Millenium-palkinto - Askel kohti älykästä sunnittelua

Tämän vuotinen Millenium-palkinnon voittaja Frances Arnold täyttää esimerkillisesti Millenium-palkinnon kriteerit. Millennium-teknologiapalkinto on suomalainen tunnustus ihmisten elämänlaatua ja kestävää kehitystä edistävän teknologian kehittäjille. Arnoldin oivallus on jalostaa entsyymejä ja proteiineja matkimalla luonnon evoluutiota. Hän käyttää tästä menetelmästä nimitystä suunnattu evoluutio (directed evolution).

Suunnattu evoluutio

Entsyymejä käytetään teollisuudessa runsaasti. Uusien entsyymien kehittäminen on kuitenkin erittäin vaikeaa. Arnoldin menetelmässä hyödynnetään luonnon evoluutiota aiheuttamalla mutaatioita proteiinien syntyä säätävässä dna:ssa (geeneissä). Mutaatioiden tuloksena syntyy tuhansia uusia proteiineja, joista sitten on valittava lupaavimmat jatkojalostukseen.

Tämä prosessi on sunnatta evoluutiota siinä mielessä että tutkijalla on käsitys siitä minkälaisia entsyymejä tarvitaan tiettyyn tarkoitukseen ja prosessissa pyritään vahvistamaan proteiineissa juuri haluttua ominaisuutta. Ihminen ei tässä prosessissa rakenna tätä entsyymiä vaan sen tekee luonto itse. Varsinaisena ”tehtaana” toimivat bakteerit tai hiiva, jotka tuottavat entsyymiä dna:nsa mukaisesti.

Suunnatun evoluution onnistumisen keskeisiä kriteereitä ovat mutaatioiden kiertonopeus ja mahdollisuus vahvistaa haluttua ominaisuutta vähitellen, inkrementaalisesti. Prosessin vaativin vaihe on jatkokehittelyyn sopivien mutaatioiden valikointi. Tämä tekee ihminen.

Arnoldin työryhmä on onnistunut suunnatussa evoluutiossa uskomattoman hyvin. Arnoldin oma tavoite on pyrkiä korvaamaan fossiiliset polttoaineet uusiutuvilla. Saavutettuja tuloksia soveltavat monet yritykset, mm. Arnoldin itsensä perustamat yritykset. Yksi niistä on tuottaa biomassasta polttoainetta hyödyntämällä kehitettyjä entsyymejä. Suunnatun evoluution menetelmää voidaan jopa soveltaa epäogaanisten yhdisteiden tuottamiseen.

Muita sovelluksia ovat uudet lääkkeiden kehittämisen menetelmät, joissa muodostuu vähemmän jätteitä ja käytetään vähemmän myrkyllisiä metalleja kuin käytössä olevissa lääkkeiden tuotantoprosesseissa. Entsyymejä voidaan käyttää myös muovijätteiden hajottamiseen vaarattomiksi yhdisteiksi.  Sovelluksia on siis lukuisia.

Frances Arnold esitteli suunnatun evoluution menetelmäänsä ja sen sovelluksia Aalto-yliopiston Kauppakorkeakoulussa palkinnon myöntämisen jälkeen. Esitys oli erinomainen ja Arnold osoittautui intohimoiseksi tutkijaksi ja tiedon soveltajaksi.

Tilaisuudessa esitettiin pari mielenkiinoista kysymystä. Eräs nuori nainen kysyi, miten IP-oikeuksiin suhtaudutaan hänen yliopistossaan Kalifornian Pasadenassa sijaitsevassa CalTech:ssa. IP-oikeudet kuuluvat yliopistolle, mutta yliopisto edistää aktiivisesti niiden hyödyntämistä ja tukee mm. keksintöjä hyödyntävien Start-upien perustamista. Sama henkilö kysyi Arnoldilta myös miksi hän on itse perustanut yrityksiä. Sen takia että niin monet epäilivät hänen menetelmäänsä, kun hän alkoi kehittämään sitä 1990-luvulla. Hän haluaa näyttää että menetelmä toimii ja sillä saadaan hyödyllisiä tuloksia. (Voi olla että rahan ansaitsemisellakin on jokin osuus tässä.)

Yksi Aalto-yliopiston tutkija kysyi, eikä mutaatioiden valinnassa voisi käyttää simulaatiomenetelmiä. Vastauksesta sain sen kuvan, että se on ehkä mahdollista mutta että niitä ei ole käytetty. Apriorisesti tuntuu hyvältä idealta korvata työlästä käsityötä labroissa algoritmisilla simulaationmalleilla.

