Evoluutio | biologinen prosessi

Todisteet

Todisteita evoluutiosta on esitetty useissa kirjoissa. Osaa näistä todisteista käsitellään tässä.

Fossiilit osoittavat, että muutoksia on tapahtunut

Oivallus siitä, että jotkut kivet sisältävät fossiileja, oli erittäin tärkeä tapahtuma luonnonhistoriassa. Tässä tarinassa on kolme osaa:

1. Tajusimme, että kivissä olevat orgaaniselta näyttävät asiat olivat todellisuudessa elävien olentojen muuttuneita jäänteitä. Tämän ratkaisivat 1500- ja 1600-luvuilla Conrad Gessner, Nicolaus Steno, Robert Hooke ja muut.

2. Ymmärretään, että monet fossiilit edustavat lajeja, joita ei nykyään ole olemassa. Vertaileva anatomi Georges Cuvier todisti, että sukupuuttoa tapahtui ja että eri kerrostumat sisälsivät erilaisia fossiileja. . ^p108

3. Ymmärtää, että varhaiset fossiilit olivat yksinkertaisempia organismeja kuin myöhemmät fossiilit. Lisäksi mitä myöhäisempiä kivet ovat, sitä enemmän fossiilit muistuttavat nykypäivää.

"Vakuuttavin todiste evoluution esiintymisestä on sukupuuttoon kuolleiden organismien löytyminen vanhemmista geologisista kerrostumista...". Mitä vanhempia kerrostumat ovat... sitä enemmän fossiili eroaa elävistä edustajista... se on odotettavissa, jos aikaisempien kerrostumien eläimistö ja kasvisto olisi vähitellen kehittynyt jälkeläisikseen. Ernst Mayr ^p13

Maantieteellinen jakautuminen

Tämä aihe kiehtoi sekä Charles Darwinia että Alfred Russel Wallacea. Kun uusia lajeja syntyy, yleensä vanhojen lajien jakautumisen kautta, tämä tapahtuu yhdessä maailman paikassa. Kun uusi laji on vakiintunut, se voi levitä joihinkin paikkoihin ja toisiin ei.

Australaasia

Australaasia on ollut erillään muista maanosista miljoonien vuosien ajan. Mantereen suurimmassa osassa, Australiassa, 83 prosenttia nisäkkäistä, 89 prosenttia matelijoista, 90 prosenttia kaloista ja hyönteisistä ja 93 prosenttia sammakkoeläimistä on endeemisiä. Sen alkuperäiset nisäkkäät ovat enimmäkseen pussieläimiä, kuten kenguruita, bandicootteja ja quolleja. Sen sijaan Afrikasta pussieläimet puuttuvat nykyään kokonaan, ja ne muodostavat vain pienen osan Etelä-Amerikan nisäkkäiden eläimistöstä, jossa esiintyy opossumeja, opossumeja ja monito del monte (ks. Suuri amerikkalainen vaihto).

Ainoat elossa olevat alkukantaisten munivien nisäkkäiden (monotremes) edustajat ovat kauris ja platypus. Niitä esiintyy vain Australiassa, johon kuuluvat Tasmania, Uusi-Guinea ja Kengurusaari. Muualla maailmassa näitä yksisarvisia ei esiinny lainkaan. Toisaalta Australiasta puuttuu monia istukkanisäkäsryhmiä, jotka ovat yleisiä muilla mantereilla (lihansyöjät, niveljalkaiset, oravat, oravat, jäniseläimet), vaikka Australiassa on alkuperäisiä lepakoita ja jyrsijöitä, jotka saapuivat sinne myöhemmin.

Evoluutiotarina on, että istukkaiset nisäkkäät kehittyivät Euraasiassa ja hävittivät pussieläimet ja yksisirkkaiset kaikkialta, minne ne levittäytyivät. Australasiaan ne saapuivat vasta viime aikoina. Tämä on yksinkertainen syy siihen, miksi Australiassa on suurin osa maailman pussieläimistä ja kaikki maailman yksisarviset.

Hevosten kehitys

Hevoseläinten (Equidae) evoluutio on hyvä esimerkki siitä, miten evoluutio toimii. Vanhin hevosen fossiili on noin 52 miljoonaa vuotta vanha. Se oli pieni eläin, jolla oli viisi varvasta etujaloissa ja neljä takajaloissa. Tuohon aikaan maailmassa oli enemmän metsiä kuin nykyään. Tämä hevonen eli metsässä ja söi lehtiä, pähkinöitä ja hedelmiä yksinkertaisilla hampaillaan. Se oli vain suunnilleen ketun kokoinen.

