Luonnonvalinta ja yhteinen alkuperä

Yleiskatsaus

Tämä luento selittää luonnonvalinnan evoluution keskeisenä mekanismina, yhdistää sen muuntuneeseen periytymiseen ja yhteiseen alkuperään sekä havainnollistaa, kuinka luonto voi muokata monimutkaisia sopeutumia useiden sukupolvien aikana.

Muuntuneen periytymisen käsite

• Muuntunut periytyminen on havaittavissa oleva tosiasia, että jälkeläiset eroavat hieman vanhemmistaan ja toisistaan.
• Nämä erot johtuvat osittain DNA:n satunnaisista geneettisistä mutaatioista.
• Jälkeläiset perivät suurimman osan ominaisuuksistaan vanhemmiltaan, mutta näyttävät myös pieniä satunnaisia vaihteluja jokaisessa sukupolvessa.

Yhteinen alkuperä

• Yhteinen alkuperä on ajatus siitä, että kaikki elämä maapallolla on sukua ja että meillä on yhteinen esi-isä.
• Yhden alkuperäisen lajin uskotaan antaneen aihetta kaikelle nykyiselle elämälle monien sukupolvien aikana.
• Yhteistä alkuperää ei voi suoraan havaita, koska emme voi palata ajassa taaksepäin katsomaan sitä tapahtuvan.
• Se on johtopäätös, jota tukee monia itsenäisiä todisteita.

Todistealueet yhteisen alkuperän puolesta

• Fossiilit
• Genetiikka
• Vertailuanatomia
• Matematiikka
• Biokemia
• Lajien levinneisyys

Yhteenvetotaulukko: käsitteet, jotka liittyvät yhteiseen alkuperään

• Yhteinen alkuperä käsitteenä on ollut olemassa antiikin ajoista lähtien vahvan todistepohjansa vuoksi elämän sukulaisuudesta.
• Historiallisesti monet hylkäsivät yhteisen alkuperän uskoen, ettei järjestys ja monimutkaisuus voi syntyä satunnaisesta kaaoksesta.

Ongelmana ennen luonnonvalintaa

• Elävät olennot osoittavat äärimmäistä monimutkaisuutta sekä järjestäytyneitä rakenteita ja käyttäytymistä.
• Pelkkä muuntunut periytyminen tuottaa satunnaista vaihtelua, ei ohjattua monimutkaisuutta.
• Varhaisilla ajattelijoilla ei ollut mekanismia, joka selittäisi kuinka yksinkertaisesta elämästä voi kehittyä monimutkainen satunnaisen vaihtelun avulla.
• Tämä aukko jäi avoimeksi, kunnes Charles Darwin ehdotti luonnonvalintaa järjestäytyvänä prosessina.

Charles Darwin ja hänen havaintonsa

• Charles Darwin (1809–1882) oli luonnontutkija, joka matkusti ympäri maailmaa tutkien kasveja ja eläimiä.
• Matkojensa aikana hän kiinnostui yhteisestä alkuperästä ja keräsi laajoja havaintoja.
• Hän huomasi, että saaret usein sisältävät ainutlaatuisia lajeja, joita ei löydy muualta.
• Saaren lajit muistuttavat usein läheisten mantereiden lajeja sekä muodossa että käyttäytymisessä.

Galapagossaaren kilpikonnien esimerkki

• Galapagossaaren kilpikonnat eroavat afrikkalaisista kilpikonnista, mutta muistuttavat läheisesti Etelä-Amerikan lajia.
• Darwin esitti, että mantereelta saattoi kilpikonna levitä saarille ajelehtivan myrskyn mukana kauan sitten.
• Saarelle saavuttuaan kilpikonna munii ja perusti uuden saaren populaation.
• Tuhansien vuosien aikana satunnaiset muutokset johtivat saaren ja mantereen kilpikonnien eriytymiseen eri lajeiksi.
• Tämä skenaario sopi yhteisen alkuperän käsitteeseen, mutta ei selittänyt tarkkoja saariolosuhteisiin sopeutuneita ominaisuuksia.

