biology notes 30/4/2025
Biologian perustuu luonnonvalintaan.
Muuntelu
Muuntelu = yksilöiden väliset erot ulkonäössä, rakenteessa, elintoiminnoissa ja käyttäytymisessä.
Muuntelua on kahdenlaista, muovautumismuuntelua ja perinnöllistä muuntelua.
Muovautumismuuntelu = ympäristötekijöiden aiheuttama muuntelu --> hankitut ominaisuudet (eivät periydy)
- ravinnon määrä ja laatu
- identtiset kaksoset
Perinnöllisessä muuntelussa muuntelua tapahtuu kahdella tavalla.
1. mutaatiot = perimässä tapahtuvat muutokset
- geenimutaatio
--> uudenlainen alleeli
--> mahdollisesti uudenlainen proteiini
--> uudenlainen ominaisuus
- yksittäiseen geeniin vaikuttava mutaatio (esim. kasvin kukinnon väri).
--> vaikutusta vainm jos periytyy
- mutaatio sukusoluissa
- mitä enemmän muuntelua -> paremat mahdollisuudet sopeutua ympäristön muutoksiin
2. suvullisen lisääntymisen tuottamat uudenlaiset alleeliyhdistelmät
- samalla yksilöllä syntyy erilaisia sukusoluja
- sattuma määrää, millainen siittiö ja munasolut yhtyvät
Geenit määräävät lupiinin kukinnon värin. Väriin vaikuttavasta geenistä on syntynyt mutaatioiden seurauksena erilaisia muotoja eli alleeleita. Pölyttäjinä toimivat kimalaiset suosivat sinikukkaisia lupiineja, mikä tehostaa sinisten lupiinien lisääntymistä.
Muovautumismuuntelu
Voikukat lisääntyvät juuren palasista.
- Jos juuren halkaisee ja laittaa puolikkaat kasvamaan erilaisiin olosuhteisiin niistä kehittyy erilaiset kasvit, vaikka perimä on sama.
- Kosteassa maaperässä kasvava yksilö kasvattaa suuret lehdet, mutta juuristo jää pieneksi.
- Kuivassa maaperässä kasvin lehdet ovat pienemmät, mutta juuristo on laajempi.
Luonnonvalinta ja sattuma
Luonnonvalinta vaikuttaa populaation ominaisuuksiin.
- Muuntelu on evoluution kannalta merkittävä tekijä
- Erot mahdollistavat luonnonvalinnan
--> tietyt ominaisuudet yleistyvät ja toiset harvinaituvat
Populaation yksilöiden välinen kilpailu aiheuttaa luonnonvalintaa, kilpailua esim. ravinnosta ja pesimäpaikoista.
Muut valintapaineet:
- Saalistus --> hyvä suojaväri on kelpoisuutta lisäävä tekijä pedolla ja/tai saaliseläimellä
Talviasuinen kärppä on saanut saaliiksi myyrän. Hyvä suojaväri lisää petoeläinten kelpoisuutta parantamalla niiden saalistusmenestystä.
Herneillä siementen väritys vaihtelee perinnöllisen muuntelun seurauksena. Alueella elävien hernekasvien siementen väri vastaa tyypillisesti alueen maaperää. Tämä on seurausta luonnonvalinnasta. Siemeniä syövät linnut ja muut eläimet eivät löydä maaperään hyvin naamioituvia siemeniä yhtä helposti. Maaperän väriset siemenet itävät todennäköisimin ja niistä kasvavat kasvit pääsevät lisääntymään. Näin kyseistä väriä aiheuttavat alleelit yleistyvät populaatiossa.
Suomen sudet ovat suurempia kuin keskieurooppalaiset sudet, koska täällä susi safkaa hirviä ja keskieurooppalainen susi safkaa villipossua.
Kaktusten piikkien määrää
Kaktusten piikkien määrään vaikuttaa perimä. Kaktuksia ravintonaan käyttävät eläimet, kuten pekarit, syövät mieluiten vähäpiikkisiä yksilöitä.
Lisääntymisikään selvityvissä kukkivissa yksilöissä harvapiikkisen yksilöiden osuus jää pieneksi.
