin niemimaalle iskeytynyt suuri asteroidi, vaikka muitakin samanaikaisia tekijöitä saattoi olla mukana (tästä enemmän artikkelissa Tuli ilta ja tuli aamu). Katastrofin jälkeinen maailma muotoutui melkoisen erilaiseksi, kuin edeltävä aika. Nisäkkäät pääsivät merkittävämpään asemaan. Paljon uusia ja kookkaampiakin lajeja ilmaantui suhteellisen lyhyessä ajassa täyttämään tyhjiä ekologisia lokeroita.  

Tässä jutussa olen yrittänyt joihinkin esimerkkeihin tutustumalla saada hieman käsitystä, minkälaisia nisäkkäitä on fossiilien perusteella elänyt ensimmäisen 10 miljoonan vuoden aikana "ison jytkyn" jälkeen, eli noin 66 - 56 mvs. Aikakautta nimitetään paleoseenikaudeksi (paleoseeni on laajemman paleogeenikauden ensimmäinen jakso, muut ovat eoseeni ja oligoseeni). 

Löytämissäni aihetta käsittelevissä artikkeleissa kerrotaan mm., että paleoseenikauden nisäkkäiden sukulaisuussuhteet ja yhteys nykyisiin nisäkäslahkoihin on paljolti selvittämättä. Ja tosiaan monet näistä eläimistä vaikuttavat omanneen aika erikoisia yhdistelmiä erilaisten meille tuttujen nisäkäsryhmien piirteistä.

Purgatorius

Nobu Tamuran näkemys lajista Purgatorius unio (Kuva Wikimedia) 

Purgatorius on nisäkässuku, jonka osittaisia fossiileja on löytynyt jo paleoseenikauden alusta. On käyty pitkään keskustelua, voitaisiinko purgatorius luokitella varhaiseksi kädelliseksi vai ainoastaan läheiseen ryhmään. Ilmeisesti tällä hetkellä jälkimmäinen kanta on voitolla. Ne olivat ilmeisesti noin rotan kokoisia eläimiä, joiden nilkan rakenne vaikuttaa olleen samantapainen kuin kädellisillä ja mahdollistaneen puissa liikkumisen. Hampaiden perusteeella nämä eläimet söivät hyönteisiä ja hedelmiä. Löydetty fossiiliaineisto näyttää toistaiseksi koostuvan hampaista, leukaluun osista ja nilkkaluista, joten näitä lajeja ei tunneta vielä kovin hyvn.  

Plesiadapis

Plesiadapis cooki:n  ennallistettu luuranko Belgian
luonnontieteellisessä museossa (Kuva Wikimedia)

Plesiadapis tricuspidens (Wikimedia)

Plesiadapis on 58-55 mvs, eli paleoseenin loppupuolella ja eoseenin alussa, Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa elänyt kädellisiä muistuttava nisäkässuku. Siitä on saanut nimensä luokittelu plesiadapiformes, johon luetaan kädellisten lisäksi muitakin läheisiä nisäkäsryhmiä. Fossiileja on löytynyt useista paikoista, mm. Ranskan Menat:ista lähes koko luurangon käsittävä (tosin luuston ykstiyiskohdat eivät ole ko. tapauksessa kovin hyvin säilyneet).

Nykyisistä kädellisistä poiketen silmät olivat sivuilla. Kuono oli melko pitkä. Ruokavalio on hampaistosta päätellen mahdollisesti koostunut hedelmistä ja siemenistä, mutta myös kaikkiruokaisuuteen viittaavia piirteitä oli. Etuhampaat olivat melko pitkät. Useat rakenteen yksityiskohdat viittaavat elämiseen enimmäkseen puissa. Painon on laskettu olleen reilu 2 kg, pituus noin 75 cm.

Ectoconus

Kuva Flickr Internet Archive Book Images

Ectoconus on yksi parhaiten tunnetuista paleoseenikauden nisäkkäistä. Siitä on löytynyt lähes täydellisiä fossiloituneita luurankoja New Mexicon osavaltion alueelta USA:sta, paleoseenikauden ensimmäisille vuosimiljoonille ajoitetuista kerrostumista. 

Ectoconus oli vankkarakenteinen, lampaan kokoinen kasvissyöjä. Aivotilavuus oli pieni, raajat lyhyet ja vahvat, häntä pitkä. Sen jaloissa oli viisi varvasta, joissa oli kaviomainen pää. Lantion rakenteesta on päätelty, että se synnytti pitkälle kehittyneitä poikasia ja oli siitä päätellen varhainen istukallisten nisäkkäiden edustaja.

Barylambda

Barylambda oli varsin erikoinen, kookas nisäkäs, jonka fossiileja on löytynyt Pohjois-Amerikasta noin ajalta 60-50 mvs, eli paleoseenikauden keskivaiheilta eoseenikauden alkupuolelle. Tällä hetkellä on tunnistettu kolme eri lajia tästä suvusta. 

B. faberi:n luuranko, The Field Museum of
Natural History, Chicago. (Wikimedia)

Tämän tapaiselta B. faberi on voinut näyttää (Wkimedia)

Hampaiden perusteella barylambda oli kasvissyöjä. Poskihampaat sopivat jauhamiseen, eivät leikkaamiseen kuten lihansyöjillä usein, ja ainoastaan uroksilla oli suuret kulmahampaat. Vartalon pituus häntä mukaanluettuna oli noin 2.5 metriä, painon arvioidaan olleen noin 650 kg. Pää oli suhteellisen pieni. Hännän luusto oli silmiinpistävän vahva. On arveltu, että se saattoi kohottautua pystyasentoon hännän ja takajalkojen varassa tavoitellakseen ravintoa korkealta.

Arctocyon

Arctocyon primaevus -fossiili luonnonhistoriallisessa
museossa Pariisissa (Kuva Wikimedia).

