The Romance of Reality

The Romance of Reality: How the Universe Organizes Itself to Create Life, Consciousness, and Cosmic Complexity

Bobby Azarian

BenBella Books 2022

eISBN: 9781637740453

Pähkinänkuoressa: Miten aine itseorganisoituu energian avulla monimutkaisiksi elämänmuodoiksi ja miten elävät olennot voivat kääntää kausaalisuuden suunnan

Johdanto

Tieteen vallitseva oppi on reduktionismi, jonka mukaan todellisuutta voi parhaiten ymmärtää palauttamalla ilmiöt rakenneosiinsa ja niiden välisiin vuorovaikutuksiin. Sen mukaan sosiologia ja psykologia voidaan redusoida biologiaan, biologia kemiaan ja kemia perusfysiikkaan. Kaikki selitykset löytyvät aina fysiikan neljästä perusvuorovaikutuksesta ja alkeishiukkasista. Olisi kuitenkin absurdia olettaa, että sosiologit kaivautuisivat näin syvälle syntyihin syviin. Kyse ei ole vain käytännön vaikeudesta vaan myös filosofisesta ongelmasta. Jos kaikki selitykset ovat ”pohjalla”, pelkkää hiukkasfysiikkaa, niin tilaa ei jää toimijuudelle, tunteille ja sisäisille kokemuksille. Ihmisen intuitiivinen käsitys vapaasta tahdostakin on pelkkä illuusio.

Reduktionismi on tuottanut loistavia tuloksia. Se on vapauttanut tieteen kaikesta yliluonnollisesta, kuten sielusta ja henkiolennoista. Silti yleisesti uskotaan, että kokonaisuus voi olla enemmän kuin osiensa summa. Silloin rakenneosien keskinäinen vuorovaikutus voi tuottaa kokonaisuuteen ominaisuuksia, joita missään rakenneosassa ei ole. Alkeishiukkasista tulee atomeita, joista tulee molekyylejä, joista tulee kemikaaleja, joista tulee eläviä olentoja, joilla on vapaa tahto.

Siinä on kuitenkin selitettävää. Mikä selittää emergenssin, sen että rakenneosista kumpuaa kokonaan uusia ominaisuuksia aivan itsestään? Jos alkeishiukkaset noudattavat fysiikan lakeja törmäillessään ja värähdellessään, niin miten elävä olento voisi vaikuttaa niiden liikeratoihin? Entä mikä selittää tietoisuuden? Ja vapaan tahdon? Azarian pyrkii kokoamaan tieteellisestä tiedosta jonkinlaista todellisuuden yhtenäisteoriaa, joka selittäisi tämän kaiken. Eikä hän pysähdy siihenkään, vaan kuvittelee, että matka voisi jatkua edelleen kohti yhä monimutkaisempia kokonaisuuksia. Jos elämä on jo kulkenut näin pitkälle, niin miksei se voisi valloittaa myös avaruuden?

Perusteet

Elämän mysteeri

Elämän synty on edelleen suuri mysteeri – niin suuri, että se on perinteisesti selitetty vielä suuremmalla mysteerillä, luojajumalalla, josta tosin ei ole suoraa havaintoa tai todistetta. Ympäröivä todellisuus vain vaikuttaa niin monimutkaiselta, että se ei ole voinut syntyä sattumalta ilman suunnittelijaa. Juuri suuri sattuma kuitenkin on vaihtoehtoinen tapa selittää elämän synty. Sen mukaan olosuhteet vain sattuivat olemaan juuri oikeat ja molekyylit törmäilivät toisiinsa aivan sattumoisin niin, että ensimmäinen alkeellinen elämänmuoto sai alkunsa ja evoluutio hoiti loput.

The origin of life must be a highly probable affair. As soon as conditions permit, up it pops!

Carl Sagan

Kolmaskin vaihtoehto elämän synnylle löytyy, jos luovutaan ajattelemasta elämää suurena mysteerinä. Ehkä elämä syntyi vääjäämättä heti, kun olosuhteet sen sallivat varhaisessa Maassa; ehkä luonnonlait yksinkertaisesti tuottavat taukoamatta monimutkaisuutta ja informaatiota. Silloin elämä ei olisikaan poikkeus vaan sääntö – ei onnenkantamoinen vaan väistämättömyys. Varmuudella emme voi tietää, koska otantamme on niin suppea. Universumi on täynnä planeettoja. Vieläpä Maan kaltaisia on loputtomiin. Silti meillä on vain tietoa vain yhdestä, omastamme, eikä sillä perusteella voi tilastollista analyysia tehdä tai todennäköisyyttä laskea.

Elämän synnyn arvoitus liittyy yleisempään kysymykseen siitä, miten aine on järjestäytynyt. Arkikokemuksemme mukaan asiat eivät järjesty itsekseen. Ellei joku välillä laita asioita järjestykseen, huoneista tulee sotkuisempia, talot rapistuvat ja monimutkaiset rakenteet hajoavat. Miten siis asiat alkoivat järjestäytyä ennen kuin oli ketään niitä järjestämässä? Yksinkertainen vastaus on energia. Universumi täynnä virtaavaa energiaa on virittynyt monimutkaistumaan.

Energia ja entropia

Lämpöopin, termodynamiikan, pääsäännöt kuuluvat keskeisimpiin luonnonlakeihin. Ne koskevat fysiikkaa ja kemiaa mutta myös biologiaa. Ensimmäinen pääsääntö on energian säilymisen laki. Sen mukaan energia ei voi luoda eikä hävittää. Sitä voi vain muuttaa muodosta toiseen. Yksinkertainen esimerkki on polttomoottoriauto, joka muuttaa polttoaineen kemiallisen energian ensin lämpöenergiaksi ja sitten lämmön liike-energiaksi. Kaikki kemiallinen energia ei kuitenkaan muutu auton liikkeeksi, vaan huomattava osa siitä jää hyödyntämättä, koska se muuttuu hukkalämmöksi.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan suljetun systeemin entropia kasvaa kohti maksimia. Eri lämpöiset kappaleet asettuvat aikaa myöten samaan lämpötilaan, termodynaamiseen tasapainotilaan (thermodynamic equilibrium). Systeemin vapaa energia, jolla voi tehdä työtä, muuttuu vähitellen hukkaenergiaksi, jota ei voi enää hyödyntää. Luonto tuntuu vieroksuvan eroja, liittyivät ne sitten lämpötilaan, paineeseen, kemialliseen pitoisuuteen tai sähköiseen varaukseen; ne kaikki tasoittuvat.

Entropiaa voi tarkastella myös hiukkastasolla. Kuuman kappaleen molekyylit liikkuvat ja värähtelevät nopeammin kuin viileän. Molekyylien energiaerot kuitenkin tasoittuvat törmäysten ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen seurauksena. Kun saunan kiukaalle heittää vettä, kuuma vesihöyry saa ilman kiertämään löylynä. Silloin kuuman höyryn nopeat molekyylit törmäilevät ilman hitaampiin molekyyleihin ja luovuttavat niille energiaansa. Samoin viileään veteen kaadetun kuuman veden nopeat molekyylit törmäilevät hitaampiin, kunnes nopeuserot tasoittuvat ja vesi on tasalämpöistä.

