Kuka ennätti ensin?
12. luku
Kuka ennätti ensin?
1. Mitä muuan biologi sanoi ihmisistä keksijöinä?
”EPÄILEN, ettemme ole niin suuria uudistajia kuin luulemme olevamme; me olemme pelkkiä toistajia”, kirjoittaa muuan biologi.1 Usein ihmisten keksinnöissä pelkästään toistetaan sellaista, mitä kasvit ja eläimet ovat tehneet tuhansia vuosia. Tämä eliöiden toimintojen jäljittely on niin yleistä, että sille on annettu oma nimensäkin: bioniikka.
2. Miten eräs toinen tiedemies vertasi ihmisen ja luonnon tekniikkaa keskenään?
2 Eräs toinen tiedemies sanoo, että ”eliöt ovat tunkeutuneet” käytännöllisesti katsoen kaikille ihmisen luoman tekniikan pääalueille ”ja käyttäneet [niitä] hyväkseen – – jo ennen kuin ihmisäly oppi ymmärtämään ja hallitsemaan niiden toimintoja”. Hän lisää mielenkiintoisen huomion: ”Ihmisen luoma tekniikka jää yhä monilla aloilla paljon jälkeen luonnosta.”2
3. Mitä kysymyksiä tulisi pitää mielessä tarkasteltaessa bioniikan esimerkkejä?
3 Kun tarkastelet näitä eliöiden monimutkaisia kykyjä, joita ihmiset ovat yrittäneet keksinnöissään jäljitellä, niin tuntuuko sinusta järkevältä uskoa niiden ilmaantuneen pelkästään sattumalta? Eikä ilmaantuneen ainoastaan kerran, vaan useita kertoja eliöissä, jotka eivät ole mitään sukua keskenään? Eivätkö nämä ole sellaisia mutkikkaita rakenteita, jotka kokemuksemme perusteella voivat olla ainoastaan älykkään suunnittelijan tuotteita? Uskotko todella, että pelkkä sattuma saattoi saada aikaan sellaista, minkä jäljittelemiseen on sen jälkeen tarvittu lahjakkaita ihmisiä? Pidä nämä kysymykset mielessäsi tarkastellessasi seuraavia esimerkkejä.
4. a) Miten termiitit huolehtivat kotinsa ilmastoinnista? b) Mihin kysymykseen tiedemiehet eivät pysty vastaamaan?
4 ILMASTOINTI. Lämpimässä ilmastossa nykyaikainen tekniikka hoitaa monien kotien huoneilman jäähdytyksen. Mutta termiitit ovat jo pitkään huolehtineet kotiensa jäähdytyksestä. Niiden pesä sijaitsee suuren keon keskustassa. Lämmin ilma nousee pesästä lähellä keon pintaa kiertelevään tuuletuskanavien verkostoon. Sieltä ummehtunut ilma virtaa huokoisten seinämien läpi ulos ja tilalle tulee raikasta, viileää ilmaa, joka painuu keon pohjalla sijaitsevaan ilmakammioon ja kiertää sieltä pesään. Joidenkin kekojen pohjalla on aukkoja, joista raikas ilma pääsee sisään, ja kuumalla ilmalla termiittien maan alta hakema vesi haihtuu jäähdyttäen siten ilmaa. Miten miljoonat sokeat työläiset voivat olla yhteistyössä valmistaakseen näin nerokkaasti suunniteltuja rakennelmia? Biologi Lewis Thomas vastaa: ”Se, miksi ne selvästi osoittavat jonkinlaista kollektiivista älyä, on arvoitus.”3
5–8. Mitä lentokoneiden suunnittelijat ovat oppineet lintujen siivistä?
5 LENTOKONEET. Lentokoneiden siipien suunnittelussa on vuosien varrella hyödytty lintujen siipien tutkimisesta. Linnun siiven kaarevuus antaa sille tarvittavan nostovoiman maan vetovoiman kumoamiseksi. Mutta jos siipeä kallistetaan liiaksi, on olemassa nostovoiman menettämisen eli sakkauksen vaara. Sakkauksen estämiseksi linnulla on siipiensä etureunassa höyhenläppiä eli solasiivekkeitä, jotka ponnahtavat ylös siiven kaltevuuskulman kasvaessa (1, 2). Nämä läpät säilyttävät nostovoiman estämällä ilman päävirtaa irtoamasta siiven yläpinnalta.
6 Pyörteiden tasaajana ja sakkauksen estäjänä toimii myös pikkusiipi (3), pieni höyhenkimppu, jota lintu voi kohottaa peukalon tavoin.