Taiteilijan rekonstruktio (Wikimedia)

Arctocyon ( = "karhukoira") oli kaikkiruokaisten maanisäkkäiden suku, jonka fossiileja on löytynyt ajalta 61.3 - 56.8 mvs Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta. 

Arctocyonit olivat todennnäköisesti kanta-astujia. Suvun lajien koko vaihteli suuresta koirasta pieneen karhuun. Jalat olivat vahvat ja melko lyhyet ja varpaiden päät olivat kaviomaiset, eivät siis terävän kynsimäiset. Kallo oli pitkulainen ja vankka ja leukalihakset voimakkaat. 

Hampaiden rakenne oli outo sekoitus lihansyöjillä ja kasvissyöjillä tavattuja tyyppejä. Poskihampaat olivat lujat ja ruoan hienontamiseen sopivat, kuten karhulla. Kulmahampaat olivat erityisen pitkät, torahammasmaiset. Etuhampaat taas näyttivät sopivan vaikkapa kasvien lehtien poimimiseen. 

Multituberculata

Multituberculata oli erittäin hyvin menestynyt nisäkäslahko ja siksi hyvä mainita, vaikka ne ovatkin varhainen ja hävinnyt nisäkkäiden haara. Fossiileja löytyy 130 miljoonan vuoden ajalta, alkaen jurakaudelta aina eoseenikaudelle ja jopa seuraavan oligoseenikauden alkuun. Niiden monimuotoisuus oli suurimmillaan varhaisella paleoseenikaudella, mutta kauden puolivälissä niiden määrä alkoi kuitenkin vähetä. Lajeja tunnetaan yli 200, koko vaihteli hiiren kokoisesta majavan kokoiseen. Jotkut lajit olivat sopeutuneet puissa elämiseen oravan tavoin, toiset elivät maakoloissa.

Yhteisenä piirteenä näillä oli ulkoisesti jyrsijämäinen hampaiston rakenne. Suuret etuhampaat, joita erotti poskihampaista selvä väli. Hampaat eivät kuitenkaan olleet jatkuvasti kasvavat kuten nykyisillä jyrsijöillä, vaan vaihtuivat välillä uusiin.  Poskihampaiden erityispiirteenä se, että niissä oli nystermiä useassa rivissä, tästä tulee lahkon nimikin (lat. tuber = muhkura tms.).  

Pari esimerkkiä lahkon suvuista ja lajeista:

Nobu Tamuran piirros Ptilodus mediaevus -lajin kallosta (Wikimedia)

Pohjois-Amerikassa paleoseenikaudella esiintyneen Ptilodus -suvun lajit elivät jalkojen rakenteesta ja pitkästä hännästä päätellen pääosin puissa oravien tapaan. Suuruusluokka vaihteli 30-50 cm välillä. 

Taiteilijan näkemys Taeniolabis taoensis -lajista (Wikimedia)

Kookkaimmat multituberculata -lahkon jäsenet kuuluivat sukuun Taeniolabis. T. taoensis saattoi painaa jopa yli 100 kg. Niiden fossiileja on löytynyt väliltä 65-64 mvs Pohjois-Amerikasta.

Sinonyx

Sinonyx jiashanensis. Museo delle Scienze, Trento, Italia (Wikimedia)

Sinonyx oli noin suden kokoinen ja pikaisesti katsoen sitä rakenteeltaan muistuttava lihansyöjä, joka tunnetaan paleoseenikauden lopulta Kiinasta (noin 56 mvs). Sen katsotaan olleen varvasastuja. Varpaiden päissä oli pienet kaviot, ts. sarveisainerakenteet, joiden varaan eläimen paino tuli. Siis sekä kavio/sorkkaeläinten että petoeläinten piirteitä samassa lajissa! 

Phenacodus

Phenacodus oli nisäkässuku, joka tunnetaan paleoseenikauden lopulle ja eoseenikauden alkupuolelle ajoitetuista fossiileista Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta.

P. primaevus, American Museum of Natural History (Wikimedia)

Phenacodus, Charles R. Knightin maalaus (Wikimedia)

Tämän suvun edustaja P. primaevus oli noin 1.5 metrin pituinen ja saattoi painaa 50-60 kg. Kiinnostavaa siinä on se, että se oli juoksemiseen sopeutunut varvasastuja, jonka viidestä varpaasta keskimmäinen oli pisin ja eläimen paino tuli lähinnä keskimmäisen ja kahden sen viereisen varpaan varaan. Lisäksi varpaiden päät näyttävät olleen kaviomaiset. Tutkijat ovat pohtineet mahdollista yhteyttä kavioeläimiin. Ilmeisesti tällä hetkellä phenacodusta ei kuitenkaan pidetä niiden suorana esi-isänä, vaikka se voi olla hyvin samantapainen tai jopa läheinen laji noille esi-isille.

Hampaat viittasivat kaikkiruokaisuuteen. Kulmahampaat olivat hyvin kehittyneet, mutta poskihampaat olivat ainakin osittain sopeutuneet kasviravinnon käyttämiseen. Selkäranka oli hieman "köyry". 

Linkkejä:

Paleocene mammals of the world, Martin Jehe

Scienticic American, How Mammals Conquered the World after the Asteroid Apocalypse

The Conversation, A fossil baby helped scientists explain how mammals thrived after the dinosaur extinction - new research

Encyclopædia Britannica, Phenacodus

Mitä tarkoittaa "Evolutionary Creation" ?

