5. Maailman tihein tiedon pakkaus - DNA

Solujesi tumassa on DNA, joka kertoo sinusta kaiken mahdollisen, jopa mahdolliset sairaudet. Se on tietopankki ja tietokone yhdessä. Siihen tallentuu ihmisen perimä ja se koostuu puoliksi isältä ja puoliksi äidiltä saaduista kromosomeista. Kromosomeja on 23+23 eli yhteensä 46. Perimme siis samanlaiset kromosomit molemmilta vanhemmiltamme. Paitsi miehillä on yksi poikkeus: y-kromosomi, joka periytyy vain isältä eli mieslinjaa pitkin.

Elektronimikroskooppikuva kromosomeista

Tasapuolisuuden nimissä mainittakoon, että mitokondrio nimisellä solun sisäisellä elimellä on oma perimänsä ja se peritään ainoastaan äitilinjaa pitkin. Eli periaatteessa kaikilla maailman ihmisillä on sama mitokondrio DNA (joskus paljon myöhemmin hieman tarkennusta tähän asiaan - niin kuin moneen muuhunkin). Perimme munasolun, ja siis kaikki ensimmäisen solumme rakenteet, äidiltä. Isältä perimme vain 23 kromosomin verran tietoa.

Jos ihmisen koko DNA laitettaisiin yhdeksi nauhaksi, niin se olisi lähes 2 metriä pitkä. Se on kuitenkin tarkoin kääritty solun tumaan, jonka läpimitta on vain viideskymmenestuhannesosa tästä koko pituudesta. Tämä on helpompi ymmärtää, kun kasvatetaan tuma koripallon kokoiseksi. Tällöin DNA on ongen siiman paksuinen ja 200 km pitkä. Miten pakkaisit tämän koripalloon niin, että siimaa voitaisiin lukea kokoajan sopivista kohdin valtavalla nopeudella? Alla oleva kuva hahmottaa sitä hieman ja lopussa oleva video kertoo sen paremmin kuin tuhat sanaa.

DNA kääriytyminen kromosomiksi

DNA on kääritty kromosomeiksi vain silloin kun solu jakaantuu. Muulloin DNA on täyttänyt tuman kolmiulotteisen tilan tarkoin määrätyssä muodossa, siten että DNA nauhan tietyt osat ovat lokeroituneet lähelle toisiaan. Tämä sen tähden, että samaan aikaan tarvittavat DNA:n osat saattavat olla kaukanakin toisistaan, jos nauha olisi suorana. Taivuteltuna oikeat kohdat saadaan lähelle toisiaan.

Tässä ei ole mitään satunnaista, vaan kaikki on tarkoin järjesteltyä. Tumassa olevat arkistonhoitajat kyllä tietävät, mitä kuulu olla missäkin, niin kuin kirjastossa kirjastonhoitaja osaavat laittaa oikeat kirjat oikealle hyllylle. Jokaisessa elimessä tarvitaan eri DNA:n alueita. Solun pitää tietää, mitkä alueet kuuluvat sydämelle, mitkä iholle, mitkä lihakselle. Ne osat mitä ei tarvita, ovat pakattuna tiukalle rullalle pois tieltä. Käytettävät alueet ovat taas auki, jotta niitä voidaan nopeasti lukea. Tämä tietoisuus tulee tarpeen silloin kun solu jakaantumisen jälkeen alkaa avata kromosomeja.

Elektronimikroskooppikuva DNA kaksoiskierteestä 

Ihmisessä on 100 biljoona omaa solua ja vielä enemmän ihminen kantaa bakteerisoluja. Se on iso luku ja isojen lukujen ymmärtäminen on vaikeaa, mutta tämä saattaa auttaa:

1000 sekuntia on alle 20 minuuttia

Miljoona sekuntia on 12 päivää

Miljardi sekuntia on 32 vuotta

Biljoona sekuntia on 32 000 vuotta

Jokaisessa solussa on DNA

Koska joka solussa on sama DNA (kutakuinkin), niin yhden ihmisen kaikissa soluissa yhteensä on enemmän muistikapasiteettia kuin kaikissa maailma tietokoneissa yhteensä. (Tällä ei valitettavasti ole mitään tekemistä oman muistisi kanssa.)

Alla oleva animaatio näyttää, miten DNA pakataan pieneen tilaan. Kuten siitä nähdään tämä pakkausmekanismi on kokonaisuus, jossa kaikki osat ovat tarpeen, jotta DNA mahtuu tumaan, aukeaa ja jälleen kokoontuu kromosomeiksi solun jakautumista varten. Kaikki ehdottoman tärkeitä vaiheita elämälle. Tämäkin järjestelmällisyys saa pohtimaan sitä vaikeutta, miten tällainen voisi syntyä sattumalta ilman suunnittelua.

https://www.youtube.com/watch?v=gbSIBhFwQ4s Nyt kun olemme suurin piirtein mahdollisimman tiiviisti ja nopeasti hahmottaneet ympäristön, niin ensi kerralla pääsemme varsinaisesti käsittelemään DNA:ta.

