KEMIA Kemi SILKKI- HUIVI SUOMI GEENI- HOITOJEN ÄÄNI- KEMIALLA. paljasti murhaajan. mukana Nobelhuumassa. vallankumous. mikrobien kimppuun 7/2016

Transkriptio

1 KEMIA Kemi 7/2016 SILKKI- HUIVI paljasti murhaajan SUOMI mukana Nobelhuumassa GEENI- HOITOJEN vallankumous ÄÄNI- KEMIALLA mikrobien kimppuun (09)

2 waters.com What happens in laboratories becomes part of our lives. The development of new, ground-breaking medicines that make us healthier. Quality control for the food we eat, the beverages we drink and the water we depend on. Solutions for the safety of plastics, polymers and synthetics that become the clothes we wear, the toys our children play with. Early detection and treatment of diseases. Higher standards for a cleaner environment. It all begins with the analytical technologies from Waters and the science of what s possible. To discover what s possible in your world, visit waters.com. Waters Finland Kutomotie Helsinki (09) finland@waters.com Pharmaceutical Health Sciences Food Environmental Chemical Materials 2016 Waters Corporation. Waters and The Science of What s Possible are registered trademarks of Waters Corporation.

3 Huippulaatua PIENEKSI SEULOTULLA toimitusajalla Teo-Palilta löydät tarvittavat laitteet kaikkeen analyysiseulontaan. Haver & Boeckerin korkealuokkaisilla, Saksassa valmistetuilla seuloilla erottelet aina 20 µm kokoisiin rakeisiin saakka, ja seulakoneilla käsittelet mallista riippuen jopa 15 raekokoa samalla kertaa. Tarkkuus on taattu myös tulevaisuudessa, sillä yritys tarjoaa kaikille seuloille akkreditoitua kalibrointipalvelua. Valikoimistamme löydät myös Haver & Boeckerin tehokkaat ja monipuoliset näytteenjakajat. Lue lisää osoitteessa Asiakaspalvelu: (09) Tarkimmat työkalut tulevaisuuden tekijöille.

4 SISÄLLYS 22 KEMIA SILLOIN ENNEN 22 NÄKÖKULMA Yhdeksänpäinen kemikaalikäärme Anja Nystén 24 UUTISIA 30 VIHREÄT SIVUT Pahantekijä, varo tätä miestä. Viiltäjä- Jackin paljastanut Jari Louhelainen haluaa seuraavaksi selvittää kalifornialaisen sarjamurhaajan Zodiacin henkilöllisyyden. (s. 6) 6 Mies, joka tunnisti Viiltäjä-Jackin Sisko Loikkanen 12 TÄTÄ MIELTÄ Digitaalinen oppiminen yhdessä vauhtiin Johannes Pernaa Sisko Louhelainen 36 TUTKIMUKSESSA TAPAHTUU 40 SUOMALAISET NAISET JA KEMIA Aino Nevalainen Sisäilman esitaistelija Sisko Loikkanen 42 Pahat pöpöt kuriin äänikemian voimin Kalevi Rantanen 46 Geeniterapia mullistaa monen taudin hoidon Antti Kivimäki 49 Levämyrkkyjen analysointi haastaa tutkijat Marja Saarikko Aino Nevalaisen albumi Terveellisyyden pitää olla erottamaton osa talojen suunnittelua ja rakentamista. Olisiko tässä vastuiden tarkistamisen paikka?, kysyy emeritaprofessori Aino Nevalainen. (s. 40) 57 ULKOMAILTA 58 KEEMIKKO Pakinoitsijan kalansaalis 50 Huoltovarmuus huolettaa Masterasta tuli yksinäinen susi Juha Granath 54 Leipurin kemiaa Heurekassa Muhkeat mukikakut saavat veden kielelle Juha Jalonen 59 HENKILÖUUTISIA 63 TULEVIA TAPAHTUMIA 64 SEURASIVUT 66 TIETEEN KAUPUNGIT Palatsien Pietari Sisko Loikkanen Jari Koponen Vuoden 2016 nobelistit kehittelevät molekyylikoneita ja topologisia tasomaailmoja. Tieto palkinnosta tavoitti Michael Kosterlitzin espoolaisessa kauppakeskuksessa. (s. 14) 14 Satunnaisesta topologista tuli nobelisti Perustutkimus pääsi parrasvaloihin Jari Koponen 20 AJANKOHTAISTA Äänekosken jättiläinen tähtää suljettuun kiertoon Harriet Öster Hetki ennen suklaisen kuppikakun valmistumista. Kemia maistuu ihan parhaalta, todistivat Heurekan nuoret tiedeleiriläiset. (s. 54) Elias/Studio Ihana 4 KEMIA 7/2016

5 KEMIA Kemi PÄÄKIRJOITUS 15. marraskuuta 2016 Vol. 43 Coden: KMKMAA ISSN Toimitus Redaktion Office Pohjantie 3, FIN Espoo puh Päätoimittaja Chefredaktör Editor-in-Chief DI Leena Laitinen Toimituspäällikkö Redaktionschef Managing Editor Päivi Ikonen Taitto Layout K-Systems Contacts Oy Päivi Kaikkonen Sihteeri Sekreterare Secretary Irja Hagelberg Vakituinen avustaja ja toimistotyöntekijä Permanent medarbetare Contributing Editor Sanna Alajoki Ilmoitukset Annonser Advertisements Myynti Försäljning Sales Jaana Koivisto Irene Sillanpää Tilaukset Prenumerationer Subscriptions puh Tilaushinnat Kotimaassa 105 euroa (kestotilaus 95 euroa), muut maat 145 euroa Kouluille 49 euroa, Prenumerationspris i Finland 105 euro, övriga länder 145 euro Subscription price (out of Finland) EUR 145 Irtonumero/Lösnummer/Single copy EUR 16 Osoitteenmuutokset Kemian Seurojen toimisto puh , faksi toimisto@kemianseura.fi Kustantaja Utgivare Publisher Kempulssi Oy Toimitusjohtaja Verkst. direktör Managing Director Leena Laitinen Pohjantie 3, FIN Espoo puh leena.laitinen@kemia-lehti.fi Toimitusneuvosto Redaktionsråd Editorial Board Viestintäjohtaja Susanna Aaltonen, Kemianteollisuus ry Laboratoriopäällikkö Susanna Eerola, Roal Oy Toimitusjohtaja Saara Hassinen, SalWe Oy Professori Matti Hotokka, Åbo Akademi Toimituspäällikkö Päivi Ikonen, Kemia-Kemi Toiminnanjohtaja Heleena Karrus, Kemian Seurat Päätoimittaja Leena Laitinen, Kemia-Kemi Toimittaja Sisko Loikkanen, Yleisradio Professori Jan Lundell, Jyväskylän yliopisto Professori Markku Räsänen, Helsingin yliopisto Aikakauslehtien Liiton jäsenlehti Keskipainos 5 000, erikoisnumeroilla kpl:n lisäjakelu. Forssa Print, Forssa 2016 ISO 9002 Markku Joutsen Kohunobelisti söi sushia OTSIKKOKOULUTUS jätti vastahankaisen olon. Somegurun näkökulmasta mediamaailma on armoton kerää klikkauksia tai kuole. Otsikko ratkaisee, avaako satunnainen surffailija uutisen ja saavatko mainostajat vastinetta rahoilleen. Pysäytä, varoita, lietso pelkoa, vihjaa että toimit väärin, kouluttaja neuvoi. Selvää on, että otsikointi on jutunteossa avainasemassa. Hyvä otsikko herättää uteliaisuuden ja houkuttelee lukemaan sisällön. Lukijoitta jäävä juttu on hukkaan heitettyä vaivannäköä. Ongelmia syntyy, kun myyvyys nostetaan ylivertaiseksi kriteeriksi. Silloin vaarana on, että otsikolla vedätetään lukijaa. Huvittava esimerkki on tamperelaislehden otsikko Festari ei pärjää vain pelkillä makkaraperunoilla Nyt myydään eniten tätä! Mitä siis? Makkaraperunoita. Toistaiseksi klikkien kalastelu on taloudellisesti kannattavaa, mutta kun yleisö kyllästyy, se äänestää etusormellaan ja ryhtyy vastatoimiin. Facebookissa toimii jo kohuotsikoille ilkkuva Klikinsäästäjä-ryhmä, joka paljastaa, mitä näennäisuutisia otsikoiden takaa löytyy. Yllättävä mauste maustaa lihapadan -jutun yllättäväksi mausteeksi osoittautuu curry. Kun yleisö kyllästyy, se äänestää etusormellaan. KÄVIN TUTUSTUMASSA viihdejulkaisuja tuottavaan mediataloon, jossa avotilan seinää peittivät näyttötaulut. Niistä työntekijät ja johto seurasivat reaaliajassa, mitkä otsikot keräsivät eniten klikkauksia ja paljonko matkaa oli tavoitteeseen. Kiehtovaa, ja hieman pelottavaa. Tiedeuutisointikaan ei selviä puhtain paperein. Hyvä tiedeuutinen voi mainiosti olla viihdyttävä, mutta hakoteillä ollaan, jos sisällöstä ei löydy raflaavalle otsikolle katetta. Miesflunssa on sittenkin totta, uutisoi usea suomalaismedia. Alkuperäislähteestä käy ilmi, etteivät Johns Hopkinsin yliopiston biokemistit tutkineet miehiä, naisia tai flunssaa. He seurasivat, mitä tapahtuu influenssavirusten infektoimille limakalvoille, kun soluviljelmään lisätään naishormoni estrogeenin kaltaisia yhdisteitä. Naisten miehiä paremmasta flunssankestävyydestä tutkimus ei kerro mitään, kirjoittaa Tiede-lehden päätoimittaja Jukka Ruukki teoksessa Maito tappaa ja muita outoja tiedeuutisia (Vastapaino 2016). ON ETUOIKEUS toimittaa lehteä, jonka ei tarvitse taistella olemassaolostaan klikkausjournalismin asein. Voimme luottaa siihen, että lukijamme kaipaavat pintaa syvemmälle menevää tietoa ammattitaidolla tuotettuna. Siksi jätimme tässäkin numerossa käyttämättä avausjuttujen myyvemmät otsikot: Kauhua öisellä kadulla verinen rätti paljasti kuvottavan murhan. Ei heikkohermoisille! Olitko sinä paikalla? Kohunobelisti söi sushia naapurissasi! Katso kuvat! 7/2016 KEMIA 5