Entropialla on siis kaksi komponenttia:

• terminen entropia: lämpötilaerojen ja energiaerojen tasoittuminen makrotasolla
• konfiguraatioentropia: hiukkasten sekoittuminen ja epäjärjestyksen kasvu mikrotasolla

Kun hiukkasten energiaerot tasoittuvat, myös itse hiukkaset sekoittuvat tehokkaasti etenkin kaasussa ja nesteessä. Tästä syystä entropiaa sanotaan usein ”epäjärjestykseksi”. Tämä on kuitenkin hieman harhaanjohtavaa, koska energiaerojen tasoittuminen ei suinkaan merkitse, että kaikki aine samalla hajoaa atomeiksi ja sekoittuu yhdeksi kaaokseksi. Maailmankaikkeuden lämpökuolemassa kaikki aine voi kyllä lopulta hajota alkeishiukkasiksi ja hajautua, mutta sitä ennen aine voi säilyttää rakenteensa paljon sen jälkeenkin, kun lämpötilaerot ovat tasoittuneet.

Jos hiukkasten tarkan sijainnin ja nopeuden, mikrotilan, voisi mitata, niin siitä voisi päätellä makrotilan. Makrotilasta taas ei voi päätellä mikrotilaa, koska niin moni eri mikrotila toteuttaa saman makrotilan. Termodynaaminen tasapainotila on juuri se tila, joka toteutuu suurimmalla todennäköisyydellä, koska sen toteuttavia mikrotiloja on eniten.

Itseorganisoituminen

Vuonna 1944 Erwin Schrödinger esitti teoksessaan What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell, että biologiset organismit säilyttävät elinvoimansa kuluttamalla energiaa, jonka saavat ympäristöstään. Ilman jatkuvaa energialähdettä ne ajautuvat termodynaamiseen tasapainotilaan ja menehtyvät. Toinen pääsääntö koskee suljettuja systeemejä, mutta biologiset organismit eivät ole sellaisia vaan täysin avoimia systeemejä. Niillä on aineenvaihdunta, jonka avulla ne muuttavat ympäristöstä ottamiaan aineita energiaksi ja solujen rakennusaineiksi sekä palauttavat kuona-aineet takaisin ympäristöönsä.

Aiemmin esitettyjä termejä käyttäen elävät organismit vastustavat konfiguraatioentropiaa (”epäjärjestystä”) paikallisesti tuottamalla termistä entropiaa ympäristöönsä. Organismin ja ympäristön muodostaman kokonaisuuden entropia kyllä kasvaa, aivan kuten toisen pääsäännön mukaan täytyykin tapahtua.

Eloton ainekin voi järjestäytyä, jos se saa sopivasti energiaa. Yksinkertainen esimerkki on vesipyörre, joka ilmaantuu, kun vesialtaan pohjatulppa avataan. Vesimolekyylit eivät käyttäydy kaoottisesti, vaan ne muodostavat dynaamisen rakenteen, joka kestää niin kauan kuin vettä riittää. Luonnossa vastaavia ilmiöitä ovat vesipyörteet ja pyörremyrskyt. Yleensä ne ovat lyhytkestoisia, mutta ei niiden tarvitsisi olla. Jupiterin suuri punainen pilkku on pyörremyrsky, joka on riehunut jo satoja vuosia.

Ilya Prigogine tutki tällaisia itseorganisoituvia (self-organizing) ilmiöitä ja päätteli, että ne eivät synny toisesta pääsäännöstä huolimatta – ne syntyvät sen vuoksi. Toisen pääsäännön mukaan energiaerot tasoittuvat, jolloin syntyy energiavirtoja systeemin osasta toiseen. Mitä suurempi energiaero on, sitä suurempi energiavuo syntyy ja samalla potentiaali itseorganisoitumiseen. Entropia voi siis generoida myös järjestystä eikä vain epäjärjestystä. Spontaanisti itseorganisoituvia systeemejä kutsutaan dissipatiivisiksi (häilyviksi) systeemeiksi (dissipative system). ”Epätasapaino tuottaa ’järjestystä kaaoksesta’”, kirjoitti Prigogine.

At equilibrium matter is blind; far from equilibrium it begins to ‘see’

Ilya Prigogine

Dissipatiivisia systeemejä on melko helppo saada aikaan laboratorioympäristössä. Yksinkertainen koejärjestely on esimerkiksi vesiastia, jota lämmitetään alapuolelta. Lämpötilaero saa veden nousemaan pohjalta pintaan. Osa vesimolekyyleistä saa niin paljon energiaa, että haihtuu ilmaan. Haihtuminen puolestaan laskee pinnan lämpötilaa, jolloin vesimolekyylit vajoavat pohjalle. Näitä kuumasta kylmään ja takaisin kiertäviä virtauksia kutsutaan Bénardin soluiksi.

Tilaa, johon dissipatiivinen systeemi hakeutuu ja jossa se myös pyrkii pysymään, kutsutaan attraktoriksi. Kuopan reunalla olevan pallon attraktori on kuopan pohja. Suljetun systeemin attraktori on entropian maksimi, sillä sen vuorovaikuttavat hiukkaset käyvät satunnaisesti läpi koko konfiguraatioavaruutensa ja asettuvat lopulta tilaan, jossa ei enää ole vapaata energiaa eikä energiaeroja. Sen sijaan energiavirran ruokkima avoin systeemi voi löytää epätasapainotila-attraktorin (non-equilibrium attractor), jossa se vakaasti pysyy ainakin niin kauan kuin energiavirta jatkuu. Vaikka tällainen systeemi on kaukana tasapainotilasta (maksimientropiasta), se kasvattaa tehokkaasti entropiaa, kun ympäristökin huomioidaan.

Vuonna 2015 Nature Nanotechnology julkaisi Jeremy Englandin artikkelin, jossa esitettiin muodollinen mekanismi energian aiheuttamalle itseorganisoitumiselle. Pari vuotta myöhemmin England kollegoineen demonstroi mekanismia simuloimalla kemiallista verkkoa tietokoneohjelmalla. Sen avulla voitiin visualisoida, miten satunnaisesti hajautuneet ”molekyylit” alkoivat energiaeron ohjaamana asteittain hakeutua järjestäytyneiksi rakenteiksi, joita olisi vaikea selittää pelkän klassisen termodynamiikan avulla. Kaiken lisäksi rakenteet saattoivat energiavirran salliessa jatkaa ensimmäisistä attraktoreista seuraavan tason attraktoreihin, jotka olivat yhä kauempana tasapainotilasta. Toisin sanoen dissipatiivinen systeemi ei vain syntynyt vaan myös kehittyi, sopeutui ympäristöönsä, niin kauan kuin energiaa oli tarjolla.