Francis Collins
(Wikimedia)

"Evolutionary Creation" on BioLogos-järjestön käyttämä termi, jolle on vaikea keksiä sen parempaa suomennosta kuin evolutionaarinen (tai evolutiivinen) luominen. Käsite kertoo siitä, että he näkevät evoluution Jumalan luomistyönä. Järjestön tarkoituksena on edistää näkemystä, jonka mukaan kristillinen usko ja tiede ovat sopusoinnussa keskenään. Mukana olevat tiedemiehet ja -naiset ovat aivan tavallisia tieteen harjoittajia sillä täsmennyksellä, että heillä on kristillinen elämän­katsomus. Kyse ei siis ole mistään 'erilaista tiedettä' harjoittavien tai puolustavien henkilöiden yhdistyksestä ja evoluutio­tutkimuksessakin he arvostavat ihan normitieteen menetelmiä ja tuloksia. Järjestön toimintaan osallistuu luonnontieteilijöiden lisäksi myös mm. teologeja, filosofeja ja historian asiantuntijoita.

Järjestön perustaja Francis Collins on yhdysvaltalainen lääkäri ja geneetikko. Hän on toiminut Human Genome Projektin johdossa ja on vuodesta 2009 alkaen ollut Yhdysvaltain terveysviraston (National Institutes of Health) pääjohtajan virassa.

Francis Collins käytti termiä BioLogos vaihtoehtona termille teistinen evoluutio vuonna 2006 julkaistussa kirjassaan The Language of God. Lopulta termistä BioLogos tuli kuitenkin nimi järjestölle ja he käyttävät nyt termiä Evolutionary Creation kuvaamaan näkemystään Jumalan luomistyöstä.

Esittelen seuraavassa tiivistetysti, miten he määrittelevät tämän näkemyksen ja uskonsa. Nämä ovat peräisin heidän sivuiltaan löytyvästä tekstistä "What is evolutionary creation?", johon löytyy linkki lopusta. Käytän lyhennettä EC, kuten heidänkin sivuillaan usein tehdään. Käännökset eivät ole sanatarkkoja (esim. eivät ole 'me' muodossa), mutta yritin olla muuttamatta ajatusta. Ensin perusasiat: 

Jumala on luonut kaiken ja ylläpitää kaikkea. Jumalalla on luomisessa tarkoituksensa, aivan kuin meidän elämässämmekin. Jumala on kolmiyhteinen, Jeesus täysi ihminen ja Jumala ja Jeesus on noussut kuolleista. Ihminen on luotu Jumalan kuvaksi, mutta kaikki ihmiset ovat syntisiä. Ihminen pelastuu Jumalan armosta yksin uskon kautta Kristukseen.

Sitten evoluutiosta:

EC-näkemyksen mukaan evoluutioteoria on paras tieteellinen selitys sille, miten elämä maapallolla on muuttunut aikojen kuluessa. Biologiassa evoluutiolla tarkoitetaan lajien polveutumista toisistaan vähittäisen muuttumisen kautta. Siihen sisältyy ajatus, että kaikki lajit ovat polveutuneet yhteisestä esi-isästä. Siksi EC-näkemyksessäkin hyväksytään tieteellinen todistusaineisto siitä, että kaikki elämä maapallolla on sukua toisilleen, myös ihmiset. Tämä näkemys ei kuitenkaan mitätöi Raamatun opetusta meissä olevasta Jumalan kuvasta. 

Miksi BioLogos järjestö ei sitten käytä termiä "teistinen evoluutio"? Sitä he selittävät tällaisilla perusteluilla:

He haluavat korostaa ensinnäkin olevansa perimmmiltään kreationisteja [oikein ymmärrettynä, suom. huom.]. Jumala loi kaiken. Sana 'evolutionary' on vain luomista kuvaileva määre, jossa samalla ilmaistaan evoluutioteorian hyväksyminen parhaana tieteellisenä selityksenä elämän moninaisuudella ja yhteisille piirteille. 

Toisekseen termi "teistinen evoluutio" on heidän mielestään eräässä mielessä hiukan ongelmallinen. Eihän puhuta "teistisestä kemiasta" tai "teistisestä fysiikasta". Tuontapaiset termit voisivat viitata jonkinlaiseen erityiseen versioon tieteellisistä tosiasioista. BioLogos-järjestössä hyväksytään se, että tieteen menetelmät Jumalan luomistyön tutkimisessa ovat tehokkaita. Mutta kun katsellaan tieteen paljastamia asioita uskon silmälasien läpi, voidaan saada vielä täydellisempi kuva todellisuudesta.

Kolmanneksi monet ovat syyttäneet teistisen evoluution kannattajia deismistä. Sehän on näkemys, jonka mukaan Jumala loi maailman ja luonnonlait, mutta ei enää toimi aktiivisesti luomakunnassa sitä halliten. Tällainen on hyvin kaukana BioLogos-järjestön näkemyksistä. He hyväksyvät raamatulliset ihmeet, joista ylösnousemus on keskeisin, uskovat rukousvastauksiin ja ihmeiden lisäksi siihen, että Jumala käyttää luonnollisia prosesseja tarkoitustensa toteuttamiseksi.

Silti EC tietenkin tarkoittaa tietynlaista teististä evoluutionäkemystä ja olen heidän sivuiltaan löytänyt myös sellaisia määrittelytapoja. 

BioLogos-järjestössäkään ei luonnollisesti ajatella kaikista asioista samalla tavalla. Tällaisia kysymyksiä ovat esim. se, mitä tarkoitetaan "Jumalan kuvalla" meissä. Myös on erilaisia näkemyksiä siitä, miten olisi tulkittava Raamatun kertomus Adamista ja Eevasta - olivatko he historiallisia henkilöitä vai edustavatko vertauskuvallisesti koko ihmiskuntaa jne. 

Tieteellisissä näkemyksissäkin on eroja järjestön sisällä. Kaikki hyväksyvät polveutumisen yhteisistä esivanhemmista, mutta siitä, mitkä biologiset mekanismit vievät evoluutiota eteenpäin, on erilaisia mielipiteitä. Elämän synnyn jotkut näkevät tapahtuneen yliluonnolisen ihmeen kautta, toiset taas ajattelevat erilaisia luonnollisia selityksiä, kuitenkin Jumalan kaitselmuksen alla.