6 Jari Louhelaisen albumi 6 KEMIA 7/2016

7 Mies, joka tunnisti Viiltäjä-Jackin Dna-tutkija Jari Louhelaisesta tuli hetkeksi kansainvälinen superjulkkis, kun hän onnistui selvittämään surullisenkuulun Viiltäjä-Jackin henkilöllisyyden. Kohun laannuttua miehen mielessä on jo uusi sarjamurhamysteeri. Sisko Loikkanen Lontoon East Endissä liikkui 1880-luvun lopulla raaka sarjamurhaaja, joka tappoi irtolaisia ja prostituoituja. Surmaaja ei tyytynyt pelkästään ottamaan naisia hengiltä vaan myös viilteli ja silpoi heidän ruumiinsa äärimmäisen julmalla tavalla. Kauhua herättänyttä murhamiestä ei koskaan saatu kiinni. Sen sijaan tarina Viiltäjä-Jackiksi kutsutusta tappajasta alkoi elää omaa elämäänsä ja levisi kauas saarivaltion ulkopuolellekin. Murhamysteerin ympärille kasvoi vuosien myötä kokonainen harrastajien ja amatöörisalapoliisien heimo, joka on kiinnostunut kaikesta aiheeseen liittyvästä. Yksi innokkaimmista 2000-luvun Viiltäjä-harrastajista, brittiläinen liikemies ja sarjayrittäjä Russell Edwards tuntee hyvin myös surmaajan uhrit ja heidän historiansa. Eräs heistä oli nimeltään Catherine Eddowes. Kun huutokauppamyyntiin yllättäen ilmestyi silkkinen hartiahuivi, jonka kerrottiin aikoinaan löytyneen tapetun Eddowesin ruumiin vierestä, bisnesmies kiiruhti hankkimaan huivin omiin kokoelmiinsa. Edwards säilytti aarretta huolella omissa kätköissään. Sinne silkkišaali olisi saattanut jäädäkin, ellei peliin olisi puuttunut australialainen filmiryhmä, joka teki dokumenttia Lontoon vanhoista viiltomurhista. Tutkija työkaluineen. Jari Louhelainen on työskennellyt Liverpoolin John Moores -yliopistossa vuodesta Jari Louhelainen Syntynyt Helsingissä vuonna FM Helsingin yliopisto (biokemia) 1988, FT Karoliininen instituutti (molekyylibiologia) Työpaikkoja Helsingin yliopisto , Karoliininen instituutti , Cancer Research UK , Oxfordin yliopisto , Liverpoolin John Moores -yliopisto Noin 30 tieteellistä julkaisua. Naimisissa, kaksi lasta. Asuu Bingleyssä Länsi-Yorkshiressa. Harrastaa valokuvausta ja kasvitiedettä. Ohjelmantekijöillä oli teoria. Sen mukaan salaperäinen tappaja saattoi olla psykopaattinen väkivaltarikollinen, joka sittemmin oli päätynyt Australiaan ja teloitettu siellä. Ryh- Jos joku sellaiseen analyysiin pystyy, niin eräs Jari Liverpoolista. mään kuului myös entinen rikostutkija, jolla oli hallussaan tuomitun jäännöksistä myöhemmin eristettyä dna:ta. Australialaiset ottivat yhteyttä Edwardsiin ja ehdottivat, että šaalista yritettäisiin etsiä Viiltäjä-Jackin geneettinen jälki. Sitä voitaisiin verra- ta teloitetun psykopaatin dna:han. Edwards suostui ideaan. Seuraavaksi ryhmä kääntyi Perthissä toimivan rikostekniikkayrityksen Legal Pathwaysin puoleen. Sen toimitusjohtaja Clint Hampson sai vastattavakseen kysymyksen, kuka voisi tehdä erittäin vaativan dna-tutkimuksen. Clint sattuu olemaan entinen väitöskirjaopiskelijani, kertoo tutkija Jari Louhelainen. Hän oli vastannut, että jos joku sellaiseen analyysiin pystyy, niin eräs Jari Liverpoolista. Ainutlaatuinen haaste Helsingin yliopistossa biokemistiksi opiskellut ja Karoliinisessa instituutissa väitellyt Jari Louhelainen on asunut koko 2000-luvun Britanniassa, jossa hän on työskennellyt muun muassa Oxfordin yliopistossa. Tätä nykyä Louhelaisen kotipesänä on Liverpoolin John Moores -yliopisto, jossa hänen erikoisalaansa on lääketieteellisen genetiikan ohella juuri rikostekninen eli forensinen tiede, tarkemmin oikeusgenetiikka. Poliisin avustaminen rikostutkimuksissa on hänelle jokapäiväistä. Mutta kun australialaiset keväällä 2011 tupsahtivat tapaamaan Louhelaista, tämä oli hyvin epäileväinen. Viiltäjä-Jack oli suomalaiselle pelkkä nimi historian hämäristä, eikä hän ollut koskaan kuullutkaan murhiin liittyvästä hartiahuivista. Jatkuu sivulla 9 7/2016 KEMIA 7

