Kuusi kalvoa sivulla
2.10.2015 Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen LUENTO 4 EVOLUUTIO-MEKANISMIT MAHDOLLISTAVAT ELÄMÄN KEHITTYMISEN JA MUUTTUMISEN ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUALLA UNIVERSUMISSA EVOLUUTIO • KEHITYSOPPI • AINOA TUNNETTU ELÄMÄN KEHITTYMISTÄ OHJAAVA MEKANISMI (PRINSIIPPI) • EVOLUUTIO-MEKANISMIN TUTKIMINEN JA SOVELTAMINEN • TOTEUTUNEEN EVOLUUTION (KEHITYKSEN) TARKASTELU • BIOLOGISET PROSESSIT SAAVAT SELITYKSENSÄ (JA MERKITYKSENSÄ), KUN NIITÄ TARKASTELLAAN EVOLUUTION NÄKÖKULMASTA 1 2 EVOLUUTIO SOVELLUKSIA LÄHES KOKO TÄHÄNASTINEN EVOLUUTIO TAPAHTUNUT ENNEN TÄTÄ (KOKEMAAMME) HETKEÄ NÄEMME JA OLEMME EVOLUUTION TULOSTA, ITSE MUUTOKSEN HAVAITSEE FOSSIILEISSA BAKTEERIEN, KASVIEN JA HYÖNTEISTEN EVOLUUTIO EDELLEEN HAVAITTAVISSA PÄIVISSÄ JA 3 VUOSISSA • UNIVERSUMIEN (MULTIVERSUMIEN) EVOLUUTIO • KOSMOLOGINEN EVOLUUTIO • KEMIALLINEN EVOLUUTIO • PROSESSIEN EVOLUUTIO • INFORMAATION EVOLUUTIO • MOLEKYYLIEVOLUUTIO JA MOLEKYYLIDARWINISMI • BIOLOGINEN EVOLUUTIO (PERUSTUU EDELLISILLE EVOLUUTIOMUODOILLE TAI ON NIIDEN MAHDOLLISTAMAA) DARWIN EVOLUUTIO • CHARLES DARWIN (1809-1882) • BEAGLE-ALUKSELLA GALAPAGOS SAARILLE 18311836 (maailman ympäri) • ORIGIN OF SPECIES (On The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life, 1859, suom. LAJIEN SYNTY, 1916-1917) • YKSILÖIDEN (KASVIT, ELÄIMET) VÄLILLÄ LUONNOSTAAN VARIAATIOITA • LUONNONVALINNAN SEURAUKSENA PARHAITEN YMPÄRISTÖÖNSÄ SOPIVAT YKSILÖT TODENNÄKÖISIMMIN JATKAVAT SUKUAAN 5 4 • EVOLUUTIOLLA ON FYSIKAALISKEMIALLINEN MEKAANINEN PERUSTA (AMINOHAPPOJEN KETJUUNTUMISEN MUUTOKSIA) • GEENITASOLLA EVOLUUTIO VOIDAAN ILMAISTA LYHYESTI UUSIEN GEENIEN SYNTYMISENÄ, PERIYTYMISENÄ JA VALIKOITUMISENA VUOROVAIKUTUKSESSA YMPÄRISTÖN KANSSA (SUSAN ALDRIDGE) • POPULAATIOT OVAT EVOLUUTION PERUSYKSIKKÖJÄ (POPULAATION SELVIYTYMINEN MAKSIMOITUU) 6 1 2.10.2015 GEENIPOOLI EVOLUUTIO BAKTEEREILLA UUDEN MUTAATION ILMENEMINEN AIKAANSAA POPULAATIOON VARIAATION SUVULLISESSA LISÄÄNTYMISESSÄ PIKEMMINKIN ERILAISIA GEENIVARIAATIOITA ON OLEMASSA KOKO AJAN, MUTTA NIIDEN REKOMBINAATIOT SOPIVISSA OLOSUHTEISSA AIKAANSAAVAT 7 EVOLUUTIOTA VARIAATIOT • VARIAATIOT -> LUONNONVALINTA -> REPRODUKTIO • LUONNONVALINTA AIKAANSAA ELIMINOINTIA JA LISÄÄNTYMINEN (REPRODUKTIO) AIKAANSAA KOPIOITUMISTA -> VARIAATIOIDEN MENESTYS • MENESTYKSEKKÄÄT VARIAATIOT SIIRTYVÄT JÄLKIPOLVILLE JA EI-MENESTYKSEKKÄÄT KARSIUTUVAT POIS POPULAATION PERIMÄSTÄ • ORGANISMI MUUTTUU • YMPÄRISTÖ MUUTTUU • ORGANISMILLA TAKAISINKYTKENTÄ YMPÄRISTÖSTÄ • AIKAA OLTAVA RIITTÄVÄSTI 8 LUONNONVALINTA • EVOLUUTIO EDELLYTTÄÄ SATTUMANVARAISIA MUUTOKSIA DNA:SSA • MUUTOKSET SAATTAVAT KOHDISTUA GEENEIHIN TAI NIIDEN ILMENEMISTÄ SÄÄTELEVIIN GEENEIHIN • PIENI OIKEANSUUNTAINEN MUUTOS PERIMÄSSÄ ON TODENNÄKÖISESTI EDULLINEN • SUURI MUUTOS PERIMÄSSÄ (VAIKKA OIKEAN SUUNTAINENKIN) ON TODENNÄKÖISEMMIN EPÄEDULLINEN • GENOTYYPPI > FENOTYYPPI > LAAJENNETTU FENOTYYPPI • VARIAATIOIDEN JATKUVAA TESTAUSTA YMPÄRISTÖN ASETTAMIEN VAATIMUSTEN SUHTEEN • POPULAATION PERIMÄ PARANEE VÄHEMMÄN SOPIVIEN OMINAISUUKSIEN