Miten EC-näkemys sitten eroaa ID-näkemyksestä (Intelligent Design), jonka mukaan luonnosta löytyy paljon sellaista, joka viittaa "älykkään suunnittelijan" ihmeenomaisiin tekoihin, suoraan puuttumiseen normaaleihin prosesseihin? Sitä yritetään ID-liikkeessä todistaakin luonnosta löytyvillä yksityiskohdilla. Siihen löytyy vastaus mm. tekstissä "How is Evolutionary Creation different from Evolutionism, Intelligent Design, and Creationism?", johon myös linkki lopussa. Vapaana suomennoksena siitä lainaus:

BioLogoksessa uskomme, että älykäs Jumalamme suunnitteli maailmankaikkeuden, mutta emme näe tieteellisiä emmekä raamatullisia syitä luopua luonnonmukaisten selitysten etsimisestä luonnonilmiöille. Ne ovat tapoja, joilla Jumala hallitsee ja ohjaa luomaansa maailmaa. Uskomme, että tieteelliset selitykset täydentävät teologista käsitystä Jumalasta maailmankaikkeuden suunnittelijana, luojana ja ylläpitäjänä.

_________

Minusta ylläkerrottu tapa, jolla EC-näkemyksen edustajat vetävät rajan ID-linjan suuntaan, kuulostaa hyvältä. Ei sanota liiallisella varmuudella, että kaikelle varmasti löytyy luonnollinen selitys, mutta nähdään tieteen mahdollisuudet edistyä ja täyttää tietämyksessä olevia aukkoja. ID-linjalla taas pyritään paremminkin löytämään kohtia, joissa evoluutioteoria voidaan osoittaa toimimattomaksi tai riittämättömäksi. Jotkut heistä tosin katsovat olevansa teistisen evoluution edustajia - siinä tapauksessa "teistinen" sisältää nuo puuttumiset luonnonmukaisiin prosesseihin. 

BioLogos-järjestö määrittelee oman linjansa, mutta he haluavat edistää rakentavaa keskustelua eri tavalla ajattelevien kristittyjen kesken. Näihin pyrkimyksiin on helppo yhtyä.
 

Lähteitä :

Biologos.org

BioLogos, What is evolutionary creation?

BioLogos, How is Evolutionary Creation different from Evolutionism, Intelligent Design, and Creationism? 

Tuli ilta ja tuli aamu

Jumala sanoi: "Viliskööt vedet eläviä olentoja ja lennelkööt linnut ilmassa taivaankannen alla". Niin Jumala loi suuret meripedot ja kaikki muut elävät olennot, joita vedet vilisevät, sekä kaikki siivekkäiden lajit. Jumala näki, että niin oli hyvä. Hän siunasi ne sanoen: "Olkaa hedelmälliset ja lisääntykää ja täyttäkää meren vedet, ja linnut lisääntykööt maan päällä." Tuli ilta ja tuli aamu, näin meni viides päivä.

Maapallolla on tapahtunut jotain, jota voisi verrata Raamatun viidennen ja kuudennen luomispäivän väliseen yöhön. Tarkoitan n. 66 mvs tapahtunutta katastrofia tai silloin alkaneita katastrofeja ja muutoksia, jotka erottavat nykyisen maailmankauden edellisestä. 

Kuitenkin vain vertaan, sillä Raamattu ei ole tiedekirja, vaan kertoo luomisesta omalla tavallaan. Tavassa, jolla Raamattu kertoo kuudesta luomispäivästä ja aina niiden jälkeen tulleesta illasta ja aamusta on silti jotain samankaltaista, kuin maapallolla vallinneissa erilaisissa aikakausissa, jotka usein päättyvät jonkinlaiseen murrosvaiheeseen ja sitä seuraavaan uuteen alkuun. Niinpä haluan tässä artikkelissa myös hiukan rinnastaa viidettä ja kuudetta luomispäivää kahteen viimeisimpään maailmankauteen samalla kun tarkastelen tiedemiesten tutkimustuloksia erityisesti niiden rajalta. Ihan vaan pitääkseni mukana sitäkin näkökulmaa, että Jumala on kaiken luoja. Raamatun luomispäivien ja geologisten aikakausien vertailu on kuitenkin todellisuudessa kuin runon ja kuivan asiatekstin vertailua. Ei niitä voi kohta kohdalta sovittaa toisiinsa, koska esitystapa on niin erilainen.

Elämän keskiaika

Mesotsooinen maailmankausi eli elämän keskiaika oli geologinen ajanjakso noin 252–66 miljoonaa vuotta sitten.  

Maailmankausi tunnetaan dinosaurusten ja muiden matelijoiden valtakautena. Vedet kuhisivat kaloja ja loppupuolella linnutkin jo lentelivät (lentoliskojen ohella). Suuria meripetojakin oli. Dinosauruksista ja matelijoista Raamattu ei puhu, mutta muuten tilannetta voisi verrata viidenteen luomispäivään. 

Kauden päätti suuri joukkotuho. Dinosaurukset ja lentoliskot hävisivät silloin, mutta osa muiden pääryhmien lajeista selviytyi. Joukkotuhon syyt ja siitä kerrostumiin jääneet merkit ovat hyvin kiinnostava aihe, siitä seuraavassa enemmän.

Yö aikakausien rajalla

Taiteilijan näkemys asteroidin iskeytymisestä
Jukatanin niemimaalle (kuva Wikimedia)

66 miljoonaa vuotta sitten suuri asteroidi iskeytyi Mesoamerikassa sijaitsevalle Jukatanin niemimaalle synnyttäen 150 km leveän ja 20 km syvän kraatterin. Kraatterin keskus on merellä, lähellä Chicxulub nimistä kaupunkia ja se ulottuu kaupungin alle. Siksi puhutaan Chicxulubin kraaterista.