2. Elämänkirja

Ihmisellä on kyky tunnistaa, jos jokin on inhimillistä, älykästä, alkuperää. Kun vastaamme tulee jotain ennestään tuntematonta, tiedämme silti heti, onko se ihmisen tekemä. Kun arkeologi näkee hiekassa kohteen, hän intuitiivisesti tunnistaa, onko kyseessä esine vai luonnon muovaama kohde. Samoin kuin kävelemme hiekkarannalla, tiedämme heti, mikä on tuulen muovaama kuvio ja mikä ihmisen tekemä hiekkalinna.

Avaruuden radioaaltojakin on kuunneltu jo vuosikausia, jotta löydettäisiin jotain, mikä olisi älykästä alkuperää. Nämä tiedemiehet ovat aivan varmoja, että he tunnistavat signaalin, jos se tulee älykkäästä lähteestä. Vielä ei ole kuultu kuin kohinaa.

Näet kuvassa merkkejä. Pystyt melko nopeasti tunnistamaan, että kyseessä on kirjoitusta, tietoa, vaikka et osaisi sitä lukea. Uteliaisuutesi kasvaa - olisi niin hieno tietää mitä siinä sanotaan. Siinä samanlaiset merkit toistuvat epäsäännöllisesti, mutta kuitenkin jotenkin järjestelmällisesti. Eri merkkien esiintymistaajuus on erilainen, mutta vaikuttaisi siltä, ettei se ole täysin satunnainen. Siinä ei myöskään ole loputtomasti toistuvaa samojen merkkien toisintoa.

Tässä on toinen kuva, jossa siinäkin on merkkejä. Siitäkin herää mielenkiinto, että mitä siinä mahdollisesti kerrotaan. Se näyttää jälleen olevan inhimillistä alkuperää, mutta onko se sitä? Se saattaa sisältää merkitystä, mutta mikä sen merkitys on?

Tämä jälkimmäinen teksti on biologisen elämän kirjoitusta. Sitä on jokaisessa solussa. Ei tosin kirjaimina, vaan molekyyleinä, joita ihminen lyhentää A, T, C ja G kirjaimilla. Yhdessä tätä tietoa kutsutaan DNA:ksi - biologisen elämän kirjaksi. (Kyseinen teksti on ihmisen y-kromosomin alusta - palaamme tähän myöhemmissä kirjoituksissa).

DNA ohjaa solun toimintoja, sisältää proteiinien rakennusohjeet ja se tulee vanhemmiltasi ja sitä kutsutaan myös perimäksi. Se on kirjoitusta siinä kuin morsekirjoituskin tai tämän blogin teksti. Se sisältää tietoa siinä kuin kirjakin.

Me kaikki tiedämme, etteivät kirjat synnyt itsestään. Miten on DNA:n laita?

Kukaan ei ole havainnut tiedon syntyvän itsestään. Maailmassa ei ole yhtään tiedemiestä, joka olisi katseella seurannut, siis havainnut, kun tietoa syntyy soluun tai DNA:han. Kukaan ei ole nähnyt, että kirjoitusta tulisi itsestään mihinkään materiaan. Kirjoitusta, kirjaimia ja materiaakin kyllä häviää itsestään ajan kuluessa ja sitä kautta alkuperäinen viesti sotkeutuu. Näin tapahtuu solussakin. 

Maailmassa on paljon kirjoja ja kirjoitusta. Soluissa on näihin kirjoihin nähden moninkertainen määrä kirjoitusta. Havaintoja kirjoja kirjoittavista ihmisistä on luonnollisesti lukemattomia. Tätä voidaan pitää faktana ja luotettavana havaintona. Kun kukaan ei ole nähnyt DNA:ta kirjoitettavan, jää meille ainoaksi mahdollisuudeksi tehdä päätelmiä eli tulkintoja, mistä kirjoitus solun sisälle on syntynyt. Ja tätä  tapahtuu tiedemaailmassa, mutta se ei ole sama asia kuin suora havainto.

Tiedetään vain - ja tästä voidaan olla varmoja -, että ihminen ei ole DNA:ta kirjoittanut, vaikka muita kirjoja kirjoittaakin. Ihminen ei voi ottaa mitään kunniaa elämän synnystä tai omasta alkuperästään. Tämä on syytä pitää mielessä.

On valitettavaa, että meille ei selkeästi kerrota, mikä on havainto ja mikä tulkintaa. Siten asiat saadaan kuulostamaan epäselviltä ja vaikeatajuisilta, jolloin apuun tarvitaan itseään viisaaksi tituleeraavaa professori sitä selvittämään. Nämä asiat ovat kuitenkin ymmärrettävissä ihan maalaisjärjellä kunhan pitäydytään havainnoissa, kuten tulette huomaamaan. 

Youtubesta löytyy paljon erilaisia lyhyitä opetusvideoita DNA:sta ja tulen käyttämään niitä paljon. Tässä 13 sekunnin esimerkki:

https://www.youtube.com/watch?v=JUCrAbGw0z4 

Tässä hieman pidempi esimerkki, missä selitetään hieman miten ihmisen DNA:sta tieto saadaan "kirjaan" (tietokoneelle):
https://www.youtube.com/watch?v=MvuYATh7Y74

Valitettavasti näissä ei yleensä ole suomenkielistä tekstiä.