ELIMINOITUMISEN SEURAUKSENA • JÄLKELÄISIÄ ENEMMÄN KUIN MITÄ SELVIYTYY AIKUISIKSI ASTI • KILPAILU LAJIEN KESKEN, RYHMIEN KESKEN JA YKSILÖIDEN KESKEN 9 EVOLUUTIO JA VALINTAPAINE 10 FENOTYYPPI LUONNONVALINTA YLIPÄÄNSÄ SUKUPUOLET VALITSEVAT LISÄÄNTYMISKUMPPANIN ONNEKAS MUTAATIO JOKA ON HYÖDYKSI (MENESTYSTEKIJÄ) VAIKKEI MIKÄÄN VALINTAPAINE OLEKAAN AIKAANSAANNUT SEN LISÄÄNTYMISTÄ POPULAATIOSSA (DAWKINS) 11 • GENOMI KOHTAA YMPÄRISTÖN VÄLILLISESTI • GENOMI ON DIGITAALISESSA MUODOSSA, MUTTA EVOLUUTIO TOIMII ANALOGISESTI • GENOMI ON ABSTRAKTI KUVAUS OLION RAKENTEESTA JA FUNKTIONAALISUUDESTA • GENOTYYPIN MUUTOSNOPEUS EI VÄLTTÄMÄTTÄ NÄY ELIÖN MORFOLOGIASSA (EDELLYTTÄÄ 12 GEENIEN EKSPRESSIOTA) 2 2.10.2015 LAAJENNETTU FENOTYYPPI • KÄSITTÄÄ ELIÖN AIKAANSAAMAT MUUTOKSET YMPÄRISTÖÖNSÄ • PADOTUT LAMMET (MAJAVAT) • OIKEANLAINEN PESÄ (LINNUT) • VAISTONVARAISUUS ON GENEETTISESTI OLEMASSAOLEVAA TAIPUMUSTA TOIMIA TAI AJATELLA TIETYLLÄ TAVALLA REPRODUKTIO • GEENIEN SIIRTYMINEN SEURAAVALLE SUKUPOLVELLE • KILPAILU VASTAKKAISEN SUKUPUOLEN SUKUSOLUISTA • MENESTYKSEKKÄÄT YKSILÖT JATKAVAT ENITEN SUKUA (ELOSSA, TERVEENÄ, PYSTYVÄT HANKKIMAAN RUOKAA, PYSTYVÄT PUOLUSTAUTUMAAN, LÖYTÄVÄT KUMPPANIN, ÄLYKKÄITÄ, SOPEUTUVIA JNE.) • TODELLISISSA POPULAATIOISSA (ESIM. IHMINEN) PARIUTUMISEEN VAIKUTTAA MUITAKIN TEKIJÖITÄ KUTEN ASUINPAIKKA, HEIMO JA KIELI • ALTRUISMI (EPÄITSEKKYYS ESIM. HOIVAAMIS-TAIPUMUS) SUOTAVAA POPULAATION SÄILYMISEN KANNALTA, KOSKA ITSEKKÄÄT MUTAATIOT VIEVÄT POPULAATION SUKUPUUTTOON (EI HANKITA JÄLKELÄISIÄ) 13 EVOLUUTIO 14 EVOLUUTIO • EVOLUUTIOLLA EI OLE PÄÄMÄÄRÄÄ EIKÄ PÄÄTEPISTETTÄ • ITSE EVOLUUTIO-MEKANISMI KEHITTYY • EVOLUUTIO ON PROGRESSIIVISTA (KEHITYKSEEN JOHTAVAA) • EVOLUUTIO ON KUMULOITUVAA (SAAVUTETUN KEHITYKSEN VARAAN RAKENTUVAA) • EVOLUUTIO KONVERGOI (KOHTI YLEISIÄ JA TOISTUVIA EVOLUTIIVISIA RATKAISUJA) • ETENEE LYHYIN ASKELEIN (KERRALLA EI TULE VALMISTA, EIKÄ HYPPYJÄ TEHDÄ, POIKKEUKSENA HYBRIDIT), SÄÄTELYTASON GEENIMUTAATIOT VAIKUTUKSILTAAN SUURIMPIA • EVOLUUTIO ETENEE PIENIN MUUTOKSIN, KOSKA SUURET GENOMIN (ONNISTUNEET) MUUTOKSET OVAT ERITTÄIN EPÄTODENNÄKÖISIÄ • AJAN KULUESSA PIENETKIN TODENNÄKÖISYYDET VÄISTÄMÄTTÄ TOTEUTUVAT JA KUMULOITUVAT • AJAN KANSSA ERILAISIA KOKEILUJA (VARIAATIOITA) EHDITÄÄN TEHDÄ • ESIM. 0.01 VALINTAETU SUKUPOLVESSA JOHTAA 3000 SUKUPOLVESSA OMINAISUUDEN YLEISTYMISEEN POPULAATIOSSA SEURAAVASTI 8/1000 -> 90/100 (KORKOA KOROLLE -EFEKTI) 15 EVOLUUTIO 16 EVOLUUTIO • HERKKÄ RIIPPUVUUS ALKUTILASTA JA SATTUMASTA • EVOLUUTIO VALIKOI MIELIVALTAISEN OMINAISUUDEN LOPULLISESTI (EI OLE KEHITYSLINJASSA ENÄÄ MUUTETTAVISSA) • OMINAISUUDET JOTKA TULEVAT MERKITYKSETTÖMIKSI VOIVAT KUITENKIN MUTATOITUA POIS (VALINTA EI ENÄÄ SUOJELE NIITÄ), ESIM. UMPILISÄKE (KÄYMISKAMMIO) ON JÄÄNNE KASVIRAVINNON KÄYTTÄMISESTÄ • EVOLUUTIO ON TEHOKAS TAPA KEHITTÄÄ ELÄMÄÄ, MUTTA SE EI VÄLTTÄMÄTTÄ JOHDA PARHAASEEN MAHDOLLISEEN LOPPUTULOKSEEN (ESIM. PUIDEN PITUUSKASVU ON YLIMÄÄRÄINEN SIVUTUOTE METSÄN PUIDEN KILPAILLESSA AURINGONVALOSTA) • EVOLUUTIO (ELIÖN RAKENNE JA OMINAISUUDET) ON AINA KOMPROMISSI