Hyppää pääsisältöön

Parksosauruksen sulkasato

teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen
Teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen Kuva: Yle/Jukka Lintinen prisma studio blogikesä

Välillä unohtuu paatunut kaupunkilainenkin katselemaan lintuja: puluja, lokkeja ja varpusia. Kerran näin sellaisenkin, jonka keltaisen rinnan yli kulki musta raita. Kenties matki ampiaista? Oi linnut, nuo dinosaurusten jälkeläiset, hehkuttaa Samuli Siltanen blogissaan.

Niin, linnut tosiaan edustavat muinaisia hirmuliskoja nykymaailmassa. Niillä on monia yhtäläisyyksiä. Osasivathan jotkut dinosaurukset lentääkin. Mutta olivatko ne enemmän lepakon kuin kanadanhanhen näköisiä? Toisin kysyen: oliko dinosauruksilla höyheniä?

Paha sanoa, kun dinoja ei enää pyöri Töölöntorilla pörhistelemässä. Kivettyneissä jäänteissäkin on usein vain luita. Hyvällä tuurilla fossiilissa toki saattaa olla jälkiä sulkapeitteestä (katso kuva!), mutta useimpien dinolajien tapauksessa vastausta höyhenkysymykseen ei fossiililuurangosta näe. Lähteenä voisi toki käyttää Jurassic Parkia siloisine sauruksineen, mutta Hollywoodin uskottavuus tiedeasioissa leijailee jossakin Zimbabwen luottoluokituksen tasolla.

nelisiipisen hirmuliskon, mikroraptorin, fossiili
Nelisiipisen hirmuliskon, mikroraptorin, fossiilissa näkyy jälkiä höyhenpeitteestä. nelisiipisen hirmuliskon, mikroraptorin, fossiili Kuva: Wikipedia Commons / Matthew Martyniuk prisma studio blogikesä

Vaan ehkäpä asian voisi selvittää laskennallisen tieteen keinoin? Tähän tapaan:

Vaihe 1: Testataan idea ensin nykyeliöllä. Otetaan pääsiäistipu ja luetaan sen perimä. Mallinnetaan hedelmöittynyt kananmuna matemaattisesti: kasataan hiili- ja vetyatomeita ja muita tarvittavia rakennuspalikoita Minecraft-pelin tapaan niin, että virtuaalisessa munassa on tarvittavat proteiinit sun muut ainesosat oikeissa paikoissa. Syötetään koneelle kemian ja molekyylidynamiikan lait. Ratkaistaan laskennallisesti yhtälöt, jotka kuvaavat molekyylien vuorovaikutusta, proteiinien muodostumista ja geenien ilmentymistä. Pitkät kaksoiskierteet vääntyilevät ja taipuilevat virtuaalimunassa kuin origamimestarin paperiarkki, ja koodimme lätkäisee sekaan tarvittavat sinit, kosinit ja sekantit.

Haudotaan munaa keskusyksikön pehmeässä löylyssä, kunnes kuoriutuminen tapahtuu. Jos ruudulle ilmestyy tuhatjalkainen tai Game of Thrones -lohikäärme, ohjelmarivejä täytyy pikkuisen muokata. Korjaillaan niin kauan, että lopputulos on suloisenkeltainen pikkutipu.

Vaihe 2: Eristetään parksosauruksen perimä fossiilista. Steven Spielberg auttaa kyllä tarvittaessa. Korvataan vaiheen 1 kananmunassa kanan DNA:n emäsjärjestys dinomallisella ja haudotaan.

Vaihe 3: Katsotaan, kasvoiko digitaalidinolle sulkia.

Vaikka nykymasiinoilla dinolasku kestäisi vuosikausia, tulevaisuuden kvanttitietokoneet saavat 2010-luvun pädit ja pödit tuntumaan Commodore kuusnelosilta.

Onkohan tämä kaikki ihan mahdollista? Kysäisin asiaa lounaspöydässä professori Ilpo Vattulaiselta. Hän on perehtynyt lääkeaineiden molekyylien vuorovaikutukseen nanometrin mittakaavassa solun proteiinien kanssa ja mallintanut näitä ilmiöitä tietokoneohjelmin. Ilpo ei tyrmännyt ajatusta samantien, otaksuipa vain laskennan muodostuvan raskaaksi. Mutta tietokoneethan vahvistuvat koko ajan! Vaikka nykymasiinoilla dinolasku kestäisi vuosikausia, tulevaisuuden kvanttitietokoneet saavat 2010-luvun pädit ja pödit tuntumaan Commodore kuusnelosilta.

Voi myös olla, että tulevaisuudessa säästymme ohjelmoinnin vaivalta. Tietyissä piireissä puhutaan jo, että fysiikan yhtälöt jäävät historiaan, kun tehotietsikat koneoppivat luonnonlait lukemattomia syötteitä ja lopputuloksia käsittelemällä. Wired-lehtikin julistaa jo “koodin kuolemaa,” kun pilkuntarkka ohjelmointi vaihtuu koneen opettamiseen koirankasvatuksen keinoin. Dinoprojektikin menisi ehkä niin, että näytämme tietokoneelle nykylintujen hedelmöittyneitä munasoluja sekä vastaavia aikuisia otuksia. Kone sitten tajuaa alkionkehityksen salat ihan omatoimisesti, ja päräyttää dinoperimät sekaan tuosta vain. Tiedä vaikka ohjaisi Jurassic Park 128 -elokuvankin kaupan päälle.

höyhen erikoislähikuvassa
höyhen erikoislähikuvassa Kuva: Pixabay / public domain prisma studio blogikesä

Perinteisen luonnontieteilijän korvaan luonnonlakien mallinnuksen sivuuttaminen kuulostaa kauhealta! Ovathan differentiaaliyhtälöt, vektoriavaruudet ja osamurtokehitelmät olleet fyysikoiden ja matemaatikoiden herkkukorin keskiössä siitä asti kun omena kumahti Newtonin kupoliin. Minä en ainakaan suostu uskomaan yhtälöiden sukupuuttoon!

Toisaalta ykkösluokan ajattelijat, kuten Stephen Hawking, varoittavat laskentavoiman kehittymisen johtavan siihen, että tietokoneet tulevat ihmistä fiksummaksi ja valtaavat maan. Jos näin käy, omasta puolestani esitän korkeimmalle yliherra-algoritmille nöyrän toiveen. Ennen orjuuttamistani näkisin mielelläni laskennallisen parksosauruksen 3D-simulaation, höyhenillä tai ilman! Virtuaalisella Töölöntorilla patsastelemassa, kiitos!

Kirjoittaja: Samuli Siltanen

Teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen näkee matematiikkaa lääkärin röntgenlaitteessa, huulipunamallien siloposkikuvissa ja hämähäkkien ruuanhankinnassa. Hän tutkii Helsingin yliopistolla käänteisiä ongelmia, joissa edetään seurauksista syihin. Samuli viihtyy painavien asioiden, kuten kahvakuulien ja kamerajalustojen, parissa.

Yle Tieteen asiantuntijat bloggaavat itselleen tärkeistä tiedeaiheista.

Kommentit

Uusimmat sisällöt - Tiede