7 Sekä lintujen että lentokoneiden siivenkärjissä syntyy pyörteitä, jotka aiheuttavat ilmanvastusta. Linnut vähentävät vastuksen mahdollisimman pieneksi kahdella tavalla. Esimerkiksi tervapääskyillä ja albatrosseilla on pitkät, kapeat ja teräväkärkiset siivet, ja tämä rakenne tasaa useimmat pyörteet. Joillakin linnuilla, kuten isoilla haukoilla ja korppikotkilla, on leveät siivet, jotka synnyttäisivät suuria pyörteitä, elleivät ne voisi levittää siipiensä kärkisulkia sormien tavoin. Näin siipien tylpät kärjet hajoavat useiksi kapeiksi kärjiksi, ja se vähentää pyörteiden syntymistä ja ilmanvastusta (4).
8 Lentokoneiden suunnittelijat ovat ottaneet käyttöön monia näistä rakennepiirteistä. Siipien kaarevuus takaa nostovoiman. Erilaiset laipat ja siivekkeet säätelevät ilman virtausta tai toimivat jarrulaitteina. Joidenkin pienkoneitten siivenkärkien ilmanvastusta on saatu vähennettyä asentamalla siiven pintaan sopivaan kulmaan pieniä laattoja. Lentokoneiden siivet jäävät kuitenkin yhä toiseksi lintujen siivissä havaittujen suunnittelutaidon ihmeitten rinnalla.
9. Mitkä eläimet ja kasvit ovat ennen ihmistä käyttäneet pakkasnestettä, ja kuinka tehokasta se on?
9 PAKKASNESTE. Ihmiset käyttävät autojen jäähdyttimissä pakkasnesteenä glykolia. Eräät mikroskooppiset kasvit kuitenkin käyttävät kemialliselta koostumukseltaan samanlaista glyserolia pysyäkseen sulina eteläisen napa-alueen järvissä. Sitä on löydetty myös hyönteisistä, jotka pysyvät hengissä 17 asteen pakkasessa. Jotkin kalat valmistavat itse pakkasnesteensä, jonka ansiosta ne voivat elää eteläisen napa-alueen hyisissä vesissä. Jotkin puut säilyvät elossa 40 asteen pakkasessa, koska ne sisältävät ”hyvin puhdasta vettä, jossa ei ole tomu- eikä likahiukkasia, joiden pinnalle voisi muodostua jääkiteitä”.4
10. Miten eräät vesikuoriaiset valmistavat happilaitteita ja käyttävät niitä veden alla?
10 HENGITTÄMINEN VEDEN ALLA. Ihmiset kiinnittävät selkäänsä happisäiliöitä voidakseen olla tunnin verran veden alla. Eräiltä vesikuoriaisilta, nimittäin sukeltajilta, käy sama yksinkertaisemmin, ja ne pysyvät veden alla kauemmin. Ne sieppaavat ilmakuplan ja painuvat veden alle, jolloin kupla toimii eräänlaisena keuhkona. Se ottaa kuoriaisen luovuttaman hiilidioksidin ja siirtää sen veteen, ja vedestä se ottaa siihen liuennutta happea kuoriaisen käyttöön.
11. Miten yleisiä biologiset kellot ovat luonnossa, ja mitä esimerkkejä niistä voidaan mainita?
11 KELLOT. Jo kauan ennen kuin ihmiset käyttivät aurinkokelloja, eliöiden sisäiset kellot mittasivat tarkasti aikaa. Laskuveden aikaan mikroskooppisen pienet kasvit, piilevät, nousevat märän rantahiekan pintaan. Nousuveden tullessa piilevät kaivautuvat takaisin hiekkaan. Ja vaikka ne pantaisiin hiekkaan laboratoriossa, jossa ei tapahdu vuorovesi-ilmiötä, niiden sisäinen kello saa ne sielläkin nousemaan pintaan ja kaivautumaan hiekkaan vuorovesien aikataulua noudattaen. Viittoilijataskuravut muuttuvat laskuveden aikana tummemmiksi ja tulevat esiin, ja nousuveden aikana ne vaalenevat ja palaavat koloihinsa. Kaukana valtamereltä sijaitsevassa laboratoriossakin ne noudattavat yhä vuoroveden rytmiä ja muuttuvat tummiksi ja vaaleiksi nousu- ja laskuveden vaihtelun mukaan. Linnut pystyvät suunnistamaan auringon ja tähtien avulla, vaikka niiden asema taivaalla muuttuu kaiken aikaa. Niillä täytyy olla sisäinen kello, jolla ne tasaavat tällaiset muutokset. (Jeremia 8:7) Mikroskooppisen pienistä kasveista aina ihmiseen saakka luonnossa tikittävät miljoonat sisäiset kellot.