Kraatterin synnyttänyt asteroidi oli laskelmien mukaan läpimitaltaan 11–81 kilometriä. Asteroidi synnytti törmätessään maanjäristyksiä, tulipaloja ja tsunameita. Ilmakehään joutuneet ainekset pimensivät auringon pitkäksi aikaa. Ilmasto muuttui koko maapallolla, lämpötilat laskivat. Meristä hävisi yhteyttävä plankton, mikä sai monet planktonia syövät eläimet menehtymään. Maakasvit kuolivat laajoilla alueilla, mikä sai kasvissyöjät ja edelleen niistä riippuvaiset petoeläimet kuolemaan nälkään.

Pidetään todennäköisenä, että juuri tämä törmäys aiheutti dinosaurusten tuhon. Muitakin syitä on tosin etsitty. Toisen teorian mukaan samoihin aikoihin maapallolle iskeytyi useita muitakin asteroideja ja kyse oli yhteisvaikutuksesta. Muita, mutta pienempiä, kraatereita samalta ajalta onkin löydetty. On myös ehdotettu, että muualla maapallolla samoihin aikoihin tapahtuneet vulkaaniset ilmiöt olisivat olleet osatekijöinä. Deccanin ylängöllä Intiassa tapahtui välillä 63-67 mvs valtavia laavapurkauksia, joissa laavaa tuli kahden kilometrin paksuudelta 500 000 km² alueelle.

Jäljet kerrostumissa

Vaalea kerrostuma K/Pg-rajalla Coloradossa, USA:ssa.
Credit: Kirk Johnson, Denver Museum of Nature & Science

Suuret muutokset jättävät yleensä jäljet geologisiin kerrostumiin. Mesotsooisen maailmankauden lopun muutokset näkyvät niissä harvinaisen selvästi monella puolella maailmaa. Puhutaan K/Pg-rajasta, vanhalta nimeltään K/T-rajasta. Raja on monin paikoin selvästi nähtävissä muillekin, kuin kaivauksia tekeville ammattilaisille. Esimerkiksi kuvan paljastuma sijaitsee valtatien Interstate 25 varrella lähellä Coloradon ja New Mexicon rajaa.

[ K viittaa mesotsooisen maailmankauden viimeiseen ajanjaksoon, liitukauteen, liitua tarkoittavan saksankielisen sanan 'kreide' kautta. Pg taas viittaa paleogeeniin, seuraavan maailmankauden ensimmäiseen ajanjaksoon. T tulee sanasta 'tertiääri', joka on vanha nimitys, joka tarkoittaa suurinta osaa uudesta maailmankaudesta. ]

Vuonna 1980 tutkijat huomasivat, että K/Pg-rajan kerrostumat sisältävät useita kymmeniä kertoja normaalia suuremman määrän iridiumia. Iridium on hyvin harvinainen alkuaine maankuoressa, mutta asteroideissa ja komeetoissa sitä on runsaasti. Se viittaasi asteroiditörmäykseen. Kun lisäksi Meksikonlahden rannoilla huomattiin jälkiä suuresta tsunamista, alettiin etsiä merkkejä iskeytymiskohdasta lähialueilta. Jo aiemmin öljynetsinnän yhteydessä huomattua Chicxulubin kraatteria tutkittiin tarkemmin vuonna 1990 ja saatiin todisteita, että se oli nimenomaan asteroiditörmäyksen aiheuttama. Näin iridiumin todennäköinen lähde oli löydetty.

K/Pg-raja on ajoitettu radiometrisesti. Tämäntyyppisiin kerrostumiin yleisesti käytettyä argon-argon menetelmää on 2000-luvulla saatu tarkennettua muiden radiometristen menetelmien avulla, mm. uraani-lyijy -menetelmällä. Nykyinen laskelma antaa tälle aikakausien rajalle iän 65.95 miljoonaa vuotta, +/- 40 000 vuotta.

K/Pg-raja on selvästi erotettavissa ja dinosaurukset löytyvät järjestään sen alapuolella olevista kerrostumista. Tämä puhuu hyvin vakuuttavaa kieltä siitä, milloin dinosaurukset elivät ja milloin ne hävisivät. Erään dinosauruksen fossiloituneita jäännöksiä on tosin löydetty Hell Creek -muodostumasta USA:sta hieman rajan yläpuolella olevista kerrostumista, ajallisesti vastaten noin 40 000 vuotta. New Mexicon ja läheisen Coloradon alueen tietyistä muodostumista on löytynyt myös dinosaurusjäänteitä, jotka on ajoitettu K/Pg-rajan uudemmalle puolelle, paleogeenikauden alkuun. Yleinen mielipide on kuitenkin, että fossiilit ovat voineet joutua eroosion paljastamiksi ja peittyneet myöhemmin uudempiin kerrostumiin. Mutta vaikka nämä poikkeukselliset ajoitukset saataisiinkin vahvistettua, se ei vaikuta kokonaiskuvaan ratkaisevasti. 

Elämän uusi aika

Mesotsooisen maailmankauden jälkeen alkoi kenotsooinen maailmankausi eli elämän uusi aika, joka jatkuu edelleen.

Jumala sanoi: "Tuottakoon maa kaikenlaisia eläviä olentoja, kaikki karjaeläinten, pikkueläinten ja villieläinten lajit." Ja niin tapahtui. Jumala teki villieläimet, karjaeläimet ja erilaiset pikkueläimet, kaikki eläinten lajit. Ja Jumala näki, että niin oli hyvä.  