Vielä kauemmas tasapainotilasta voi päästä autokatalyysin avulla. Siinä on kyse kemiallisesta reaktiosta, jonka jokin reaktiotuote kiihdyttää, katalysoi, samaista reaktiota. Yksinkertaisimmillaan kaksi molekyyliä A ja B reagoivat ja tuottavat molekyylin C, joka toimii katalysaattorina. Silloin C:n tuotanto kiihtyy. Periaatteessa sopivassa kemiallisessa ”sopassa” voi olla paljon tällaisia autokatalyyttisia ja myös keskinäisiä katalyyttisiä mekanismeja, jolloin voitaisiin puhua kollektiivisesta autokatalyysistä. Tämä ei ole pelkkää teoriaa. Vuonna 2004 aminohapoista saatiin luotua yhdeksän erilaista pientä proteiinia, peptidiä. Vuonna 2012 saatiin aikaan itseään kopioiva RNA-molekyyli pienistä RNA:n pätkistä.

Elämän ilmaantuminen

Itseorganisoituvista molekyyleistä ja autokatalyysistä on silti pitkä matka eläviin soluihin. Yksinkertaisinkin kuviteltavissa oleva solu koostuu tuhansista monimutkaisista molekyyleistä koordinoidun ja hienostuneen kemiallisen tanssin pyörteissä. Esimerkiksi solun itsekopioituminen edellyttää sekä tietoa että tuotantokoneiston. Tieto on tallessa DNA:n ja RNA:n rakenteessa geneettisenä informaationa. Noissa molekyyleissä on tavallaan rakennuspiirrokset ja valmistusohjeet uutta solua varten. Tuotantokoneisto taas muodostuu proteiineista, joihin lukeutuvat myös kemiallisia reaktioita katalysoivat entsyymit. DNA:n ja RNA:n rakentamiseen tarvitaan proteiineja, ja proteiinien rakentamiseen tarvitaan DNA:ta tai RNA:ta. Kumpi tuli ensin, muna vai kana?

The energy that flows through a system acts to organize that system

Harold Morowitz, 1968

Vuonna 1968 julkaistussa kirjassaan Energy Flow in Biology Harold Morowitz kirjoitti: ”Systeemin läpi virtaava energia organisoi systeemin.” Hänen mukaansa elämän oleellisin piirre on aineenvaihduntaprosessi, koska se ylläpitää organismin rakennetta ja toimintaa systeemin läpi virtaavan vapaan energian avulla. Elämän arvoituksen ratkaisu löytyisi siis ennemminkin aineenvaihdunnasta kuin DNA:sta tai RNA:sta.

Jotkin kemialliset reaktiotiet hajottavat orgaanisia yhdisteitä tuottaen energiaa; toiset reaktiotiet taas kuluttavat energiaa rakentaakseen orgaanisia yhdisteitä pienemmistä molekyyleistä. Yksi energiaa tuottava reaktiotie on sitruunahappokierto, Krebsin sykli (trikarboksyylihappokierto, TCA-kierto). Elämän syntyessä tämä mekanismi ei voinut olla käytössä, koska se kehittyi vasta myöhemmin evoluution myötä, samoin kuin vaikkapa yhteyttäminen. Ensimmäisen solun on täytynyt saada energiansa aivan muulla tavalla.

Vuonna 1977 syvältä merenpohjasta löydettiin eksoottinen ekosysteemi hydrotermisen aukon luota – paikasta, jossa ei pitänyt olla minkäänlaista elämää. Tällaisista aukoista pulppuaa vulkaanisen toiminnan lämmittämää vettä ja niiden luota on löydetty yli 300 eliölajia, joista suurinta osaa ei esiinny missään muualla. Niistä yksinkertaisimmat organismit ovat bakteereja, reduktiivisia autotrofeja (reductive autotrophs), joiden aineenvaihdunta toimii kuin riisuttu Krebsin sykli, mutta vastakkaiseen suuntaan.

Käänteinen Krebsin sykli sai nimen reduktiivinen TCA-kierto (reductive TCA cycle). Primitiivisimmässä muodossaan se ei tarvitse kokonaista solua toimiakseen. Se kykenee tuottamaan kaikki elävien organismien tarvitsemat orgaaniset yhdisteet – proteiinit, nukleiinihapot ja lipidit. Hydroterminen aukko puolestaan tuottaa tarvittavat epäorgaaniset rakennusaineet sekä reaktioissa tarvittavan korkean lämpötilan ja paineen. Aukon ympäristössä on lisäksi lukemattomia huokosia, joiden suojissa jokin molekyyli mahdollisesti ylitti kriittisen rajan ja alkoi monistaa itseään. On täysin mahdollista, että elämän synty ei ollut sattuma, vaan itseorganisoitumisen, dissipatiivisten systeemien sopeutumisen ja kollektiivisen autokatalyysin kaltaisten mekanismien luonnollinen tulos. Tällaista systeemin siirtymistä organisoidumpaan tilaan kutsutaan emergenssiksi.

Biologinen informaatio

Tyypilliset dissipatiiviset systeemit, kuten pyörremyrskyt, ovat fysiikan lakien orjia. Ne syntyvät ja kuolevat ulkoisten voimien seurauksena. Elävä organismi voi ainakin jossain määrin hallita omaa olemassaoloaan, koska sillä on emergentti ominaisuus, toimijuus (agency). Eläin etsii ravintoa ympäristöstään ja kasvi kääntyy kohti aurinkoa, jotta voi ylläpitää elintoimintojaan. Vibrio cholera, kuten moni muukin bakteeri, käyttää kemotaksiaa (chemotaxis), joka ohjaa sen uimaan ravintoa kohti ja poispäin myrkyistä. Organismi ylläpitää elintoimintojaan (dissipatiivista systeemiään kaukana termodynaamisesta tasapainotilasta) varmistamalla jatkuvan energian saannin. Elämä on kuitenkin täynnä vaaroja, kuten myrkkyjä tai petoja, jotka voivat uhata elintoimintoja siinä missä energian loppuminenkin. Siksi toimijuuteen liittyy välttämättä myös vaaran välttäminen.

Jotta organismi voi toteuttaa toimijuuttaan tehokkaasti – hankkia energiaa, lisääntyä, sopeutua ja oppia, se tarvitsee informaatiota. Informaatioteorian isä Claude Shannon tutki, miten viestejä voisi lähettää paikasta toiseen jotain tietoliikennekanavaa pitkin mahdollisimman luotettavasti. Koska kaikki kanavat ovat epätäydellisiä kohinan ja muiden häiriöiden vuoksi, vastaanottajalla on aina tietty määrä epävarmuutta viestin oikeellisuudesta. Informaatio on siten ”epävarmuuden vähenemistä” ja informaation määrä on tuon vähenemisen määrä. Esimerkiksi kolikon heittäjä saa yhden bitin informaatiota, kun hänelle selviää tuliko kruuna vai klaava. Nopan heittäjä saa enemmän informaatiota, noin 2,6 bittiä (= log₂(6)), koska epävarmuutta poistuu enemmän.