Luonnonvalinta toimii eri tavoin eri ympäristöissä
Muuntelu johtaa luonnonvalintaan, joka taas puolestaan johtaa evoluutioon.
Muuntelu --->
Luonnonvalinta
1. tasapainottava valinta
vakaissa olosuhteissa
- ominaisuuksien ääripaiden osuus populaatioissa pienenee
2. suuntaava valinta
- olosuhteiden muuttuessa
- toisen ääripään osuus populaatioissa kasvaa. toisen pienenee.
3. hajottava valinta
- elinympäristössä paljon vaihtelua tai lajin yksilöitä levinnyt erilaisiin elinympäristöihin
- lisää ominaisuuden ääripäiden osuutta populaatioissa
- Esimerkki 1. tasapanottavasta valinnasta: Kärppien keskikoko säilyy sukupolvesta toiseen lähes muuttumattomana, koska suurikokoiset kärpät eivät mahdu pienikokoisten jyrsijöiden käytäviin --> haittaa suurikokoisten ravinnonhankintaa.
- Esimerkki 2. suuntaavasa valinnasta: Perhoste teollisuusmelanismi. Rottien sietokyky rotanmyrkkyyn.
- Esimerkki 3. hajottavasta valinnasta Suomessa sudet ovat suurikokoisia, koska saaliseläimenä pääasiallisesti hirvet, mutta Etelä-Euroopassa sudet saalistavat pääosin villisikoja, joten sudet ovat keskimäärin pienikokoisempia kuin Suomessa.
Suuntaava valinta, teollisuusmelanismi
Ei teollisuutta:
- Hyvä ilmanlaatu --> puiden rungoilla paljon jäkäliä.
- Vaaleasiipiset perhoset eivät erotu vaalealta rungolta kuin tummat yksilöt.
--> Puhdas ilmanlaatu lisää vaaleiden yksilöiden kelpoisuutta.
Teollisuutta, eli teollisuusmelanismin syntymisen edellytys:
- Teollistumisen seurauksena ilman epäpuhtaudet johtivat jäkälien vähenemiseen puiden rungoilta
--> tummat perhoset eivät erottuneet rungoilta
Miljoonakalojen pyrstön kokoon ja pilkkujen määrään vaikuttavat geenit.
Kyseisistä geeneistä on eri muotoja eli alleeleita. Osa alleeleista johtaa siihen, että pyrstöstä kasvaa suurikokoinen. Toiset alleelit taas aiheuttavat pienemmän pyrstön kehittymisen. Miljoonakala on suosittu akvaariokala. Ihminen on jalotanut miljoonakaloista luonnonkantoja huomattavasti suuripyrsötisempiä kantoja. Luonnossa saalistajat karsivat suuripyrstöisiä yksilöitä tehokkaasti.
--> Ilmansaasteet lisäsivät tummien värimuotojen kelpoisuutta.
Jos lisääntymisessä ei synny lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä, niin ei olla lajiuduttu, eli ei ole syntynyt uutta lajia. Tästä syystä muuli ei ole laji, ja esimerkiksi amerikanmajavan ja euroopanmajavan lisääntymiskyvyttömät jälkeläiset eivät ole oma lajinsa.
Hajottava valinta
Suomessa sudet ovat suurikokoisia, koska täällä susien tärkein saaliseläin on hirvi. Etelä-Euroopasa sudet saalistavat pääosin huomattavasti pienempiä villisikoja. Tällöin suuresta koosta ei ole hyötyä saalistuksessa ja sudet ovat keskimäärin pienikokoisempia. Lajiin kohdistuu näin hajottavaa valintaa.
Seksuaalivalinta
- Koiraisiin ja naaraisiin kohdistuvat erilaiset valintapaineet. Naaraat käyttävät lisääntymiseen enemmän vaivaa ja energiaa esim. munimalla.
- Koiraat kilpailevat naaraiden sositosta ja naaraat valitsevat mielestään parhaan kumppanin.
