Aloitussivu III Evoluutio Otava BI 1 III Evoluutio

Aloitussivu III Evoluutio Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

12. Lajiutuminen Sisällys 1. Avainsanat 2. Mikroevoluutio 3. Luonnonvalinta suosii populaation kelpoisimpia yksilöitä 1/2 4. Luonnonvalinta suosii populaation kelpoisimpia yksilöitä 2/2 5. Alleelien osuudet voivat pienissä populaatioissa muuttua myös sattuman sanelemana 6. Uusi laji kehittyy yleensä maantieteellisesti eristyneessä populaatiossa 7. Sopeutumislevittäytymisessä syntyy nopeasti monia uusia lajeja 8. Tehtävät Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Avainsanat • • • mikroevoluutio, makroevoluutio kelpoisuus luonnonvalintatyypit geneettinen ajautuminen pullonkaulavaikutus perustajavaikutus geenivirta maantieteellinen isolaatio lajiutuminen endeeminen laji sopeutumislevittäytyminen Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Mikroevoluutio • Luonnonvalinta ohjaa eri populaatioiden ominaisuuksia eri suuntiin. • Samankin populaation yksilöt muuntelevat, tapahtuu mikroevoluutiota. • Alleelien suhteelliset osuudet muuttuvat saman lajin populaatiossa sukupolvesta toiseen siirryttäessä. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Luonnonvalinta suosii populaation kelpoisimpia yksilöitä 1/2 • Kelpoisuus: • miten yksilö säilyy elossa lisääntymisikään asti • miten tehokkaasti yksilö lisääntyy • kuinka hedelmällisiä yksilön jälkeläiset ovat. • Luonnonvalinta: 1. Suuntaava valinta vaikuttaa, kun ympäristöoloissa tapahtuu tietyn suuntainen muutos. • yksilöihin kohdistuu valintapainetta • parhaimmilla yksilöillä on puolellaan valintaetu Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Luonnonvalinta suosii populaation kelpoisimpia yksilöitä 2/2 2. Stabiloiva valinta vaikuttaa tasapainoisissa muuttumattomissa ympäristöoloissa. • luonnonvalinta suosii keskiarvotyyppejä eikä populaatio muutu. 3. Hajottava valinta vaikuttaa lajin eri populaatioihin. • lajilla on laaja levinneisyysalue. • lajin populaatiot asuttavat alueella erilaisia ekologisia lokeroita. • hajottava valinta suosii eri alueilla ominaisuuden eri ääripäitä. • Lisäksi erotetaan seksuaalivalinta, jolloin sukupuoliin liittyvillä ominaisuuksilla (väritys, koko, ääntely) on tärkeä merkitys. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Alleelien osuudet voivat pienissä populaatioissa muuttua myös sattuman sanelemana • Geneettinen ajatuminen, eli alleelien äkillinen yleistyminen tai harvinaistumista 1. Pullonkaulavaikutus • Syynä populaation koon äkillinen pieneneminen. • Vain muutama yksilö jää jatkamaan sukua. • Alleelien runsaussuhteet (alleelifrekvenssit) muuttuvat äkillisesti 2. Perustajanvaikutus • Muutama yksilö perustaa uudelle alueelle pysyvän populaation. • Näin alleelikoostumus voi sattuman takia poiketa lähtöpopulaation alleelikoostumuksesta. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Uusi laji kehittyy yleensä maantieteellisesti eristyneessä populaatiossa • Geenivirta populaatiosta toiseen estää / hidastaa merkittävästi populaatioiden erilaistumista. • Maantieteelliset esteet aiheuttavat eristymistä eli maantieteellistä isolaatiota. • Tällöin geenivirta populaatioiden välillä katkeaa ja populaatioiden välille voi syntyä lisääntymisisolaatio. • Seurauksena allopatrinen lajiutuminen eli uuden lajin kehittyminen. • Yleensä makroevoluutio vie aikaa useiden tuhansien sukupolvien verran. • Kotoperäiset eli endeemiset lajit ovat kehittyneet eristyneissä paikoissa ja esiintyvät edelleen vain suppealla syntyalueellaan. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Sopeutumislevittäytymisessä syntyy nopeasti monia uusia lajeja Sopeutumislevittäytyminen alkaa kun • laji leviää jollekin uudelle alueelle • sukupuuttoaalto vapauttaa ekologisia lokeroita. • Kantalajeista kehittyy uusia lajeja, jotka levittäytyvät ja sopeutuvat eri ympäristöihin ja ekologisiin lokeroihin. • Sympatrista lajiutumista tapahtuu maantieteellisesti yhtenäisessä populaatiossa jopa parissa sukupolvessa. - Kasvien kromosomisto moninkertaistuu = polyploidit kasvit. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