ERILAISTEN JA ERISUUNTAISTEN VALINTAPAINEIDEN KESKEN 17 • ITSE EVOLUUTIO-MEKANISMI ON TÄRKEÄ KEKSINTÖ ELÄMÄN SÄILYMISEN KANNALTA • ELÄMÄNMUODOT JOILTA PUUTTUU SOPEUTUMISKYKY YMPÄRISTÖN MUUTOKSIIN KUOLEVAT ENNEMMIN TAI MYÖHEMMIN • KEHITYKSEN AIKAANSAAMINEN MUUTOIN KUIN EVOLUUTION TULOKSENA VAIKEASTI AJATELTAVISSA • OMINAISUUKSIEN TESTAUS- JA VALINTAPROSESSI ON KÄYNNISSÄ TAUKOAMATTA 18 3 2.10.2015 EVOLUUTION EVOLUUTIO EVOLUUTIO EVOLUUTIO • PELKÄT PISTEMUTAATIOT EIVÄT VOI SELITTÄÄ LAJIEN MUODOSTUMISTA • EVOLUUTIO-MEKANISMIN PIIRIIN KUULUVIEN TEKIJÖIDEN KENTTÄ ON VAIHDELLUT JA KASVANUT • BAKTEERIEN JA VIRUSTEN GEENIPOOLI TARJOSI TEHOKKAAN MEKANISMIN VAIHTAA VALMIITA GENOMIN PÄTKIÄ ELIÖISTÄ TOISEEN • MONIPUOLINEN YKSINKERTAISTEN ELIÖIDEN JOUKKO ON EDELLYTYS KOMPLEKSISEMPIEN ELIÖIDEN KOKOONPANOLLE • JAKAUTUMISESTA SUVULLISEEN LISÄÄNTYMISEEN (GEENIAINEKSEN TEHOKAS MUUNTELU, TOSIN DNA:N SEKOITTUMINEN EI OLE TÄYDELLISTÄ, VAAN GEENIALUEITA PERIYTYY USEIN RYHMINÄ) • ELÄINLAJIN ERI ELIMET JA JÄSENET VOIVAT KEHITTYÄ ERI TAHTIA TAI ERI SUUNTIIN • TÄRKEIMPIÄ SYMMETRIAT, KEHON SEGMENTOITUMINEN OSIIN SEKÄ SAMAN VARIAATION KOPIOITUMINEN (KOKEILU) AUTOMAATTISESTI KUMMALLEKIN KEHON PUOLELLE • UUSIEN AISTIEN KEHITTYMINEN LAAJENSI YMPÄRISTÖN HAVAINNOINTIA JA VUOROVAIKUTUSTA, AIKAANSAADEN MONIPUOLISEN VALINTAPAINEEN JA 20 KEHITYSPOTENTIAALIN 19 EVOLUUTION EVOLUUTIO • ELIÖIDEN KOMPLEKSISUUDEN YHTÄKKINEN KASVU ITSE EVOLUUTIOPROSESSIN KEHITTYMISEN MYÖTÄ • ORGANISMIEN KEHITYS SINÄLLÄÄN KASVATTAA EVOLUUTIOPOTENTIAALIA ERIKOISTUMISEN, TYÖNJAON JA SÄÄTÖSYSTEEMIEN (INFORMAATIONKÄSITTELY) TASOILLA, ESIM. ENDOSYMBIOOSI, ELIMET, SEKSUAALINEN LISÄÄNTYMINEN • KOEVOLUUTIO (ERI LAJIEN EVOLUUTIO VUOROVAIKUTUKSESSA KESKENÄÄN, PEDOT JA SAALISELÄIMET, HYÖNTEISET JA KUKKIVAT KASVIT, IHMISESSÄ 1000 SYMBIOOTTISTA ELIÖTÄ) • KOEVOLUUTIO ARTEFAKTIEN KANSSA, KULTTUURIEVOLUUTIO (ESIM. TYÖKALUT, MAANVILJELYS, KIELI) • SUUNNATTU EVOLUUTIO (PARANNELLUT GEENIT, YLLÄTYKSIÄ VOI AIHEUTUA LUONNOLLISEN VALINTAPAINEEN PUUTTUMISESTA TAI LYHYTAIKAISUUDESTA) 21 EVOLUUTION NOPEUS • EVOLUUTIO-MEKANISMI VOI KEHITTYÄ, MIKÄ MAHDOLLISTAA NOPEAMMAN LAJIEN KEHITYKSEN • YMPÄRISTÖN TARJOAMA POTENTIAALI ERILAISTEN VARIAATIOIDEN KOKEILUUN VAIHTELEE SUURESTI (YKSIPUOLISET JA MONIPUOLISET YMPÄRISTÖT) • LAJIEN JA YMPÄRISTÖN VÄLISEN SUHTEEN KEHITTYMINEN VOI JOKO HIDASTAA EVOLUUTIOTA (MUUTOKSIA EI TARVITA) TAI SITTEN NOPEUTTAA EVOLUUTIOTA (MUUTOSTEN JATKUVA TARVE) • YMPÄRISTÖN MONIMUOTOISUUTTA AIKAANSAA MM. VAIHTELEVA ILMASTO SEKÄ PLANEETAN MONIPUOLINEN KEMIA22JA GEOLOGINEN AKTIIVISUUS EVOLUUTION NOPEUS EVOLUUTION NOPEUS • EVOLUUTION POTENTIAALI ON ILMEINEN, HAVAITTU LAJIEN KEHITYSNOPEUS ON ITSEASIASSA HITAAMPAA KUIN MIKÄ OLISI MAHDOLLISTA (AJASTA JA SUKUPOLVISTA LASKETTUNA) • 20 KÄRPÄSSUKUPOLVEN JÄLKEEN SELVÄ MUUTOS SUUNTAUTUMISESSA VALOA KOHTI TAI VALOSTA POIS (JOKA SUKUPOLVESTA VALITTIIN PARHAAT KUMPAANKIN RYHMÄÄN) • 90 MAISSISUKUPOLVEN JÄLKEEN ÖLJYPITOISET JA MILTEI ÖLJYTTÖMÄT LAJIKKEET • ROTILLA (15 SUKUPOLVESSA) HAMPAIDEN REIKIINTYMINEN SIIRTYI 100 → 