Informaation epävarmuudessa on pohjimmiltaan kyse samasta asiasta kuin konfiguraatioentropiassa, jossa on kyse epäjärjestyksestä. Termisen entropian ja konfiguraatioentropian lisäksi on siten kolmaskin entropian muoto: informaatioentropia. Informaation lisääntyminen liittyy siis entropian vähenemiseen.

Shannonia kiinnosti vain informaation välittäminen mahdollisimman tehokkaasti. Käytännön tilanteissa informaatio ei kuitenkaan aina ole informatiivista. Puhe tai teksti voi olla toisteista tai ”sanasalaattia”, jossa on lopulta vähän tietoa. Informaatioteoria käsittelee pelkästään tätä informaation symbolista ulottuvuutta, syntaksia. Merkitystä on vain viestin virheettömällä välittämisellä eikä lainkaan sillä, onko viesti satunnainen merkkijono vai Shakespearen sonetti.

Biologiassa sen sijaan tärkeää on vain merkityksellinen informaatio, jonka avulla rakennetaan ja ylläpidetään organismia sekä autetaan sitä selviämään ympäristössään. DNA:n sisältämä syntaktinen informaatio on helppo laskea. Kukin nukleotidi on jokin neljästä vaihtoehdosta (A, C, T tai G), joten sen informaatiosisältö on kaksi bittiä. Ihmisen kromosomiston yli kolme miljardia nukleotidia tuottaa siis yli kuusi miljardia bittiä syntaktista informaatiota. Tiedetään kuitenkin, että kaikki nukleotidit eivät sisällä merkityksellistä informaatiota. Geenejä lasketaan olevan vain 20 000 – 25 000, mutta sekään ei ole koko totuus, sillä DNA:ssa on geenien lisäksi muutakin informaatiota, jolla voidaan esimerkiksi aktivoida geeni, hidastaa sen toimintaa tai pysäyttää se kokonaan.

Biologiselle informaatiolle ei ole yleisesti hyväksyttyä määritelmää, mutta erään ehdotuksen mukaan se on ”fyysisen systeemin ja sen ympäristön välistä syntaktista informaatiota, joka on kausaalisesti tarpeen systeemin olemassaolon ylläpitämiseen”.

Organismit käyttävät biologista informaatiota energian hankkimiseen ja vaarojen välttämiseen, sekä tietenkin lisääntymiseen. Toisin sanoen ne käsittelevät tietoa. Ihminen prosessoi aivoissaan tietoa, jota saa aisteilta hermoverkon välityksellä, mutta yksinkertaisimmatkin organismit prosessoivat jotain primitiivistä informaatiota. Aiemmin mainittu bakteeri, vibrio cholera, ui kohti ravintoa ja poispäin myrkyistä kemotaksian avulla; jos kummastakaan ei ole tietoa, se ui satunnaiseen suuntaan. Ilman keskushermostoa sen algoritmi ei voisikaan olla kovin hienostunut, mutta silti se on toimija, koska se tekee päätöksiä ärsykkeen perusteella. Tavallaan se on muodostanut maailmasta kaksiulotteisen mallin, jossa voi liikkua ja jossa on kahdenlaisia asioita: ravintoa ja myrkkyä. Tämän ymmärryksen avulla se yrittää pysytellä hengissä ja toivon mukaan jakautua.

Evoluutio

Tiedon hankkiminen

Organismit saavat tietoa ympäristöstään aistien tai vastaavien kanavien kautta. Tieto on epävarmaa, koska Shannonin mukaan kaikki kanavat ovat epätäydellisiä. Tiedon voi siten määritellä informaatioksi, joka vähentää epävarmuutta tai tietämättömyyttä maailmasta. Organismi ei ehkä saa absoluuttista tietoa ympäristöstään, mutta se voi parantaa tilannettaan tekemällä valintoja, jotka ovat keskimäärin parempia kuin huonompia.

Ihminen vähentää tietämättömyyttä tieteellisellä menetelmällä. Tieteenfilosofi Karl Popperin mukaan tiedon lähtökohta on ongelma: ”ongelmat luovat tietoa”. Tutkijat saavat inspiraationsa käytännön ongelmista, jotka he osaavat yleistää teoreettisiksi ongelmiksi. He ratkaisevat näitä ongelmia kehittämällä hypoteeseja, joita voi testata. Usein hypoteesit ovat virheellisiä, jolloin ne hylätään. Popper käytti muotoilua ”conjecture and refutation”, jonka voisi kääntää vaikka ”hypoteesi ja hylkääminen”. Jotkin hypoteesit osoittautuvat hyödyllisiksi, toisin sanoen ne vähentävät tietämättömyyttä ja siis lisäävät tietoa. Tieteellisen tiedon voi määritellä myös todisteisiin perustuvaksi informaatioksi. Tällainen tieto on hyödyllistä, koska sen avulla voi ennustaa asioita ja kehittää vaikkapa uusia teknologioita tai sovelluksia.

Tiedettä voi myös kuvata päättelyksi, jossa tutkijat tekevät johtopäätöksiä aiemmin hankitun tieteellisen tiedon pohjalta tavoitteenaan ymmärryksen syventäminen tai kokonaan uudet tulkinnat. Uusi tutkimustieto vähentää jälleen epävarmuutta asiaintilasta, mutta ei ole lopullinen totuus. Popperin mukaan ratkaisut johtavat aina uusiin ongelmiin. Kuitenkin tieteellinen tieto kumuloituu kaiken aikaa ja kollektiivinen epävarmuus vähenee.

Why do we fall, sir? So that we can learn to pick ourselves up

Alfred trying to inspire Bruce Wayne, Batman Begins

Popper havaitsi, että tieteellisen tiedon hankkiminen hypoteesin ja hylkäämisen avulla ei periaatteessa eroa inhimillisestä oppimisesta ”yritys ja erehdys” -menetelmällä. Elämä heittää eteemme jatkuvasti uusia haasteita, joita yritämme ratkaista. Käytämme kokemustamme ja kekseliäisyyttämme, mutta voimme myös matkia osaavampia tai hankkia tietoa tietävämmiltä. Jos ensimmäinen ratkaisuyritys johtaa erehdykseen, niin yritämme päätellä, mikä meni pieleen. Sitten teemme sopivan muutoksen ja yritämme uudestaan. Mukauttamalla toimintaamme pienennämme ennustusvirhettä, epävarmuutta, kunnes onnistumme. Oppiminen kertyy omaksi osaamiseksemme aivan kuten tieteellinen tieto kumuloituu yhteisön tiedoksi.