Tehtävät 1. Maantieteellinen isolaatio 2. Sammakkopopulaatio 3. Valinnantyypit 4. Koivumittari 5. Lehtokotilo 6. Hajottava valinta 7. Norppa 8. Hietatokko 9. Nisäkkäät 10. Suvuton lisääntyminen 11. Karttaperhonen Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

1. Maantieteellinen isolaatio Pohdi maantieteellisen isolaation syntymistä ja pysyvyyttä a) erityyppisesti lisääntyvillä kasvilajeilla b) erityyppisillä eläimillä, kuten jollakin sammakko- ja lintulajilla. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

2. Sammakkopopulaatio Pohdi miksi mantereesta eristyneellä valtameren saarella elävä sammakkopopulaatio poikkeaa mantereen vastaavan lajin sammakkopopulaatiosta. Vastauksesta tulisi löytyä mahdollisimman monta lukujen 11− 12 keskeistä käsitettä ja asiaa sovellettuna saaren eristyneeseen sammakkopopulaatioon. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

3. Valinnantyypit Mitkä väitteistä 1– 5 liittyvät a) suuntaavaan valintaan b) hajottavaan valintaan c) stabiloivaan valintaan? 1. 2. 3. 4. karsii muuntelua lisää muuntelua kanalintunaaraiden taipumus suosia koreapyrstöisimpiä koiraita ilmastonmuutoksen mahdollinen vaikutus metsäjäniksen talviturkin väriin 5. luonnonvalinta ei suosi aivan pieninä tai hyvin suurina syntyneitä jälkeläisiä Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

4. Koivumittari Minkä valintatyypin esimerkkinä koivumittarin teollisuusmelanismia voidaan käyttää? Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

5. Lehtokotilolla (Cepea nemoralis) kelpoisimpia ovat avoimilla niityillä ja metsämailla erilaiset värimuodot. Avoimilla niityillä rastaat syövät herkimmin tummakuorisia juovattomia muotoja, ja metsissä taas keltakuoriset juovalliset muodot joutuvat helpoiten rastaiden (lintujen) saaliiksi. a) Piirrä niityn ja metsän populaatioiden yksilöjakaumat kuoren tummuuden ja juovattomuuden suhteen. b) Mistä valintatyypistä on kyse? Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

6. Hajottava valinta Selitä miksi hajottava valinta on tärkeä luonnonvalinnan muoto lajiutumisen alkuvaiheessa. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

7. Norppa (Phoca hispida) esiintyy yleisenä Pohjoisessa jäämeressä. Sen alalaji itämerennorppa (Phoca hispida botnica) elää Itämeressä ja toinen alalaji saimaannorppa (Phoca hispida saimensis) vain Saimaassa. Itämeri on syntynyt 10 000 viime vuoden aikana maankohoamisen erottaessa sen valtameristä, ja Saimaa on syntynyt kuroutumalla Itämerestä. a) Miten eri evoluutiovoimat ovat voineet vaikuttaa Itämeren ja Saimaan norppapopulaatioiden kehitykseen? b) Millä eri menetelmillä voidaan tutkia kolmen mainitun norppapopulaation eroja? c) Millä tutkimusmenetelmällä varmistuisi se, ovatko populaatiot kehittyneet omiksi lajeikseen? (YO-tehtävä S-06) Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

8. Hietatokko Selvitä kirjassa olevan aineiston perusteella, miten muuntelu, luonnonvalinta (eri muodoissaan), lajinsisäinen kilpailu ja saalistus evoluutiotekijöinä vaikuttavat hietatokon kokoon. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