8 Rutiinit ovat tylsiä Viiltäjä-Jackin löytäneellä Jari Louhelaisella on kädet täynnä työtä brittiläisten rikosten ratkaisemisessa. Hän on kysytty asiantuntija, joka saa jatkuvasti enemmän tutkimuspyyntöjä. Siihen on syynsä. Britanniassa toimi aikaisemmin valtakunnallinen forensiikkatieteen keskus, jonka laboratoriossa rikostutkimuksiin liittyvät analyysit tehtiin. Sinne oli keskittynyt huomattava määrä alan osaamista ja kokemusta. Sitten joku parlamentissa keksi, että keskus maksoi liian paljon. Niinpä se lopetettiin, ja työt siirrettiin yksityisten laboratorioiden tehtäväksi, Jari Louhelainen kertoo. Keskuksen alasajon myötä forensinen osaaminen hajosi ja hävisi maailmalle. Akateemiset tutkijat pitävät keskuksen sulkemista karmeana erehdyksenä. Kuviteltiin, että siitä syntyy säästöjä, mutta saatiin vain ongelmia. Nyt mietitäänkin jo, pitäisikö laboratorio perustaa uudelleen. Sitä odotellessa yliopistojen laboratorioissa riittää tehtävää. Louhelainen ryhmineen paneutuu muun muassa cold case -tapauksiin eli rikoksiin, joita ei ole saatu ratkaistua ja joihin on aikoinaan käytetty nyt jo vanhentuneita analyysimenetelmiä. Luurankojen arvoitus Tuoreissa rikoksissa tutkijoilla on käytettävissään pitkäketjuista dna:ta, joka on vielä täysin tai ainakin lähes ehjää. Vanhetessaan dna hajoaa, minkä takia vanhoista näytteistä tutkitaan lähinnä mitokondriaalista dna:ta. Parhaillaan Louhelainen on mukana historiallisessa tutkimuksessa, jota tehdään Cheshiren alueella. Muinaisesta hautapaikasta on kaivettu esiin luurankoja ja erilaista esineistöä. Ne ovat kiistämättä vanhoja, mutta nyt yritetään tieteen keinoin selvittää, kuinka vanhoja. Luurangoissa on rinnassa nuolenkärkiä. Vielä ei tiedetä, onko uhrit murhattu vai ovatko he kuolleet taistelussa tai sodassa. Tutkijat pyrkivät mitokondriaalisen dna:n avulla saamaan selville senkin, mistä alueelle haudatut ihmiset tulivat ja keitä he alun perin olivat. Se ei ole yksinkertaista. Elektronimikroskopia on paljastanut, että luunäytteissä on suuria eroja. Joissakin on runsaasti mikroskooppisia reikiä, joista bakteerit ja sienet ovat päässeet luun sisään. Siellä bakteerien sisältämät entsyymit hajottavat dna:ta, Louhelainen kuvailee. Ensin on siksi valittava joukosta kaikkein hyväkuntoisimmat luut. Pääkallossa on tiettyjä kohtia, joista voi saada edustavan dna-näytteen, samoin terveinä pysyneiden hampaiden juurista. Haasteena on näytteiden varjeleminen niin, että ne säilyvät puhtaina. Kun maa-aines, savi, lannoitteet ja oljet joutuvat kontaktiin toistensa kanssa, ne synnyttävät happoja, jotka Henrik VIII:n lippulaiva Mary Rose oli uljas ilmestys. Merestä nostettu hylky tarjoaa tutkijoille paljon purtavaa. 8 KEMIA 7/2016

9 kulkeutuvat luuhun. Kun luuta porataan, hapot tahtovat tarttua mukaan ja saastuttaa dna:n. Palapelin kokoamista Tähän mennessä Cheshiren luista löydetyt dna-pätkät ovat korkeintaan 150 nukleotidin mittaisia, tyypillisesti paljon lyhyempiä. Louhelaisen mukaan tutkijat kokoavat ikään kuin palapeliä yrittäessään rakentaa pätkistä pidempiä ketjuja. Tutkimuksen kannalta tärkeitä ovat varsinkin kaksi mitokondrion vaihtelevaa dna-aluetta, joissa ihmisten väliset erot näkyvät selvästi. Niistä alueista emäsjärjestys koetetaan määrittää mahdollisimman tarkasti. Sitten vertaamme emäsjärjestystä mitokondriaaliseen äitiin eli niin kutsuttuun Cambridgen referenssisekvenssiin. Lisäksi järjestystä on verrattava laboratorion henkilökuntaan sen varmistamiseksi, ettei näytteeseen tule kontaminaatiota kenestäkään ulkopuolisesta. Ihmisen dna:sta 99,5 prosenttia on yhteistä meille kaikille. Vaihtelu on siis hyvin vähäistä, ja erityisen vähäistä kokonaisvaihtelu on mitokondrioissa, jotka ovat kooltaan pikkuruisia. Geenejäkin on ihmisen mitokondrioiden dna:ssa vain 37, kun taas genomisessa dna:ssa niitä on yli Mitokondrion dna:ssa kyse on ainoastaan yhden nukleotidin vaihtelusta. Tällöin puhutaan SNP:stä eli yhden nukleotifin polymorfismista. Genomisesta dna:sta selviää esimerkiksi ihon ja hiusten väri, joissa myös on yhden nukleotidin vaihtelua. Keskiaikaisista näytteistä ei genomista dna:ta kuitenkaan kyetä tutkimaan. Koiria ja elefantteja Liverpoolin näytekaapissa Jari Louhelaista odottaa joukko muitakin kiinnostavia näytteitä, joista kaikki eivät ole peräisin ihmisistä. Yksi sellainen on koiran hammas. Se on kotoisin kuningas Henrik VIII:n sotalaivasta Mary Rosesta, joka upposi 1500-luvulla, Louhelainen kertoo. Syvyyksistä ylös nostettu laiva on tätä nykyä museoituna esillä Portsmouthissa, jossa se vetää runsaasti kiinnostuneita kävijöitä. Meidän tehtävämme on varmistaa, että kyseessä todella on koiran eikä muun eläimen hammas. Lisäksi selvitämme, onko kyseessä juuri se koirarotu, joka on kuvattu laivamuseon matkamuistomyymälän kauppaamaan mukiin. Keuhkojen veden profilointi voi kertoa, onko uhri hukutettu kylpyammeessa ja siirretty vasta sitten järveen. Tuleviin hankkeisiin kuuluu myös tätä aikaa elävien eläinten, kuten Britannian nykyisen oravakannan tutkiminen. Siinä meidän on tarkoitus käyttää aivan uudenlaista näytteenottomenetelmää, Louhelainen avaa. Mikroskoopin alle ovat joutuneet myös eksoottisemmat nisäkkäät. Suomalaistutkija on kartoittanut Afrikan elefanttien sukupuolijakaumaa niiden jätösten perusteella. Norsujen sukupuolen voi saada selville eläinten lannasta. Ulosteen dna:n tutkimisessa on omat haasteensa, koska jätökset sisältävät paljon ruohoa. Kiinnostava rikostekninen tutkimusalue on veden profilointi. Selvitämme, voimmeko tutkia hukkuneiden keuhkojen vedestä bakteerifaunaa ja syanobakteereita ja löytää siten indikaattoreita tietyntyyppiselle vedelle. Näin saisimme selville esimerkiksi sen, onko uhri hukutettu kylpyammeessa ja siirretty sitten vesistöön. Hanke on edennyt niin, että satoja näytteitä on jo tutkittu ja joitakin merkkilajeja löydetty. Tarkoituksena on kyetä osoittamaan muutaman merkkilajin avulla, mikä näyte on satamasta, mikä järvestä ja mistä järvestä, mikä hanasta ja mikä pullosta. Rajojen etsintää Tutkimuksissaan Louhelainen käyttää monipuolista teknologiaa ja välineistöä ja kokeilee mielellään laitteiden kykyjä ja rajoja. NMR-spektroskopian ja massaspektrometrian avulla esimerkiksi varmistetaan, onko materiaali luonnosta. DSC-kalorimetrialla ja röntgensädefluoresenssilla XRF:lla teemme tutkimuksia kollageenista. Käytämme myös pyyhkäisyelektronimikroskooppia, jonka kyljessä saamme alkuaineanalyysinkin. Louhelainen hyödyntää myös spektrofotometrisiä menetelmiä. Erään cateringyrityksen asiakas oli kerran valittanut tuotteiden punaisesta väristä. Yritys halusi tietää, olivatko tuotteet kontaminoituneet verellä, hän antaa esimerkin tilaustutkimuksesta. Asia selvisi viidessä minuutissa. Otin pipetillä näytteen, laitoin sen kyvettiin ja katsoin spektrofotometrillä, löytyisikö näytteestä niin sanottu soret-piikki, joka kertoo hemoglobiinista. Sellainen löytyi, eli verta se tosiaan oli. Tärkeintä tutkijan mielestä on, ettei pysähdy paikoilleen. Tutkimuksia on menossa monta rinnakkain ja useita julkaisuja kirjoitusvaiheessa. Pitää etsiä uusia haasteita. Rutiinit ovat tylsiä. Tämän työn suola on kaikki uusi. Sisko Loikkanen Enkä tiennyt sitäkään, keitä nämä ihmiset oikein olivat. Ryhmässä oli kyllä mies, joka väitti olleensa poliisin palveluksessa, mutta hänkin näytti hieman oudolta tyypiltä, Louhelainen muistelee. Kun Robin Napper todella osoittautui entiseksi rikosetsiväksi, tutkija uskalsi luottaa siihen, että filmiryhmä ja Russell Edwards olivat liikkeellä vilpittömässä mielessä ja uskoivat silkkisen šaalin olevan aito rikospaikkalöytö, kuten perimätieto kertoi. Tiedemiestä šaalin alkuperä silti askarrutti. Maailmankuulu murhasarja saa helposti liikkeelle rikoksiin liittyvän esineistön väärentäjät. Joku olisi saattanut keksiä tarinan, että lontoolaispoliisin suvussa muistona kulke- 7/2016 KEMIA 9