Ennen kuin aivot ilmaantuivat luomakuntaan, tarvittiin jotain muuta kuin oppimista. Popper kuitenkin havaitsi, että myös evoluutiolla on käytössään hyvin samantapainen menetelmä kuin tieteellisellä menetelmällä ja inhimillisellä oppimisella: ”vaihtelu ja valinta” (variation and selection). Vaihtelua tuottavat mutaatiot, jotka ovat satunnaisia, mutta sitten seuraa karsinta. Vaikka vaihtelu on satunnaista, evoluutio ei ole. Se jättää jäljelle ne sukulinjat, jotka selviävät ja lisääntyvät, mitä kutsutaan adaptaatioksi. Samalla se kerryttää geneettistä tietoa DNA:han sukupolvelta toiselle.

Popperin mukaan tiede on itse asiassa darwinilainen prosessi. Tämä on ironista, sillä hän oli alun perin melko epäilevä evoluutioteorian suhteen. Sitä oli hänen mielestään vaikea falsifioida, mitä hän piti perusedellytyksenä mille tahansa tieteelliselle teorialle. Epäilyt karisivat, kun hän ymmärsi, että hypoteesi ja hylkääminen, yritys ja erehdys sekä vaihtelu ja valinta ovat käytännössä yksi ja sama universaali algoritmi, jolla vähennetään epävarmuutta ja hankitaan tietoa. Tällä tavalla ajatellen tuntuu luonnolliselta kirjata yleinen periaate: Kaikki evoluutioprosessit ovat oppimisprosesseja, ja kaikki oppimisen muodot ovat evoluutioprosesseja.

Biologinen tieto kertoo organismille, miten se selviää ympäristössään ja kykenee lisääntymään siellä. Siten delfiinin virtaviivainen muoto, jonka kaava on talletettu sen perimään, sisältää tietoa hydrodynamiikasta; samoin kotkan siiven muoto sisältää tietoa aerodynamiikasta. Insinöörit tutkivat näitä muotoja oppiakseen. Organismin piirteet heijastavat sitä ympäristöä, jossa organismi elää.

—

Edellä oleva voidaan kiteyttää seuraavasti:

• adaptaatio = korrelaatio = keskinäinen informaatio = mallin optimointi = tiedon hankkiminen

Bakteeri, joka ui kohti ravintoa ja poispäin myrkystä, selviää eloonjäämiskilpailussa todennäköisemmin kuin lajitoveri, joka valitsee suuntansa sattumanvaraisesti. Tämä on esimerkki käyttäytymisen adaptaatiosta, mutta yhtä lailla rakenteellinen adaptaatio, kuten vaikkapa aerodynaamisempi siipi, auttaa kilpailussa.

Adaptoituneen organismin piirteet heijastavat ekologista lokeroa, jossa se elää. Piirteiden ja ympäristön välillä on korrelaatio. Maallikkokin osaa päätellä ulkonäön perusteella, onko hänelle ennalta tuntematon laji sopeutunut elämään vedessä, ilmassa vai maalla. Biologi osaa sijoittaa lajin jo varsin tarkasti tiettyyn ekologiseen lokeroon ulkoisten tuntomerkkien perusteella.

Korrelaatio organismin piirteiden ja ympäristön välillä kertoo siitä, että ne jakavat keskinäistä informaatiota. Mitä paremmin organismi adaptoituu ekologiseen lokeroonsa, sitä enemmän keskinäistä informaatiota kertyy. Organismi ”oppii” tuntemaan ympäristöään ja osaa ennakoida asioita paremmin.

Oppiminen ja ennakointi tarkoittavat, että organismilla on malli ympäristöstään. Kun adaptaatioratkaisut kertyvät geneettiseen muistiin, tuo malli optimoituu. Silloin ympäristöä koskeva epävarmuus pienenee ja ennustustarkkuus paranee. Tällä tavalla evoluutio hankkii tietoa.

Monimutkaisuuden kasvu

Yleisen käsityksen mukaan evoluutiolla ei ole suuntaa, joten se ei erityisesti suosi monimutkaisuuden kasvattamista tai emergenssiä. Se vain tuottaa lukemattomia polkuja satunnaisiin suuntiin ilman mitään ”korkeampaa päämäärää”. Tämän ajattelun mukaan yksisoluinen bakteeri on parhaiten sopeutunut, koska se käyttää vähiten energiaa. Muut elämänmuodot ovat poikkeamia optimista. Tätä tukee sekin, että kaikista maapallon organismeista bakteereja on eniten. Evoluutio ei tosiaankaan aina kulje kohti monimutkaisempia organismeja. Esimerkiksi luoliin siirtyneet kalalajit ovat menettäneet näkönsä ja tulleet yksinkertaisemmiksi. Silti elollinen luonto ympärillämme on uskomattoman monimuotoinen – ja monimutkainen. Mistä se johtuu?

Vuonna 1970 julkaistiin W. Ross Ashbyn ja Roger Conantin artikkeli Every Good Regulator of a System Must Be a Model of That System, joka nimensä mukaan esittää, että hyvän säätimen on oltava malli säädettävästä systeemistä. Evoluutiobiologiaan sovellettuna tämä tarkoittaa, että organismin, adaptiivisen systeemin, täytyy mallintaa olennaiset muuttujat ympäristöstään. Oleellisia ovat tietenkin ne muuttujat, jotka auttavat organisaatiota pysymään kaukana termodynaamisesta tasapainotilasta, kuten energian hankkiminen, vaarojen välttäminen ja sisäisen järjestyksen ylläpitäminen.

Ashbyn vaaditun vaihtelun laki (law of requisite variety) biologiaan sovellettuna asettaa vähimmäisvaatimuksen organismin tilojen lukumäärälle. Jos kissa haluaa pyydystää hiiren, sillä täytyy olla yhtä monta saalistustapaa kuin hiirellä on keinoja väistää sitä. Miekkailijalla täytyy olla yhtä monta puolustusliikettä kuin vastustajalla hyökkäysliikkeitä. Koska kutakin reaktiota kohti organismissa on erillinen sisäinen tila, näitä tiloja tarvitaan ainakin yhtä monta kuin on ympäristön asettamia erillisiä häiriöitä tai haasteita.

Life seeks to represent the world in which it lives: to encode reality. That is what a genome does. That is what a brain does. And the initial impetus towards that kind of reflection of the universe in living matter is not that well understood, I’d say.

David Krakauer

Organismia voi siis ajatella sekä mallina ympäristöstään että dissipatiivisena systeeminä, joka pyrkii pysyttelemään kaukana termodynaamisesta tasapainotilasta. Nämä saattavat vaikuttaa erillisiltä asioilta, mutta niissä on kyse samasta prosessista. Organismin dissipatiivinen kapasiteetti riippuu sen kyvystä hyödyntää vapaata energiaa, mikä taas riippuu organismin sisäisen mallin kyvystä ennustaa ympäristöä.

