Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen LUENTO 4 -MEKANISMIT MAHDOLLISTAVAT ELÄMÄN KEHITTYMISEN JA MUUTTUMISEN ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUALLA UNIVERSUMISSA 1 KEHITYSOPPI AINOA TUNNETTU ELÄMÄN KEHITTYMISTÄ OHJAAVA MEKANISMI (PRINSIIPPI) -MEKANISMIN TUTKIMINEN JA SOVELTAMINEN TOTEUTUNEEN N (KEHITYKSEN) TARKASTELU BIOLOGISET PROSESSIT SAAVAT SELITYKSENSÄ (JA MERKITYKSENSÄ), KUN NIITÄ TARKASTELLAAN N NÄKÖKULMASTA 2 SOVELLUKSIA LÄHES KOKO TÄHÄNASTINEN TAPAHTUNUT ENNEN TÄTÄ (KOKEMAAMME) HETKEÄ NÄEMME JA OLEMME N TULOSTA, ITSE MUUTOKSEN HAVAITSEE FOSSIILEISSA BAKTEERIEN, KASVIEN JA HYÖNTEISTEN EDELLEEN HAVAITTAVISSA PÄIVISSÄ JA UNIVERSUMIEN (MULTIVERSUMIEN) KOSMOLOGINEN KEMIALLINEN PROSESSIEN INFORMAATION MOLEKYYLI JA MOLEKYYLIDARWINISMI BIOLOGINEN (PERUSTUU EDELLISILLE MUODOILLE TAI ON NIIDEN MAHDOLLISTAMAA) 3 4 VUOSISSA DARWIN CHARLES DARWIN (1809-1882) BEAGLE-ALUKSELLA GALAPAGOS SAARILLE 1831-1836 (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 LLA ON FYSIKAALIS- KEMIALLINEN MEKAANINEN PERUSTA (AMINOHAPPOJEN KETJUUNTUMISEN MUUTOKSIA) GEENITASOLLA VOIDAAN ILMAISTA LYHYESTI UUSIEN GEENIEN SYNTYMISENÄ, PERIYTYMISENÄ JA VALIKOITUMISENA VUOROVAIKUTUKSESSA YMPÄRISTÖN KANSSA (SUSAN ALDRIDGE) POPULAATIOT OVAT N PERUSYKSIKKÖJÄ (POPULAATION SELVIYTYMINEN MAKSIMOITUU) 6 1
GEENIPOOLI BAKTEEREILLA UUDEN MUTAATION ILMENEMINEN AIKAANSAA POPULAATIOON VARIAATION SUVULLISESSA LISÄÄNTYMISESSÄ PIKEMMINKIN ERILAISIA GEENIVARIAATIOITA ON OLEMASSA KOKO AJAN, MUTTA NIIDEN REKOMBINAATIOT SOPIVISSA OLOSUHTEISSA AIKAANSAAVAT 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 TA 7 8 VARIAATIOT 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 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 9 10 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 TOIMII ANALOGISESTI GENOMI ON ABSTRAKTI KUVAUS OLION RAKENTEESTA JA FUNKTIONAALISUUDESTA GENOTYYPIN MUUTOSNOPEUS EI VÄLTTÄMÄTTÄ NÄY ELIÖN MORFOLOGIASSA (EDELLYTTÄÄ 12 GEENIEN EKSPRESSIOTA) 2
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 14 LLA EI OLE PÄÄMÄÄRÄÄ EIKÄ PÄÄTEPISTETTÄ ITSE -MEKANISMI KEHITTYY ON PROGRESSIIVISTA (KEHITYKSEEN JOHTAVAA) ON KUMULOITUVAA (SAAVUTETUN KEHITYKSEN VARAAN RAKENTUVAA) KONVERGOI (KOHTI YLEISIÄ JA TOISTUVIA EVOLUTIIVISIA RATKAISUJA) 15 ETENEE LYHYIN ASKELEIN (KERRALLA EI TULE VALMISTA, EIKÄ HYPPYJÄ TEHDÄ, POIKKEUKSENA HYBRIDIT), SÄÄTELYTASON GEENIMUTAATIOT VAIKUTUKSILTAAN SUURIMPIA 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) 16 HERKKÄ RIIPPUVUUS ALKUTILASTA JA SATTUMASTA 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 ON TEHOKAS TAPA KEHITTÄÄ ELÄMÄÄ, MUTTA SE EI VÄLTTÄMÄTTÄ JOHDA PARHAASEEN MAHDOLLISEEN LOPPUTULOKSEEN (ESIM. PUIDEN PITUUSKASVU ON YLIMÄÄRÄINEN SIVUTUOTE METSÄN PUIDEN KILPAILLESSA AURINGONVALOSTA) (ELIÖN RAKENNE JA OMINAISUUDET) ON AINA KOMPROMISSI ERILAISTEN JA ERISUUNTAISTEN VALINTAPAINEIDEN KESKEN 17 ITSE -MEKANISMI ON TÄRKEÄ KEKSINTÖ ELÄMÄN SÄILYMISEN KANNALTA ELÄMÄNMUODOT JOILTA PUUTTUU SOPEUTUMISKYKY YMPÄRISTÖN MUUTOKSIIN KUOLEVAT ENNEMMIN TAI MYÖHEMMIN KEHITYKSEN AIKAANSAAMINEN MUUTOIN KUIN N TULOKSENA VAIKEASTI AJATELTAVISSA OMINAISUUKSIEN TESTAUS- JA VALINTA- PROSESSI ON KÄYNNISSÄ TAUKOAMATTA 18 3