Saaristosopeutumat Galapagossaaren kilpikonnilla

• Galapagossaarilla on 18 pääsaarta, joista monilla elää kilpikonnapopulaatioita.
• Suurilla saarilla on runsaasti ruohoa ja kasvillisuutta.
• Näillä suurilla saarilla kilpikonnat ovat hyvin raskaita ja niiden kilvet ovat kupumaisia.
• Joillakin pienemmillä saarilla on vähän ruohoa, joten kilpikonnat syövät pääasiassa kaktusta.
• Parhaat kaktuksen lehdet kasvavat korkeiden kaktusten latvoissa.
• Näiden saarten kilpikonnilla on pidemmät eturaajat ja satulankaltaiset kilvet.
• Nämä piirteet antavat kilpikonnille mahdollisuuden ulottaa kaulaansa korkealle kaktuksen lehtien saavuttamiseksi.
• Saaren kilpikonnat vaikuttavat lähes täydellisesti "veistetyiltä" vastaamaan ympäristöään.
• Pelkkä satunnaisuus ei näyttänyt riittävältä selittämään näin hyvin sopivia sopeutumia.

Valikoiva jalostus (keinotekoinen valinta) mallina

• Darwin käytti tunnettuja maatalouden valikoivan jalostuksen prosesseja miettien sopeutumista.
• Tuhansien vuosien ajan maanviljelijät ovat muokanneet villikasveja ja -eläimiä kotieläimiksi.
• Viljelijät käyttävät valikoivaa jalostusta luodakseen muotoja, jotka sopivat paremmin ihmisten käyttöön ja kulutukseen.

Kuinka valikoiva jalostus toimii

• Yksi kasvi voi tuottaa paljon siemeniä; suurin osa jälkeläisistä muistuttaa vanhempaa.
• Jotkut jälkeläiset osoittavat ei-toivottuja piirteitä (pieni koko, kitkerä maku, taudinkestävyys heikko).
• Toiset jälkeläiset osoittavat toivottuja piirteitä (paksummat, makeammat lehdet, parempi sato).
• Viljelijä sallii vain parhaiden kasvien lisääntymisen ja antaa siemenet seuraavalle sukupolvelle.
• Useiden sukupolvien aikana pienet positiiviset muutokset kertautuvat ja luovat huomattavasti parannettuja kasveja.

Esimerkki: yksi villikasvi, monta vihannesta

• Parsakaali, kukkakaali, lehtikaali, ruusukaali ja kaalit tulevat kaikki yhdestä villistä rikkakasvista.
• Tämä rikkakasvi kasvaa yleisesti Englannin kanaalin rannoilla.
• Eri viljelijät valikoivat eri piirteitä, luoden erilaisia lajikkeita samasta kasvista.

Satunnaisuuden ja ihmisen valinnan rooli

• Viljelijä ei luo uusia piirteitä; ne syntyvät satunnaisen muuntuneen periytymisen kautta.
• Viljelijä valitsee vain, mitkä uudet piirteet saavat lisääntyä.
• Ei-toivottuja ominaisuuksia estetään leviämästä rajoittamalla lisääntymistä.
• Toivotut piirteet yleistyvät, koska näillä kasveilla on enemmän jälkeläisiä.

Luonnonvalinta: luonto valitsijana

• Darwin ehdotti, että luonto voi toimia valitsijana samalla tavalla kuin viljelijä.
• Luonnolla ei ole älykästä mieltä, mutta ympäristö on ankara ja vaarallinen.
• Vaarat sisältävät taudinaiheuttajia, saalistajia, lämpöhalvauksen ja kylmän altistuksen.
• Vanhemmat tuottavat jälkeläisiä, joilla on erilaisia ominaisuuksia muuntuneen periytymisen vuoksi.
• Ympäristö "päätää", mitkä vaihtelut selviytyvät tarpeeksi kauan lisääntyäkseen.
• Näin luonto valitsee tiettyjä piirteitä ja poistaa toisia.