Vaikka evoluutio ei suoraan suosi monimutkaistumista, se aiheuttaa lajien välisen kilpajuoksun. Hiiret kehittävät piirteitä, joilla ne voivat välttää kissan suuhun joutumisen. Silloin kissojenkin täytyy kehittää omia saalistustapojaan. Lisäksi syntyy uusia lajeja, joista potentiaalinen on uhka tai potentiaalista ravintoa olemassa oleville tai uusille lajeille. Ympäristö kehittyy näin jatkuvasti monimutkaisemmaksi ja lajien täytyy kehittää monimutkaisempia sisäisiä malleja pysyäkseen kilpailussa mukana. Monimutkaisuutta voisi siten mitata sisäisten tilojen määrällä.

Kun lajien evoluutio tuottaa uusia ratkaisuja, adaptaatioita, jotka tallennetaan geneettiseen muistiin, informaatiota tavallaan siirretään ympäristöstä biosfääriin, lajien sisäisiin malleihin. Runollisesti tämän voisi ilmaista niin, että me olemme tapa, jolla kosmos herää henkiin ja alkaa tulla tietoiseksi itsestään.

Emergenssi

Organismit ovat itseorganisoituneita systeemejä, jotka ovat saavuttaneet jonkin attraktorin, dynaamisen tasapainotilan. Niin kauan kuin organismi kykenee säilyttämään dynaamisen tasapainotilansa, homeostaasin, se välttää romahtamisen termodynaamiseen tasapainotilaansa, joka on sen vaihtoehtoinen attraktori. Ulkoinen ärsyke voi aiheuttaa poikkeaman tasapainotilasta. Silloin käynnistyy aalto ajatuksia, tunteita tai liikkeitä, jotka lopulta palauttavat tasapainotilan. Esimerkiksi pedon lähestyessä, ihmisen syke ja hengitystiheys kasvavat. Kun uhka on vältetty, keho palautuu automaattisesti tasapainotilaansa.

Vaikka laji olisi dynaamisessa tasapainotilassa, evoluutio ei kuitenkaan lakkaa kokeilujaan. Jossain vaiheessa saattaa löytyä uusi attraktori, joka tuottaa entistä paremman adaptaation. Tällainen emergenssi voi olla heikkoa tai vahvaa. Heikkoa emergenssiä edustavat adaptaatiot, jotka ovat luonteeltaan olemassa olevien ominaisuuksien variaatioita tai laajennuksia, kuten vaikkapa oranssin värin erottaminen punaisen ja keltaisen lisäksi. Vahvaa emergenssiä taas edustavat adaptaatiot, jotka nostavat lajin uudelle tasolle. Tästä on kyse, kun biomolekyyleistä tulee soluja, tai soluista monisoluisia, tai monisoluisista yhdyskuntia tai yhteisöjä. Jokaisen uuden tason myötä luomakuntaan ilmaantuu uusia ominaisuuksia, joita ei käytännössä voi palauttaa systeemin alkuperäisiin rakenneosiin.

Tällä tavalla rakentunut biosfääri on hierarkkinen ja modulaarinen. Se on varsin kestävä ja sitkeä. Jos vaikkapa ylin taso tuhoutuu, kuten dinosaurukset aikanaan, alla olevien tasojen monimuotoisuus tuottaa ennen pitkää uusia yrittäjiä luomakunnan huipulle. Kullakin uudella tasolla on uudenlainen tietovarasto. Ensin oli yksisoluisen DNA, sitten monisoluisen. Sitten ilmaantuivat aivot, sitten kulttuurit, sitten tietokoneet ja nyt internetiin on muodostumassa globaali tietovarasto.

Toimijuus, tietoisuus ja vapaa tahto

Determinismi

Filosofit ovat miettineet mielen ja kehon erillisyyttä ja yhteyttä, mieli-ruumis-ongelmaa, jo antiikin ajoista asti. 1600-luvulla elänyt René Descartes lähestyi ongelmaa epäilyn avulla. Aistit ovat pettäviä ja ihmismielikin voi harhautua uskomaan asioita, jotka eivät ole totta. Mikä siis on varmasti totta? Hän päätyi kuuluisaan lausahdukseensa: ”cogito ergo sum”, ”ajattelen, olen siis olemassa”. Hän oli oikeassa. Jos epäilee metodisesti kaikkea, jota suinkin voi epäillä, ei voi varmuudella tietää muuta kuin, että on itse olemassa ja miettii tuota filosofista kysymystä. Descartes herätti samalla kysymyksen, joka on jäänyt elämään: onko kokemusmaailmamme todellinen vai illuusio. Tietokoneajan versio tuosta kysymyksestä on, elämmekö todellisuudessa vai simulaatiossa.

Descartes oletti, että mieli on aineettomassa sielussa, joka ohjaa aineellista, mekaanista kehoa. Tätä dualistista käsitystä pidetään nykyisin epätieteellisenä. Tieteellinen vaihtoehto on materialismi, jonka mukaan ei ole erikseen fyysistä ja henkistä ainetta. On vain materia.

Pierre-Simon Laplace kehitteli materialismin teemaa 1800-luvun alussa. Hänen mukaansa oli olemassa vain hiukkasia, jotka noudattavat Newtonin liikelakeja. Niiden liikeradat määräytyivät sillä hetkellä, kun universumi syntyi. Sen jälkeen kaikki on tapahtunut kuin kellokoneistossa, täysin ennustettavasti. Jos olisi mahdollista selvittää kunkin hiukkasen asema ja nopeus, voisi periaatteessa laskea, miten asiat kehittyvät tästä eteenpäin. Laplace istutti ajatuskokeessaan demonin laskemaan tulevaisuutta, mutta tietokoneaikana sen voisi korvata tekoäly.

Laplacen ajatukseen pohjautuvan maailmankäsityksen, determinismin, mukaan kaikki syyt ovat pohjalla. Siinä missä materialismi hylkää sielun, determinismi hylkää myös tietoisuuden. Kun henkilö päättelee: ”ajattelen, olen siis olemassa”, hän ei voi kiistää omaa olemassaoloaan, mutta tietoisuus on vain kuvitelmaa. Kausaalisuus toimii vain alhaalta ylöspäin. Ihminen ei voi nostaa kättään, mutta alkeishiukkaset kyllä voivat sen tehdä, kuten kaiken muunkin, mitä tapahtuu. Ihminen voi kyllä kuvitella, että hän itse teki päätöksen ja sitten nosti kättään, mutta tuo kuvitelmakin on alkeishiukkasten aiheuttamaa. Ei ole toimijuutta, saati vapaata tahtoa – vain mielemme luoma illuusio niistä. Ihmiset ovat pelkkiä robotteja, jotka toteuttavat mekaanisesti alla olevia fysiikan lakeja.

Determinismi sai sijaa psykologiassakin 1900-luvulla. Behaviorismina tunnetun opin mukaan merkityksellistä oli vain ulkoisen ärsykkeen aiheuttama näkyvä reaktio. Henkilön sisäisillä kokemuksilla, kuten ajatuksilla tai tunteilla, ei ollut merkitystä. Ei ollut mitään mieli-ruumis-mysteeriä, koska mieltä ei ollut. Behaviorismi oli kirjaimellisesti mieletön teoria.

