Evoluution mekanismit
Wikipedia
Evoluution mekanismit ovat evoluutioteoriaan sisältyviä malleja siitä, miten evoluutio käytännössä tapahtuu. Näihin kuuluvat muun muassa luonnonvalinta, mutaatiot ja migraatio. Teorian mukaan kamppailu johtaa populaation parempaan sopeutumiseen ympäristöönsä, sillä menestyneimmistä yksilöistä tulee lopulta vallitseva tyyppi populaatiossa tehokkaamman lisääntymisen myötä. Toisin sanoen geenit määräävät eliön ominaisuudet, ja paremmin menestyvät eliöt kantavat siis geenejä, joista tämä parempi menestys johtuu. Paremmin menestyvät yksilöt pääsevät lisääntymään useammin, ja niin niiden kantamat parempaa menestystä aikaansaavat geenit yleistyvät populaatiossa.
Ihminen itse aiheuttaa eräänlaista evoluution kaltaista kehitysprosessia jalostaessaan eläin- ja kasvilajeja. Tämä tapahtuu kuitenkin ihmisen omien etujen, ei luonnon periaatteiden, mukaisesti, ja seurauksena saattaakin olla luonnontilaan nähden epäedullisten geneettisten ominaisuuksien keräytyminen uusiin rotuihin. Darwin piti tätä ihmisten suorittamaa valintaa eräänläisenä mallina luonnonvalinnalle.
Evoluutioteoria selittää myös uusien elinten syntymisen tai aikaisemmin eri käytössä olleiden elinten uudet tehtävät. Annamme tästä yksinkertaistettuna ja osin kuvitteellisena esimerkkinä, miten "kalat nousivat maalle". Jotenkin tähän tapaan on saattanut todellisuudessakin tapahtua.
Selkärankaisten nouseminen maalle tapahtui uusimpien teorioiden mukaan siten, että soisella ranta-alueella eläneet alkeelliset kalat saivat etua sellaisista evistä, joilla saattoi työnnellä vedenalaista kasvillisuutta syrjään ja tunkeutua tiheisiinkin kasvustoihin. Näin ne esimerkiksi pääsivät piiloon saalistajiaan. Tässä kalapopulaatiossa lyhyempi- ja heikompieväiset eivät pärjänneet pitempieväisten kanssa, ja pitempieväiset yksilöt saivat useammin välitettyä geeninsä jälkipolville: geenit, jotka kasvattivat yksilölle pitemmät evät.
Tämän seurauksena evät pitenivät ja voimistuivat, niistä tuli miljoonien vuosien kuluessa jonkinlaiset raajojen esiasteet. Näistä oli epäilemättä myös apua vuorovesitasangoilla liikkuessa.
Lisäkehityksen jälkeen myös satunnaiset saalistusmatkat kuivalle maalle onnistuivat nyt henkeä pidätellen. Näin kävi aluksi sattumalta. Kuitenkin maanpinta ravinnonhankintamahdollisuuksineen soi lisääntymisedun niille, jotka sitä hyödynsivät (edes harvoin). Näin alttius maaretkiin pikku hiljaa lisääntyi populaatiossa, ja kyky nousta maalle ja tulla siellä toimeen parani. Veden ja ilman raja oli rikottu sulavasti ja vaihe vaiheelta, ilman valtavaa evolutiivista "hyppäystä".
Sama argumentti, että hyvinkin syvälliset ja monimutkaiset muutokset voivat syntyä vähitellen, muutos pienen muutoksen jälkeen, esittää myös Darwin itse silmän kehityksen suhteen. Ks. [1].
Evoluutio voi myös johtaa monimutkaistumiseen, yksinkertaistumiseen tai luonnon biodiversiteetin eli monimuotoisuuden kasvuun; elinympäristön vapaana olevaan lokeroon kehittyy yleensä jossain vaiheessa oma siihen erikoistunut lajinsa. Teoriassa ei väitetä että tämä johtaisi välittömästi uusien lajien syntyyn, mutta sille ei ole mitään estettä, ja lajiutumista havaittu runsaasti tutkittaessa fossiileja.
Myös virukset voivat kantaa perintöainesta eliöstä toiseen.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Mutaatiot
Mutaatio (biologia) on eliön perinnöllinen muutos, geneettisen materiaalin eli DNA:n kopioitumisessa tapahtuva virhe. Muutaatiot ovat luonnonvalinnan raaka-aineet. Se on itse asiassa uuden geneettisen materiaalin ainoa lähde.