12. Milloin ihmiset alkoivat käyttää kömpelöitä kompasseja, mutta miten niitä oli käytetty jo kauan ennen sitä?
12 KOMPASSIT. Noin 1200-luvulla ihmiset alkoivat käyttää vesiastiassa kelluvaa magneettineulaa alkeellisena kompassina. Se ei kuitenkaan ollut mitään uutta. Bakteerit sisältävät magnetiittihiukkasketjuja, jotka ovat juuri sen kokoisia, että niistä syntyy kompassi. Ne ohjaavat bakteereita niille sopivaan ympäristöön. Magnetiittia on löydetty monista muistakin eliöistä, esimerkiksi linnuista, mehiläisistä, perhosista, delfiineistä ja nilviäisistä. Kokeet viittaavat siihen, että kirjekyyhkyt osaavat palata kotiinsa aistimalla maan magneettikentän. Nykyään ajatellaan yleisesti, että päässä olevan magneettikompassin käyttö on yksi niistä keinoista, joilla muuttolinnut löytävät reittinsä.
13. a) Miten mangrovepuut voivat elää suolaisessa vedessä? b) Mitkä eläimet pystyvät juomaan merivettä, ja kuinka se on mahdollista?
13 SUOLANPOISTO. Ihmiset rakentavat valtavia laitoksia suolan poistamiseksi merivedestä. Mangrovepuiden juuret imevät merivettä, mutta ne suodattavat sen sellaisten kalvojen läpi, jotka poistavat suolan. Eräs mangrovepuukasvien suku, Avicennia, hankkiutua eroon liiasta suolasta lehtiensä alapinnalla sijaitsevien rauhasten avulla. Jotkin vesilinnut, kuten lokit, pelikaanit, merimetsot, albatrossit ja myrskylinnut, juovat merivettä ja poistavat vereensä päässeen ylimääräisen suolan päässään sijaitsevien rauhasten avulla. Myös pingviinit, merikilpikonnat ja merileguaanit juovat suolaista vettä mutta poistavat liian suolan.
14. Mainitse esimerkkejä eläimistä, jotka kehittävät sähköä.
14 SÄHKÖ. Noin 500 sähkökalalajilla on paristot. Afrikassa elävä sähkömonni voi kehittää 350 voltin jännitteen. Pohjois-Atlantin suuri sähkörausku purkaa 60 voltin jännitettä 50 ampeerin sykäyksinä. Eteläamerikkalaisen sähköankeriaan sähköiskujen voimakkuudeksi on mitattu jopa 886 volttia. ”Yhteentoista eri kalaheimoon tiedetään kuuluvan lajeja, joilla on sähköelimiä”, sanoo muuan kemisti.5
15. Millaista maanviljelyä eläimet harjoittavat?
15 MAANVILJELY. Ihmiset ovat kautta aikojen viljelleet maata ja pitäneet karjaa. Mutta lehdenleikkaajamuurahaiset ovat olleet puutarhureita jo kauan ennen ihmisiä. Ne kasvattavat ravinnokseen sienirihmastoa kompostissa, jonka ne tekevät lehdistä ja ulosteistaan. Jotkin muurahaiset pitävät karjanaan kirvoja, lypsävät niistä sokeripitoista eritettä eli mesikastetta ja rakentavat niille jopa karjasuojia. Elomuurahaiset keräävät siemeniä maanalaisiin vilja-aittoihinsa. (Sananlaskut 6:6–8) Eräs kovakuoriainen karsii Mimosa-sukuun kuuluvia puita. Piiskujänikset eli pikat ja murmelit leikkaavat, kuivattavat ja varastoivat heinää.
16. a) Miten merikilpikonnat, eräät linnut ja alligaattorit hautovat munansa? b) Miksi malleekanauroksen tehtävä on erittäin haastava, ja miten se hoitaa sen?