400 vrk IKÄÄN • KOTIELÄINTEN JA VILJELYSKASVIEN JALOSTUS (100 JA 1000 VUODESSA SAAVUTETTU PALJON) • HITAITA JA NOPEITA KAUSIA • EVOLUUTIOLTA KULUI 2 MILJARDIA VUOTTA ENSIMMÄISEN EUKARYOOTTISOLUN TEKEMISEEN • KAIKKI MUU KEHITYS ON TAPAHTUNUT TÄMÄN JÄLKEEN 1,5 MILJARDISSA VUODESSA 23 24 4 2.10.2015 EVOLUUTION NOPEUS • EVOLUUTIOAJAN YKSIKKÖ ON AIKA, JOKA TARVITAAN GENOMIN MUUTTUMISEEN 1%:LLA • EHDOTETTU MYÖS GENOMIN SUHTEELLISTA MUUTTUMISTA PER SUKUPOLVI, YKSIKKÖNÄ DARWIN • MOLEKULAARINEN AIKA PERUSTUU GENOMIN LUONNOLLISEEN MUTAATIOTIHEYTEEN (EI KUITENKAAN VAKIO, M.M. KORJAUSLUKUENTSYYMIT JA REKOMBINAATIOIDEN TIHEYS VAIKUTTAVAT) • EVOLUUTION (ELÄMÄN YLIPÄÄNSÄ JA LAJIEN KEHITYKSEN JA SOPEUTUMISEN) KANNALTA OPTIMAALINEN MUTAATIOTIHEYS VAIHTELEE SUURESTI – OLTAVA RIITTÄVÄSTI MUTAATIOITA UUSIKSI VARIAATIOIKSI – SAMALLA VÄLTETTÄVÄ VIRHEKATASTROFI (LIIAN SUURI MÄÄRÄ MUTAATIOITA) JOKA TUHOAISI ELÄMÄNMUODON TAI LAJIN 25 EVOLUUTION SUUNTA • KAIKKIEN LAJIEN PÄÄMÄÄRÄNÄ MAAPALLON VALLOITUS (IHMISELLÄ MAHDOLLISUUS PYRKIÄ MYÖS ELÄMÄN SÄILYTTÄMISEEN) • KOHTI VAPAATA ELINTILAA (LOKEROA) • YMPÄRISTÖN TARJOAMIEN MAHDOLLISUUKSIEN SUHTEEN (TILA, SUOJA) • ERITYISESTI EKOLOGISEN YMPÄRISTÖN SUHTEEN (VIHOLLISET, KILPAILEVAT LAJIT, RAVINTOKETJUT) • ESIM. HIILI- JA PERMIKAUDELLA ATMOSFÄÄRISSÄ 35% HAPPEA (NYT 21%), ATMOSFÄÄRI TIHEÄMPI, HYÖNTEISTEN SUURI KOKO TUOLLOIN MAHDOLLISTA 27 SYMMETRIOITA • SYMMETRIAT KEHITTYVÄT ALKION MALJA-ASTEEN KEHITYKSESSÄ (GASTRULAATIO), JOLLOIN KUDOKSET ASETTUVAT PAIKOILLEEN KEHONKAAVAN MUKAISESTI • VASEN JA OIKEA • ETUPÄÄ JA TAKAPÄÄ • VATSAPUOLI JA SELKÄPUOLI • RADIAALINEN SYMMETRIA • BILATERAALISUUS: KAKSI SILMÄÄ, 29 KORVAA, NENÄN SIERAINTA, KÄTTÄ EVOLUUTION SUUNTA • MITKÄ TAHANSA KEHITYSKULUT EIVÄT OLE EVOLUUTIOSSA MAHDOLLISIA • UNIVERSUMIN RAKENNE, FYSIIKKA JA KEMIA ASETTAVAT REUNAEHDOT, JOIDEN PUITTEISSA EVOLUTIIVISET RATKAISUT ON TEHTÄVÄ (EVOLUTIIVISIIN HAASTEISIIN SAATTAA OLLA USEITA KÄYVIÄ RATKAISUJA TAI SITTEN VAIN YKSI MAHDOLLINEN RATKAISU) • OSA EVOLUUTION AIKAANSAAMISTA RATKAISUISTA LIENEE UNIVERSAALEJA LUONTEELTAA JA OSA PAIKALLISISTA OLOSUHTEISTA JOHTUVIA, TOISISSA ELÄMÄNMUODOISSA OLISI SIIS JOTAIN MEILLE TUTTUA JA JOTAIN HYVIN OUTOA • OSA BIOLOGISISTA PIIRTEISTÄ PAKONSANELEMIA JA OSA VAIHTOEHTOISIA TAI SATTUMANVARAISIA 26 EVOLUUTION SUUNTA • LÄHTÖKOHTANA (PRIMITIIVINEN) ALKUELÄMÄ • KOMPLEKSISUUDEN KASVU ON TUONUT LAJEILLE KILPAILUETUA (YHTEISISTÄ KOHTI ERIKOISTUNEITA OMINAISUUKSISTA) • KOMPLEKSISUUDEN KASVU ON SAANUT AIKAAN OSIN VIELÄ SELITTÄMÄTTÖMIÄ (YLLÄTTÄVIÄKIN EMERGENTTEJÄ) OMINAISUUKSIA (TIETOISUUS) • VALTAOSALLA LAJEISTA EI KUITENKAAN OLE AIVOJA TAI EDES HERMOSTOA, VAIKKA KAIKILLA NYKYISIN ELOSSAOLEVILLA LAJEILLA ON OLLUT YHTÄ KAUAN AIKAA 28 KEHITTYÄ SYMMETRIOIDEN SYITÄ • SUU, NÄKÖAISTI JA TUNTOAISTI ETUPÄÄSSÄ (LIIKKUMISSUUNTA) • SUOLI TAKAPÄÄSSÄ (KUONA-AINEET POIS KAUKANA SUUSTA) • ALAPUOLELLA GRAVITAATIO • YLÄPUOLELLA AURINGONVALO 30 5 2.10.2015 KONVERGENSSI DIVERGENSSI • ELIÖT OVAT SELLAISIA KUIN NIIDEN KYSEISESSÄ YMPÄRISTÖSSÄ PITÄÄ OLLA • SAMANLAISISSA (FYSIKAALISISSA JA EKOLOGISISSA) YMPÄRISTÖISSÄ KEHITTYY SAMANLAISIA ELIÖITÄ (KONVERGENSSI) • EKSOMAAILMOJEN MAHDOLLINEN ELÄMÄ SAATTAAKIN MUISTUTTAA MAAELÄMÄÄ (ESIM. EI OLE MONTAA TAPAA JUOSTA TAI LENTÄÄ TEHOKKAASTI) • HAJAANTUVA (DIVERGENTTI) EVOLUUTIO • OMINTAKEISESSA YMPÄRISTÖSSÄ JA ERISTYKSISSÄ MUISTA YKSILÖISTÄ (EI GEENIENVAIHTOA) POPULAATIO ALKAA KEHITTYMÄÄN OMAAN SUUNTAANSA • MAANULKOPUOLISET MIKROBIT EIVÄT OLE TODENNÄKÖINEN UHKA MAAELÄMÄLLE, KOSKA NIIDEN BIOKEMIALLISET TOIMINNOT JA RAKENTEET EROAVAT MAAELÄMÄN KÄYTTÄMISTÄ 31 DNA JA MENNYT MAAILMA • RICHARD DAWKINSIN MUKAAN GEENEISTÄ VOIDAAN TULKITA MILLAISESSA MAAILMASSA JOSKUS ELÄNEET ORGANISMIT ELIVÄT • GEENEISSÄ NÄKYY SOPEUTUMINEN YMPÄRISTÖÖN ELI MITEN ELIÖ SELVIYTYI, MITEN SE TOIMI, MITÄ SE SÖI JNE. • ”MUTAATIOT OVAT SATUNNAISIA, MUTTA LUONNONVALINTA EI OLE” 32 EVOLUUTIO POIKKEUSOLOSUHTEISSA • SUURTEN LUONNONKATASTROFIEN (ESIM. ASTEROIDITÖRMÄYSTEN) JÄLKEEN ON VÄLJÄÄ TILAA, JOSSA SUURETKIN EVOLUTIIVISET KOKEILUT OVAT MAHDOLLISIA (UUDET LAJIT TUHOUTUNEIDEN TILALLE) • KATASTROFI SAATTAA AIHEUTTAA MUTAATIOFREKVENSSIN KASVUA (ESIM. UVJA RÖNTGENSÄTEILYN TAI MUTAGEENISTEN VIRUSTEN TOIMESTA) 33 EVOLUUTIO POIKKEUSOLOSUHTEISSA • SELVIYTYMISKYKY (HAAVOITTUVUUS) RIIPPUUN HERKKYYDESTÄ JA SOPEUTUMISKYVYSTÄ JUURI KYSEISEEN MUUTOKSEEN • LAJIT KEHITTÄNEET SELVIYTYMISSTRATEGIOITA SUKUPUUTON UHATESSA • ENEMMÄN NAARASPUOLISIA YKSILÖITÄ, POIKASTEN MÄÄRÄ KASVAA • ANKARA KILPAILU 35 34 SELVIYTYJIÄ • LAJIT JOTKA EIVÄT VAADI PALJON • PIENIKOKOISIA JA ERIKOISTUMATTOMIA LAJEJA (BAKTEERIT, ROTAT) • PIENIKOKOISILLE LAJEILLE YMPÄRISTÖ TARJOAA PALJON ENEMMÄN MAHDOLLISUUKSIA KUIN SUURIKOKOISILLE • SOPEUTUMISKYKYISET LAJIT (IHMINEN) • PIENET POPULAATIOT (VOIVAT MUUTTUA NOPEASTI UUDEN GEENIAINEKSEN TAI ONNEKKAIDEN MUTAATIOIDEN SEURAUKSENA) • LYHYTIKÄISET LAJIT (USEITA REKOMBINAATIOITA NOPEASTI, VOIVAT 36 MUUTTUA NOPEASTI) 6 2.10.2015 HÄVIÄJIÄ SUKUPUUTTO • ERIKOISTUNEET LAJIT, JOILLA VÄHÄN VAIHTOEHTOJA (RAVINTO, SUOJA) • SUURIKOKOISET JA PITKÄIKÄISET LAJIT, JOILLA PALJON TARPEITA • ERISTÄYTYNEET POPULAATIOT, JOILLA VÄHÄN GEENIEN VAIHTOA (EIVÄT PYSTY MUUTTUMAAN MUUTOIN KUIN ONNEKKAIDEN MUTAATIOIDEN SEURAUKSENA) • SUURIN OSA (EHKÄ 99%) KAIKISTA OLEMASSAOLLEISTA LAJEISTA KUOLLUT SUKUPUUTTOON • MASSATUHO, KUN YLI 75% LAJEISTA KUOLEE MILJOONAN VUODEN KULUESSA • EKSTINKTIO (BIOLOGIASSA) = SUKUPUUTTO • EKSTINKTIO (ASTRONOMIASSA) = SÄTEILYN ABSORBTIO ILMAKEHÄSSÄ TAI TÄHTIENVÄLISESSÄ AINEESSA 37 38 EVOLUUTIO SYSTEEMINÄ POLYMORFISMI • EVOLUUTIO SYSTEEMINÄ VOI JOUTUA KAOOTTISEEN TILAAN (ESIM. UUSIEN MUTAATIOIDEN SEURAUKSENA) • USEITA KILPAILEVIA STRATEGIOITA, JOLLOIN VOITTAJIA ON VAIKEA ENNUSTAA • EPÄVAKAIDEN KAUSIEN JÄLKEEN RAUHALLISIA KAUSIA (JÄRJESTELMÄ STABILOI ITSENSÄ) • SUKUPUUTOILLE EI VÄLTTÄMÄTTÄ TARVITA MITÄÄN ULKOISIA SYITÄ • KAHDEN VAIHTOEHTOISEN GEENIVARIAATION ESIINTYMINEN SAMANAIKAISESTI POPULAATIOSSA • POPULAATION HYÖTY (SAAVUTETAAN KAKSI ERIKOISTUMISTA) • VARAUTUMINEN MUUTOKSIIN POPULAATION TASOLLA (VARIAATIOITA VALMIINA