Odotin kysymyksiä myös suunnatun evoluution laajemmista perspektiiveistä. Arnold itse uskoo suunnatun evoluution yleiseen merkitykseen. Vääjäämättä tuli mieleen Hararin kirjan Sapiens, Ihmisen lyhyt historia päätösluku Homo sapiensin loppu. (Tässä paljastan Hararin viimeisen luvun sisällön, jonka löytämisen jätin lukijalle edellisessä Harari blogissani.)

Homo sapiensin loppu

Harari virittelee jo ennen päätöslukua kuolemattomuuden teemaa. Muinaissumerilaisen Gilgamesin tarinassa maailman vahvin ja kyvykkäin mies Urukin kuningas Gilgames kauhistuu ystävänsä kuolemasta ja lähtee hakemaan kuolemattomuuden avaimia. Monien seikkailujen jälkeen hän joutuu palaamaan kotiin yhtä kuolevaisena kuin ennenkin. Hän oppi, että jumalat loivat ihmisen kuolevaiseksi. Lukija voi palauttaa tässä mieleen Blade Runner elokuvan, jossa robotit oli ohjelmoitu tuhoutumana tietyn ajan kuluttua.

Ihmisen halu kuolemattomuuteen ei ole kadonnut minnekään. Nykyaikainen lääketiede ja teknologia pyrkivät edistämään kuolemattomuutta: tätä Harari kutsuu Gilgames-projektiksi. Jo nyt tiedemiehet lupaavat, että keskuudessamme on runsaasti nuoria ihmisiä, jotka tulevat elämään ainakin 150 vuotta.

Mutta mitä Harari tarkoittaa Homo sapiensin lopulla? Brasilialainen biotaiteilija Eduardo Kac halusi luoda fluorisoivan jäniksen. Ranskalainen laboratorio otti tavallisen valkoisen jäniksen alkion ja istutti siihen vihreän fluorisoivan meduusan geenin. Tuloksena oli vihreä fluorisoiva jänis Alba.

Teknologia jolla Alba luotiin voi Hararin mukaan ”osoittautua kaikkein tärkeimmäksi biologiseksi vallankumoukseksi sen jälkeen kun elämä ilmestyi maapallolle”. Seisomme uuden kosmisen aikakauden kynnyksellä. Tätä aikakautta hallitsee älyllinen suunnittelu (intelligent design).

Älyllinen suunnittelu on modernin evoluutiobiologian vastustajien avainkäsite. Ihmisen syntyminen maailmaan on niin epätodennäköistä, että ihmistä ei olisi koskaan syntynyt ilman luojaa, ilman älyllistä suunnittelijaa. Samaa todistavat ihmisen ja eläimien uskomaton monimutkaisuus ja eri elimien tarkoituksenmukaisuus.

Hararin mukaan älykäs suunnittelu tulee luultavasti korvaamaan luonnonvalinnan kolmella eri suunnalla:

1. Biotekniikka (luodaan uusia elimiä, parannetaan muistia, lisätään älykkyyttä, elvytetään esi-isät tms.) 
2. Kyborgit (yhdistelmä orgaanisia ja epäorgaanisia osia, esim. otetaan käyttöön bionisia käsiä) 
3. Epäorgaaninen elämä (älykkäät tietokoneohjelma, tietokonevirukset, älykkäät robotit, digitaalinen minuus jne.)

Superihminen

Mihin ihmisen haltuunsa ottama älykäs suunnittelu johtaa? Hararin ennuste  on utooppinen ja dystooppinen: 

luodaan superihminen!

”Olivatpa eettisen argumentit kuinka vakuuttavia tahansa, on vaikea uskoa, että ne pystyisivät enää pitkään pidättelemään seuraavan askeleen ottamista [kohti superihmistä], erityisesti jos kyse on mahdollisuudesta pidentää ihmisen elämää loputtomiin, nujertaa parantumattomat sairaudet ja parantaa kognitiivisia ja emotionaalisia kykyjämme” (s. 227).

”[O]n naiivia kuvitella, että voisimme iskeä jarrut pohjaan ja lopettaa tieteelliset projektit, joiden avulla pyritään parantelemaan Homo sapiens toisenlaiseksi olennoksi.” (s. 458)

Onko ihmisestä tulossa jumala? Harari kysyy.

Onko suunnattu evoluutio älykästä suunnittelua?

Suomi antoi Millenium-palkinnon tutkijalle, joka on kehittänyt uskomattoman tehokkaan suunnatun evoluution menetelmän. Sitä ei ole käytetty ihmisen muokkaamiseen, mutta fluorisoitu jänis Alba olisi voitu tuottaa myös CalTechin laboratorioissa Frances Arnoldin menetelmällä.

Suunnattu evoluutio on selkä askel kohti älykästä suunnittelua. Ovatko jälkipolvemme ylpeitä vai häpeissään siitä, että edistimme tätä kehitystä?