Mutaatioista suurin osa on neutraali, ts. se ei johda havaittaviin muutoksiin eliön elonjäämismahdollisuuksissa tai sopivuudessa elinympäristöönsä; näistä muutaatioista jotka eivät ole neutraaleja, suurin osa on vahingollinen tai haitallinen. Vain pieni osa on adaptiivinen eli auttaa eliötä elämään ja lisääntymään elinympäristössään; mutta tästä pienestä osamäärästä evoluutio syntyy.
Useampien eläinten ja kasvien DNA:ssa on suurehko määrä materiaalia, jolla ei ole tunnettu geneettinen rooli. Ihmisen tapauksessa tämä "roska-DNA:n" eli tilke-DNA:n osuus on peräti 97%. Tämä prosenttimäärä vaihtelee suuresti eri, myös toisille lähellä olevien, lajien välillä. Mutaatiot näissä alueissa ovat aina neutraaleja ja näihin ei kohdistu ns. selektiivinen paine. Siksi ne ovat sopivia ns. "molekyylikelloja", joiden avulla eri lajien geneettiset etäisyydet voidaan mitata.
Aina on kuitenkaan oltava varovainen. Se, että emme tiedä, jonkin DNA-alueen käyttötarkoitus, ei välttämättä merkitse, että sellaista ei olisi olemassa. Viime aikoina on löytynyt esimerkkejä tästä juuri roska-DNA:n joukosta. Silloin molekyylikellon käytön edellytykset eivät täyty.
Hyödyllisten mutaatioiden todennäköisyys eliössä on pieni. Ja jotta kyseinen hyödyllinen mutaatio voisi periytyä jälkeläisille, sen täytyy tapahtua sukusolulinjassa, missä se ei tapahdu kuin äärimmäisen harvoissa tapauksissa. Silti niin voi tapahtua ja tapahtuukin jatkuvasti.
Esimerkiksi säteilyttämällä on saatu aikaan erilaisten eläin- ja kasvilajien sukusolulinjoihin sellaisia muutoksia, jotka ovat periytyneet jälkipolville. Eräät näistä ovat olleet eliölle eduksi. Luonnossa esiintyvä säteily on yksi mutaatioiden aiheuttaja, mutta koska luonnossa säteily on huomattavasti alhaisempaa kuin säteilytyskokeissa, tapahtuu luonnossa mutaatioita paljon harvemmin. Luonnossa kuitenkin on aikaa sekä yksilöitä huomattavasti enemmän "käytettävissä" kuin säteilytyskokeissa, joten edullisia mutaatioita syntyy lähes välttämättä pitkien aikojen kuluessa, vaikka ne ovat harvinaisia ihmisten aikaskaalalla.
Edullisen mutaation tunnistaa siitä, että sen saaneet eliöt menestyvät sukupolvesta toiseen. Niitä, jotka eivät saa yksilöä menestymään, kutsutaan haitallisiksi tai neutraaleiksi mutaatioiksi. Vähänkin edulliset mutaatiot toisinaan leviävät, ja tulevat vallitsevaksi tyypiksi populaatiossa. Silloin edullisen mutaation saaneet ovat enemmistössä, ja seuraavan edullisen mutaation saa luultavimmin joku edellisen mutaation saanut yksilö. Näin edulliset mutaatiot kasautuvat. Mitä tekee tätä kasautumista vielä nopeammaksi, on ns. sukupuolellinen lisääntyminen, jonka seurauksena geenit "sekoitetaan" kuin korttipakka ja populaation eri osissa yht'aikaa sattuneet hyödylliset mutaatiot saadaan yhdistetyksi yhteen yksilöön. Näin evoluutio muuttuu "rinnakkaisprosessoinniksi".