- Luonnonvalinta suosii usein värikkyyttä, vaikka se tekeekin koiraan alttiinmaksi saalistukselle.
- Lajin koiraiden värikuviot voivat olla erilaiset --> naaraat mieltyvät eri värikuvioihin, tällöin seksuaalivalinta aiheuttaa hajottavaa valintaa.
Gorilla elävät laumoissa. Lauman suurin ja vahvin uros on lauman johtaja. Se pääsee parittelemaan lauman naaraiden kanssa. Poikaset ovat johtavan uroksen jälkeläisiä. Uroksen vanhetessa tai heikentyessä jokin toinen uros valtaa johtavan uroksen paikan.
Uudessa-Guineassa elää 36 lajia paratiisilintuja, jotka ovat tulleet tunnetuksi koiraiden poikkeuksellisen näyttävistä höyhenpuvuista ja soidinmenoista. Koiraiden värikkyys on seurausta voimakkaasta seksuaalivalinnasta.
Koevoluutio = kaksi tai useampi laji vaikuttaa toistensa kehitykseen evoluution kautta.
Kärsimyskukat tuottavat myrkyllistä syanidia, joka estää useimpia kasvinsyöjiä käyttämästä sen lehtiä ravintonaan. Osa aurinkoperhosten lajeista on muuttunut immuuniksi syanidin vaikutukselle. Naarasperhonen munii kasvin lehdille ja toukkien syödessä kasvia syanidia jää niiden elimistöön. Syanidi suojaa perhosia lintujen saalistukselta.
Esimerkkejä koevoluutiosta:
- Sienen ja kasvin muodostama sienijuuri auttaa kasvia saamaan maaperästä vettä ja siihen lienneita ravinteita. Sieni puolestaan saa kasvilta fotoynteesissä syntynyttä glukoosia. Esimerkiksi, rouskut elävät mutualistisessa suhteessa puiden kanssa.
- Petojen ja niiden saalislajien välillä tapahtuva koevoluutio on vaikuttanut eläinten kehitykseen. Saalistettavien lajien on kehityttävä nopeiksi, jotta pedot eivät saisi niitä kiinni. Vastaavasti petojen on oltava nopeita tai kehitettävä muita keinoja saalistamiseen esim. tarkat aistit ja suojavärit.
- Taudinaiheuttajien ja niiden isäntäeliöiden välinen vaikutus lajin kehitykseen:
- Jos esim. eläimellä ei ole vastustuskykyä tautia aiheuttavaa bakteerilajia vastaan se voi jopa kuolla bakteerin aiheuttamaan tautiin.
- Jos yksilöillä on vastustuskyky kyseistä taudinaiheuttajaa vastaan, säilytäv ne todennäköisimmin hengissä ja saavat jälkeläisiä. Tämän myötä hyvä vastustuskyky yleistyy populaatiossa. Bakteereiden rakenne voi kuitenkin muuttua ja isäntäeliöiden puolustusjärjestelmä ei enää tunnista niitä ja vastustuskyky häviää.
Useammat kalat ovat vatsapuolelta vaaleita ja selkäpuolelta tummia.
- Näin yksilöä on vaikeampi erottaa, koska vaalea vatsapuoli on vaikea erottaa valoisaa taivasta vasten ja tumma selkäpuoli tummaa vesistön pohjaa vasten. Väritys on seurausta peto-saalissuhteista, jossa sekä saaliille että saalistajalle on etua pysyä huomaamattomana.
Lajiutuminen
- Populaatio = kaikki tietyllä alueella samanaikaisesti elävät saman lajin yksilöt.
- Laji = saman lajin yksilöt voivat lisääntyä keskenään ja tuottaa lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä.
- Populaation sisällä elinympäristössä suotuisat ominaisuudet yleistyvät ja haitalliset muuttuvat harvinaisemiksi. Mikroevoluutio on tästä seuraavaa kehitystä, kun populaatio muuttuu paremmin elinympäristöönsä sopeutuneeksi.
- Yksittäisen lajin koko yksilömäärä koostuu useasta erillisestä populaatiosta. Jos populaatiot elävät hyvin erilaisilla alueilla, kohdistuu niihin hajottavaa valintaa.