Mesotsooisen maailmankauden päättäneen suuren joukkotuhon jälkeen elämä alkoi taas ihmeellisesti elpyä, "maa tuotti" eläviä olentoja. Jäljelle jääneet, siihen asti vielä melko pienikokoiset nisäkkäät alkoivat täyttää dinosauruksilta jäänyttä ekologista aukkoa. Niiden koko kasvoi nopeasti ja uusia lajeja syntyi. Istukalliset nisäkkäät, joita mm. "karjaeläimet" ja yleensäkin enemmistö nykyisistä nisäkkäistä ovat, saivat ilmeisesti alkunsa alkaneella uudella aikakaudella, ainakaan toistaiseksi niistä ei ole löydetty todisteita dinosaurusten ajalta.  

Jääkautista eläimistöä (Kuva Wikimedia)

Elämän kehitys ja uusiutumiskyky herättää ihmetystä ja kunnioitusta. Tiede on selvittänyt paljonkin elämän historian erilaisista vaiheista, mutta ei anna kuitenkaan perimmäistä vastausta siihen, miten tämä kaikki voi olla mahdollista. Raamatun alkulehdiltä löydämme toisen kuvauksen, joka ohjaa meitä antamaan kunnian kaiken Luojalle.

Lähteitä:

Wikipedia, Cretaceous–Paleogene extinction event

Wikipedia, Chicxulub crater

Phys.org, Refining the date of the K/T boundary and the dinosaur extinction (2008)

Wikipedia, Ojo Alamo Formation

Dinosaurusten ajan nisäkkäät

Ensimmäiset dinosaurukset elivät jo triaskauden lopulla, noin 230 mvs, mutta niiden varsinainen kukoistuskausi oli jurakaudella (206 - 144 mvs) ja liitukaudella (144 - 66 mvs).

Jo jurakauden alun kerrostumista löytyy nisäkkäitä muistuttavien eläinten fossiileja, jopa triaskauden lopultakin. Ne ja monet myöhemmät jurakautiset löydöt ovat usein luokittelu­mielessä rajatapauksia, hyvin lähellä nisäkäitä, mutta eivät kuitenkaan niihin luettuja. Seassa on sitten varsinaisiksi nisäkkäiksi katsottuja lajeja, jotka yleistyvät liitukaudella. Tarkka erottaminen on usein vaikeaa, monessa tapauksessa luokitteluja on korjailtu ensimmäisistä arvioista jompaan kumpaan suuntaan.

Keräsin tähän artikkeliin kuvia ja tietoja joistain nisäkkäille läheisistä lajeista ja varsinaisista nisäkkäistä, jotka kaikki elivät dinosaurusten hallitsemassa maailmassa. Nämä voidaan yhdistää luokittelun  Mammaliaformes, "nisäkkäiden muotoiset", alle.

Nisäkkäille läheisiä lajeja

Morganucodon watsoni (Kuva Wikimedia)

Morganucodon oli noin hiiren kokoinen, todennäköisesti karvapeitteinen eläin. Tähän sukuun kuuluvia fossiileja on löytynyt runsaasti Walesista ja muualtakin Euroopasta sekä Kiinasta ja Pohjois-Amerikasta. Vanhimmat fossiilit ovat noin ajalta 205 mvs ja niitä on löytynyt vielä jurakauden puolivälin paikkeiltakin. Ne olivat siis varsin menestyksekkäitä. Ruokavalion arvellaan koostuneen hyönteisistä. Poikasilla on ollut hampaaton vaihe "maitohampaiden" ja pysyvien hampaiden välissä ja uudet hampaat ovat kasvaneet nuorelle eläimelle nopeasti. Tästä nisäkäsmäisestä piirteestä on päätelty, että Morganucodon todennäköisesti imetti poikasiaan. 

Megazostrodon-malli.
Natural History Museum, Lontoo. (Kuva Wikimedia)

Megazostrodon -sukuun luokiteltujen eläinten fossiileja on löytynyt Etelä-Afrikasta ja Lesothosta jurakauden alun kerrostumista. Ranskasta on löytynyt samaan sukuun luokiteltu toinen laji, joka on ajoitettu triaskauden loppuun. Megazostrodon oli kooltaan 10-12 cm. Ravinnokseen sen arvellaan käyttäneen hyönteisiä ja pieniä matelijoita.

Castorocauda (kuva Wikimedia)

Vuonna 2006 löydettiin Koillis-Kiinasta n. 164 mv ikäiseksi ajoitettu merkittävä fossiili, joka muutti käsityksiä nisäkkäille läheisten lajien evoluutiosta. Tälle lajille on annettu nimi Castorocauda lutrasimilis. Nimi voitaisiin suomentaa "majavahäntäinen saukonkaltainen". Se osoitti, että jurakauden puolivälissä oli alkanut uusien ekologisten lokeroiden valloitus, nisäkkäille läheiset lajit eivät enää olleet pelkästään pieniä maalla eläviä hyönteissyöjiä.

Tämä laji oli ensinnäkin huomattavan kookas, vähintään 42.5 cm ja painoltaan 500 - 800 gr. Sillä oli useita vedessä liikkumiseen liittyviä sopeutumia, kuten majavamainen, litteä ja suomuinen häntä. Toiset kuvaavat häntää kuin litteäksi saukon hännäksi. Fossiilissa on säilynyt myös todisteet turkista päällyskarvoineen ja aluskarvoineen. Hampaisto oli sopiva kalojen ja selkärangattomien vesieläinten käyttämiseen ravintona. Lisäksi sillä oli kaivamiseen soveltuvia piirteitä.

Elintavoiltaan  Castorocauda todennäköisesti muistutti nykyistä vesinokkaeläintä. Se luultavasti eli jokien ja järvien rannoilla, uiskenteli ravintoa etsiessään ja kaivoi tunneleita pesäkseen.