Konkreettinen esimerkki on paikallaan. Jos laji hyötyy nykyisessä ympäristössään vaikkapa pitkistä jaloista, jalan pituutta, ja sitä kautta nopeutta kasvattavat mutaatiot ovat edullisia mutaatioita. Koska nopeammat esimerkiksi pääsevät paremmin pakoon saalistajiaan, ne pääsevät lisääntymään useammin, ja monen sukupolven aikana on todennäköistä, että pitempijalkaisuuden geenit tulevat yleisiksi ominaisuuksiksi populaatiossa. Nämä pidempijalkaiset voivat saada myös muita edullisia mutaatioita, jolloin mutaatiot todellakin kasautuvat. Ja mikäli laji on jakaantunut useammalle eristäytyneelle alueelle, nämä edulliset mutaatiot tai niiden kasaumat eivät tietenkään kulje kaikkien lajin edustajien saataville. Pian mutaatioita on kertynyt niin paljon, etteivät eri kantojen edustajat ole keskenään lisääntymiskykyisiä. Tällöin on tapahtunut lajiintuminen edullisten mutaatioiden kasaantumisen seurauksena.
[muokkaa] Lajiutuminen
Lajiutuminen on yhden lajin kehittyminen useammaksi. Lajiutumiselle erotetaan kolme mekanismia:
- Allopatria: populaation osat elävät maantieteellisesti erillään.
- Sympatria: populaation osat elävät samassa maantieteellisellä alueella, mutta eri ekologisissa lokeroissa.
- Parapatria: populaation osat elävät maantieteellisesti vierekkäin.
Kaikissa tapauksessa osapopulaatioiden geneettiset ominaisuudet muuttuvat satunnaisesti kumuloituvien mutaatioiden seurauksena yhä enemmän erilleen.
Lopulta eri populaatiot ovat geneettisesti niin kaukana toisistaan, etteivät ne pysty enää saamaan keskenään lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Näin on syntynyt kaksi lajia.
Parapatrian erikoistapaus on ns. rengaslaji (ks. Ring Species), jossa on kyse monesta vierekkäisestä populaatiosta, jotka kaikki lisääntyvät naapurinsa kanssa, mutta ääripäät eivät enää lisäänny keskenään.
[muokkaa] Migraatio
Migraation rooli evoluutiossa on se, että tietyssä paikassa alkuperänsä saanut uusi, hyödyllinen perinnöllinen piirre valtaa tietyn ajan kuluessa koko populaatiota. Miten suurempi yhtenäinen populaatio, sitä suurempi myös mutaatioiden määrä, myös hyödylliseten mutaatioiden määrä, joka on tästä vain pieni murto-osa. Eli miten suurempi populaation koko yksilöinä, sitä nopeammin evoluutio edistyy.
Populaatiosta tulisi kuitenkin vaatia, että yksilö voi fyysisesti matkustaa paikasta toiseen populaation sisällä. Kuivalla maalla eläville organismeille esim. se tarkoittaa, että on oltava yhtenäine kuiva maa-alue.
Jos koko maapallo olisi tässä merkityssä yhtenäinen, olisi kaikkialla maapallolla vain ja ainoastaan samat lajit, yksi laji per ekologinen lokero. Näin ei kuitenkaan ole, ja siksi voi löytyä eristyksissa toisistaan monta samanlaista lajia.
[muokkaa] Migraatio Australiassa
Tästä vaikuttavin esimerkki on Australia. 45 miljoona vuotta sitten Australian mannerlaatta erosi lopullisesti etelämantereeltä ja purjehti pois, niin, että Australiassa elävät oliot kehittivät eri tavalla (ja paljon hitaammin) kuin eliöt muualla.
Yli 100 miljoona vuotta sitten kaikki Australian nisäkkäät olivat vielä pussieläimiä. Vasta myöhemmin kehittyivät nykyiset plasentaaliset nisäkkäät, jotka synnyttävät jälkeläisensä meille tutulla tavalla. Nämä kehittyivät vain Australian ulkopuolella eivätkä enää mannerlaattojen eri jakautumisten ja liikkumisien kautta päässeet Australiaan.
Australissa elävät edelleen pussieläimet ja ovat sopeutuneet samoihin eri ekologisiin lokeroihin kuten muussa maailmassa. Esim. kun muualla maailmassa on susia, hiiriä ja myyriä, on Australiassa pussisusi, -hiiri, -myyrä. Tämä on myös esimerkki konvergenssista.
Jos tuodaan kehittyneempiä eläimiä muusta maailmasta Australiaan, ne lisääntyvät räjähdysmäisesti. Näin kävi mm. koiran ja jäniksen kanssa. Näin pussieläimet ovat tavallaan "eläviä fossiileja" ja vaikuttavia evoluution todistuskappaleita.