Luonnonvalinnan prosessi

• Jälkeläiset syntyvät satunnaisin ominaisuuksin.
• Jotkut piirteet auttavat yksilöitä selviytymään ja lisääntymään tietyssä ympäristössä.
• Toiset piirteet heikentävät selviytymistä ja lisääntymistä.
• Apua antavat piirteet säilyvät useammin ja jättävät enemmän jälkeläisiä.
• Sukupolvien aikana hyvät piirteet yleistyvät; haitalliset katoavat.
• Populaatiot sopeutuvat yhä paremmin ympäristöihinsä.

Luonnollinen vs keinotekoinen valinta

Luonnonvalinta havaittuna ilmiönä

• 1800-luvun puolivälistä lähtien luonnonvalintaa on tutkittu laajasti.
• Tieteilijät ovat havainneet luonnonvalinnan useaan otteeseen luonnossa.
• Luonnonvalintaa on myös todistettu toistuvasti kontrolloiduissa laboratoriokokeissa.
• Se on nyt katsottu havaittavissa olevaksi tosiasiaksi, ei pelkäksi teoreettiseksi ideaksi.
• Tämä löytö muutti luonnon maailman ymmärtämistä.
• Sen ansiosta tutkijat voivat ottaa yhteisen alkuperän idean vakavasti selityksenä.

Luonnonvalinnan lopullinen määritelmä ja yhteenveto

• Luonnonvalinta on prosessi, jossa satunnaiset evoluutiomuutokset valitaan luonnossa ei-satunnaisesti.
• Luonnon valinta on johdonmukaista ja järjestelmällistä, ei puhtaasti satunnaista.
• Muuntunut periytyminen tuottaa satunnaisesti uusia ominaisuuksia jokaisessa sukupolvessa.
• Luonto "valitsee", mitkä ominaisuudet säilyvät määrittämällä, mitkä organismit selviytyvät ja lisääntyvät.
• Positiiviset muutokset kumuloituvat monien sukupolvien aikana ja muovaavat monimutkaisia sopeutumia.
• Negatiiviset ominaisuudet poistuvat nopeasti populaatiosta.
• Tämän jatkuvan prosessin kautta luonto voi tuottaa monimutkaisia, hyvin sopeutuneita ja kauniita elämänmuotoja.

Keskeiset termit ja määritelmät

• Muuntunut periytyminen: Jälkeläiset perivät ominaisuuksia, mutta osoittavat pieniä satunnaisia eroja vanhempiin ja sisaruksiin verrattuna.
• Geneettinen mutaatio: Satunnaiset muutokset geneettisessä materiaalissa, jotka vaikuttavat uusiin ominaisuuksiin.
• Yhteinen alkuperä: Käsite, jonka mukaan kaikki eliöt jakavat yhteisen esi-isän pitkän evoluutiohistorian aikana.
• Valikoiva jalostus (keinotekoinen valinta): Ihmisen prosessi, jossa valitaan, mitkä yksilöt saavat lisääntyä haluttujen ominaisuuksien perusteella.
• Luonnonvalinta: Ei-satunnainen prosessi, jossa luonto suosii tiettyjen satunnaisten vaihtelujen selviytymistä ja lisääntymistä.
• Sopeutuma: Ominaisuus, joka lisää organismin kelpoisuutta tietyssä ympäristössä, muotoutunut luonnonvalinnan kautta.

Toimenpiteitä / Seuraavat askeleet

• Käy läpi Galapagossaaren kilpikonnien ja viljeltyjen kasvien esimerkit valinnan käsitteen vahvistamiseksi.
• Harjoittele selittämään omin sanoin ero muuntuneen periytymisen, luonnonvalinnan ja yhteisen alkuperän välillä.
• Laadi kaavio tai vuokaavio, joka osoittaa, kuinka satunnainen vaihtelu yhdistyy valintaan ja johtaa sopeutumiseen sukupolvien aikana.