10 Jari Louhelainen vieraili syyskuussa Suomessa kertomassa tutkimuksistaan. Viiltäjä-Jackin jäljityksessä kehitettyjä analyysimenetelmiä voisi hänen mukaansa käyttää myös muiden mysteerimurhien selvittämisessä. Sisko Loikkanen nut huivi oli löydetty surmapaikalta. Louhelainen halusi siksi ensin tehdä alustavan analyysin tekstiilistä. Kankaan tahrat olivat juuri sellaisia kuin niitä oli kuvailtu. Väärennöksissä käytetään usein hevosen verta, jota en kuitenkaan tahroista löytänyt. Huivissa oli painaumia, jotka tulkitsin sisäelinten jättämiksi, mikä myös sopi hyvin kuvaan. Viiltäjä-Jackin surmatöiden yksi tunnusmerkki oli, että tämä irrotti uhreiltaan ainakin kohdun, tavallisesti muitakin sisäelimiä. joku toinen ottaa homman hoitaakseen. Oli se tietysti tutkijalle myös jännittävä seikkailu: saisiko šaalista mitään irti. Puolalainen parturi Tutkimustyön erityispiirre oli, että Russell Edwards halusi pitää hankkeen visusti salassa. Taustalla vaikutti Viiltäjä-Jackin ympärille kasvanut viihdeteollisuus, joka soisi murhaajan oikean nimen jäävän pimentoon ikuisiksi ajoiksi. Suurin yllätys oli, että pystyimme tutkimaan yli satavuotiaiden solujen genomista dna:ta. Kyseessä voisi kuin voisikin olla šaali, johon oli ehkä jäänyt jälkiä sekä Viiltäjä-Jackin uhrista että murhaajasta itsestään. Filmiryhmällä ei ollut aikaa jäädä odottamaan tarkempia selvityksiä, mutta Edwards halusi suomalaistutkijan jatkavan työtä. Louhelainen päätti ottaa haasteen vastaan. Ajattelin, että jos minä kieltäydyn, Tämä takaisi, että filmatisoinneille, opastetuille kierroksille ja monenlaisille oheistuotteille riittäisi kysyntää myös jatkossa. Salaaminen osoittautui perustelluksi, sillä kesken kaiken tapahtui varotoimenpiteistä huolimatta kummallisia asioita. Louhelaisen tietokone hakkeroitiin oudosti, ja sekä hänen että Edwardsin puheluja kuunneltiin. Jossain vaiheessa kotiini vievä, viiden metrin korkeudessa kulkeva puhelinkaapeli katkaistiin pihdeillä. Asentaja sanoi, ettei ollut koskaan nähnyt vastaavaa. Kun tutkimus eteni, sen suunta hieman muuttui. Russell Edwards ei uskonut australialaisarvailuihin Viiltäjä-Jackin henkilöllisyydestä, kuten ei moni muukaan luvun rikostutkijoilla oli ollut useita epäiltyjä, mutta yhdenkään osuutta asiaan ei kyetty osoittamaan. Asiaan perusteellisesti paneutunut Edwards oli päätellyt, että viiltomurhat oli tehnyt East Endissä asunut puolalainen parturi nimeltään Aaron Kosminski. Ajan tekniset todisteet ja keinot eivät vain olleet riittäneet Kosminskin naulaamiseen. Samaa mieltä oli Edwardsin kontaktihenkilö Suur-Lontoon poliisin päämajassa Scotland Yardissa. Minulle asian vahvisti myöhemmin jopa Suomen poliisimuseon johtaja Aimo Aitasalo, joka myös oli saanut tiedon Scotland Yardilta, Louhelainen kertoo. Nyt kankaasta etsittiin siis Catherine Eddowesin dna:n lisäksi jälkiä 10 KEMIA 7/2016

11 Aaron Kosminskista. Ne eivät löytyneet helposti. Louhelainen käytti työhön kaikkiaan kolme ja puoli vuotta. Aikaa meni erityisesti tutkimusmenetelmien kehittämiseen. Varsinkin alussa piti kokeilla monenlaista. Sekin tietysti vaikutti, että tein kaiken päivätyöni ohessa. Satavuotiaat solut Aivan aluksi piti keksiä, kuinka kankaasta ylipäätään voitaisiin onkia talteen sen kätkemät geneettiset todisteet. Sitä varten Louhelainen suunnitteli kajoamattoman menetelmän, joka ei vaurioittaisi haurasta huivia. Ensin tutkija avustajineen poisti tekstiilinpalasta pintakontaminaation. Kun pinta oli puhdas, kankaan tahroista imettiin näytteet pienellä pipetillä, joka hetkellisesti kytkettiin vakuumiin. Näin mahdolliset solut ja dna-pätkät saatiin esiin silkin sisuksista. Vuosien urakka kannatti. Kankaasta saatiin eristettyä naisen mitokondriaalista dna:ta. Lisäksi šaalista löytyi epiteelisoluja, jotka saattoivat olla peräisin miehen siemensyöksystä. Löysimme tusinan verran soluja, joissa tuma oli vielä jäljellä. Suurin yllätys itsellemme oli, että pystyimme tutkimaan niiden genomista dna:ta. Yleinen sääntö on, että genomista dna:ta kannattaa tutkia, jos näyte on alle kymmenen vuoden ikäinen. Vanhaan hartiahuiviin jääneet ihmissolut olivat pitkälti yli satavuotiaita. Dna eristettiin, eluoitiin ja monistettiin PCR-menetelmällä. Monistimme dna:sta vain kiinnostavat alueet. Sen jälkeen ne sekvensoitiin eli määritettiin niiden emäsjärjestys, jonka tuloksena saadaan sarja emäskirjaimia. Miehen genomisen dna:n tutkimus paljasti, että tämän hiukset olivat olleet mustat ja silmät tummat. Tieto sopi ainoaan silminnäkijähavaintoon, jonka yksi murhapaikan ohittanut todistaja oli aikoinaan ehtinyt vilahdukselta tehdä Viiltäjä-Jackista. Tämä ei kuitenkaan riittänyt vielä mihinkään. Jotta tuloksia päästäisiin vertailemaan, oli etsittävä sekä Eddowesin suora jälkeläinen että Kosminskin elävä sukulainen. Uskomatonta kyllä, molemmat löytyivät, osin sattuman kaupalla. Catherine Eddowesin tyttärentyttären tyttärentyttärentytär, vuonna 1971 syntynyt Karen Miller antoi mielellään dna-näytteensä. Se täsmäsi hartiahuivista löytyneen mitokondriaalisen dna:n kanssa. Aaron Kosminskin sisaren Matildan jälkeläinen ei halua nimeään julkisuuteen, mutta hänkin luovutti dna:taan tutkijoiden käyttöön. Nämä vertasivat hänen näytettään huivista saatuun genomiseen dna:han. Se sopi siihen kuin nakutettu. Toisin kuin Russell Edwards tiedemies ei voi sanoa olevansa mistään täydellisen varma ennen sataprosenttista varmuutta. Mutta kaikki tähän mennessä esiin tulleet faktat tukevat sitä, että Viiltäjä- Jack oli Aaron Kosminski. Myrskyn silmässä Projektin päätyttyä Russell Edwards kirjoitti hankkeesta kirjan. Kun Naming Jack the Ripper (suom. Viiltäjä- Jack Kuinka paljastimme murhaajan) vuonna 2014 ilmestyi, se räjäytti Russell Edwardsin kirja Viiltäjä-Jacktutkimuksista räjäytti pankin. pankin ja teki tutkijankammionsa rauhaan tottuneesta tiedemiehestä yhtäkkiä julkisuuden henkilön. Siinä oli nieleskeltävää. Lehtien, radion ja televisioyhtiöiden toimittajat olivat joukolla suomalaisen kimpussa. Pahimpana aikana haastatteluja saattoi olla peräjälkeen kymmeniä. Vielä enemmän kohua lietsoi sosi- aalinen media. Tutkija joutui sopeutumaan siihen, että häneltä pyydettiin nimikirjoituksia kuin poptähdeltä. Louhelaista vaivaa yhä asia, johon etenkin brittilehdet takertuivat. Ne kritisoivat sitä, että kirjassa mainittiin vain yksi mitokondriaalinen dna-markkeri, johon vielä sattui liittymään tietokoneohjelman virhe. Yritin toki vastailla, että dna:n profilointi perustuu aina suureen määrään markkereita, mutta kustantajan toive oli ollut esittää kirjassa vain yksi. Harmitti kyllä. Olisi pitänyt tarkistaa teksti huolellisemmin. Mutta minähän en ollut kirjaa kirjoittanut saati ymmärtänyt, että se herättäisi maailmanlaajuisen kiinnostuksen. Tilanne on sittemmin rauhoittunut, ja Louhelainen saa taas kulkea kadulla paparazzeja pelkäämättä. Viiltäjä-Jack on yhä tutkijan työlistalla, ja yhteistyö Edwardsin kanssa jatkuu. Louhelainen elättelee toiveita, että vuonna 1919 kuolleen Aaron Kosminskin ruumis saadaan vielä nostettua haudasta näytteenottoa varten. Nyt hän on kuitenkin kääntänyt katseensa kohti uutta sarjamurhamysteeriä, Zodiac-tapausta. Tuntematon tappaja otti luvun lopun Kaliforniassa hengiltä ainakin viisi ihmistä. Amerikkalaislehdille lähettämissään kirjeissä murhaaja käytti itsestään nimeä Zodiac. Salaperäinen tappaja järjesti surmatyöt astronomisten merkkien mukaan, joten tapausta kutsutaan myös horoskooppimurhiksi. Myös Zodiacista on kirjoitettu kirjoja ja tehty elokuvia. Poliisi on listannut useita epäiltyjä, mutta syyllistä ei ole löytynyt. Louhelainen uskoo, että hänen kehittämiään analyysimenetelmiä voitaisiin hyödyntää myös Yhdysvalloissa, sillä jutun tutkinta on yhdessä poliisipiirissä yhä avoinna. Zodiac on todennäköisesti nuollut postimerkit, jotka hän on liimannut kirjeisiinsä. Näin merkkeihin on jäänyt hänen solujaan. Me kykenisimme ehkä eristämään ja analysoimaan ne yksitellen ja saamaan niistä esiin tarkan dna-profiilin. Kirjoittaja on kemian diplomi-insinööri ja Ylen tiedetoimittaja. 7/2016 KEMIA 11