- Mutaatioiden ja hajottavan valinnan seurauksena erot lajin eri populaatioiden välillä kasvavat. Lopulta erot voivat johtaa makroevoluutioon eli lajiutumiseen. Eri lajien populaatioiden yksilöt eivt voi saada lisääntymiskykyiiä jälkeöäisiä keskenään.
- Lajiutuminen on yleensä erittäin hidas prosessi.
Isolaatio
Maantieteellinen isolaatio
Isolaatio eli lisääntymiseste = tekijä, joka estää saman lajin yksilöitä lisääntymästä keskenään.
- Populaatioiden välillä on jokin fyysinen este, joka estää lajin yksilöiden siirtymistä populaatiosta toiseen. Esim. vesialue tai vuoristo.
- Geenivirta = geenien siirtymistä populaatiosta toiseen esim. siitepölyn, siementen tai yksilöiden siirtymisen avulla.
- Jos geenivirta estyy --> voi johtaa lajiutumiseen.
Erot käyttäytymisessä
- Lisääntymisajat voivat muuttua, jos vuodenaikojen kestossa on eria eri alueiden välillä.
- Ravinnon määrä vaikuttaa myös lisääntymisaikaan. Eri ravintoa käyttävien populaatioiden lisääntymisajat muuttuvat erilaisiksi.
--> käyttäytymisisolaatio
Käyttäytymisisolaatio linnuilla:
Erot soidinkäyttäytymisessä ja laulussa:
- höyhenpeitteen värityksen muutos.
--> Naaraat eivät enää tunnista saman lajin koiraita, eivät pariudu keskenään.
--> käyttäytymisisolaatio
Rakenteen muutokset voivat johtaa lajiutumiseen
Rakenteellinen isolaatio:
Mutaatiot aiheuttavat sattumanvaraisia mutoksia populaation yksilöiden perimään.
Toistaan erillään olevien populaatioiden erot perimässä kasvavat, joka johtaa rakenteelliseen isolaatioon.
- Rakenteelliset erot voivat estää yksilöitä parittelemasta keskenään tai sukusolujen yhdistymisestä huolimatta jälkeläisiä ei kehity tai ne kuolevat varhain.
- Kromosomistomutaatiot
Hedelmöityksen jälkeen tapahtuvat lisääntymisesteet
- alkion tai sikiön kuoleminen
- yksilö ei elä lisääntymisikäiseksi
- yksilö on lisääntymiskyvytön eli steriili.
- yksilön jälkeläiset ovat lisääntymiskyvyttömiä.
Euroopanmajava ja amerikanmajava elävät samankaltaisissa elinympäristöissä. Luonnonvalinta on suosinut lajeilla samankaltaisia piirteitä ja ulkoiset erot ovat pieniä. Lajien välillä on kuitenkin rakenteellinen isolaatio. Mutaatioiden seurauksena lajien kromosomimäärä on erilainen, eivätkä nämä kaksi majavalajia voi saada lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä keskenään.
Risteymät
- Risteymiä syntyy kahden lähisukuisen lajin risteytyessä keskenään. Jälkeläiset ovat lisääntymiskyvyttömiä eli steriilejä. Kasvilajien risteymät ovat useammin lisääntymikykyisiä --> näin syntyy uusia kasvilajeja.
metsäjänis + rusakko = rusakkojänis
Metsäjäniksen ja rusakon risteymät voivat lisääntyä keskenään, mutta myös kantalajien kanssa. Koska lisääntymisestettä ei ole, ei uutta lajia ole muodostunut.
metsonaaras + teerikoiras = korpimetso
Korpimetso on lisääntymiskyvytön --> ei uusi laji
paimenmatara + keltamatara = piennarmatara
Uusi laji piennarmatara, lisääntymiskykyinen --> lajiutuminen.
