BIOS 1 jakso 2 5 Muuntelu on evoluution

BIOS 1 jakso 2 5 Muuntelu on evoluution edellytys Avainsanat • alleeli • muovautumismuuntelu • mutaatio • partenogeneesi • perinnöllinen muuntelu • populaatio • suvullinen lisääntyminen • suvuton lisääntyminen

BIOS 1 jakso 2 Muuntelu auttaa populaation yksilöitä sopeutumaan ympäristöönsä • Mikä on populaatio? Tietyllä alueella tiettynä aikana elävien saman lajin yksilöiden joukko. • Mitä on muuntelu? Saman lajin yksilöitten tai populaatioiden välistä vaihtelua yhden tai useamman ominaisuuden suhteen. • Mitä on evoluutio? Populaation yksilöissä ja lajeissa tapahtuvaa kehitystä: rakenne, elintoiminnot ja käyttäytyminen voivat muuttua. • Miksi muuntelu on tärkeää evoluutiossa? • Se auttaa lajia ja sen populaatioita sopeutumaan paremmin ympäristöönsä.

BIOS 1 jakso 2 Ympäristön aiheuttama muuntelu ei periydy • Ympäristötekijöiden aiheuttama jälkeläisten erilaisuus on muovautumismuuntelua. – esimerkiksi männyn kasvupaikkamuodot • Hankitut ominaisuudet eivät siirry jälkeläisille. • Perimä asettaa rajat muovautumismuuntelulle. • Muovautumismuuntelu antaa populaatiolle (lajille) aikaa sopeutua perinnöllisesti ympäristön muutoksiin

BIOS 1 jakso 2 Perinnöllinen muuntelu tuottaa populaatioon erilaisia yksilöitä • Perinnöllinen muuntelu perustuu geenien pysyviin muutoksiin. • Mutaatiot aiheuttavat muutoksia geeneihin ja syntyy uusia alleeleita. • Muutokset geeneissä voivat aiheuttaa uusia ominaisuuksia. • Ominaisuudet voivat ilmetä jälkeläisissä. • Suvullisessa lisääntymisessä geenit järjestyvät uudella tavalla ja syntyy uusia ominaisuusyhdistelmiä

BIOS 1 jakso 2 Muuntelu populaatiossa perinnöllinen muuntelu muovautumismuuntelu mutaatiot kasvupaikkamuodot antavat aikaa perinnölliselle muuntelulle geeni uusia alleeleja populaatioon kromosomien rakenne suvullinen lisääntyminen kromosomien lukumäärä uudet ominaisuusyhdistelmät

BIOS 1 jakso 2 Erilaisia lisääntymistapoja Suvuton lisääntyminen Yksisoluiset Sient esim. itiöt Kasvit esim. itiöt, lehdet rönsyt, juuren palaset, maavarsi Eläimet Paloittuminen esim. lattana Jakautuminen Kuroutuminen esim. bakteerit, esim. hiivasieni tohvelieläimet Monistuminen esim. malarialoisio Kuroutuminen esim. korvameduusa

BIOS 1 jakso 2 Evoluution kuluessa eliöille on kehittynyt monia lisääntymisstrategioita • • • soidinmenot jälkeläisistä huolehtiminen runsaasti sukusoluja ja suuri jälkeläismäärä siitepölyn kuljetus partenogeneesi sukupolvenvuorottelu

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • • alleeli muovautumismuuntelu mutaatio partenogeneesi perinnöllinen muuntelu populaatio suvullinen lisääntyminen suvuton lisääntyminen

BIOS 1 jakso 2 6 Luonnonvalinta ohjaa evoluutiota Avainsanat • fitness eli kelpoisuus • hajottava valinta • luonnonvalinta • sopeutuminen • suuntaava valinta • tasapainottava valinta

BIOS 1 jakso 2 Luonnonvalinta vaikuttaa populaation perimään • Populaatioissa yksilöiden rakenne, elintoiminnat ja käyttäytyminen poikkeavat toisistaan, eli esiintyy muuntelua. • Kilpailussa menestyvät parhaiten vallitseviin ympäristöolosuhteisiin sopeutuneet yksilöt ja populaatiot. • Parhaiten sopeutuneet eli kelpoisimmat yksilöt saavat eniten lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. • Kelpoisimpien yksilöiden geenit yleistyvät populaatiossa. • Populaatio muuttuu paremmin ympäristöön sopeutuvaksi.