12 TÄTÄ MIELTÄ Digitaalinen oppiminen yhdessä vauhtiin SÄHKÖISET oppimateriaalit tarjoavat uusia mahdollisuuksia kemian opetukseen. Tärkeä uudistus on ilmiöiden visualisointi. Animaatiot ja simulaatiot tekevät kemian dynaamisen luonteen näkyväksi kaikille oppilaille. Laadukkaat visualisoinnit edistävät oppimisen tasa-arvoa. Ne mahdollistavat ilmiöiden ymmärtämisen kaikentyyppisille oppijoille, eivät ainoastaan niille, jotka osaavat päässään visualisoida painettujen kirjojen staattiset kuvat. Sähköiset materiaalit ovat myös muokattavia ja aina ajankohtaisia. Kun kirjan tekijä tarkastelee aihetta yleisestä näkökulmasta, opettaja voi lisätä mukaan paikallisen vivahteen. Materiaalit ovat myös edullisempia kuin uutena ostetut vastaavat painotuotteet. Usean toimijan kirjat ovat muuttuneet oppimisympäristöiksi, jotka tuottavat oppijalle ja opettajalle tietoa edistymisestä. Oppimisen analytiikasta nähdään, kuka kaipaa lisätukea ja kuka lisähaasteita. Tärkeintä on sähköisten oppimateriaalien yhteisöllinen luonne. Oppilaat ja opettajat voivat kirjaan integroitujen sosiaalisten medioiden kautta keskustella keskenään omassa ryhmässä, koulussa ja jopa globaalissa mittakaavassa. MAHDOLLISUUKSIA siis on, mutta sähköiset oppimateriaalit eivät ole vielä yleistyneet Suomessa. Vuonna 2015 myydyistä oppimateriaaleista vain 5,1 prosenttia oli sähköisiä. Viisi viime vuotta myynti on kasvanut 0,26 prosenttia vuodessa. Ilmari Fabritius Johannes Pernaa työskentelee e-oppi Oy:n kustannusjohtajana. Hän on väitellyt kemian tohtoriksi Helsingin yliopistosta tutkimusaiheenaan sähköisten kemian oppimisympäristöjen kehittäminen. Uudet innovaatiot alkavat yleistyä voimakkaasti vasta, kun niiden käyttöaste on ylittänyt 16 prosentin leimahduspisteen. Jos kasvu ei kiihdy, e-oppimateriaalien tulo kouluihin vie aikaa noin 40 vuotta. Se vaikuttaa pähkähullulta. 40 vuoden päästä mahdolliset lastenlapseni ovat teini-ikäisiä. Mistä hidas tahti oikein johtuu? Kemian opetuksen tutkimuksessa yleistymisen esteet on jaettu kolmeen kategoriaan. Ensimmäisen tason käyttöesteet liittyvät teknologiaan. Verkot ovat puutteelliset, eikä laitteita ole riittävästi. Toisen asteen esteitä ovat asenteet. Kolmannen tason syyt ovat pedagogisia. Ei tunneta teknologian mahdollisuuksia tai ei osata käyttää sitä sujuvasti. HAASTEISTA ensimmäinen on akuutti. Toinen ja kolmas hoituvat ajan ja koulutuksen myötä. Asennemuutos negatiivisesta positiiviseen kestää reaktio-olosuhteista riippuen muutamista kuukausista vuosiin. Kun opettaja tai oppija vaihtaa jopa kymmenien vuosien paperikirjatyöskentelyn jälkeen sähköiseen maailmaan, vieras ympäristö vie ensin enemmän energiaa ja voi jopa ahdistaa. Kun uutta työkalua oppii käyttämään, alkaa ymmärtää sähköisen materiaalin etuja, ja asenteet vaihtuvat myönteisiksi. Muutostyössä on muistettava antaa jokaisen ottaa uusia työkaluja vastaan sitä tahtia kuin kokee itselle sopivaksi. Pakottaminen ja syyllistäminen eivät johda mihinkään. KOLMANNESTA kohdasta ei kannata kantaa huolta. Suomalaiset opettajat ovat korkeasti koulutettuja, ja heidän osaamisensa on kaikilla mittareilla mitattuna kansainvälistä huippua. Tämä on johtanut yhteen maailman menestyneimmistä koulujärjestelmistä jo ennen älykännyköiden aikakautta. Asia ei siis kaadu pedagogisiin taitoihin. Oppimisen digitaalistuminen on ensisijaisesti teknologiaa koskeva resurssikysymys. Ehdotan koulujen, kotien, yhdistysten, yritysten ja valtion yhteistyötä. Pannaan teknologia yhdessä kuntoon niin, että opettajat voivat rakentaa kaikille lapsille ja nuorille parhaat mahdolliset edellytykset oppia ja tuottaa suuria ajatuksia. Johannes Pernaa 12 KEMIA 7/2016

13 chembiofinland.fi Kemian ja Bioalan merkittävin sidos MESSUKESKUS HELSINKI Huipputapahtuma, jossa kemian ja bioalan ammattilaiset kohtaavat a!. ss rilta o i to ä. t iss ono t B k ne t j tu ältä eman se s h u v i t Tu ä ja a C kem! n a n tu iss ais net uk iinise ijät! k! l Sm kl äv ju on io ihin t i k s n o y uu n u p k s o n a ap es a ak ili ry nais at al lm enn bi tu m t e i j o o t s i m tu oh si ist ok o n u n ijäk m aarik a tav se ja t e i k e v v u ä i n k e n k l i l s la m aja Pä y k lä! ke ee aa a se sett an röid neil su laitt r i s i m e n Me idsa vass eillea Ke kist käy aa dro t e n Lu ytt a R ää L i An Nä sis ta