If it isn’t literally true that my wanting is causally responsible for my reaching and my itching is causally responsible for my scratching . . . if none of that is literally true, then practically everything I believe about anything is false and it’s the end of the world.

Jerry Fodor

Determinismiin särön toi kvanttimekaniikka, jonka mukaan alkeishiukkastasolla ei ole determinismiä, vaan pelkkiä todennäköisyyksiä. Popperin mielestä kvanttimaailman epätäsmällisyys jätti hieman liikkumavaraa toimijan käynnistämälle tapahtumaketjulle. Toinen särö determinismiin syntyi kaaosteoriasta. Tietyissä tilanteissa hyvin pienet erot lähtöarvoissa aiheuttavat suuren eron lopputuloksissa, perhosvaikutuksen. Esimerkiksi säätä ei voi ennustaa tarkasti, koska mittaustuloksissa on pieniä virheitä ja, vaikka ei olisikaan, tuloksia ei voi tallentaa äärettömän tarkasti. Demonikaan ei pysty laskemaan tulevaisuutta, ellei se kykene tallettamaan mittaustuloksia, myös päättymättömiä desimaaleja, äärettömän tarkasti.

Universumi ei näytä tietävän, mihin se on matkalla. Se ”laskee” hiukkasten seuraavia positioita reaaliajassa. Jos asia on näin, niin toimijan käynnistämä tapahtumaketju ei mitenkään rikkoisi universumin toimintaperiaatetta.

Toimijuuden tasot

Determinismi on tietysti vastoin intuitiivista kokemustamme. Tiedämme vain, että olemme olemassa, mutta meillä on vahva käsitys valinnanvapaudestamme ja kyvystämme käynnistää uusia tapahtumaketjuja. Olemme tietoisia itsestämme osana maailmaa. Mutta mitä tietoisuus oikein on?

Kuuluisassa artikkelissaan What Is It Like to Be a Bat? filosofi Thomas Nagel määritteli tietoisuuden käytännöllisellä tavalla. Siinä on kyse ”siitä, miltä tuntuu olla jokin”. On helppo kuvitella, että tuntuu joltain olla lepakko, mutta tuskin tuntuu miltään olla kivi, tai joki, tai atomi. Toisaalta voisi olettaa, että tietoisuus ei ole vain joko-tai-kysymys, vaan siinä on asteita. Ihmisen tietoisuus lienee vahvempaa kuin kissan, jonka tietoisuus taas lienee vahvempaa kuin vaikkapa ravun.

Jos hylkäämme determinismin ja oletamme, että toimijuutta on, niin siinä voi nähdä päällekkäisiä tasoja. Kaikki elävät oliot ovat toimijoita, mutta ne kaikki eivät välttämättä ole tietoisia. Ravintoa kohti ja myrkystä poispäin suunnistavasta bakteerista ei välttämättä tunnu miltään olla bakteeri. Silloin se ei olisi tietoinen. Jossain kohtaa evoluutio on tuottanut tietoisuuden, vaikka emme tiedäkään, mitkä kaikki oliot ovat tietoisia. Esimerkiksi mehiläisen käyttäytyminen on monimutkaista. Se osaa lentää sokkeloissa, se muistaa hajuja, se osaa palata etäällä olevaan kukkaan ja se osaa tanssimalla kertoa lajitovereilleen kaukaisen ravinnonlähteen paikan ja laadun. Voisi kuvitella, että mehiläisestä tuntuu hyvältä tanssia auringonvalossa, juoda mettä ja tuoda sitä pesään. Silloin se olisi tietoinen. Jos tietoinen olio osaa sijoittaa itsensä siihen malliin, joka sillä on ympäristöstään, se on itsetietoinen. Mehiläinen ei välttämättä ole sitä. Vapaa tahto saattaa liittyä itsetietoisuuteen tai sitten se on vielä erillinen neljäs taso.

Nämä kaikki neljä tasoa voi havaita ihmisessä. Autonominen hermosto edustaa toimijuutta; sen suorittamat toiminnot ovat automaattisia ja tiedostamattomia. Pään raapiminen, kun kutittaa, on täysin tietoista toimintaa, mutta se ei edellytä itsetietoisuutta. Ihmisellä on mielessään malli fyysisestä ja sosiaalisesta ympäristöstään sekä malli itsestään ja mielestään osana ympäristöä mutta samalla siitä erillisenä. Ihminen on siis itsetietoinen. Ihmisellä on myös vahva vaikutelma vapaasta tahdosta, johon liittyy kyky tehdä päätöksiä ja käynnistää uusia tapahtumaketjuja.

Kausaalisuuden irtikytkentä

Toimijuuteen liittyvää kykyä uusien tapahtumaketjujen käynnistämiseen voi kutsua kausaalisuudeksi alaspäin (downward causation), ylhäältä-alas-kausaalisuudeksi (top-down causation) tai kausaaliseksi emergenssiksi. Se sotii vastaan determinististä maailmankuvaa, jonka mukaan kaikki syyt ovat pohjalla ja kausaalisuus toimii vain alhaalta ylös. Tavallaan tässä palataan Descartes’n dualismiin uudessa muodossa. Siinä missä Descartes jakoi aineen fyysiseen ja henkiseen, kausaalisuus alaspäin esittää, että fyysisellä aineella voi olla sekä fyysistä että henkistä vaikutusta. Erona on kuitenkin se, että Descartes’n käsitys oli pohjimmiltaan mystinen, mutta kausaalisuus alaspäin pyrkii selittämään asian tieteellisen maailmankuvan puitteissa.

Erik Hoel käsitteli toimijuuden ongelmatiikkaa vuonna 2016 julkaistussa artikkelissaan Agent Above, Atom Below: How Agents Causally Emerge from Their Underlying Microphysics. Koska kyse on siitä, määräävätkö kausaalisuuden hiukkaset vai toimija, asiaa on Hoelin mielestä tarkasteltava sekä mikro- että makrotasolla. Mikrotasolla vaikuttavat hiukkasten törmäykset ja makrotasolla informaatio. Jos systeemin tilaa voi ennustaa tarkemmin makrotason vuorovaikutusten avulla, kausaalisuus saa alkunsa informaatiosta. Kokonaisuus on enemmän kuin osiensa summa. Tästä tulee aiemmin mainittu termi kausaalinen emergenssi. Koska usea mikrotila voi toteuttaa saman makrotilan, mikrotilan yksityiskohdat eivät ole määrääviä. Makrotila pyörittää hiukkasia eikä päinvastoin. Tämä vaikuttaa lupaavalta, mutta eikö silti pitäisi identifioida konkreettinen mekanismi, jonka avulla makrotila kykenee pyörittämään hiukkasia?