ODOTTAMASSA) • ESIM. VERIRYHMÄT, VÄRISOKEUS, SILMIEN JA HIUSTEN VÄRI 39 EVOLUUTION AIKAANSAAMIA KEKSINTÖJÄ • KAIKULUOTAIN, SÄHKÖISKU (600V), MYRKKY, RÄJÄHDYSAINE, HARPPUUNA, AURINKOPANEELI, JÄÄHDYTYSLEVY, HAMPAAT, ÄIDINMAITO, IMITOINTI (PEILISOLUT), JÄÄNESTOAINE (GLYSEROLI), UIMARAKKO, PERISKOOPPI, PYÖRIVÄ AKSELI JNE. 41 40 MAAPALLON SAAREKKEET • MAANTIETEELLISESTI ERISTYKSISSÄ OLLEILLA ALUEILLA VOIDAAN TUTKIA LAJIEN PAIKALLISTA KEHITYSTÄ (ILMAN GEENIENVAIHTOA MUUALTA) • ENDEEMISET (KOTOPERÄISET) LAJIT, JOITA EI TAVATA MISSÄÄN MUUALLA • ESIM. MANTEREET (AUSTRALIA), SAARET (MADAGASCAR), JÄRVET (VIKTORIA), RANNIKKOJEN LUOLAT (VAIN VEDENALAINEN YHTEYS) • ELÄMÄ MAANKUORESSA KILOMETRIEN SYVYYDESSÄ MUODOSTAA PINTAELÄMÄÄN NÄHDEN ERISTETYN MAAILMANSA 42 7 2.10.2015 MAAPALLON SAAREKKEET • MANTEREIDEN LIIKKEET (ESIM. GONDWANA IRTOSI LAURASIASTA VAJAAT 180 MILJOONAA VUOTTA SITTEN) • AFRIKAN JA ETELÄ-AMERIKAN MAAYHTEYS KATKESI 80 MILJOONAA VUOTTA SITTEN • EUROOPAN JA POHJOIS-AMERIKAN MAAYHTEYS KATKESI 40 MILJOONAA VUOTTA SITTEN • MERENPINNAN MUUTOKSET (VÄLIMERI), VESISTÖJEN LASKUJOKIEN MUUTOKSET (VUOKSI), JÄRVIEN KUIVUMINEN JA UUDELLEEN TÄYTTYMINEN LAJIUTUMINEN • OSA POPULAATIOSTA JOUTUU ERILLEEN (USEIN VAHINGOSSA), NIIN ETTEI GEENIEN VAIHTO OLE ENÄÄ TODENNÄKÖISTÄ LISÄÄNTYMISESTEIDEN SYNTY ALKUPERÄISEN POPULAATION KANSSA MERKITTÄVÄ TEKIJÄ LAJIUTUMISESSA KUMPIKIN RYHMÄ JATKAA KEHITYSTÄÄN PAIKALLISESTI JA JOSSAKIN VAIHEESSA MUODOSTUU KAKSI ERI LAJIA (JOIDEN YKSILÖT EIVÄT PYSTY ENÄÄ KESKENÄÄN TUOTTAMAAN LISÄÄNTYMISKYKYISIÄ JÄLKELÄISIÄ) LAJIN MÄÄRITTELY PERUSTUU: • • • 1. LISÄÄNTYMISKYKYINEN JA ELINKELPOISIA JÄLKELÄISIÄ 2. MORFOLOGISESTI TAI GENEETTISESTI OMA RYHMÄNSÄ 3. FYLOGENEETTINEN, HISTORIALLINEN ELÄMÄNPUU 43 44 LAJIUTUMINEN LAJIUTUMINEN • ERISTYNEISSÄ PAIKOISSA KILPAILU EI EHKÄ OLE KOVAA (TILAA UUDENLAISILLE LAJEILLE) • LAJIUTUMINEN SAMALLA ALUEELLA (HYÖNTEISET) • LÄHEKKÄISET LAJIT OVAT SAMANKALTAISIA, JOTEN KILPAILUA SAMOISTA RESURSSEISTA HELPOTTAA, MIKÄLI LAJIT KEHITTYVÄT ERI SUUNTIIN • YLEENSÄ LAJIUTUMISPROSESSI ON VÄHITTÄINEN JA KESTÄÄ KAUAN • POIKKEAVAT GENEETTISET MUUTOKSET ERI LAJIEN JÄLKELÄISTEN (HYBRIDIEN) PERIMÄSSÄ SYNNYTTÄVÄT UUSIA LAJEJA HYVIN NOPEASTI • UUSISTA KASVILAJEISTA KYMMENIÄ PROSENTTEJA ON SYNTYNYT KROMOSOMISTON MONINKERTAISTUMISEN SEURAUKSENA (POLYPLOIDISAATIO) 45 OMINAISUUKSIEN KEHITTYMINEN • JOTKUT OMINAISUUDET KEHITTYVÄT HELPOMMIN JA TOISET TAAS VAIKEAMMIN • MONESTI KEHITTYNEITÄ OMINAISUUKSIA: KÄVELY KAHDELLA JALALLA, LENTOKYKY, NÄKÖKYKY, HÄNTÄ, SEGMENTOITUNUT KEHO • KÄSITTEELLINEN AJATTELUKYKY (SYMBOLIFUNKTIO) KEHITTYNYT TIETTÄVÄSTI VAIN YHDEN KERRAN • ESIM. NÄKÖKYKY ON KEHITTYNYT 40-60 ERILLISTÄ KERTAA, TIETOKONEMALLINNUKSESSA (VIRTUAALISIMULAATIO) SILMÄ ON SAATU KEHITTYMÄÄN 2000 PIENEN MUUTOKSEN TULOKSENA 500 000 VUODESSA 47 46 RATKAISEVIA KEHITYSVAIHEITA • • • • • • • ESITUMALLISET JA AITOTUMALLISET ELÄIMET JA KASVIT YKSISOLUISET JA MONISOLUISET NÄKÖKYKY MERESTÄ MAALLE KÄVELEMINEN KAHDELLA JALALLA MENTAALINEN 3-D MALLI 48 8 2.10.2015 IHMISEN DNA:N MUUTOKSET • 75 000 VUOTTA SITTEN