Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen LUENTO 4

Transkriptio

1 Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen LUENTO 4 EVOLUUTIO-MEKANISMIT MAHDOLLISTAVAT ELÄMÄN KEHITTYMISEN JA MUUTTUMISEN ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUALLA UNIVERSUMISSA 1 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 2 1

2 EVOLUUTIO 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 SOVELLUKSIA UNIVERSUMIEN (MULTIVERSUMIEN) EVOLUUTIO KOSMOLOGINEN EVOLUUTIO KEMIALLINEN EVOLUUTIO PROSESSIEN EVOLUUTIO INFORMAATION EVOLUUTIO MOLEKYYLIEVOLUUTIO JA MOLEKYYLIDARWINISMI BIOLOGINEN EVOLUUTIO (PERUSTUU EDELLISILLE EVOLUUTIOMUODOILLE TAI ON NIIDEN MAHDOLLISTAMAA) 4 2

3 DARWIN CHARLES DARWIN ( ) BEAGLE-ALUKSELLA GALAPAGOS SAARILLE (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, ) YKSILÖIDEN (KASVIT, ELÄIMET) VÄLILLÄ LUONNOSTAAN VARIAATIOITA LUONNONVALINNAN SEURAUKSENA PARHAITEN YMPÄRISTÖÖNSÄ SOPIVAT YKSILÖT TODENNÄKÖISIMMIN JATKAVAT SUKUAAN 5 EVOLUUTIO EVOLUUTIOLLA ON FYSIKAALIS- KEMIALLINEN 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 3

4 GEENIPOOLI BAKTEEREILLA UUDEN MUTAATION ILMENEMINEN AIKAANSAA POPULAATIOON VARIAATION SUVULLISESSA LISÄÄNTYMISESSÄ PIKEMMINKIN ERILAISIA GEENIVARIAATIOITA ON OLEMASSA KOKO AJAN, MUTTA NIIDEN REKOMBINAATIOT SOPIVISSA OLOSUHTEISSA AIKAANSAAVAT EVOLUUTIOTA 7 EVOLUUTIO 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 4

5 VARIAATIOT 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 9 LUONNONVALINTA 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 10 5

6 EVOLUUTIO JA VALINTAPAINE LUONNONVALINTA YLIPÄÄNSÄ SUKUPUOLET VALITSEVAT LISÄÄNTYMISKUMPPANIN ONNEKAS MUTAATIO JOKA ON HYÖDYKSI (MENESTYSTEKIJÄ) VAIKKEI MIKÄÄN VALINTAPAINE OLEKAAN AIKAANSAANNUT SEN LISÄÄNTYMISTÄ POPULAATIOSSA (DAWKINS) 11 FENOTYYPPI 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) 6

7 LAAJENNETTU FENOTYYPPI KÄSITTÄÄ ELIÖN AIKAANSAAMAT MUUTOKSET YMPÄRISTÖÖNSÄ PADOTUT LAMMET (MAJAVAT) OIKEANLAINEN PESÄ (LINNUT) VAISTONVARAISUUS ON GENEETTISESTI OLEMASSAOLEVAA TAIPUMUSTA TOIMIA TAI AJATELLA TIETYLLÄ TAVALLA 13 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) 14 7

8 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) 15 EVOLUUTIO 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 VALINTAETU SUKUPOLVESSA JOHTAA 3000 SUKUPOLVESSA OMINAISUUDEN YLEISTYMISEEN POPULAATIOSSA SEURAAVASTI 8/1000 -> 90/100 (KORKOA KOROLLE -EFEKTI) 16 8

9 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 EVOLUUTIO 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 VALINTA- PROSESSI ON KÄYNNISSÄ TAUKOAMATTA 18 9

10 EVOLUUTION 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) 19 EVOLUUTIO EVOLUUTIO 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 10

11 EVOLUUTION EVOLUUTIO ELIÖIDEN KOMPLEKSISUUDEN YHTÄKKINEN KASVU ITSE EVOLUUTIOPROSESSIN KEHITTYMISEN MYÖTÄ ORGANISMIEN KEHITYS SINÄLLÄÄN KASVATTAA EVOLUUTIO- POTENTIAALIA 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 KEMIA 22JA GEOLOGINEN AKTIIVISUUS 11

12 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 vrk IKÄÄN KOTIELÄINTEN JA VILJELYSKASVIEN JALOSTUS (100 JA 1000 VUODESSA SAAVUTETTU PALJON) 23 EVOLUUTION NOPEUS HITAITA JA NOPEITA KAUSIA EVOLUUTIOLTA KULUI 2 MILJARDIA VUOTTA ENSIMMÄISEN EUKARYOOTTISOLUN TEKEMISEEN KAIKKI MUU KEHITYS ON TAPAHTUNUT TÄMÄN JÄLKEEN 1,5 MILJARDISSA VUODESSA 24 12