BIOS 1 jakso 2 Valinta toimii eri tavoin vakaassa ja muuttuvassa ympäristössä • • • Tasapainottavassa valinnassa luonnonvalinta suosii keskivertoyksilöitä ja karsii äärityyppejä. olosuhteet ovat pitkään vakaat populaatiolla on aikaa sopeutua vähentää muuntelua ja lisää lajienvälistä erikoistumista Suuntaavassa valinnassa luonnonvalinta suosii muuttuneisiin olosuhteisiin parhaiten sopeutuneita yksilöitä • • • olosuhteet muuttuvat populaation geenikoostumus muuttuu harvinaiset ominaisuudet yleistyvät esimerkkinä teollisuusmelanismi • • Hajottavassa valinnassa valinta suosii ominaisuusjakauman kummankin ääripään yksilöitä. olosuhteet vaihtelevat selvästi populaation elinalueella populaatio hajoaa ominaisuuden suhteen erilaisiin alapopulaatioihin voi johtaa uusiin sukulaislajeihin

BIOS 1 jakso 2 Luonnonvalinta vaikuttaa myös eläinten käyttäytymiseen Sosiaalinen arvojärjestys Peritty käyttäytyminen • avainärsyke laukaisee vaistotoiminnon Opittu käyttäytyminen • apuna muisti Leimautuminen Suuntausliikkeet Vakioliikekaavat Esim. pään kääntäminen kohteeseen päin, liikkuminen valoa kohti Esim. pesästä liikkuneen munan vierittäminen takaisin pesään Yritys ja erehdys Esim. kanalintujen poikasten ruoanetsintä Vaistotoiminnot Lintujen pesänrakennus Linnunpoikasten ruoankerjäys Suojautumisreaktio petolinnun uhatessa Tottuminen Esim. kesyt sorsat Matkiminen ja oivallus Esim. apinoiden ruokailukäyttäyty minen

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • • fitness eli kelpoisuus hajottava valinta luonnonvalinta sopeutuminen suuntaava valinta tasapainottava valinta

BIOS 1 jakso 2 7 Populaatioista voi syntyä vähitellen uusia lajeja Avainsanat • Darwin • evoluutio • isolaatiomekanismit eli lisääntymisesteet • lajiutuminen • makroevoluutio • mikroevoluutio • sattuma • sopeutuminen • sopeutumislevittäytyminen

BIOS 1 jakso 2 Mikroevoluutiossa laji muuttuu • Mutaatiot muuttavat populaation geenivarastoa. • Luonnonvalinta suosii parhaiten ympäristöön sopeutuvia yksilöitä. • Populaation yksilöt muuttuvat vähitellen rakenteeltaan, elintoiminnoiltaan ja käyttäytymiseltään. • Laji koostuu yleensä useista populaatioista, joihin kohdistuu erilaisia valintapaineita. • Mikroevoluution seurauksena lajin eri populaatiot kehittyvät erilaisiksi.

BIOS 1 jakso 2 Makroevoluutiossa saman lajin eri populaatioista kehittyy uusia lajeja • Uusia lajeja syntyy, kun saman lajin eri populaatioiden jäsenet ovat muuttuneet niin erilaisiksi, että ne eivät voi lisääntyä keskenään. • Joskus lähilajitkin voivat saada jälkeläisiä toistensa kanssa – jälkeläinen on yleensä lisääntymiskyvytön.

Isolaatio estää geenivirran ja edistää lajiutumista BIOS 1 jakso 2 • Populaatiot erilaistuvat yleensä isolaation eli lisääntymisesteen seurauksena. • Lisääntymisesteitä 1. Populaatiot elävät eri alueilla (maantieteellinen isolaatio). 2. Populaatiot elävät erilaisissa elinympäristöissä (esim. metsässä ja suolla). 3. Lisääntymisajat osuvat eri vuoden- ja vuorokaudenaikoihin. 4. Soidinkäyttäytymiset ovat erilaisia. 5. Sukuelinten tai kukkien rakenne-erot estävät parittelun tai siitepölyn kulkeutumisen. 6. Sukusolut hylkivät toisiaan tai eivät yhdisty. 7. Hedelmöitys tapahtuu, mutta alkio ei kehity normaalisti. 8. Risteymä on steriili. 9. Risteymien mahdollisten jälkeläisten lisääntymiskyky on alentunut.