Noin 30 miljoonaa vuotta sitten maailma alkoi viilentyä ja kuivua. Metsät kutistuivat, laidunmaat laajenivat ja hevoset muuttuivat. Ne söivät ruohoa, kasvoivat suuremmiksi ja juoksivat nopeammin, koska niiden piti paeta nopeampia saalistajia. Koska ruoho kuluttaa hampaita, hevosilla, joilla oli pidempikestoiset hampaat, oli etulyöntiasema.

Suurimman osan tästä pitkästä ajanjaksosta oli olemassa useita hevostyyppejä (sukuja). Nyt on kuitenkin olemassa vain yksi suku: nykyhevonen Equus. Sillä on hampaat, jotka kasvavat koko elämänsä ajan, yksivarpaiden varassa olevat kaviot, pitkät jalat juoksemista varten, ja eläin on riittävän suuri ja vahva selviytyäkseen avomaalla. Hevoset elivät Länsi-Kanadassa 12 000 vuotta sitten asti, mutta kaikki Pohjois-Amerikan hevoset kuolivat sukupuuttoon noin 11 000 vuotta sitten. Tämän sukupuuton syyt eivät ole vielä selvillä. Ilmastonmuutos ja ihmisten harjoittama liikametsästys ovat ehdotettuja syitä.

Tutkijat voivat siis nähdä, että muutoksia on tapahtunut. Ne ovat tapahtuneet hitaasti pitkän ajan kuluessa. Evoluutioteoria selittää, miten nämä muutokset ovat tapahtuneet.

Havaijin Drosophila (hedelmäkärpäset)

Havaijinsaarilla on maailman monipuolisin kokoelma Drosophila-kärpäsiä, jotka elävät noin 17 000 kilometrin (6 500 neliömetrin) alueella (² ) sademetsistä vuoristoniittyihin. Havaijilaisia hedelmäkärpäslajeja tunnetaan noin 800.

Geneettiset todisteet osoittavat, että kaikki Havaijin alkuperäiset hedelmäkärpäslajit ovat peräisin yhdestä esi-isälajista, joka saapui saarille noin 20 miljoonaa vuotta sitten. Myöhemmin sopeutuva säteily johtui kilpailun puutteesta ja monista vapaista markkinaraoista. Vaikka yksittäinen tiineenä oleva naaras olisi voinut asuttaa saaren, on todennäköisempää, että kyseessä on ollut saman lajin ryhmä.

Glossopteriksen levinneisyys

Mantereiden ajelehtimisen ja evoluution yhdistelmä voi selittää fossiilien esiintymisen. Glossopteris on sukupuuttoon kuollut siemennäkkikasvilaji, joka on peräisin permikaudelta muinaiselta Gondwanan superkontinentilta.

Glossopteris-fossiileja on löydetty permikautisista kerrostumista Kaakkois-Etelä-Amerikassa, Kaakkois-Afrikassa, koko Madagaskarilla, Pohjois-Intiassa, koko Australiassa, koko Uudessa-Seelannissa ja hajallaan Etelämantereen etelä- ja pohjoisreunoilla.

Permin aikana nämä mantereet yhdistyivät toisiinsa Gondwanaksi. Tämä tiedetään kivissä olevista magneettisista raidoista, muista fossiilijakaumista ja jääkauden raapaisuista, jotka viittaavat etelänavan lauhkeaan ilmastoon permikauden aikana. . ^p103

Yhteinen syntyperä

Kun biologit tarkastelevat eläviä olentoja, he näkevät, että eläimet ja kasvit kuuluvat ryhmiin, joilla on jotain yhteistä. Charles Darwin selitti, että tämä seuraa luonnollisesti, jos "hyväksymme sukulaismuotojen yhteisen vanhemmuuden sekä niiden muuttumisen variaation ja luonnonvalinnan kautta". . ^p402p456

Esimerkiksi kaikki hyönteiset ovat sukua toisilleen. Niillä on yhteinen peruselimistö, jonka kehitystä säätelevät säätelygeenit. Niillä on kuusi jalkaa; niillä on kovia osia kehon ulkopuolella (ulkoluuranko); niillä on silmät, jotka muodostuvat monista erillisistä kammioista, ja niin edelleen. Biologit selittävät tämän evoluutiolla. Kaikki hyönteiset ovat kauan sitten eläneen eläinryhmän jälkeläisiä. Ne säilyttävät edelleen perusrakenteensa (kuusi jalkaa ja niin edelleen), mutta yksityiskohdat muuttuvat. Ne näyttävät nyt erilaisilta, koska ne ovat muuttuneet eri tavoin: tämä on evoluutiota.