14 Satunnaisesta topologista tuli nobelisti Perustutkimus pääsi parrasvaloihin Vuoden 2016 kemian ja fysiikan Nobelin palkinnot myönnettiin molekyyli- ja atomitason rakenteisiin ja ilmiöihin liittyvistä töistä. Suomalaiset professorikollegat kiittävät valintoja ja tähdentävät perustutkimuksen merkitystä uuden löytämisessä. Jari Koponen Michael Kosterlitz on Nobelin palkinnostaan iloisen hämmentynyt. Eihän tällaiseen osaa mitenkään varautua. 14 KEMIA 7/2016

15 Jari Koponen Washingtonin yliopiston emeritusprofessori David Thouless on syntyjään skotti, kuten myös Michael Kosterlitz. Lontoosta kotoisin oleva Duncan Haldane työskentelee Yhdysvalloissa Princetonin yliopistossa. Tieto fysiikan Nobelista tuli Michael Kosterlitzin kännykkään erikoisessa paikassa, espoolaisen kauppakeskuksen parkkihallissa. Yhdysvaltalaisen Brownin yliopiston skottisyntyinen tutkija oli matkalla ruokatunnille suomalaisen kollegansa, Aalto-yliopiston professorin Tapio Ala-Nissilän kanssa. Sushilounas syötiin, mutta sen jälkeen puhelin on soinut herkeämättä ja tuore nobelisti joutunut sellaiseen mediapyöritykseen, että heikompaa jo hirvittäisi. Niin itse asiassa hirvittää Kosterlitziakin. Tiedemiehen tuskastunut luonnehdinta jaloissa pyörivistä toimittajista ja heidän human interest -uteluistaan kantautuu vahingossa korviini sovittua tapaamista odotellessa. Aallon neuvotteluhuoneen hämärässä tutkija kuitenkin rentoutuu ja kohta suorastaan innostuu, kun haastattelu keskittyykin hänen työhönsä eikä nuoruuteensa tunnettuna vuorikiipeilijänä. Seuraavat kolme varttia hän kertoo tutkimuksistaan seikkaperäisesti. Alkajaisiksi pitää silti kysyä, mikä on vetänyt oman tieteenalansa huipun juuri Suomeen. Tapio Ala-Nissilä, Kosterlitz hymyilee. Tutustuin häneen, kun hän oli jatko-opiskelijana Brownissa vuodet Olemme siitä lähtien pitäneet yhteyttä. Tällä kertaa Kosterlitz viettää Aalto-yliopistossa pari kuukautta vierailevana tutkijana. Takana on monta visiittiä Suomeen, myös Helsingin yliopistoon, jossa Ala-Nissilä aiemmin työskenteli. Tapiolla on aktiivinen tutkimusryhmä, joka perehtyy mielenkiintoi- siin fysiikan ongelmiin. Tänne on aina helppo tulla, ja viihdyn täällä erinomaisesti. Kosterlitz on osallistunut useisiin suomalaisiin tutkimushankkeisiin. Uusin niihin liittyvä, nestefaasin kiinteytymistä käsittelevä julkaisu ilmestyi viime keväänä. Lisäksi hän pitää seminaareja ja kursseja sekä ohjaa jatko-opiskelijoita. Tutkittavaa riittää huippupalkinnon jälkeenkin. Kosterlitzia hämmästyttää, kuinka paljon fysiikan perusteissakin on vielä tekemistä. Kvanttimekaniikka on jo sata vuotta vanha tiede, mutta yhä löytyy uusia selitettäviä asioita. Jopa jokapäiväisissä ilmiöissä on alueita, joita ymmärretään varsin huonosti. Vieläkään ei ole esimerkiksi pyörteisen virtauksen selittävää teoriaa, vaikka tasaisen virtauksen teoria on hallinnassa. Ultrakylmää topologiaa Kvanttimekaaniset ilmiöt tulevat esiin ultrakylmissä lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollapistettä. Neste nousee kitkatta yli säilytysastian reunan, ja metalli menettää kokonaan sähkövastuksen. Tällaisten ilmiöiden ymmärtämisen ja hyödyntämisen kannalta on oleellista, että ne voidaan selittää teoreettisesti. Juuri siihen Kosterlitz ja kaksi muuta tämänvuotista fysiikan nobelistia, David Thouless ja Duncan Haldane, ovat paneutuneet. Kolmikkoa yhdistää se, että he ovat käyttäneet töissään matemaattisen topologian käsitteistöä ja avanneet oven kokonaan uudelle tutkimusalueelle, Jatkuu sivulla 17 Kahvikuppi vai munkkirinkilä? Topologia voidaan yleistajuisesti määritellä matematiikan alueeksi, joka tutkii geometristen kappaleiden sellaisia ominaisuuksia, jotka eivät muutu kappaleen uudelleen muovailussa. Tällöin kappaletta voidaan taivuttaa, painaa kasaan ja vääntää ilman, että kappale rikkoutuu tai siitä poistetaan tai siihen lisätään materiaalia. Havainnollistava esimerkki topologisesta muunnoksesta on kahvikupin muuntaminen munkkirinkiläksi. Kummastakaan ei niissä olevan reiän vuoksi voida muodostaa palloa, joka on topologisesti erilainen kappale. Havainnollistuksesta on jäänyt anekdootiksi matemaatikko John Kelleyn ( ) tokaisu: Topologi on matemaatikko, joka ei erota kahvikuppia munkkirinkilästä. Sebastian Huber / EHT Zürich 7/2016 KEMIA 15

16 Kemian Nobelit molekyylikoneiden uranuurtajille Kemian Nobelin palkinnon vastaanottavat keinotekoisten molekyylikoneiden kehittelyn uranuurtajat Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart ja Bernard Feringa. Jari Koponen Ranskalainen emeritusprofessori Jean-Pierre Sauvage teki palkitun työnsä Strasbourgin yliopistossa ja skotlantilainen Fraser Stoddart Northwestern-yliopistossa Yhdysvalloissa. Hollantilaisen Bernard Feringan työpaikkana on Groningenin yliopisto. Sattumoisin myös kemian nobelistit ovat topologeja, sillä yksi heidän tutkimusalueensa nimitys on topologinen kemia. Vielä vakiintumaton termi viittaa kolmiulotteisten toiminnallisten rakenteiden luomiseen yksittäisistä orgaanisista molekyyleista. Sinänsä sillä ei ole mitään tekemistä matemaattisen topologian kanssa. Kaikki elävän luonnon toiminnot perustuvat ympäristön ja toistensa kanssa vuorovaikuttaviin molekyyli- Fraser Stoddart kehitti rotaksaanimolekyyleihin perustuvan muistipiirin. Jean-Pierre Sauvage löysi metallikatenaanit ja avasi tien molekyylikoneille. koneisiin. Nobelistien tutkimusalue kytkeytyy siten myös elämän perustekijöihin. Kuten niin usein tieteen historiassa, sattumalla oli tälläkin kertaa osuutensa tutkimuksen käynnistymiseen. Kun Jean-Pierre Sauvage 1980-luvun alussa tutki valoherkkiä molekyylikomplekseja, hän löysi niistä kaksi kupari-ionin ympärille ketjuuntunutta molekyylirengasta. Katenaaneiksi kutsutut molekyylit koostuvat kahdesta tai useammasta toisiinsa mekaanisesti kytkeytyneestä molekyylistä. Sauvagen havainto johti kokonaan uuden molekyyliryhmän eli metallikatenaanien löytämiseen. Niiden avulla katenaanien synteesistä tuli huikean paljon helpompaa ja nopeampaa kuin aiemmin. Katenaaneissa rengasosat voivat liikkua toistensa suhteen, ja liikettä voidaan hallita monin eri keinoin. Näin tie oli auki varsinaisten molekyylikoneiden rakentamiseen. Sauvage esitteli ensimmäiset yksinkertaiset mekaaniseen liikkeeseen perustuvat toiminnalliset molekyylit vuonna Hän onnistui saamaan toisen renkaan pyörähtämään hallitusti edestakaisin kaksirenkaisessa katenaanissa. Liikkeen mahdollisti systeemiin heikosti sidotun kupariionin sähkökemiallinen hapetus-pelkistysreaktio. Samana vuonna Stoddart puolestaan demonstroi edestakaisen suoraviivaisen liikkeen rotaksaanimolekyylissä, jossa molekyylirengas liikkuu kahden paikan välillä akselina toimivassa molekyylissa. Hallittu liike saadaan tässäkin systeemissä aikaan hapetus-pelkistysreaktiolla tai ph:n muutoksella. Molekyylikoneita rakennettaessa sekä katenaaneja että rotaksaaneja voidaan käyttää esimerkiksi kytkinelementteinä. Pohjana perustutkimus Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen akatemiaprofessorille Kari Rissaselle Jean-Pierre Sauvage ja hänen työnsä ovat tuttuja jo pitkältä ajalta. Tutustuin häneen 1990-luvun loppupuolella, kertoo Rissanen, joka on sittemmin tutustuttanut myös muita suomalaisia kemian tutkijoita ja opiskelijoita Sauvagen tutkimuksiin. Rissasen kutsusta Sauvage vieraili Jyväskylässä vuonna 2002 pitämässä molekyylikoneista kesäkurssin. Vuonna 2008 hän esitteli koneiden kehitystyötä Nanotiedepäivillä, Jyväskylän yliopiston vuosittain isännöimässä nanotutkimuksen tapahtumassa. Varsinaisen tutkimusyhteistyön Sauvagen kanssa käynnistimme vuonna Yhteistyö tarkoitti, että kun katenaaneja ja rotaksaaneja syntetisoitiin Sauvagen laboratoriossa Strasbourgissa, niiden rakenteet määritettiin röntgendiffraktiometrisesti Jyväskylässä. Röntgendiffraktiomenetelmällä saadaan varmuus molekyylin rakenteesta sillä edellytyksellä, että tutkittava molekyyli voidaan kiteyttää. 16 KEMIA 7/2016