BIOS 1 jakso 2 Sattumakin voi vaikuttaa lajiutumiseen • Sattuma vaikuttaa lajiutumiseen pienissä populaatioissa. • Joskus suuri osa populaation yksilöistä ja geenivarannosta voi hävitä. • Populaatio ajautuu jäljelle jääneiden geeniyhdistelmien suuntaan. • ”Pullonkaulasta ” selvinneet yksilöt geeneineen ovat uuden populaation alku. • Populaatio saa alkunsa vain muutamasta perustajayksilöstä = perustajanvaikutus • Kasveilla uusi laji voi syntyä lähilajien risteytyessä. – edellyttää yleensä kromosomistojen moninkertaistumista

Sopeutuminen ja sopeutumislevittäytyminen BIOS 1 jakso 2 • Sopeutuminen: evoluution myötä tapahtuvaa mukautumista erilaisiin ympäristöoloihin. • Sopeutumislevittäytyminen: samaa alkuperää olevan eliöryhmän evolutiivinen erilaistuminen useisiin ekologisiin lokeroihin. – johtaa useiden uusien eliöryhmien tai uusien lajien syntyyn • Suuret ilmasto- ja ympäristömuutokset sekä sukupuutot voivat käynnistää sopeutumislevittäytymisen

BIOS 1 jakso 2 Charles Darwinin päätelmät ovat nykyisen evoluutiokäsityksen pohjana 1. Eliölajit lisääntyvät niin tehokkaasti, että yksilöiden määrä ylittää helposti ympäristön kantokyvyn (ravinnon, tilan ja muut elinehdot). 2. Eläin- ja kasviyksilöt eivät ole ominaisuuksiltaan samanlaisia, vaan samaankin lajiin kuuluvat yksilöt muuntelevat luontaisesti. 3. Liian suuret yksilömäärät aiheuttavat olemassaolon taistelun, jossa heikommat kuolevat tai niiden jälkeläismäärä jää pieneksi. 4. Tämä on luonnonvalintaa, joka karsii ominaisuuksiltaan heikoimmat yksilöt, ja vahvimmat jäävät jatkamaan sukua.

BIOS 1 jakso 2 Evoluutiomekanismit pähkinänkuoressa • Evoluutio on populaation geneettisen koostumuksen muuttumista. • Suurissa populaatioissa muuttumista ohjaa pääasiassa luonnonvalinta. YMPÄRISTÖN ERILAISUUS • eloton luonto • muut eliölajit YKSILÖN SOPEUTUMINEN LUONNONVALINTA MIKROEVOLUUTIO • populaation • rakenne YKSILÖIDEN • elintoiminnot VÄLINEN • käyttäytyminen MUUNTELU POPULAATIOSSA • mutaatiot • ominaisuuksien erilaiset yhdistelmät • muovautumismuuntelu kelpoisimmat yksilöt tuottavat eniten jälkeläisiä • populaation geenikoostumus muuttuu MAKROEVOLUUTIO • populaatiot jakautuvat osapopulaatioiksi • uusien lajien syntyminen

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • • Darwin evoluutio isolaatiomekanismit eli lisääntymisesteet lajiutuminen makroevoluutio mikroevoluutio sattuma sopeutuminen sopeutumislevittäytyminen

BIOS 1 jakso 2 8 Elämä syntyy ja kehittyy merissä Avainsanat • biologinen evoluutio • eläinsolu • endosymbioositeoria • esitumallinen solu • fotosynteesi • happi • kambrikauden räjähdys • kasvisolu • kemiallinen evoluutio • käymisreaktio • mitokondrio • monisoluisuus • selkäjänteiset • selkärangattomat • sienisolu • soluhengitys • tumallinen solu • viherhiukkanen

BIOS 1 jakso 2 Alkumaapallon olosuhteet olivat suotuisat elämän synnylle • Kemiallinen evoluutio: Epäorgaanisista aineista syntyi orgaanisia yhdisteitä. • Alkusolu syntyi, kun jättimolekyylit kerääntyivät ympäristöstä erottavan kalvon sisälle. • Vanhimmat merkit elämästä ovat 3, 8 miljardia vuotta vanhoja.