16 HAUTOMAKONEET. Ihminen valmistaa hautomakoneita, mutta hän ei suinkaan ole niiden ensimmäinen rakentaja. Merikilpikonnat ja eräät linnut munivat munansa niin, että lämmin hiekka hautoo ne. Eräät muut linnut puolestaan munivat munansa tulivuorten lämpimään tuhkaan, jossa ne hautoutuvat poikasiksi. Alligaattorit peittävät munansa joskus lahoavilla kasveilla, jotka kehittävät lämpöä. Mallee- eli aavikkokanauros on kuitenkin tämän alan asiantuntija. Se kaivaa suuren kuopan, täyttää sen kasviaineksilla ja peittää sen lopuksi hiekalla. Kasvien lahoaminen lämmittää kumpua, ja malleekananaaras käy munimassa siihen yhden munan viikossa. Tätä voi jatkua jopa puoli vuotta ja koko tämän ajan uros puolestaan tuon tuostakin tunnustelee kummun lämpötilaa työntämällä siihen nokkansa. Lisäämällä tai poistamalla hiekkaa se pitää hautomalaitteensa lämpötilan 33-asteisena, olipa sen ulkopuolella sitten helle tai pakkanen.
17. Miten eräät mustekalat käyttävät hyväkseen reaktioperiaatetta, ja mitkä eläimet, jotka eivät ole niille mitään sukua, käyttävät sitä myös?
17 REAKTIOPERIAATE. Kun nykyään lennät lentokoneella, niin koneessasi on todennäköisesti reaktioperiaatteella toimivat suihkumoottorit. Myös monet eläimet liikkuvat reaktioperiaatetta hyväkseen käyttäen, ja ne ovat tehneet niin jo vuosituhansien ajan. Mustekaloihin kuuluvat tursaat ja kalmarit ovat siinä erittäin eteviä. Ne imevät vettä erityiseen kammioon, ja työntäessään sen sitten äkisti voimakkailla lihaksilla ulos ne samalla sinkoutuvat itse eteenpäin. Reaktioperiaatetta käyttävät hyväkseen myös helmiveneet, kampasimpukat, meduusat, sudenkorennon toukat ja jopa osa valtamerien planktonista.
18. Mainitse joitakin kasveja ja eläimiä, joilla on valot. Millä tavoin niiden valot ovat tehokkaammat kuin ihmisen valot?
18 VALAISTUS. Hehkulampun keksiminen luetaan Thomas Edisonin ansioksi. Se ei kuitenkaan ole kovin tehokas, koska se hukkaa energiaa lämmön muodossa. Valojaan vilkuttelevat tulikärpäset ovat tehokkaampia. Ne tuottavat kylmää valoa, jolloin reaktiossa ei mene energiaa hukkaan. Monet sienieläimet, sienet, bakteerit ja madot loistavat kirkkaasti. Niin kutsuttu rautatiemato on kuin pienoisjuna, joka kulkee eteenpäin punaisten ”takavalojensa” ja 11 valkoisen tai vaaleanvihreän ”ikkunansa” loistaessa. Monilla kaloilla on myös valot, esimerkiksi pistekaloilla, krottikaloilla, lyhtykaloilla, käärmekaloilla ja tähtikuviokaloilla. Valtamerien tyrskyissä elävät pieneliöt voivat sytyttää valonsa ja kimallella miljoonina pisteinä.
19. Mitkä eläimet valmistivat paperia jo kauan ennen ihmistä, ja miten muuan paperintekijä eristää kotinsa?
19 PAPERI. Egyptiläiset valmistivat sitä tuhansia vuosia sitten. He olivat kuitenkin paljon jäljessä ampiaisista. Nämä siivelliset työläiset valmistavat pureksimastaan kuivasta tai lahosta puusta harmaata paperia pesänsä rakennustarpeiksi. Jotkin ampiaiset ripustavat suuret pyöreät pesänsä puihin. Pesien ulkopintana on monta kerrosta sitkeää paperia, ja kerrosten väliin jää ilmatiiviitä onkaloita. Ne eristävät pesän lämmöltä ja kylmyydeltä yhtä tehokkaasti kuin 40 senttimetrin paksuinen tiiliseinä.
20. Miten eräs bakteerityyppi liikkuu, ja mitä tiedemiehet ovat sanoneet siitä?
20 KIERTOMÄNTÄMOOTTORI. Mikroskooppiset bakteerit valmistivat kiertomäntämoottorin (wankel-moottorin) tuhansia vuosia ennen ihmistä. Eräällä bakteerilla on karvamaisia ulokkeita, jotka ovat kiertyneet yhteen jäykäksi, korkkiruuvimaiseksi spiraaliksi. Se pyörittää tätä korkkiruuvia kuin laiva potkuriaan ja liikkuu siten eteenpäin. Se voi jopa vaihtaa moottorinsa pyörimissuuntaa. Mutta sen toimintaa ei täysin ymmärretä. Erään selostuksen mukaan tämä bakteeri voi saavuttaa lähes 50 kilometrin tuntivauhtia vastaavan nopeuden, ja siinä sanotaan, että ”luonto oikeastaan keksi pyörän”.6 Eräs tutkija tekee seuraavan johtopäätöksen: ”Yksi biologian mielikuvituksellisimmista ajatuksista on toteutunut: luonto on kuin onkin valmistanut kiertomäntämoottorin ja sen täydennykseksi kytkimen, pyörivän akselin, laakerit ja voimansiirtolaitteet.”7