17 Kumppanukset esittelivät töidensä tulokset yhteensä kuudessa julkaisussa vuosina Samaan aikaan, kun Kari Rissanen iloitsee tutkimuskumppanin Nobelista, häntä harmittaa perustutkimuksen asema nyky-suomessa. Tämänhetkinen poliittinen ilmapiiri on meillä sellainen, että ensi sijalla on soveltava tutkimus. Perustutkimus ei kuitenkaan voi sitoutua sovellusten tuottamiseen, akatemiaprofessori painottaa. Toisen nobelistin kanssa yhteistyötä tekevä Aalto-yliopiston Tapio Ala- Nissilä on samaa mieltä. Nobelit myönnettiin puhtaalle perustutkimukselle. Tälle viestille soisi löytyvän ymmärrystä Suomessakin. Tiederahoituksesta päättävien pitäisi huomioida tutkijayhteisön palaute ja viesti, hän toivoo. Ala-Nissilä myös muistuttaa tieteen perimmäisestä ideasta. Tieteen tehtävänä ei ole palvella vain teollisuuden tuotekehitystä vaan löytää ja tutkia jotain aivan uutta. Toki työstä voidaan parhaimmillaan ehkä myöhemmin johtaa uusia ja mullistavia sovelluksia, Ala-Nissilä sanoo. Kari Rissasen mukaan pelkästään soveltavan tutkimuksen suosiminen aiheuttaisi pidemmällä aikavälillä korvaamatonta vahinkoa. Perustutkimus myös kouluttaa ihmisiä ajattelemaan ja etsimään uusia ratkaisuja. Mihin tulevaisuuden innovaattoritkaan pohjaisivat työnsä, jos heillä ei olisi lähteenä ja tukena perustutkimusta?, Rissanen ihmettelee. Moottori ja muistipiiri Kemian tuoreista nobelisteista myös Bernard Feringa teki perustutkimusta. Hän vei molekyylirenkaan pyörimisliikkeen hallinnan uudelle tasolle. Feringan vuonna 1999 esittelemä rengasmolekyyli saadaan valon avulla pyörimään yhteen suuntaan suurella nopeudella. Bernard Feringa rakensi historian ensimmäisen nelipyöräisen nanoauton. Saavutus perustuu kekseliääseen molekyylirakenteeseen. Sen muodostavat kaksi litteää molekyylirenkaan osaa, jotka ovat vahvalla kaksoissidoksella keskiosiltaan kiinni toisissaan. Ultraviolettivalopulssi avaa renkaan yhdeltä sivulta ja panee sen pyörähtämään puoli kierrosta. Prosessissa vapautuva lämpö hitsaa uuden konfiguraation paikalleen, joten liike ei ole palautuva. Uusi valopulssi jatkaa liikettä toisen puolikierroksen, lämpö palauttaa alkuperäisen konfiguraation, ja sykli voidaan uusia. Näin Bernard Feringan ryhmän konstruoima molekyyliauto. Feringa oli luonut ensimmäisen molekyylimoottorin. Vuonna 2011 Feringan ryhmä esitteli moottoriin perustuvan nelipyöräisen nanoauton, joka liikkui tasaisella pinnalla. Kolme vuotta myöhemmin optimoitu moottori pyöri jo huimaa 12 miljoonan kierroksen sekuntivauhtia. Fraser Stoddart taas demonstroi vuonna 2007 rotaksaaneihin perustuvan muistipiirin. Moottoria, nanoautoa ja muistipiiriä voidaan pitää ensimmäisinä varsinaisina molekyylilaitteina. Tätä nykyä molekyylikoneita kehitetään laajalti, ja alan julkaisuissa on kuvattu kymmenittäin erilaisia molekyylilaitteita. Tutkimusalueen painopiste onkin jo siirtymässä laitteiden valmistuksesta niiden käyttämiseen, joskin voitettavana on vielä monta ongelmaa. Yksittäisillä molekyylikoneilla ei ole käyttöä kuin korkeintaan laboratoriodemonstraatioina. Sen sijaan on opittava hallitsemaan miljardien laitteiden toimintaa koordinoidusti niin, että ne tuottavat halutun makroskooppisen toiminnon. Se voi olla esimerkiksi keinolihaksen liike. Lisäksi tarvitaan toiminnan yksinkertaisia ja käytännöllisiä kontrolli- ja ohjauskeinoja. Laitteiden täytyy myös kestää lukemattomia työsyklejä. Johan Jarnestad/Ruotsin tiedeakatemia Sivulta 15 topologisen kiinteän aineen fysiikalle. Ensimmäisinä topologiaan tarttuivat Kosterlitz ja Thouless. Ohuissa, kylmissä, oleellisesti kaksiulotteisissa pinnoissa ei ajateltu voivan tapahtua mitään olomuodon muutosta. Tietyt kokeelliset havainnot kuitenkin kaipasivat selitystä. Kun rakensimme ultrakylmien systeemien teoriaa, David huomasi jossain vaiheessa, että olimme hyödyntäneet eräitä topologiaan kuuluvia ajatuksia, Kosterlitz muistelee. David on perehtynyt topologiaan syvällisesti. Hän kykeni siksi muotoilemaan teoriaa niin, että pienen skaalan topologiset pintailmiöt tulivat esiin. Kosterlitzin tietämän mukaan kyseessä on pioneerityö, jossa topolo- 7/2016 KEMIA 17