Esitumalliset eliöt olivat maapallon ensimmäisiä valtiaita BIOS 1 jakso 2 • Vanhimmat esitumallisista 3, 5 miljardia vuotta vanhoja. • Arkkeja ja bakteereita • Fotosynteesiin kykenevät eliöt kehittyivät 3 miljardia vuotta sitten. Fotosynteesi 6 CO 2+ 6 H 2 O + Auringon valo→ C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 hiilidioksidi vesi sokeri happi

BIOS 1 jakso 2 • Hapen määrän lisääntyminen – Kaasukehä alkoi muuttua nykyisenkaltaiseksi ilmakehäksi. – Otsonikerros alkoi kehittyä. – Soluhengitys syrjäytti käymisen tehokkaampana energianvapauttamistapana. Soluhengitys C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + energiaa sokeri happi hiilidioksidi vesi

BIOS 1 jakso 2 Tumallinen solu syntyy • Tumalliset eliöt syrjäyttivät esitumalliset 1, 5 miljardia vuotta sitten. • Soluelimet ovat syntyneet endosymbioosien tuloksena: – yhteyttämiskykyinen bakteeri → viherhiukkanen – soluhengitykseen kykenevä bakteeri → mitokondrio

BIOS 1 jakso 2 Yhdestä solusta monisoluiseksi eliöksi • Vanhimmat monisoluiset 700 miljoonan vuoden ikäisiä. • Monisoluisuuden etuja: – Eliöiden rakenne ja elintoiminnot monipuolistuivat. – Osa soluista erikoistui sukusoluiksi ja suvullinen lisääntyminen alkoi.

BIOS 1 jakso 2 Eläinten kehitys alkaa prekambrikaudella • Ensimmäiset monisoluiset eläimet olivat sienieläimiä. • Kambrikauden räjähdys 550 miljoonaa vuotta sitten: - eläinlajien lukumäärä lisääntyi valtavasti. • Selkärangattomien evoluutiossa tapahtui muutoksia eläinten: – rakenteessa – eri elimistöjen toiminnassa – lisääntymisessä

BIOS 1 jakso 2 Eläinten kehityksen seuraava askel – sisäinen tukiranka • 450 miljoonaa vuotta sitten selkäjänteiset kehittyivät merissä: – ympyräsuiset – rusto- ja luukalat. • Sisäisen tukirangan etuja: – eläimen koko kasvoi – liikkuminen tehostui.

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • • biologinen evoluutio eläinsolu endosymbioositeoria esitumallinen solu fotosynteesi happi kambrikauden räjähdys kasvisolu kemiallinen evoluutio • • • käymisreaktio mitokondrio monisoluisuus selkäjänteiset selkärangattomat sienisoluhengitys tumallinen solu viherhiukkanen

BIOS 1 jakso 2 9 Elämä siirtyy maalle Avainsanat • ilmastonmuutokset • koppisiemeniset • linnut • maailmankaudet • maan valloitus • massasukupuutto • matelijat • mutaatiot • nisäkkäät • paljassiemeniset • sammakkoeläimet • sammalet • sanikkaiset

BIOS 1 jakso 2 Kasvien ja sienten kehitys alkaa • Sammalet olivat ensimmäiset kasvikunnan edustajat. • Sammalet pystyvät elämään vain kosteilla alueilla, koska: – niiden lisääntyminen on vedestä riippuvaista – niiden veden kuljetuksesta vastaava johtosolukko on huonosti kehittynyt – niillä ei ole juuria.

BIOS 1 jakso 2 Maan valloitus • Ensimmäiset varsinaiset maakasvit olivat sanikkaisia. • Sanikkaiset kehittyivät noin 400 miljoonaa vuotta sitten. • Paremmin sopeutuneita maalla elämiseen: – johtosolukko – juuret – pintasolukko kuivuutta kestävä.

BIOS 1 jakso 2 Sammakkoeläimet olivat ensimmäisiä maalla eläneitä selkärankaisia • Kehittyivät noin 360 miljoonaa vuotta sitten. • Eivät täysin maaelämään sopeutuneita, koska: – lisääntyminen tapahtuu vedessä – ihon täytyy pysyä kosteana ihohengityksen vuoksi. • Avainsopeumat: – maalla liikkumiseen sopivat raajat – keuhkot ja tehokkaampi verenkierto

BIOS 1 jakso 2 Ilmastonmuutos antoi vallan hirmuliskoille • 250 miljoonaa vuotta sitten maapallon ilmasto kuivui. • Matelijat syrjäyttivät sammakkoeläimet. • Paljassiemeniset syrjäyttivät koppisiemeniset.