Shenshou (Kuva Wikimedia)

Myös oravaa ulkoisesti muistuttava Shenshou löydettiin Koillis-Kiinasta. Samalla löytyi kaksi muuta samantapaista lajia, jotka luokiteltiin omaan Xianshou sukuunsa. Fossililöydöt tulivat julkisuuteen vuonna 2014 ja ne oli ajoitettu noin 160 mv ikäisiksi. Shenshoun katsotaan eläneen paljolti puissa, koska sillä oli pitkä, taipuisa häntä ja tarttumiseen sopivat käpälät. Sen on arvioitu painaneen n. 300 gr. Etuhampaat olivat oravamaisen isot ja takahampaat nystyiset, mikä viittaa kaikkiruokaisuuteen. Shenshouta ei kuitenkaan pidetä oravan suoranaisena esi-isänä, vaan yhteisten piirteiden katsotaan olevan sopeutumia samanlaiseen elinympäristöön. 

Korvan rakenteen perusteella Shenshoun oletettiin ensin olevan nisäkäs, mutta myöhemmin katsottiin kuitenkin kyseessä olevan erillinen kehityslinja, jossa korvaluut olivat kehittyneet samaan tapaan.  

Docofossor brachydactylus (Kuva Wikimedia)

Docofossor oli vähintään 9 cm pituinen maamyyrää muistuttava eläin. Erään kiinalaisen maanviljelijän löytämä fossiili on ajoitettu n. 160 mv ikäiseksi. Laji nimettiin ja kuvailtiin Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa vuonna 2015.

Docofossorilla oli kaivamiseen soveltuvat lapiomaiset varpaat eturaajoissaan ja etujalkojen rakenteessa oli muitakin piirteitä, jotka viittaavat kaivamiseen. Takajalat olivat lyhyet ja pienet. Yläleuan poskihampaat olivat lyhyet ja leveät kuten sellaisilla nykyisillä nisäkkäillä, jotka hankkivat ruokansa maan alla.

Nisäkkäiksi luokiteltuja

Gobiconodon (Kuva Wikimedia)

Gobiconodon-sukuun kuuluvista lajeista on löytynyt useita fossiileja jura- ja liitukauden vaihteesta liitukauden jälkipuoliskolle asti. Ainakin yksi kolmesta poskihampaasta koostuva löytö on vanhempikin, n. 166 mv. Löytöjä on tehty varsin monesta paikasta, kuten Venäjältä, Mongoliasta, Kiinasta, Marokosta, Englannista ja USA:sta.

Gobiconodon oli lihansyöjä. Se painoi 4.5 - 5.4 kg ja pituus oli väliltä 46 - 51 cm. Lihansyönnistä kertoo poskihampaiden leikkaamiseen soveltuva muoto ja koiramaiset etuhampaat. Etujalkojen voimakas lihaksisto viittaa siihen, että se pyydysti selkärankaisia eläimiä saaliikseen. Se on voinut olla myös raadonsyöjä.

Fruitafossor (Kuva Wikimedia)

Fruitafossor oli maaoravan kokoinen termiittejä syövä eläin. Tiedot siitä perustuvat kokonaiseen fossiloituneeseen luurankoon, joka löytyi vuonna 2005 Fruitasta, Coloradosta. Fossiili on ajoitetettu 150 mv ikäiseksi, eli jurakauden loppupuolelle.

Fruitafossorin hampaisto oli hyvin samankaltainen kuin nykyisillä yhdyskuntahyönteisiä syövillä eläimillä, kuten maasioilla. Koska muurahaisia ei vielä ollut, ravinnon on päätelty koostuneen silloin jo yleisistä termiiteistä sekä torakoista. Eturaajat olivat vahvat, kaivamiseen sopivat. 

 

Repenomamus robustus (Kuva Wikimedia)

Repenomamus-suvusta tunnetaan kaksi lajia: Repenomamus robustus ja Repenomamus giganticus. Niiden fossiileja on löydetty Kiinasta ja ne on ajoitettu n. 125-123 mv ikäisiksi eli liitukauden alkupuolelle. Samoista kerrostumista on löydetty hyvin säilyneitä höyhenpeitteisten dinosaurusten fossiileja.

R. robustus oli noin kissan kokoinen ja painoi noin 4- 6 kg. Kuvassa sen hampaissa on pieni dinosaurus. Onkin hyviä todisteita sille, että se on voinut käyttää tällaistakin ravintoa. Nimittäin erään fossiilin perusteella kuolleen R. robustuksen vatsassa on ollut sulamaton pienen dinosauruslajin poikanen. Tieteellinen kuvaus lajista julkaistiin vuonna 2000.

R. giganticus oli dinosaurusten ajan suurimpia nisäkkäitä, noin metrin pituinen ja painoltaan 12 - 14 kg välissä. Sen tieteellinen kuvaus julkaistiin vuonna 2005.

Hampaiston ja leuan rakenne kertovat myös näiden lajien olleen lihansyöjiä.

Yanoconodon (Kuva Wikimedia)

Vuonna 2007 Kiinasta löytyi niin hyvin säilynyt fossiili, Yanoconodon, että sen välikorvan luiden rakennetta on voitu tutkia. Kuuloluiden rakenteen todettiin muistuttavan nykyisten nisäkkäiden kuuloluita, vaikka eivät olleet aivan samanlaiset. Löytö on ollut hyvin tärkeä nisäkkäiden evoluution tutkijoille. Saatiin vahvistusta teorialle siitä, miten nisäkkäiden kuuloluiden katsotaan kehittyneen tietyistä leukaluista.

Kerrostuma, jossa fossiili sijaitsi, on arvioitu noin 122 - 125 mv ikäiseksi, kyseessä on siis liitukauden alkupuoli. Kooltaan tämä eläin oli noin 13 cm pituinen, selkä oli suhteellisen pitkä, jalat lyhyet. 