9. Nisäkkäät Ohessa on kuvattu Australian ja muun maailman nisäkkäitä. a) Mikä rakennepiirre yhdistää Australian nisäkkäitä? b) Mikä termi kuvaa Australian nisäkkäiden nopeaa lajiutumista? c) Nimeä pussimaamyyrän, sokerioravan ja pussiahman vastinlajit. d) Mikä yhdistää vastinlajeja rakennepiirteiden lisäksi? Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

10. Suvuton lisääntyminen Suvuttomasti (kasvullisesti) lisääntyvän lajin yksilö saa alkunsa ilman sukusoluja emoyksilön jostakin soluryhmästä tai yksittäisestä solusta. Suvuton lisääntyminen on ollut ainoa lisääntymistapa suurimman ajan elämän historiasta. Mieti miten suvuttomasti lisääntyvästä lajista voi syntyä uusi laji? Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

11. Karttaperhonen Karttaperhosen (Araschnia levana) eri vuodenaikoina kuoriutuvat aikuiset yksilöt ovat erivärisiä niiden erilaisen hormonitason vuoksi. Keväällä kuoriutuvat perhoset ovat oranssin ja ruskeankirjavia ja syksyllä kuoriutuvat ovat mustavalkoisia. Värityksen aiheuttavat perintötekijät ovat eri värimuodoilla kuitenkin samanlaiset. Perustele väite, että luonnonvalinta ei voi toimia karttaperhosen värin suhteen, vaikka toinen värimuoto lisääntyisi voimallisemmin ja menestyisi siis paremmin kuin toinen värimuoto. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 1. Maantieteellinen isolaatio a) Vaikka kasviyksilöt ovat kasvuympäristöönsä sidottuja, voi geenivirtaa syntyä populaatioiden välille siementen, itiöiden ja siitepölyn avulla tai kokonaisten kasviyksilöiden tai kasvin osien (lähinnä suvuttomasti lisääntyvät) siirtymisen seurauksena. Vuorovaikutus eläinten kanssa on myös huomioitava, sillä eläimet voivat kuljettaa siitepölyä karvoissaan tai syödä hedelmän ja kuljettaa sen siemeniä kauaskin. b) Eläimet kykenevät liikkumaan edullisemmille paikoille toisin kuin kasvit ja sienet. Eläintenkin liikuntakyvyssä (lentäminen/pomppiminen) ja ympäristövaatimuksissa (kuivuudenja suolaveden sieto) on merkittäviä eroja. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 2. Sammakkopopulaatio 1/2 • Muuntelua sammakkopopulaatioihin aiheuttavat mutaatiot. Suvullinen lisääntyminen lisää muuntelua ja niinpä sammakon jälkeläiset ovat keskenään erilaisia • Valtameri estää populaatioiden välisen geenivirran, koska sammakko ei siedä merivettä ja vaikka sietäisikin, uintimatka populaatioiden välillä on vaarallisen pitkä ja myrskyisä. Sammakkopopulaatioiden välillä on siis maantieteellinen isolaatio. • Valtameren saarella ja mantereella ympäristöolosuhteet ovat erilaiset. Tällöin myös valinta on näissä populaatioissa erilaista. Valinta suosii kelpoisimpia yksilöitä, eli niitä yksilöitä, jotka kykenevät vallitsevissa olosuhteissa tuottamaan eniten lisääntyviä jälkeläisiä. Populaatioissa tapahtuu mikroevoluutiota. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 2. Sammakkopopulaatio 2/2 • • • Myös sattumalla lienee ollut merkitystä valtameren saaren sammakkopopulaation historiassa. Perustajanvaikutus on ilmeinen, eli saarelle on aikanaan saapunut vain pieni joukko sammakoita. Pienessä populaatiossa myös ympäristön aiheuttamat sattumatekijät kuten myrskyt, tulivuoren purkaukset ym ovat voineet vaikuttaa populaation geneettiseen ajautumiseen eli populaation alleelifrekvensseissä tapahtuviin muutoksiin. Kunhan saaren sammakkopopulaatio on elänyt eristyneellä saarellaan riittävän monta (tuhansia) sukupolvea, on tuloksena uusi kotoperäinen eli endeeminen sammakkolaji biodiversiteettiä rikastuttamassa. Mikäli saaren sammakot jostain syystä pääsisivät takaisin mantereelle ja perinnöllinen lisääntymisisolaatio olisi muodostunut niiden välille, olisi uuden lajin syntyminen (makroevoluutio) todistettavasti tapahtunut. Sammakon allopatrinen lajiutuminen jatkuu tulevaisuudessa ja lähisaarille uusien sopeutumislevittäytymisten ja sukupuuttojen ketjuna. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 3. Valinnantyypit a) suuntaava valinta: 1. karsii muuntelua, 3. kanalintunaaraiden taipumus suosia koreapyrstöisimpiä koiraita, 4. ilmastonmuutoksen mahdollinen vaikutus metsäjäniksen talviturkin väriin b) hajottava valinta: 2. lisää muuntelua c) stabiloiva valinta: 1 karsii muuntelua, 5 luonnonvalinta ei suosi aivan pieninä tai hyvin suurina syntyneitä jälkeläisiä Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 4. Koivumittarin teollisuusmelanismia voidaan käyttää a) suppeammalla kaupunkialueella suuntaavan valinnan esimerkkinä b) hajottavan valinnan esimerkkinä laajemmalla alueella, jossa on sekä maaseutua että kaupunkia. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 5. Lehtokotilo Niityt Metsät b) Hajottavasta valinnasta: valinta suosii laajan esiintymisalueen eri ympäristöissä eri alleeleja. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 6. Hajottava valinta synnyttää kaksi erilaista osapopulaatiota, koska se suosii ominaisuuden ääripäitä eri alueilla tai erilaisissa ekologisissa lokeroissa. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 7. a) Norppa • • • Itämeren- ja saimaannorpat ovat jääkauden aikaisia reliktejä eli jäänneeliöitä. Koska erityisesti saimaannorpan perustajapopulaatio on ollut pieni, perustajanvaikutus on vaikuttanut populaation geenikoostumukseen. Saimaannorpan populaatio on pienentynyt ainakin kerran hyvin pieneksi, jolloin pullonkaulavaikutuksella ja sattumalla on ollut suuri merkitys populaation geenikoostumukseen. Molemmat populaatiot elävät eristyksissä muista norpan populaatioista eli geenivirta populaatioiden välillä on katkennut. Abioottiset ympäristötekijät (esimerkiksi veden kirkkaus ja talviolosuhteet) ja bioottiset tekijät (erityisesti ravinto) poikkeavat paljon Atlantin, Itämeren ja Saimaan välillä. Täten populaatioissa on voinut tapahtua monien ominaisuuksien suhteen voimakasta valintaa. Itämerennorppa on sopeutunut elämään Itämeren murtovedessä ja saimaannorppa Saimaan makeassa vedessä. Tämän voi havaita eräissä rakenteellisissa piirteissä ja esimerkiksi lisääntymiskäyttäytymisessä. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 7. b) Norppa Kantalajia ja alalajeja voidaan verrata toisiinsa tutkimalla niiden käyttäytymistä ja rakennetta (mm. paino, ruumiinmuoto, ruumiinmitat ja väritys). Eroja dna: n emäsjärjestyksessä ja proteiinien aminohappokoostumuksessa voidaan selvittää. Näillä menetelmillä voitaisiin päätellä populaatioiden lajiutumisen astetta, jos laji määriteltäisiin rakennepiirteiden tai perimän erojen perusteella. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 7. c) Norppa • Tehdään risteytyskoe ja risteytetään tutkittavien populaatioiden yksilöitä keskenään. Norpat kuuluvat eri lajeihin, os jälkeläisiä ei synny tai niiden risteytymänä syntyneet jälkeläiset eivät kykene lisääntymään. Jos jälkeläisetkin ovat lisääntymiskykyisiä, on kyse saman lajin kahdesta alalajista (kuten tekstissä). • Tutkimustulokset eivät viittaakaan siihen, että itämerennorppa tai saimaannorppa olisivat omia lajejaan, vaan ne ovat alalajeja (paikallisia, keskenään lisääntyvien populaatioiden ryhmiä, joiden edustajissa on piirteitä, joiden perusteella ne ovat erotettavissa muista saman lajin ryhmistä). Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 8. Hietatokko 1/2 Evoluution lähtökohtana perintötekijöiden aikaansaamat yksilöiden väliset erot eli perinnöllinen muuntelu. Hietatokon koko on määrällinen ominaisuus, johon vaikuttaa useampi geeni. Koon muuntelu noudattaa normaalijakaumaa. Hietatokolla yksilöiden kokoa säätelevien geenien alleelien määräsuhteisiin vaikuttivat (tutkimuksen mukaan) erilaiset valintatekijät: • Suuntaava valinta toimii kookkaiden yksilöiden eduksi lajin sisäisessä kilpailussa, sillä - isot yksilöt valtasivat pesäpaikat pienemmiltä, söivätpä vielä niiden mätimunatkin - naaraat arvostivat isoja koiraita; yhteen ison pesään muni usea naaras Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 8. Hietatokko 2/2 • Kookkailla hietatokoilla oli siis suurempi mahdollisuus siirtää kokoa lisääviä alleelejaan jälkeläisiinsä. • Suuntaava valinta toimii myös pienempikokoisten eduksi, sillä hietatokkoja saalistavat naurulokit valikoivat isokokoisia hietatokkoja, jolloin pienemmät jäivät kutemaan ja niiden alleelit yleistyvät. • Näin kaksi erisuuntaista suuntaavaa valintaa kumoaa toistensa vaikutusta. Yhdessä ne toimivat tasapainottavan valinnan tavoin: hietatokkojen kokoon vaikuttavien alleelien määräsuhteet (heterotsygotia) säilyvät populaatiossa ja tokkojen koko pysyy tietyissä rajoissa. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 9. Nisäkkäät a) Pussieläimiltä puuttuu kohtu ja istukka. b) sopeutumislevittäytyminen c) pussimaamyyrä – kontiainen sokeriorava – liito-orava pussiahma – ahma d) samanlainen ekologinen lokero Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 10. Suvuton lisääntyminen 1/2 • Perinnöllinen muuntelu tuottaa aineistoa valinnalle, joka muuttuvissa olosuhteissa sopeuttaa populaation ympäristöön. Suvuttomasti lisääntyvän lajin jälkeläiset ovat yleensä perinnöllisesti keskenään ja emoyksilönsä kanssa samanlaisia - perinnöllistä muuntelua ei ole. Suvuttomasti lisääntyvillä lajeilla ainoa mahdollisuus perinnölliseen muunteluun eli uusien alleelien syntymiseen ovat mutaatiot. Toisaalta jos syntyvä mutaatio on edullinen, se leviää tehokkaasti ja nopeasti suvuttomasti lisääntyvässä lajissa. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 10. Suvuton lisääntyminen 2/2 • Ympäristökin aiheuttaa niin suvuttomasti kuin suvullisesti lisääntyvien lajien yksilöihin eroavaisuuksia josta yksilö voi hyötyä elämänsä aikana. Ympäristön aikaansaama muuntelu ei kuitenkaan periydy jälkeläisiin eikä siten vaikuta populaation sopeutumiseen. • Huomaa lisäksi sammalten ja sanikkaisten sukupolvenvuorottelu sekä monien siemenkasvien kyky lisääntyä sekä suvuttomasti että suvullisesti sekä bakteerien monet tavat vaihtaa perimää. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen

VASTAUS: 11. Karttaperhonen Koska eri värimuotojen perintötekijät ovat samanlaiset, on aivan sama yleistyvätkö keväällä kuoriutuvat vai syksyllä kuoriutuvat perhoset enemmän. Seuraavan kevään perhossukupolven perhoset ovat joka tapauksessa oranssin ja ruskean kirjavia ja syksyllä kuoriutuvat mustavalkoisia. Otava BI 1 • III Evoluutio • 12. Lajiutuminen