Darwin esitti ensimmäisenä, että kaikki elämä maapallolla on saanut alkunsa yhdestä ainoasta paikasta, ja että tästä alusta on kehittynyt ja kehittyy loputtomasti kauniimpia ja ihmeellisimpiä muotoja. ^p490Molekyylibiologian viime vuosina antamat todisteet ovat tukeneet ajatusta, jonka mukaan kaikki elämä on sukua yhteiselle polveutumiselle.

Vestigiaaliset rakenteet

Vahva todiste yhteisestä polveutumisesta saadaan rihmamaisista rakenteista.^p397 Lentokyvyttömien kovakuoriaisten hyödyttömät siivet on suljettu sulautuneiden siipisuojusten alle. Tämä voidaan selittää yksinkertaisesti sillä, että ne polveutuvat esi-isiensä kuoriaisista, joilla oli toimivat siivet. ^p49

Rudimentaarisia ruumiinosia, jotka ovat pienempiä ja rakenteeltaan yksinkertaisempia kuin vastaavat osat esi-isien lajeissa, kutsutaan vestigiaalielimiksi. Nämä elimet ovat toiminnallisia esi-isälajissa, mutta ne ovat nyt joko toimimattomia tai sopeutuneet uuteen tehtävään. Esimerkkejä ovat valaiden lantiovyötäröt, kärpästen takasiivet, lentokyvyttömien lintujen siivet sekä joidenkin kserofyyttien (esim. kaktus) ja loiskasvien (esim. västäräkki) lehdet.

Alkuperäisten rakenteiden alkuperäinen tehtävä voidaan kuitenkin korvata toisella. Esimerkiksi kärpästen puoliperät auttavat hyönteistä tasapainottamaan lentoa, ja strutsien siipiä käytetään parittelurituaaleissa ja aggressiivisessa esiintymisessä. Nisäkkäiden korvanivelet ovat entisiä alaleuan luita.

"Rudimentaariset elimet ilmoittavat selvästi alkuperänsä ja merkityksensä..." (s. 262). "Rudimentaariset elimet... ovat todiste entisestä olotilasta, ja ne ovat säilyneet ainoastaan perimän voimien ansiosta... ne eivät suinkaan ole vaikeuksia, kuten ne varmasti ovat vanhan luomisopin mukaan, vaan ne olisivat voineet olla jopa ennakoitavissa tässä selitettyjen näkemysten mukaisesti." (s402). Charles Darwin.

Vuonna 1893 Robert Wiedersheim julkaisi kirjan ihmisen anatomiasta ja sen merkityksestä ihmisen kehityshistoriaan. Kirja sisälsi luettelon 86 ihmisen elimestä, joita hän piti sulkeutuneina. Luettelossa oli esimerkkejä, kuten umpilisäke ja 3. molaarihammas (viisaudenhammas).

Vauvan vahva ote on toinen esimerkki. Se on jäänne menneisyydestä, jolloin esi-ihmisvauvat tarrautuivat äitinsä hiuksiin, kun äidit keinuivat puiden välissä. Tästä ovat osoituksena vauvojen jalat, jotka käpertyvät ylöspäin istuessaan (kädellisvauvat tarttuvat myös jaloillaan). Kaikilla kädellisillä nykyihmistä lukuun ottamatta on paksut ruumiinkarvat, joihin vauva voi takertua, toisin kuin nykyihmisellä. Tarttumisrefleksin ansiosta emo voi paeta vaaraa kiipeämällä puuhun käyttämällä sekä käsiä että jalkoja.

Vestigiaaliset elimet ovat usein jonkin verran valikoituneet niitä vastaan. Alkuperäiset elimet vaativat resursseja, joskus valtavia resursseja. Jos niillä ei ole enää mitään tehtävää, niiden koon pienentäminen parantaa kuntoa. Ja valinnasta on suoria todisteita. Jotkin luolakuoriaiset lisääntyvät menestyksekkäämmin pienemmillä silmillä kuin ne, joilla on suuremmat silmät. Tämä saattaa johtua siitä, että näköä käsittelevä hermokudos on nyt käytettävissä muiden aistien käsittelyyn. . ^p310

Embryologia

Jo 1700-luvulta lähtien tiedettiin, että eri lajien alkiot olivat paljon samankaltaisempia kuin aikuiset. Erityisesti jotkin alkioiden osat heijastavat niiden evolutiivista menneisyyttä. Esimerkiksi maaselkärankaisten alkioihin kehittyy kalojen alkioiden tavoin kiduskilot. Tämä on tietenkin vain väliaikainen vaihe, josta syntyy monia rakenteita matelijoiden, lintujen ja nisäkkäiden kaulaan. Protokylkiraot ovat osa monimutkaista kehitysjärjestelmää: siksi ne ovat säilyneet.