18 Taloustieteen palkinto Bengt Holmströmille Suomalaisilla on tänä vuonna erityinen syy istua television ääreen, kun Nobel-juhlallisuudet 10. joulukuuta käynnistyvät Tukholmassa. Ruotsin keskuspankin perustaman, kuningas Kaarle Kustaan luovuttaman taloustieteen palkinnon astelee vastaanottamaan Bengt Holmström, joka saa tunnustuksen ensimmäisenä suomalaisena ekonomistina. Holmström jakaa palkinnon Har- Bengt Holmström ehti olla Nobel-veikkailujen kohde jo pitkään. vardin yliopistossa työskentelevän Oliver Hartin kanssa. Kaksikko palkittiin niin sanotun sopimusteorian kehittämisestä. Helsingissä vuonna 1949 syntynyt Holmström opiskeli alun perin matematiikkaa, josta hän suoritti kandidaatin tutkinnon kotikaupunkinsa yliopistossa. Jatko-opintoihin Holmström lähti Atlantin taa ja väitteli taloustieteiden tohtoriksi Stanfordin yliopistossa Kaliforniassa. Kansainvälistä arvostusta nauttiva Holmström on toiminut vuodesta 1994 maineikkaan MIT-yliopiston professorina. gian käsitteistöä sovellettiin fysiikassa ensimmäisen kerran. Minä en ole matemaattisen topologian ekspertti, joten itseäni pidän lähinnä satunnaisena pioneerina, Kosterlitz naurahtaa. Teoriansa kokonaan uudentyyppisestä topologisesta muodonmuutoksesta Kosterlitz ja Thouless esittivät vuonna Teorian mukaan ultrakylmille pinnoille muodostuu pyörteen ja antipyörteen pareja, jotka tietyssä korkeammassa kriittisessä lämpötilassa irtautuvat toisistaan. Vuosina teoriaa laajensivat David Nelson ja Bertrand Halperin. Laajennetun teorian ansiosta D. J. Bishop ja J. D. Reppy kykenivät tulkitsemaan kokeellisesti tutkimansa ohuen helium-4-supranestekerroksen käyttäytymistä ja totesivat sen teorian mukaiseksi. Kosterlitz Thouless-siirtymä on sittemmin osoittautunut yleispäteväksi ilmiöksi, joka on havaittu kokeellisesti monissa erilaisissa fysikaalisissa systeemeissä. Tehokas sateenvarjo David Thouless sovelsi topologista menetelmää toiseenkin selitystä vaatineeseen kysymykseen, vuonna 1980 löydettyyn kvantti-hall-ilmiöön. Ilmiö tulee esiin, kun elektronit loukutetaan hyvin ohueen puolijohderakenteeseen, kvanttikaivoon, joka jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä ja asetetaan voimakkaaseen magneettikenttään. Kun rakenteeseen kytketään virta, kvanttikaivon ohuen johdinosan vastusarvo nousee yksikkövastuksen suuruisina portaina sitä mukaa kuin magneettikentän suuruutta nostetaan. Thoulessin vuonna 1982 julkaisema teoria selitti ilmiön. Lisäksi se ennusti, että virta kulkee vain johteen molemmilla reunoilla vastakkaisiin suuntiin ja että elektronit liikkuvat siroamatta epäpuhtausatomeista. Molemmat ennusteet vahvistettiin myöhemmin kokeellisesti. Nykyisin kvantti-hall-ilmiötä käytetään hyväksi vastuksen primaarin mittanormaalin luomisessa. Duncan Haldane puolestaan tutki tahollaan teoreettisesti yksiulotteisia atomiketjuja. Ne muodostuvat atomeista, joiden spin on joko parillinen tai pariton. Haldanen vuonna 1983 tekemän teoreettisen ennusteen mukaan kaikkien ketjun atomien spinien ollessa parillisia ketju on topologinen. Tällöin topologisuus ilmenee ketjun päissä analogisesti kaksiulotteisen tason kanssa, jossa topologisuus ilmenee tason reunoilla. Hämmästyttävä tulos sai kokeellisen vahvistuksen kaksi vuotta myöhemmin. Michael Kosterlitzin mukaan hänen ja Thoulessin alkuperäinen topologiatyökalu oli oikeastaan varsin yksinkertainen. Sittemmin topologia on osoittautunut erittäin tehokkaaksi välineeksi muillekin fyysikoille. Se on kuin sateenvarjo, jonka alla voidaan tutkia hyvin suurta määrää erilaisia systeemejä ja ilmiöitä, Kosterlitz kuvailee. Nobelistit eivät perustutkijoina miettineet teorioidensa mahdollisia käytännön sovelluksia. Myöhemmin on kuitenkin avautunut uusia, ennen aavistamattomia näköaloja. Viime vuosina on valmistettu suuri joukko topologisia eli metamateriaaleja, kuten topologisia eristeitä, suprajohteita ja metalleja. Uusin ja fysiikaltaan oudoin tulokas on Weylin puolimetalli, jonka valmistus onnistui vuonna Uusille materiaaleille on jo ideoitu lukuisia sovellusmahdollisuuksia elektroniikassa, fotoniikassa, kvanttitietokoneissa ja kvanttisimulaatioissa. Kosterlitz muistuttaa, että käytännön sovelluksiin on silti matkaa, ehkä 10, ehkä 50 vuotta. Mutta tutkimus toki tuottaa jatkuvasti uusia mahdollisuuksia. Luonto ilmiöineen on tyhjentymätön, emmekä koskaan edes tule tietämään siitä kaikkea, nobelisti sanoo. Kirjoittaja on kemisti ja vapaa toimittaja. 18 KEMIA 7/2016

19 What does OMNIS offer? MUCH MORE! TITRATION FASTER, SAFER & EASIER! OMNIS is the new, modular titration platform by Metrohm. Whatever measuring modes, liquid handling, and scope of automation you need scale up OMNIS module by module from a simple stand-alone analyzer to a powerful robotic system performing 4 fully automated titrations simultaneously! FASTER Analyze 175 samples on 4 workstations completely unattended SAFER Exchange reagents without opening bottles EASIER Configure work systems intuitively by drag and drop MORE EFFICIENT Whichever parameters you determine and by whichever methods, get the results in a single report More information at omnis.metrohm.com

20 AJANKOHTAISTA Äänekosken jättiläinen tähtää suljettuun kiertoon Metsä Fibren biotuotetehdas on monessa ensimmäinen, suurin ja kaunein jopa maailman mittakaavassa. Tehtaassa pyritään hyödyntämään raakaaine ja tuotannon sivuvirrat sataprosenttisesti. Harriet Öster Äänekoskelle kohoavan biotuotetehtaan rakennustyöt ovat asennusvaiheessa. Koeajot alkavat keväällä, ja avajaisia vietetään näillä näkymin vuoden päästä lokakuussa. Täyteen tuotantoon tehdas pääsee vuonna Hanke on pysynyt hyvin aikataulussa, kertoo projektijohtaja Timo Merikallio. Metsä Fibren 1,2 miljardin euron investointi on Suomen metsäteollisuuden historian isoin. Samalla se merkitsee, että Äänekosken tehtaasta tulee koko maailman suurin, modernein ja kilpailukykyisin havupuusellun tuottaja. Uuden tehtaan kapasiteetti on 1,3 miljoonaa tonnia, joka on 2,5-kertainen määrä Äänekosken nykyiseen sellutehtaaseen verrattuna. Tuotannosta on vientiin menevää havusellua kaksi kolmasosaa. Lisäksi tehdas tuottaa koivusellua viereisen Metsä Boardin kartonkitehtaan tarpeisiin. Vanha tehdas puretaan, kun uusi on otettu käyttöön. Kun vanha sellutehdas on purettu, päästään suunnittelemaan uusien biotuotteiden valmistusta, projektijohtaja kertoo. Uusien tuotteiden valmistus vaatii omat tuotantolaitoksensa. Niiden pystyttämisen vuoro on myöhemmin. Tehdasalue on aika pieni ja ahdas, joten laitosten rakennustyöt pitää tehdä vaiheittain. Lisää uusiutuvaa energiaa Metsä Fibren sellutehtaan ja Metsä Boardin kartonkitehtaan lisäksi 40 hehtaarin tehdasalueella on oheistuotantoa jo ennestään. CP Kelco valmistaa cmc:tä eli karboksimetyyliselluloosaa, jota käytetään sakeuttamisaineena. Specialty Minerals Nordic tuottaa täyteaine pcc:tä eli saostettua kalsiumkarbonaattia ja energiayhtiö Äänevoima sähköä ja kaukolämpöä. Prosessilämmön voimin syntyy lisäksi Aurajuustoa läheisessä Valion juustolassa. Uudessa laitoksessa Metsä Fibre tuottaa kaasutuksella puunkuoresta ja lietteestä tuotekaasua biotuotetehtaalle. Näin tehdas ei tarvitse lainkaan fossiilista energiaa, kun tuotekaasu korvaa vuosittain kuutiota raskasta polttoöljyä. Biotuotetehtaan hajukaasuista aiotaan tuottaa rikkihappoa ja metanolia tehtaan omaan käyttöön, mikä on iso harppaus kohti suljettua kemikaalikiertoa. Perinteisempiä sellutehtaan sivutuotteita ovat tärpätti ja mäntyöljy. Uusi tehdasintegraatti edustaa metsäteollisuuden lisäksi kemianteollisuutta ja energiantuotantoa. Paitsi että biotuotetehdas monipuolistaa metsä- ja biotalouden rakennetta, se tukee samalla koko Suomea uusiutuvan energian tavoitteiden saavuttamisessa, Merikallio tähdentää. Kokonaisuus lisää uusiutuvan energian osuutta Suomessa yli kaksi prosenttiyksikköä. Harriet Öster Projektijohtaja Timo Merikallio on tyytyväinen hankkeen etenemiseen. Aikataulussa on pysytty hyvin. 20 KEMIA 7/2016