21. Millä tavoin monet eläimet, jotka eivät ole lainkaan sukua keskenään, käyttävät kaikuluotainta?
21 KAIKULUOTAIN. Lepakkojen ja delfiinien kaikuluotain on paljon parempi kuin ihmisen siitä valmistama jäljennös. Lepakot voivat lennellä pimennetyssä huoneessa, jonka poikki on jännitetty ohuita metallilankoja, koskettamatta kertaakaan noihin lankoihin. Lepakoiden ultraäänisignaalit kimpoavat niistä ja heijastuvat takaisin eläinten aistittavaksi, ja ne väistelevät niitä sitten kaikuluotauksen avulla. Pyöriäiset ja valaat toimivat samalla tavoin vedessä. Rasvalinnut osaavat pimeisiin pesimäluoliinsa ja niistä ulos kaikuluotauksen avulla päästelemällä teräviä naksahtelevia ääniä, jotka opastavat niitä.
22. Miten sukellusveneisiin sovellettu painolastiperiaate toimii monissa eri eläimissä, jotka eivät ole sukua keskenään?
22 SUKELLUSVENEET. Sukellusveneitä on ollut olemassa jo ennen kuin ihminen keksi ne. Mikroskooppisen pienillä säde-eläimillä on alkulimassaan eli protoplasmassaan pieniä rasvapisaroita, joiden avulla ne voivat säädellä painoaan ja siten vajota tai nousta meressä. Kalat siirtävät kaasua uimarakkoonsa tai siitä pois vaihdellen siten ominaispainoaan ja samalla uintisyvyyttään. Helmiveneellä on kuorensa kätköissä lokeroita, jotka toimivat sukellustankkeina. Vaihtelemalla veden ja kaasun suhdetta näissä tankeissa se säätelee kellumissyvyyttään. Seepian tukiranka, ihonalainen litteä kalkkikuori, on täynnä onteloita. Halutessaan esimerkiksi nousta ylemmäksi tämä mustekala pumppuaa vettä pois tukirangastaan ja päästää tyhjät ontelot täyttymään kaasulla. Kalkkikuoren ontelot toimivat siis samalla tavoin kuin sukellusveneen sukellustankit.
23. Mitkä eläimet käyttävät lämpöä aistivia elimiä, ja kuinka tarkkoja ne ovat?
23 LÄMPÖMITTARIT. Ihmiset ovat 1600-luvulta lähtien kehitelleet lämpömittareita, mutta ne ovat kömpelöitä verrattuna eräisiin luonnon lämpömittareihin. Eräs sääskilaji pystyy aistimaan tuntosarvillaan 0,002 asteen muutoksen lämpötilassa. Kalkkarokäärmeellä on pään kummallakin puolella niin sanottu aistinkuoppa, jolla se voi aistia 0,001 asteen lämpötilanmuutoksen. Kuningasboa reagoi 0,035 sekunnissa asteen murto-osan suuruiseen lämpötilanmuutokseen. Malleekana ja australianpensaskana voivat nokkansa avulla erottaa lämpötilan muutokset puolen asteen tarkkuudella.
24. Minkä ajatuksen nämä esimerkit tuovat mieleemme?
24 Se että ihmiset jäljittelevät eläimiä näin monissa asioissa, tuo mieleemme seuraavan Raamatun kehotuksen: ”Kysypä eläimillä, niin ne opettavat sinua, ja taivaan linnuilta, niin ne ilmoittavat sinulle; tahi tutkistele maata, niin se opettaa sinua, ja meren kalat kertovat sinulle.” – Job 12:7, 8.
[Tutkistelukysymykset]
[Huomioteksti s. 152]
Eliöiden toimintojen jäljittely on niin yleistä, että sille on annettu oma nimensäkin
[Kaavio s. 153]
(Ks. painettu julkaisu)
Haihtuminen jäähdyttää pesää
Käytettyä ilmaa
Ulkoilmaa
Vettä maan alta
[Kaavio s. 154]
(Ks. painettu julkaisu)
1 2 3 4
1 2 3
[Kuva s. 155]
Ilmakupla
[Kuva s. 159]
Helmiveneen poikkileikkaus