Toinen esimerkki ovat paaluvalaiden alkiohampaat. Ne häviävät myöhemmin. Suodatin kehittyy erilaisesta kudoksesta, jota kutsutaan keratiiniksi. Varhaisilla fossiilisilla paaluvalailla oli itse asiassa hampaiden lisäksi myös paalujälkiä.

Hyvä esimerkki on simpukka. Kesti monta vuosisataa ennen kuin luonnonhistorioitsijat huomasivat, että simpukat ovat äyriäisiä. Niiden aikuiset yksilöt näyttävät kovin erilaisilta kuin muut äyriäiset, mutta niiden toukat ovat hyvin samankaltaisia kuin muiden äyriäisten toukat.

Keinotekoinen valinta

Charles Darwin eli maailmassa, jossa karjankasvatus ja kesytetyt viljelykasvit olivat elintärkeitä. Molemmissa tapauksissa maanviljelijät valitsivat jalostukseen yksilöitä, joilla oli erityisominaisuuksia, ja estivät sellaisten yksilöiden jalostuksen, joilla oli vähemmän toivottavia ominaisuuksia. Kahdeksastoista ja yhdeksännentoista vuosisadan alussa tieteellinen maatalous kasvoi, ja keinotekoinen jalostus oli osa tätä kehitystä.

Darwin käsitteli keinotekoista valintaa luonnonvalinnan mallina vuonna 1859 ilmestyneen teoksensa Lajien synty ensimmäisessä painoksessa, luvussa IV: Luonnonvalinta:

"Vaikka valintaprosessi olisikin hidas, jos heikko ihminen voi tehdä paljon keinotekoisen valinnan voimillaan, en näe mitään rajaa sille muutoksen määrälle... jonka luonnon valintakyky voi saada aikaan pitkän ajan kuluessa".^p109

Nikolai Vavilov osoitti, että ruis, joka oli alun perin rikkaruoho, kehittyi viljelykasviksi tahattoman valinnan kautta. Ruis on vehnää sitkeämpi kasvi: se selviytyy vaikeammissa olosuhteissa. Tultuaan vehnän kaltaiseksi viljelykasviksi ruis pystyi tulemaan viljelykasviksi ankarilla alueilla, kuten kukkuloilla ja vuorilla.

Keinotekoisen ja luonnollisen valinnan taustalla olevissa geneettisissä prosesseissa ei ole todellista eroa, ja Charles Darwin käytti keinotekoisen valinnan käsitettä havainnollistamaan laajempaa luonnollisen valinnan prosessia. Käytännön eroja on kuitenkin olemassa. Keinovalintaa koskevat kokeelliset tutkimukset osoittavat, että "evoluutionopeus valintakokeissa on vähintään kaksi suuruusluokkaa (eli 100 kertaa) suurempi kuin mikään luonnossa tai fossiileissa havaittu nopeus". . ^p157

Keinotekoiset uudet lajit

Jotkut ovat ajatelleet, että keinotekoinen valinta ei voisi tuottaa uusia lajeja. Nyt näyttää siltä, että se voi.

Kotieläintaloudessa on luotu uusia lajeja, mutta yksityiskohtia ei tunneta tai ne ovat epäselviä. Esimerkiksi kotieläiminä pidettävät lampaat on luotu risteyttämällä, eivätkä ne enää tuota elinkelpoisia jälkeläisiä Ovis orientalis -lajin kanssa, josta ne ovat peräisin. Kotieläiminä pidettäviä nautoja voidaan sen sijaan pitää samoina lajeina kuin useita villihärkä-, gaur-, jakki- ja muita lajeja, koska ne tuottavat helposti hedelmällisiä jälkeläisiä niiden kanssa.

Parhaiten dokumentoidut uudet lajit ovat peräisin laboratoriokokeista 1980-luvun lopulla. William Rice ja G.W. Salt kasvattivat hedelmäkärpäsiä, Drosophila melanogasteria, käyttämällä sokkeloa, jossa oli kolme erilaista elinympäristövaihtoehtoa, kuten valo/pimeä ja märkä/kuiva. Kukin sukupolvi laitettiin sokkeloon, ja ne kärpäsryhmät, jotka tulivat kahdesta kahdeksasta uloskäynnistä, erotettiin toisistaan, jotta ne voisivat lisääntyä omissa ryhmissään.