13 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 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 13

14 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 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 KEHITTYÄ 28 14

15 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 SYMMETRIOIDEN SYITÄ SUU, NÄKÖAISTI JA TUNTOAISTI ETUPÄÄSSÄ (LIIKKUMISSUUNTA) SUOLI TAKAPÄÄSSÄ (KUONA-AINEET POIS KAUKANA SUUSTA) ALAPUOLELLA GRAVITAATIO YLÄPUOLELLA AURINGONVALO 30 15

16 KONVERGENSSI 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) 31 DIVERGENSSI 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 32 16

17 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 33 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. UV- JA RÖNTGENSÄTEILYN TAI MUTAGEENISTEN VIRUSTEN TOIMESTA) 34 17

18 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 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) 18

19 HÄVIÄJIÄ 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) 37 SUKUPUUTTO 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 38 19

20 EVOLUUTIO SYSTEEMINÄ 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 39 POLYMORFISMI 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 40 20

21 EVOLUUTION AIKAANSAAMIA KEKSINTÖJÄ KAIKULUOTAIN, SÄHKÖISKU (600V), MYRKKY, RÄJÄHDYSAINE, HARPPUUNA, AURINKOPANEELI, JÄÄHDYTYSLEVY, HAMPAAT, ÄIDINMAITO, IMITOINTI (PEILISOLUT), JÄÄNESTOAINE (GLYSEROLI), UIMARAKKO, PERISKOOPPI, PYÖRIVÄ AKSELI JNE. 41 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 21

22 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 43 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 44 22

23 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 45 LAJIUTUMINEN 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) 46 23

24 OMINAISUUKSIEN KEHITTYMINEN JOTKUT OMINAISUUDET KEHITTYVÄT HELPOMMIN JA TOISET TAAS VAIKEAMMIN MONESTI KEHITTYNEITÄ OMINAISUUKSIA: KÄVELY KAHDELLA JALALLA, LENTOKYKY, NÄKÖKYKY, HÄNTÄ, SEGMENTOITUNUT KEHO KÄSITTEELLINEN AJATTELUKYKY (SYMBOLI- FUNKTIO) KEHITTYNYT TIETTÄVÄSTI VAIN YHDEN KERRAN ESIM. NÄKÖKYKY ON KEHITTYNYT ERILLISTÄ KERTAA, TIETOKONEMALLINNUKSESSA (VIRTUAALISIMULAATIO) SILMÄ ON SAATU KEHITTYMÄÄN 2000 PIENEN MUUTOKSEN TULOKSENA VUODESSA 47 RATKAISEVIA KEHITYSVAIHEITA ESITUMALLISET JA AITOTUMALLISET ELÄIMET JA KASVIT YKSISOLUISET JA MONISOLUISET NÄKÖKYKY MERESTÄ MAALLE KÄVELEMINEN KAHDELLA JALALLA MENTAALINEN 3-D MALLI 48 24

25 IHMISEN DNA:N MUUTOKSET VUOTTA SITTEN IHMISKUNTA LÄHES SUKUPUUTOSSA, EHKÄ VAIN MUUTAMIA TUHANSIA IHMISYKSILÖITÄ SELVISI HENGISSÄ, TÄMÄ EVOLUTIIVINEN PULLONKAULA VALIKOI NYKYIHMISTEN GEENIT IHMISEN DNA EI OLE MUUTTUNUT VUOTEEN MERKITTÄVÄSTI (VAIHTELU MAHTUISI NYKYISIN ELÄVIEN YKSILÖIDEN 0.1% DNA:N ERON SISÄLLE) IHMISEN EVOLUUTION ARVELLAAN JÄLLEEN KIIHTYNEEN VIIM VUODEN AIKANA IHMISPOPULAATION KASVUN SEURAUKSENA KAIKKI NYKYISET IHMISRODUT PYSTYVÄT PARIUTUMAAN KESKENÄÄN YKSILÖIDEN VÄLISET GENEETTISET EROT OVAT SUUREMPIA KUIN RYHMIEN VÄLISET 49 VIIMEAIKAISIA TAPAHTUMIA 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 25

26 GENOMIEN SAMANLAISUUS DNA-DNA-HYBRIDIN HAJOAMISLÄMPÖTILA KERTOO SUKULAISUUSASTEEN (KUINKA TÄYDELLISESTI KAHDEN ERI LAJIN DNA- JUOSTEET 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 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 26

27 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 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 27

28 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 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 28

29 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 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 Peter Ward: Tuntematon elämä, Ursa, 2006 (2005) 58 29