BIOS 1 jakso 2 Hirmuliskojen sukupuuton myötä valtaan nousivat uudet eliöryhmät • Hirmuliskojen sukupuutto tapahtui 65 miljoonaa vuotta sitten. • Uudet eliöryhmät: – nisäkkäät – linnut – koppisiemeniset

BIOS 1 jakso 2 Eliömaailman kehitys on edennyt välillä tasaisesti ja välillä hyppäyksittäin • Maapallon historia jaettu neljään geologiseen maailmankauteen. Elämän esihistoriallinen aika (Prekambri) 4, 6 mrd vuotta – 600 milj. vuotta sitten Elämän vanha aika Elämän keskiaika Elämän uusi aika 600 milj. – 230 milj. vuotta sitten 230 milj. – 65 milj. vuotta sitten 65 milj. vuotta – nykyaika massasukupuutto

BIOS 1 jakso 2 Mutaatiot ovat nopeuttaneet eliökunnan kehitystä • Evoluutio etenee välillä hyppäyksittäin ja välillä tasaisesti. • Hyppäyksien syynä: – mutaatiot isäntägeeneissä → suuret rakenteelliset muutokset ja enemmän materiaalia luonnonvalinnalle. – muutokset elinympäristössä → paljon uusia ekologisia lokeroita

BIOS 1 jakso 2 Massasukupuutot ovat raivanneet tilaa uusille eliöryhmille • Maapallon historian aikana ollut viisi erityisen suurta massasukupuuttoa. • Massasukupuuttojen syyt: 1. Merenpinnan korkeuden muutokset 2. Ilmastonmuutokset 3. Suuret tulivuorenpurkaukset 4. Suuret meteoriittipommitukset

BIOS 1 jakso 2 Sukupuutot • Nyt on menossa kuudes, ihmisen aiheuttama massasukupuutto, joka – etenee nopeammin kuin mikään aikaisemmista sukupuutoista – on vaikutuksiltaan edellisiä laajempi

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • ilmastonmuutokset koppisiemeniset linnut maailmankaudet maan valloitus massasukupuutto matelijat • • • mutaatiot nisäkkäät paljassiemeniset Sammakkoeläimet sammalet sanikkaiset

BIOS 1 jakso 2 10 Evoluutiota tutkitaan monella tavalla Avainsanat • alkionkehitys • fossiilien iänmääritys • käyttäytyminen • molekyylikello • surkastumat

BIOS 1 jakso 2 Fosiilit evoluutiotutkimuksen apuna • Fossiili: vähintään 10 000 vuotta vanha, muinoin eläneen eliön jäänne. • Fossiilien syntytavat: – kivettymä – valelma – painanne – säilynyt sellaisenaan • Fossiilien iänmääritys: – suhteellisesti johtofossiilien avulla – tarkasti käyttämällä apuna fossiileista löytyviä radioaktiivisia aineita

BIOS 1 jakso 2 Molekyylibiologian avulla saadaan tarkempaa tietoa evoluutiosta • Evoluutiotutkimuksessa hyödynnetään: – DNA: n rakenteen vertailua – proteiinien aminohappojärjestyksen vertailua.

BIOS 1 jakso 2 Evoluutiosta kertovat myös rakenteelliset ominaisuudet ja eläinten käyttäytyminen eläinten käyttäytymistä anatomisia rakenteita verrataan surkastumia eli toimintansa menettäneitä elimiä alkionkehitystä

BIOS 1 jakso 2 Evoluutiota tapahtuu jatkuvasti • Evoluutio näkyy: – perhosten teollisuusmelanismina – tuhohyönteisten kehittymisenä tuholaismyrkkyjä kestäviksi – bakteerien kehittymisenä antibiootteja kestäviksi – mikrobien kehittymisenä rokotteita kestäviksi – ihmisen harjoittamassa jalostustyössä

BIOS 1 jakso 2 Avainsanat • • • alkionkehitys fossiilien iänmääritys käyttäytyminen molekyylikello surkastumat