Kolmenkymmenenviiden sukupolven jälkeen nämä kaksi ryhmää ja niiden jälkeläiset oli eristetty toisistaan lisääntymisteknisesti niiden voimakkaiden elinympäristöpreferenssien vuoksi: ne parittelivat vain suosimillaan alueilla, eivätkä siten paritelleet muita alueita suosivien kärpästen kanssa.

Diane Dodd pystyi myös osoittamaan, miten Drosophila pseudoobscura -hedelmäkärpästen parittelumielipiteistä voi kehittyä lisääntymiseristystä jo kahdeksan sukupolven jälkeen, kun ne käyttivät erilaisia ravintotyyppejä, tärkkelystä ja maltoosia.

Doddin kokeilu on ollut muiden helppo toistaa. Sitä on tehty myös muilla hedelmäkärpäsillä ja elintarvikkeilla.

Havaittavat muutokset

Joidenkin biologien mukaan evoluutio on tapahtunut, kun geneettisesti johtuva ominaisuus yleistyy tai harvinaistuu eliöryhmässä. Toiset kutsuvat evoluutiota evoluutioksi, kun uusia lajeja ilmaantuu.

Muutokset voivat tapahtua nopeasti pienemmissä, yksinkertaisemmissa organismeissa. Esimerkiksi monia tauteja aiheuttavia bakteereja ei voida enää tappaa joillakin antibioottilääkkeillä. Nämä lääkkeet ovat olleet käytössä vasta noin kahdeksankymmentä vuotta, ja aluksi ne toimivat erittäin hyvin. Bakteerit ovat kehittyneet niin, että antibiootit eivät enää tehoa niihin. Lääkkeet tappoivat kaikki bakteerit lukuun ottamatta muutamia, joilla oli jonkin verran vastustuskykyä. Nämä muutamat vastustuskykyiset bakteerit tuottivat seuraavan sukupolven.

Colorado-kuoriainen on kuuluisa kyvystään vastustaa torjunta-aineita. Viimeisten 50 vuoden aikana se on tullut vastustuskykyiseksi 52:lle hyönteismyrkyissä käytetylle kemialliselle yhdisteelle, mukaan lukien syanidille. Tämä on luonnonvalintaa, jota keinotekoiset olosuhteet nopeuttavat. Kaikki populaatiot eivät kuitenkaan ole vastustuskykyisiä kaikille kemikaaleille. Populaatiot tulevat vastustuskykyisiksi vain niiden alueella käytetyille kemikaaleille.

 
Ruis on nyt viljelykasvi. Alun perin se oli vehnää jäljittelevä rikkakasvi.  


Valikoiva jalostus muutti teosintien harvat hedelmäkotelot (vasemmalla) nykymaissin riveiksi, joissa on näkyviä siemeniä (oikealla).  


Tämä sekarotuinen chihuahua ja tanskandoggi osoittavat keinotekoisen valinnan tuloksena syntyneiden koirarotujen kokovalikoiman.  


Hevosiemme esi-isät elivät metsissä...  


Glossopteriksen nykyinen levinneisyys permikautisella kartalla, jossa näkyy mantereiden yhteys. (1. Etelä-Amerikka 2. Afrikka 3. Madagaskar 4. Intia 5. Etelämanner ja 6. Australia)  


Protea . Proteaceae-heimo on kukkivien kasvien suku, joka rajoittuu kokonaan eteläisiin maanosiin.  

Historia

Vaikka jo 1700-luvulla oli useita luonnonhistorioitsijoita, joilla oli jonkinlainen käsitys evoluutiosta, ensimmäiset vakiintuneet ajatukset syntyivät 1800-luvulla. Kolme tärkeintä biologia.

Lamarck

Ranskalainen biologi Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) väitti, että eläimet muuttuvat luonnonlakien mukaisesti. Hän sanoi, että eläimet voivat siirtää elinaikanaan hankkimiaan ominaisuuksia jälkeläisilleen periytymisen avulla. Nykyään hänen teoriansa tunnetaan nimellä lamarckismi. Sen päätarkoitus on selittää sopeutuminen luonnollisin keinoin. Hän esitti, että eliöillä on taipumus muuttua monimutkaisemmiksi, jolloin ne kulkevat ylöspäin edistyksen tikkaita sekä käyttöä ja käytöstä poistumista.

Lamarckin ajatuksena oli, että kirahvin kaula piteni, koska se yritti päästä korkeammalle. Tämä ajatus epäonnistui, koska se on ristiriidassa perinnöllisyyden kanssa (Mendelin työ). Mendel teki löytönsä noin puoli vuosisataa Lamarckin työn jälkeen.