Itseviittaus

Kurt Gödelin epätäydellisyyslauseen mukaan on olemassa matemaattisesti tosia lauseita, joita ei voi todistaa matemaattisen järjestelmän omilla aksioomilla. Kuitenkin ihminen, tai ainakin matemaatikko, pystyy näkemään totuuden. Tästä on päätelty, että ihmisaivot eivät ole mekanistiset vaan jotain enemmän. Gödel itse sanoi useissa yhteyksissä jonkin version lainauksesta: ”Joko matematiikka on liian suuri ihmismielelle tai ihmismieli on enemmän kuin kone.” Todistaako tämä, että aivot eivät ole tietokone? Koneet käsittelevät tietoa; mielet ymmärtävät. Kaikki eivät ole vakuuttuneita.

Either mathematics is too big for the human mind or the human mind is more than a machine

Kurt Gödel

Gödelin epätäydellisyyslause saattaa kuitenkin viitata johonkin oleelliseen. Hän käytti todistuksessaan versiota valehtelijan paradoksista: ”tämä lause on epätosi.” Kyse on itseviittauksesta, joka näyttää helposti johtavan paradoksiin. Saman tyyppiseen mahdottomuuteen törmätään esimerkiksi Turingin koneen pysähtymisongelmassa ja Russellin paradoksissa.

Koska ihminen on itsetietoinen, hänen mielessään on malli sekä maailmasta että minuudesta osana maailmaa. Tuon minuuden malli on informaatiota, joka on fyysistä, sillä kaikki informaatio on talletettu johonkin fyysiseen, oli sitten kyse biologiasta tai tietotekniikasta. Samalla mallin alku ja loppu on ihmisaivoissa. Miten kausaalisuus pitäisi ymmärtää tässä tilanteessa, jossa fyysinen informaatio viittaa itseensä? Ihminenhän voi ajatella itseään ja myös ajatella itseään ajattelemassa itseään ja niin edelleen. Syntyykö tässä silmukassa kokemus tietoisuudesta ja kenties makrotila, joka voi komentaa mikrotilaa? Syntyykö toimijuus ja kyky tapahtumaketjujen käynnistämiseen yleisemminkin näissä aivojen silmukoissa?

Paljon kysymyksiä, joihin ei ole lopullisia vastauksia. Mutta lisääkin voi generoida. Aiheuttaako itseviittaus tietokoneille rajoituksia, mutta ihmismielelle tietoisuuden? Jos mieli on enemmän kuin kone, niin voisiko koneesta tehdä enemmän mielen kaltaisen? Ja saisiko se silloin tietoisuuden?

Fyysisesti itseviittauksessa on kyse takaisinkytkennästä, jolla näyttää aivotutkimuksen mukaan tosiaan olevan yhteys tietoisuuden kokemukseen. Tietoisen ihmisen aivoissa kiertää noin 40 Hz:n taajuudella hermoimpulssien aalto, mutta kun takaisinkytkentäsilmukka katkaistaan, tietoisuus häviää.

Eräs tietoisuutta selittävä teoria on globaalin työtilan teoria (global workspace theory ja global neuronal workspace theory). Sen mukaan tietoisuus ei ole paikannettavissa yhteen tiettyyn aivojen osaan, vaan se syntyy monimutkaisten ja dynaamisten hermoverkostojen yhteistoiminnan seurauksena. Erityisesti otsalohkon ja päälaenlohkon hermoverkostot ovat aktiivisia. Kun hermosolujen aktiviteetti näissä takaisinkytkentäsilmukoissa ylittää tietyn kynnysarvon, tietoisuus ”syttyy”.

Mieltä voi verrata teatteriin. Tietoinen ajattelu kohdistuu siihen, mitä mieli tuo näyttämön valoihin. Tällöin tietoisuus, makrotaso, voi konkreettisesti vaikuttaa siihen, mitä mielessä liikkuu. Tässäkin voi vielä olla tasoja. Esimerkiksi musiikin kuuntelu on yleensä tietoista havainnointia (phenomenal consciousness), mutta jos alkaa miettiä, mitä laulun sanat tarkoittavat, aktivoituu seuraava taso (access consciousness). Globaalin työtilan teoria on vain yksi monista vaihtoehtoisista selitysyrityksistä

Vapaan tahdon olemassa oloa on tutkittu kokeellisesti. Joissain kokeissa on havaittu, että koehenkilön aivot ovat tehneet päätöksen ennen kuin hän itse on tullut tietoiseksi päätöksestä. Tämän ei yleisesti arvella sulkevan pois vapaan tahdon mahdollisuutta, vaan ennemminkin viittaavan siihen, että vapaudellakin tasoja. Koejärjestelyissä tehtävät päätökset ovat jokseenkin samantekeviä osallistujille. Oletettavasti he voisivat vapautua esiohjelmoiduista valinnoista yksinkertaisesti tekemällä tietoisen päätöksen. Sama ärsyke ei silloin laukaisisi samaa valintaa. Ihmiset eivät esimerkiksi yleensä kaiva nenäänsä julkisella paikalla, vaikka omissa oloissaan voivat hyvinkin niin tehdä.

Kaiken emergenssi?

Integroitu informaatioteoria (integrated information theory) esittää mahdollisuutta, että myös kollektiivinen inhimillinen älykkyys voisi jonain päivänä ”herätä tietoisuuteen” muodostaen planeetan laajuisen mielen. Ihmiskunnan monimutkaisin luomus on internet. Siihen on liittynyt miljardeja tietokoneita, joista kukin koostuu miljardeista transistoreista. Transistorien määrä on vastaa ehkä noin 10 000 ihmisen synapsien määrää, joten ainakaan kompleksisuuden puute ei ole ongelma. On ehkä vaikea kuvitella, että internet tulisi tietoiseksi itsestään, mutta voisivatko ihmiset kytkeytyä toisiinsa internetin välityksellä siten, että syttyisi jonkinlainen planetaarinen tietoisuus? Ja voisiko tällainen kollektiivinen organismi alkaa kopioida itseään uusille planeetoille?

Cosmic evolution has brought us forth, and now, having done so, enables us to study that very same scenario of cosmic evolution

Eric Chaisson

Universumi on termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan matkalla kohti lämpökuolemaa. Silti todistamme ympärillämme jatkuvaa monimutkaisuuden kasvua. Voisiko se lopulta olla mahtavampi voima kuin entropian kasvu? Bobby Azarian tuntuu ajattelevan, että se voisi olla mahdollista. Jos uskonnolliset selitykset unohdetaan, ihmiskunnalla ei kaiken järjen mukaan ole mitään erityisasemaa kosmisessa evoluutiossa. Elämä voisi silti jossain muodossa jatkua ja levitä Maasta muualle avaruuteen. Toisaalta, jos monimutkaistuminen ja itseorganisoituminen ovat kosmisia megatrendejä, niin universumin pitäisi kuhista elämää. Jos niin on, niin ihmiskunnalle ei kaiken todennäköisyyden mukaan ole varattu pääroolia.