N PELKÄT PISTEMUTAATIOT EIVÄT VOI SELITTÄÄ LAJIEN MUODOSTUMISTA -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 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 KEHITYSPOTENTIAALIN 20 N ELIÖIDEN KOMPLEKSISUUDEN YHTÄKKINEN KASVU ITSE PROSESSIN KEHITTYMISEN MYÖTÄ ORGANISMIEN KEHITYS SINÄLLÄÄN KASVATTAA - POTENTIAALIA ERIKOISTUMISEN, TYÖNJAON JA SÄÄTÖSYSTEEMIEN (INFORMAATIONKÄSITTELY) TASOILLA, ESIM. ENDOSYMBIOOSI, ELIMET, SEKSUAALINEN LISÄÄNTYMINEN KO (ERI LAJIEN VUOROVAIKUTUKSESSA KESKENÄÄN, PEDOT JA SAALISELÄIMET, HYÖNTEISET JA KUKKIVAT KASVIT, IHMISESSÄ 1000 SYMBIOOTTISTA ELIÖTÄ) KO ARTEFAKTIEN KANSSA, KULTTUURI (ESIM. TYÖKALUT, MAANVILJELYS, KIELI) SUUNNATTU (PARANNELLUT GEENIT, YLLÄTYKSIÄ VOI AIHEUTUA LUONNOLLISEN VALINTAPAINEEN PUUTTUMISESTA TAI LYHYTAIKAISUUDESTA) 21 N NOPEUS -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 TA (MUUTOKSIA EI TARVITA) TAI SITTEN NOPEUTTAA TA (MUUTOSTEN JATKUVA TARVE) YMPÄRISTÖN MONIMUOTOISUUTTA AIKAANSAA MM. VAIHTELEVA ILMASTO SEKÄ PLANEETAN MONIPUOLINEN KEMIA 22JA GEOLOGINEN AKTIIVISUUS N NOPEUS N 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) 23 N NOPEUS HITAITA JA NOPEITA KAUSIA LTA KULUI 2 MILJARDIA VUOTTA ENSIMMÄISEN EUKARYOOTTISOLUN TEKEMISEEN KAIKKI MUU KEHITYS ON TAPAHTUNUT TÄMÄN JÄLKEEN 1,5 MILJARDISSA VUODESSA 24 4
N NOPEUS N SUUNTA AJAN 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) N (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 MITKÄ TAHANSA KEHITYSKULUT EIVÄT OLE SSA 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 N 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 25 26 N 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 N 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 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 5
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) 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 32 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 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 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) 6
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 SYSTEEMINÄ 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 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 39 40 N AIKAANSAAMIA KEKSINTÖJÄ KAIKULUOTAIN, SÄHKÖISKU (600V), MYRKKY, RÄJÄHDYSAINE, HARPPUUNA, AURINKOPANEELI, JÄÄHDYTYSLEVY, HAMPAAT, ÄIDINMAITO, IMITOINTI (PEILISOLUT), JÄÄNESTOAINE (GLYSEROLI), UIMARAKKO, PERISKOOPPI, PYÖRIVÄ AKSELI JNE. 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 41 42 7
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 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 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) 45 46 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 40-60 ERILLISTÄ KERTAA, TIETOKONEMALLINNUKSESSA (VIRTUAALISIMULAATIO) SILMÄ ON SAATU KEHITTYMÄÄN 2000 PIENEN MUUTOKSEN TULOKSENA 500 000 VUODESSA RATKAISEVIA KEHITYSVAIHEITA ESITUMALLISET JA AITOTUMALLISET ELÄIMET JA KASVIT YKSISOLUISET JA MONISOLUISET NÄKÖKYKY MERESTÄ MAALLE KÄVELEMINEN KAHDELLA JALALLA MENTAALINEN 3-D MALLI 47 48 8
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 N 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 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 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% ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUTTUU SSA 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) VIRUKSET 1,3% 51 52 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 9
ELIÖIDEN RAKENNE JA MUOTO MUUT MAAILMAT 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 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 TULEVAISUUS TA TAPAHTUU KOKO AJAN IHMISEN TEKNOLOGISEN JA KULTTUURILLISEN TOIMINNAN LISÄÄNTYESSÄ MAAPALLOLLA MYÖS N NOPEUS VOI KASVAA 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 10