Saimaannorpan evoluutiohistoria
Alkuvuodesta 2023 julkaistiin uusi tutkimus saimaannorpan evoluutiohistoriaan liittyen. Tämä tutkimus on osittain ristiriidassa biologian oppikirjoissa esitettyyn tietoon saimaannorpan evoluutiohistoriata. Tutkija Matti Heino on ottanut kantaa siihen, miten uusi tutkimustulos tulisi ottaa huomioon opetuksessa.
Biologian oppikirjoissa on korostettu tähän asti käsitystä, jonka mukaan saimaannoppa on kehittynyt itämerennorpasta noin 9 000 vuotta sitten. Itämerennorppia uskotaan jääneen jumiin Itämerestä maankohoamisen seurauksena muodostuneeseen Saimaan järvialtaaseen.
Tutkijat korostavat kuitenkin, että prosessi on luultavasti ollut tätä käsitystä monimutkaisempi eikä saimaannorpan evolutiivista historiaa tunneta vielä varmasti. Nykyinen itämerennorppa ei tutkimusten perusteella näytä edustavan geneettisesti hyvin sitä populaatiota, josta nykyinen saimaannorppa olisi eriytynyt.
Saimaannorpat näyttäisivät kehityshistoriansa perusteella kuuluvan samaan ryhmään arktisen alueen pohjoisamerikkalaisten norppien kanssa. Tähän tutkijat esittävät kaksi teoriaa. Ensimmäisen teorian mukaan Itämerellä elänyt norppapopulaatio on voinut korvautua nykyisen itämerennorpan kantamuodolla Saimaan norppapopulaation eriytymisen jälkeen.
Nykyiset saimaannorpat saattaisivat siis edustaa aiemin Itämerellä elänyttä norppakantaa.
Toisen teorian mukaan saimaannorppa on myös saattanut eriytyä muista norpista jo kauan luultua aikaisemmin. Tällöin Saimaalle päätyneet norppayksilöt voisivat Itämeren sijaan olla peräisin muinaisesta Fennoskandian mannerjäätikön reunalla sijainneesta järvestä.
Varmoja todisteita saimaannorpan syntyhistoriasta ei ole, vaan aihe vaatii vielä unsaasti jatkotutkimuksia.
Populaation yksilömäärä pienenee esim. luonnonkatastrofin yhteydessä, lähes kaikki yksilöt kuolevat.
Jos populaatio lähtee kasvamaan, uusien yksilöiden perimä pohjautuu muutamaan yksilöön, jotka selvisivät katastrofista.
Ihmisen toiminta voi myös aiheuttaa pullonkaulailmiön, esim. metsästyksen seurauksena lajin yksilömäärä pienenee. Esim. laulujoutsenen määrä oli Suomessa 1950-luvulla vain noin 15 pesivää paria.
Laulujoutsenparien määrä
Visenttejä oli 1900-luvun alussa jäljellä vain 12 elävää yksilöä eläintarhoissa. Nykyisin kanta on yli 3000 yksilöä, joista valtaosa elää vapaana luonnossa. Visenttien perimä perustuu harvalukuisiin kantayksilöihin. Pullonkaulailmiön seurauksena visenttiyksilöiden perimässä on erittäin vähän muuntelua.
Sopeumat
Avainsopeumat edistävät lajiutumista
Avainsopeuma on ominaisuus, joka mahdollistaa jollekin ryhmälle uusien alueiden ja elinympäristöjen valtaamisen.
Esimerkkejä avainsopeumasta:
- lintujen lentokyky
- lintujen ja nisäkkäiden tasalämpöisyys
- karva- ja höyhenpeite
Mahdollistavat pääsyn alueille, joissa kilpailu ja saalistuspaine ovat vähäiset. Populaatio voi kasvaa nopeasti --> sisäinen kilpailu ravinnosta kasvaa.
- jos tarjolla on uudenlaisia elinympäristöjä tai ravinnonlähteitä, voi tapahtua sopeutumislevittäytyminen.
--> kantalaji voi kehittyä useammaksi lajiksi.
- tapahtuu esimerkiksi saarilla --> kehittyy endeemisiä eli kotoperäisiä lajeja, joita ei ole missään muualla.