Liaoconodon hui (Kuva Wikimedia)

Vuonna 2011 tuli julkisuuteen toinen samankaltainen löydös Kiinasta lähes samalta ajalta. Tämä hieman kookkaampi (kyseinen fossiili n. 36 cm) laji on saanut nimen Liaoconodon hui. Tässä fossiilissa kuuloluut olivat säilyneet vielä paremmin kuin Yanoconodonin fosiilissa ja kertoivat samaa. 

Liaoconodon oli rakenteesta päätellen vesielämään sopeutunut saukon tapaan: pitkä vartalo ja räpylämäiset käpälät.

Kuuloluiden kehityksestä enemmän artikkelissa Matelijoiden leukaluista nisäkkäiden kuuloluiksi.

Eomaia (Kuva Wikimedia)

Eomaia oli pieni, noin 10 cm pituinen nisäkäs, jonka ainoa, mutta hyvin säilynyt Kiinasta löytynyt fossiili on ajoitettu varhaiselle liitukaudelle, noin 125 mv ikäiseksi. Löydöstä uutisoitiin vuonna 2002 mm. Nature-lehdessä.

Fossiilissa on selvästi erotettavissa jälkiä karvapeitteestä. Rakenteessa on piirteitä, jotka viittaavat sen kiipeilleen ja kyenneen liikkumaan puissa. Tällä lajilla oli myös istukallisille nisäkkäille tyypillisiä piirteitä, mutta siltä toisaalta puuttui joitain vaadittuja ominaisuuksia. Toistaiseksi istukallisista nisäkkäistä on löytynyt todisteita vasta dinosaurusten häviämisen jälkeiseltä ajalta.

Didelphodon vorax (Kuva Wikimedia)

Didelphodon on hampaista päätellen ollut petoeläin. Leuat olivat lyhyet ja vankkatekoiset, osa hampaista oli teräväkärkisiä ja leikkaamiseen sopivia, osa taas erittäin jykeviä ja murskaamiseen soveltuvia. Puruvoima oli kallon rakenteen perusteella ilmeisesti hyvin suuri suhteessa ruumiin kokoon. Vartalo oli pitkänomainen, kokonaispituus yli metrin. Elintavoissa on mahdollisesti ollut yhteisiä piirteitä saukon kanssa, sillä eräs melko hyvin säilynyt fossiili löytyi muinaisella joenpenkalla olleesta pesäkolosta.

Fossiilieita tähän sukuun kuuluvista lajeista on löytynyt useasta paikasta Pohjois-Amerikasta ja ne on ajoitettu liitukauden loppuun, välille 73 - 66 mvs.

Didelphodon luokitellaan ryhmään Marsupialiaformes, johon luetaan pussieläinten lisäksi niille lähisukuisia nisäkäslajeja.

____________

Dinosaurusten aikakausi päättyi valtavaan joukkosukupuuttoon, jonka laukaisijana pidetään suuren meteoriitin iskeytymistä Jukatanin niemimaalle 66 mvs. 50 -75 %  eläin- ja kasvilajeista kuoli silloin sukupuuttoon, mukaan luettuna kaikki dinosaurukset. 

Nisäkkäistäkin suuri osa tuhoutui, mutta osa selviytyi. Kun elämä alkoi katastrofin jälkeen toipua, nisäkkäät alkoivat nopeasti täyttää dinosauruksilta jäänyttä aukkoa ekosysteemissä...

Linkkejä:

Wikipedia, Mammaliaformes

Allosaurus Roar's fossil of the month: Didelphodon

Suhteellisuusteoria ja GPS

Suhteellisuusteorialla on yllättävän paljon vaikutusta aivan jokapäiväiseen elämäämme. Nimittäin kännyköidemme navigaattorit ja muut GPS-paikannusta käyttävät sovellukset eivät toimisi kunnolla, ellei Einsteinin oivalluksia otettaisi huomioon.

Kuva NASA, Public domain, lähde Wikimedia Commons 

GPS-satelliitit kiertävät noin 20 000 km korkeudella maasta ja niiden ratanopeus on noin 14 000 km tunnissa. Suppean l. erityisen suhteellisuusteorian mukaan liikkeessä olevan kohteen aika hidastuu tietyssä suhteessa nopeuteen. Satelliitin kello kävisi siis hitaammin kuin maapallon pinnalla olevat kellot. Vaikutus on noin 7 mikrosekuntia vuorokaudessa (mikro = miljoonasosa).

Tässä ei kuitenkaan ole vielä kaikki. Yleisessä suhteellisuusteoriassa Einstein otti liikkeen vaikutuksen lisäksi huomioon myös painovoiman. Myös painovoima vaikuttaa ajan kulkuun, satelliittien tapauksessa päinvastaisesti. Nimittäin aika hidastuu sitä enemmän, mitä voimakkaammassa painovoimakentässä ollaan. Satelliitit ovat korkealla, missä painovoima on jo pienempi. Tämän asian vaikutus on, että satelliittien kellot edistäisivät 45 mikrosekuntia vuorokaudessa maan pinnalla oleviin nähden.

Yhteisvaikutus on, että ellei suhteellisuusteoriaa olisi otettu huomioon niin GPS-satelliittien kellot edistäisivät maahan nähden 38 mikrosekuntia vuorokaudessa. Ei kuulosta kovin suurelta, mutta vaikutus on silti merkittävä. Paikannus heittäisi jo 10 km yhdessä vuorokaudessa (kumuloituen jatkuvasti) ja koko systeemi olisi hyvin nopeasti käyttökelvoton!

Lähteet:
Richard W. Pogge, Real-World Relativity: The GPS Navigation System
Clifford M. Will, Einstein's Relativity and Everyday Life