Darwin

Charles Darwin (1809-1882) kirjoitti teoksensa Lajien synty vuonna 1859. Tässä kirjassa hän esitti paljon todisteita siitä, että evoluutio oli tapahtunut. Hän myös ehdotti luonnonvalintaa evoluution tapahtumismuodoksi. Darwin ei kuitenkaan ymmärtänyt genetiikkaa ja sitä, miten ominaisuudet todella siirtyivät eteenpäin. Hän ei pystynyt tarkasti selittämään, mikä sai lapset näyttämään vanhemmiltaan.

Darwinin selitys evoluutiosta oli kuitenkin pohjimmiltaan oikea. Toisin kuin Lamarck, Darwinin ajatus oli, että kirahvin kaulasta tuli pidempi, koska ne, joilla oli pidempi kaula, selviytyivät paremmin.^p177/9 Nämä eloonjääneet siirtivät geeninsä eteenpäin, ja ajan myötä koko laji sai pidemmät kaulat.

Wallace

Alfred Russel Wallace OM FRS (1823-1913) oli brittiläinen luonnontieteilijä, tutkimusmatkailija, biologi ja yhteiskunnallinen aktivisti. Hän esitti luonnonvalinnan teorian suunnilleen samaan aikaan kuin Darwin. Hänen ajatuksensa julkaistiin vuonna 1858 yhdessä Charles Darwinin ajatuksen kanssa.

Mendel

Itävaltalainen munkki Gregor Mendel (1822-1884) kasvatti kasveja. Hän havaitsi 1800-luvun puolivälissä, miten ominaisuudet siirtyvät sukupolvelta toiselle.

Hän käytti kokeissaan herneitä: joillakin herneillä on valkoiset kukat ja toisilla punaiset. Joillakin herneillä on vihreitä siemeniä ja toisilla keltaisia siemeniä. Mendel käytti herneiden jalostamiseen keinotekoista pölytystä. Hänen tuloksiaan käsitellään tarkemmin kohdassa Mendelin periytyminen. Darwin ajatteli, että molemmilta vanhemmilta saatu perimä sekoittui keskenään. Mendel osoitti, että molemmilta vanhemmilta peräisin olevat geenit pysyvät erillään ja voivat siirtyä muuttumattomina myöhemmille sukupolville.

Mendel julkaisi tuloksensa lehdessä, joka ei ollut tunnettu, ja hänen löytönsä jäivät huomiotta. Noin vuonna 1900 hänen työnsä löydettiin uudelleen. Geenit ovat DNA:sta koostuvia tiedonpalasia, jotka toimivat kuin ohjeistukset. Jokaisessa elävässä solussa on joukko geenejä. Yhdessä geenit järjestävät sen, miten munasolu kehittyy aikuiseksi. Nisäkkäillä ja monilla muilla elävillä olennoilla yksi kopio kustakin geenistä on peräisin isältä ja toinen kopio äidiltä. Joillakin elävillä organismeilla, kuten joillakin kasveilla, on vain yksi vanhempi, joten ne saavat kaikki geeninsä häneltä. Nämä geenit tuottavat geneettiset erot, joihin evoluutio vaikuttaa.

 
Lamarck  


Vaihtelu  

Darwinin teoria

Darwinin teoksessa Lajien synty on kaksi teemaa: todisteet evoluutiosta ja hänen ajatuksensa siitä, miten evoluutio tapahtui. Tässä jaksossa käsitellään jälkimmäistä kysymystä.

Vaihtelu

Alkuperän kaksi ensimmäistä lukua käsittelevät kotieläiminä pidettyjen kasvien ja eläinten vaihtelua sekä luonnossa esiintyvää vaihtelua.

Kaikissa elävissä olennoissa on vaihtelua. Jokainen tutkittu populaatio osoittaa, että eläimet ja kasvit vaihtelevat yhtä paljon kuin ihmisetkin.^p90 Tämä on suuri luonnon tosiasia, ja ilman sitä evoluutiota ei tapahtuisi. Darwin sanoi, että aivan kuten ihminen valitsee tuotantoeläimissään haluamansa, myös luonnossa vaihtelu mahdollistaa luonnonvalinnan toiminnan.

Yksilön ominaisuuksiin vaikuttavat kaksi asiaa, perimä ja ympäristö. Ensinnäkin kehitystä ohjaavat vanhemmilta perityt geenit. Toiseksi eläminen tuo omat vaikutuksensa. Jotkin asiat periytyvät kokonaan, toiset osittain ja jotkin eivät periydy lainkaan.

Silmien väri periytyy täysin; ne ovat geneettinen ominaisuus. Pituus tai paino periytyvät vain osittain, eikä kieli periydy lainkaan. Selvyyden vuoksi: se, että ihminen osaa puhua, on perinnöllistä, mutta se, mitä kieltä puhutaan, riippuu siitä, missä ihminen asuu ja mitä hänelle opetetaan. Toinen esimerkki: ihminen perii aivot, joiden kapasiteetti vaihtelee jonkin verran. Se, mitä syntymän jälkeen tapahtuu, riippuu monista asioista, kuten kotiympäristöstä, koulutuksesta ja muista kokemuksista. Kun ihminen on aikuinen, hänen aivonsa ovat sellaiset kuin hänen perimänsä ja elämänkokemuksensa ovat niistä tehneet.

Evoluutio koskee vain ominaisuuksia, jotka voidaan periyttää kokonaan tai osittain. Perinnölliset ominaisuudet siirtyvät sukupolvelta toiselle geenien välityksellä. Ihmisen geenit sisältävät kaikki ominaisuudet, jotka hän perii vanhemmiltaan. Elämän sattumat eivät periydy. Lisäksi jokainen ihminen elää tietysti hieman erilaista elämää: se lisää eroja.

Minkä tahansa populaation organismien lisääntymismenestys vaihtelee.^p81 Evoluution näkökulmasta "lisääntymismenestyksellä" tarkoitetaan niiden jälkeläisten kokonaismäärää, jotka elävät lisääntyäkseen ja jättävät jälkeläisiä.

Peritty vaihtelu

Muutos voi vaikuttaa tuleviin sukupolviin vain, jos se periytyy. Gregor Mendelin työn ansiosta tiedämme, että suuri osa vaihtelusta periytyy. Mendelin "tekijöitä" kutsutaan nykyään geeneiksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että lähes jokainen sukupuolisesti lisääntyvän lajin yksilö on geneettisesti ainutlaatuinen. . ^p204

Geenimutaatiot lisäävät geneettistä vaihtelua. DNA ei aina lisäänny täsmällisesti. Harvinaisia muutoksia tapahtuu, ja nämä muutokset voivat periytyä. Monet DNA:n muutokset aiheuttavat vikoja; jotkut ovat neutraaleja tai jopa edullisia. Näin syntyy geneettistä vaihtelua, joka on evoluution siemenvilja. Sukupuolinen lisääntyminen, jossa kromosomit risteytyvät meioosin aikana, levittää vaihtelua populaatiossa. Muut tapahtumat, kuten luonnonvalinta ja ajelehtiminen, vähentävät vaihtelua. Luonnossa elävässä populaatiossa on siis aina vaihtelua, mutta yksityiskohdat muuttuvat jatkuvasti. . ^p90

Luonnonvalinta

Evoluutio toimii pääasiassa luonnonvalinnan avulla. Mitä tämä tarkoittaa? Ympäristöönsä parhaiten soveltuvat eläimet ja kasvit selviytyvät keskimäärin paremmin. Olemassaolosta käydään kamppailua. Ne, jotka selviytyvät, tuottavat seuraavan sukupolven. Heidän geeninsä periytyvät, ja niiden geenit, jotka eivät lisääntyneet, eivät periydy. Tämä on perusmekanismi, joka muuttaa populaatiota ja aiheuttaa evoluutiota.

Luonnonvalinta selittää, miksi elävät organismit muuttuvat ajan myötä niin, että niillä on nykyinen anatomia, toiminnot ja käyttäytyminen. Se toimii näin:

1. Kaikki elävät olennot ovat niin hedelmällisiä, että niiden populaatiokoko voi kasvaa nopeasti ikuisesti.
2. Näemme, että populaatioiden koko ei kasva tässä määrin. Useimmiten määrät pysyvät suunnilleen samoina.
3. Ruoka ja muut resurssit ovat rajalliset. Siksi ruoasta ja resursseista käydään kilpailua.
4. Yksikään yksilö ei ole samanlainen. Siksi niillä ei ole samanlaisia mahdollisuuksia elää ja lisääntyä.
5. Suuri osa tästä vaihtelusta voi olla perinnöllistä. Vanhemmat siirtävät tällaisia ominaisuuksia lapsille geeniensä kautta.
6. Seuraava sukupolvi voi syntyä vain niistä, jotka selviytyvät ja lisääntyvät. Monien sukupolvien jälkeen populaatiossa on enemmän hyödyllisiä geneettisiä eroja ja vähemmän haitallisia. Luonnonvalinta on oikeastaan eliminointiprosessi.^p117 Poistuminen johtuu yksilöiden ja niiden elinympäristön suhteellisesta sopivuudesta.