IHMISKUNTA LÄHES SUKUPUUTOSSA, EHKÄ VAIN MUUTAMIA TUHANSIA IHMISYKSILÖITÄ SELVISI HENGISSÄ, TÄMÄ EVOLUTIIVINEN PULLONKAULA VALIKOI NYKYIHMISTEN GEENIT • IHMISEN DNA EI OLE MUUTTUNUT 50 000 VUOTEEN MERKITTÄVÄSTI (VAIHTELU MAHTUISI NYKYISIN ELÄVIEN YKSILÖIDEN 0.1% DNA:N ERON SISÄLLE) • IHMISEN EVOLUUTION ARVELLAAN JÄLLEEN KIIHTYNEEN VIIM. 20 000 VUODEN AIKANA IHMISPOPULAATION KASVUN SEURAUKSENA • KAIKKI NYKYISET IHMISRODUT PYSTYVÄT PARIUTUMAAN KESKENÄÄN • YKSILÖIDEN VÄLISET GENEETTISET EROT OVAT SUUREMPIA KUIN RYHMIEN VÄLISET 49 GENOMIEN SAMANLAISUUS • DNA-DNA-HYBRIDIN HAJOAMISLÄMPÖTILA KERTOO SUKULAISUUSASTEEN (KUINKA TÄYDELLISESTI KAHDEN ERI LAJIN DNAJUOSTEET EMÄSPARIUTUVAT KESKENÄÄN) • NEANDERTALIN IHMINEN 99,5% • BONOBO 98,7% • SIMPANSSI 98% • GORILLA 97% • PAVIAANI 94% • HIIRI 75% • VIRUKSET 1,3% 51 ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO • ERIKOKOISILLE ELÄIMILLE SOPIVAT ERILAISET RAKENTEET JA MUODOT • LUIDEN KESTÄVYYS ON VERRANNOLLINEN NIIDEN POIKKIPINTA-ALAAN • LIHASTEN VOIMA ON VERRANNOLLINEN NIIDEN POIKKIPINTA-ALAAN • ELÄIMEN MASSA ON VERRANNOLLINEN SEN TILAVUUTEEN • KARKEASTI ARVIOIDEN ELIÖN MUODOSTAVIEN ATOMIEN JA MOLEKYYLIEN YHTEENLASKETUN SIDOSENERGIAN PITÄÄ OLLA REILUSTI SUUREMPI KUIN ELIÖN KAATUMISESSA VAPAUTUVAN GRAVITAATIOENERGIAN, JOTTA ELIÖ EI MENISI HELPOSTI RIKKI 53 VIIMEAIKAISIA TAPAHTUMIA • 40000 VUOTTA SITTEN PIIRRUSTUKSIA, KAIVERRUKSIA, PATSAITA, HAUTAESINEITÄ, ORNAMENTTEJA (LASCAUX LUOLA, CRO-MAGNON IHMINEN) • ITSETIETOISUUDEN MAHDOLLISTANEET MUUTOKSET AIVOJEN RAKENTEESSA, LIITETÄÄN KIELEN, EHKÄ KIELIOPIN KEKSIMISEEN (KIRJOITETTU KIELI VASTA MUUTAMA TUHAT VUOTTA VANHAA) • KULTTUURIN MYÖTÄ TASAPAINOILU SYNNYNNÄISTEN JA OPITTUJEN OMINAISUUKSIEN VÄLILLÄ • MIELI, AIVOT, KEHO JA YMPÄRISTÖ VUOROVAIKUTUKSESSA KESKENÄÄN 50 ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO • ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUTTUU EVOLUUTIOSSA • EVOLUUTIO HAKENUT, KOKEILLUT JA AIKAANSAANNUT KAIKENKOKOISIA ELIÖITÄ • JOS ELIÖ AJATELLAAN KUUTION MUOTOISEKSI, NIIN SÄRMÄN KAKSINKERTAISTUESSA ELIÖN PINTA-ALA NELINKERTAISTUU JA ELIÖN TILAVUUS KAHDEKSANKERTAISTUU • ERI OMINAISUUDET OVAT ERILAILLA VERRANNOLLISIA ELIÖIDEN KOKOON, PINTA-ALAAN JA TILAVUUTEEN • SUUREN KOON SAAVUTTAMINEN NOPEASTI VAATII PALJON RAVINTOA (RAKENNUSAINEITA) JA VIE KÄYTETTÄVISSÄ OLEVAA ENERGIAA LIIKKUMISELTA JA MUILTA ELINTOIMINNOILTA • ELIÖT TARVITSEVAT ENERGIAA RAVINNOSTA (VARASTOITUNUTTA ENERGIAA), KOSKA FOTOSYNTEESI (ELIÖN PINTA-ALA) EI RIITÄ SUUREEN ENERGIANTARPEESEEN (VERRATTUNA KASVEIHIN) 52 ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO • LÄMMÖNHUKKA JA HIKOILU OVAT VERRANNOLLISIA ELÄIMEN PINTA-ALAAN, MUTTA ENERGIANTUOTANTO ON VERRANNOLLINEN ELÄIMEN TILAVUUTEEN (SOLUJEN MÄÄRÄÄN) • PIENIKOKOISTEN ELÄINTEN LÄMMÖNHUKKA ON SUHTEELLISESTI SUUREMPI KUIN ISOKOKOISTEN ELÄINTEN • PALLOMAINEN MUOTO ON EDULLINEN LÄMPÖTALOUDEN KANNALTA (ESIM. VALAAT JOTKA KELLUVAT VEDESSÄ) • ERÄIDEN DINOSAURUSLAJIEN VALTAVA SELKÄPURJE MAHDOLLISTI SEKÄ NOPEAN LÄMMÖNLUOVUTUKSEN (HAIHDUTUSPINTALA) ETTÄ LÄMMÖNKERUUN (AURINKOKERÄIN) • ELIÖIDEN VÄRIN VALIKOITUMISEEN VAIKUTTAA LÄMPÖTILA JA AURINGONSÄTEILYN MÄÄRÄ, TOISAALTA VÄRI SUOJAA PETOELÄIMILTÄ TAI TOIMII SEKSUAALISEN VALINNAN VÄLINEENÄ 54 9 2.10.2015 ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO • PIENIKOKOISILLA ELIÖILLÄ ON VÄHÄN ELIMIÄ JA VERISUONISTOA • VERISUONTEN TARVE ON VERRANNOLLINEN ELÄIMEN TILAVUUTEEN • ELIÖIDEN RAKENNETTA JA MUOTOA VOIDAAN ENNUSTAA ERILAISISSA YMPÄRISTÖISSÄ (GRAVITAATIO, PAINE, LÄMPÖTILA, VALOISUUS) • VÄHÄENERGISISSÄ YMPÄRISTÖISSÄ ELÄMÄÄ EI VOI OLLA MÄÄRÄLLISESTI PALJON, ELÄMÄ ON VÄISTÄMÄTTÄ PIENIKOKOISTA JA PROSESSEILTAAN HIDASTA • ELIÖT VOIVAT OLLA SYMBIOOTTISESTI MUODOSTUNEITA, JOLLOIN ESIM. ENERGIAN JA RAVINNON SAANTI ON RATKAISTU MUUTOIN KUIN ORGANISMIN OMINAISUUKSIEN TASOLLA (SUU PUUTTUU, RUUANSULATUS PUUTTUU JNE.) 55 TULEVAISUUS • EVOLUUTIOTA TAPAHTUU KOKO AJAN • IHMISEN TEKNOLOGISEN JA KULTTUURILLISEN TOIMINNAN LISÄÄNTYESSÄ MAAPALLOLLA MYÖS EVOLUUTION NOPEUS VOI KASVAA • EVOLUUTIO JATKUU MAAPALLOLLA NIIN KAUAN KUN MAAPALLO ON OLEMASSA • PÄÄOSA BIOLOGISESTA KEHITYKSESTÄ TAPAHTUU VASTA KAUKAISESSA TULEVAISUUDESSA (Fred Adams) • PIENTEN PUNAISTEN KÄÄPIÖTÄHTIEN PLANEETOILLA ELÄMÄLLÄ ON AIKAA KEHITTYÄ TUHANSIA KERTOJA NYKYISEN 57 UNIVERSUMIN IKÄ MUUT MAAILMAT • SUURIMASSAISILLA PLANEETOILLA (TAI JÄÄHTYNEILLÄ KYLMILLÄ TÄHDILLÄ) ELIÖIDEN TÄYTYISI OLLA RAKENTEELTAAN LUJIA JA TUKEVIA, JOTTA NE KESTÄISIVÄT GRAVITAATIOTA • TÄYSIN VEDEN PEITTÄMILLÄ PLANEETOILLA ELÄMÄNMUODOT OLISIVAT VETEEN TAI ILMAAN SOPEUTUNEITA (ELLEI SYVÄLLÄ PLANEETAN KUORESSA), KUUSI-METRINEN VESIKERROS SUODATTAA PUNAISEN AALLONPITUUDEN POIS JA JÄLJELLÄ SINIHARMAATA VALOA • MONEN AURINGON SYSTEEMEISSÄ VALOISUUDEN VAIHTELUUN OLISI PITÄNYT SOPEUTUA • SYNKRONISESTI KESKUSTÄHTEÄÄN KIERTÄVILLÄ PLANEETOILLA TOISELLA PLANEETAN-PUOLISKOLLA OLISI KOKO AJAN PÄIVÄ JA TOISELLA YÖ (RAJAPINTA) • ELÄMÄLLÄ MUUALLA OLISI SAMANKALTAISUUKSIA MAAELÄMÄÄN JOKO FYSIIKALTAA, KEMIALTAAN TAI FUNKTIONAALISUUDELTAA 56 LÄHDEKIRJALLISUUS • Fred Adams: Elämää multiversumissa, Like, 2004 (2002) • Susan Aldridge: Elämän lanka, Geenitekniikan tarina, Art House, 1999 (1996) • Sean B. Carroll: The Making of the Fittest, 2006 • Paul Davies, Viides ihme, elämän syntyä etsimässä, Terra Cognita, 1999 • Lewis Dartnell: Life in the Universe, Oneworld Publications, 2007 • Richard Dawkins: A Pilgrimage to the Dawn of Life, The Ancestor’s Tale, Weidenfeld & Nicolson, 2004 • Richard Dawkins: The Greatest Show on Earth, The Evidence for Evolution, Bantam Press, 2009 • Iain Gilmour and Mark A. Sephton (eds.): An Introduction to Astrobiology, The Open University, 2003 • Ilkka Hanski, … (toim.): Kaikki evoluutiosta, Gaudeamus, 2009 • Erkki Hiltunen, … (toim.): Galenos, ihmiselimistö kohtaa ympäristön, WSOY, 2001 • Steven Rose: The 21st-Century Brain, Vintage, 2006 (2005) • Jörgen Sjöström: På spaning efter livets ursprung, Om astrobiologi, människans rötter och evolutionen, Norstedts, 2010 58 • Peter Ward: Tuntematon elämä, Ursa, 2006 (2005) 10
© Copyright 2024