Pussieläimet ja istukalliset nisäkkäät
- pusimuurahaiskarhu
- muurahaiskarhu
- sokeriorava
- liito-orava
Ai-ai on Madagaskarilla elävä puoliapinalaji, jolla on nisäkkääksi erikoinen ravinnonhankintatapa. Laji kaivaa lahoista puunrungoista hyönteisten toukkia syötäväksi. Ai-ain lajiutumisen arvellaan selittyvän sillä, että Madagaskarilla ei ole muita lahopuiden hyönteistoukkia ravintonaan hyödyntäviä lajeja. Suuntaavan luonnonvalinnan seurauksena ai-aille on kehittyyt toukkien kaivamista tehostava pitkä keskisormi.
Asterikasvit on maailman runsaslajisin kasviheimo. Asterikasveihin kuuluu uun muassa voikukka. Muutkin heimon kasvit ovat yleensä pieniä ruohovartisia kasveja. Gálapagossaarilla ei kasva havu- tai lehtipuita. Asterikasveilla on tapahtunut saarilla sopeutumislevittäytymistä ja niistä on kehittynyt 15 puumaista lajia, joista pisimmät kasvavat jopa 20-metrisiksi.
Kaktuksen ja kapokkipuun piikit ovat kehittyneet luonnonvalinnan seurauksena, sillä piikit suojaavat kasveja kasvinsyöjiltä.
Samankaltaiset rakenteet eivät aina johdu lajien sukulaisuudesta
Samansyntyinen rakenne. Yhteisestä kantamuodosta johtuvat rakenteen samankaltaisuudet kahden lajin tai ryhmän välillä. Esimerkiksi selkärankaisten luuston rakenteiden samankaltaisuus.
Samantoiminen rakenne. Luonnonvalinnan aiheuttamaa samankaltaisuutta kahden lajin tai ryhmän välillä. Erilaiset rakenteet muuntuvat evoluution seurauksena samankaltaisiksi.
Esim. lepakon ja hyönteisten siipien samankaltaisuus.
- luonnonvalinta on suosinut lentotaitoa
- Lepakoilla siipien kantopinta muodostuu luiden pingoittamasta ihopoimusta, mutta hyönteisillä siivissä oleva tukirakenne muodostuu proteiineista.
Nisäkkäiden raajat ja hyönteisten siivet
Sukupuutot
Laji kuolee sukupuuttoon, jos lajin viimeinen yksilö kuolee.
Syitä sukupuuttoon:
- saalistus
- taudit
- samoista resursseista kilpailevat lajit
- elinympäristön muutos
- laattaliikunnot
Eliökunnan historian aikana on tapahtunut viisi suurta sukupuuttoaaltoa.
--> Syynä ollut ilmaston liian nopea muuttuminen esim. asteroidin törmäys --> ilmaston viileneminen, CO2 muutokset ilmakehässä tai maapallon kiertoradan muutokset.
- 250 miljoonaa vuotta sitten ilmaston lämpeneminen aiheutti suuren sukupuuttoaallon
--> 95 % merieläinlajeista ja 70 % maaeläinlajeista kuoli sukupuuttoon.
Sukupuutot mahdollistavat sopeutumislevittäytymisen. Jäljelle jäävät lajit hyödyntävät vapautuneita elinympäristöjä. Kokonaislajimäärä palautuu alueelle kymmenien - satojen miljoonien vuosien kuluttua.
Lajimäärä on kasvanut evoluution seurauksena
(laita se lajimäärätilasto tähän)
- Sudenkorennot ovat esimerkkejä elävistä fossiileista. Vanhimmat tunnetut, noin 300 miljoonaa vuotta vanhat fossiilit, muistuttavat hyvin paljon nykyään eläviä lajeja.
- Elävät fossiilit ovat esimerkki pitkään jatkuneesta tasapainottavasta valinnasta, elinympäristössä ei ole tapahtunut merkittäviä muutoksia
- Luonnonvalinta on suosinut samanlaisia piirteitä miljoonien vuosien ajan.
Elävä fossiili
Kävykki.
- Noin 300 miljoonaa vuotta vanhat fossiilit muistuttavat hyvin paljon kävykkiä.