Valinta luonnollisissa populaatioissa

Luonnollisen valinnan on nyt todistettu tapahtuvan monissa tapauksissa luonnonvaraisissa populaatioissa. Lähes jokaisessa tutkitussa naamioinnin, matkimisen ja polymorfismin tapauksessa on havaittu voimakkaita valinnan vaikutuksia.

Valinnan voima voi olla paljon voimakkaampi kuin varhaiset populaatiogenetiikan tutkijat ajattelivat. Torjunta-aineiden vastustuskyky on kasvanut nopeasti. Vastustuskyky varfariinia vastaan kasvoi rotilla (Rattus norvegicus) nopeasti, koska eloonjääneet rotat muodostivat yhä suuremman osan populaatiosta. Tutkimus osoitti, että ilman varfariinia resistentti homotsygootti oli 54 prosenttia heikommassa asemassa kuin normaali villityyppinen homotsygootti.^p182 Tämä suuri haitta voitettiin nopeasti varfariiniresistenssin valinnalla.

Nisäkkäät eivät yleensä voi juoda maitoa aikuisena, mutta ihminen on poikkeus. Maitoa sulattaa laktaasientsyymi, joka sammuu, kun nisäkkäät lakkaavat saamasta maitoa äidiltään. Ihmisen kykyä juoda maitoa aikuisiällä tukee laktaasimutaatio, joka estää tämän sammumisen. Ihmispopulaatioissa on paljon tätä mutaatiota kaikkialla siellä, missä maito on tärkeä osa ruokavaliota. Luonnonvalinta edistää tämän "maidon sietokyvyn" leviämistä, koska se auttaa ihmisiä selviytymään siellä, missä maitoa on saatavilla. Geneettiset tutkimukset viittaavat siihen, että vanhimmat mutaatiot, jotka aiheuttavat laktaasin sietokyvyn, ovat saavuttaneet korkean tason ihmispopulaatioissa vasta viimeisten kymmenen tuhannen vuoden aikana. Tämän vuoksi laktaasin sietokyky mainitaan usein esimerkkinä ihmisen viimeaikaisesta evoluutiosta. Koska laktaasin pysyvyys on geneettinen ominaisuus, mutta karjankasvatus on kulttuurinen piirre, kyseessä on geenien ja kulttuurin yhteisevoluutio.

Sopeutuminen

Sopeutuminen on yksi biologian perusilmiöistä. Sopeutumisprosessin avulla eliö sopeutuu paremmin elinympäristöönsä.

Sopeutuminen on toinen niistä kahdesta pääprosessista, jotka selittävät biologiassa esiintyvien lajien monimuotoisuuden. Toinen on lajiutuminen (lajinjakautuminen tai kladogeneesi). Suosikkiesimerkki, jota nykyään käytetään sopeutumisen ja lajinmuodostuksen vuorovaikutuksen tutkimiseen, on Afrikan jokien ja järvien särkikalojen evoluutio.

Kun ihmiset puhuvat sopeutumisesta, he tarkoittavat usein jotakin, joka auttaa eläintä tai kasvia selviytymään. Yksi eläinten yleisimmistä sopeutumisista on silmän kehittyminen. Toinen esimerkki on hevosten hampaiden sopeutuminen ruohon jauhamiseen. Naamioituminen on toinen sopeutumiskeino, samoin matkiminen. Paremmin sopeutuneet eläimet jäävät todennäköisimmin henkiin ja lisääntyvät menestyksekkäästi (luonnonvalinta).

Sisäinen loinen (kuten toukka) on hyvä esimerkki: sen ruumiinrakenne on hyvin yksinkertainen, mutta silti organismi on hyvin sopeutunut erityiseen ympäristöönsä. Tästä nähdään, että sopeutuminen ei ole vain näkyvien ominaisuuksien asia: tällaisissa loisissa kriittiset sopeutumiset tapahtuvat elinkaaren aikana, joka on usein varsin monimutkainen.

Rajoitukset

Kaikki eliön ominaisuudet eivät ole sopeutumia.^p251 Sopeutumiset heijastavat yleensä lajin aiempaa elämää. Jos laji on hiljattain muuttanut elintapojaan, aikoinaan arvokas sopeutuminen voi muuttua hyödyttömäksi ja lopulta hupenevaksi jäänteeksi.

Sovitukset eivät koskaan ole täydellisiä. Kehon eri toimintojen ja rakenteiden välillä on aina kompromisseja. Elimistö kokonaisuutena elää ja lisääntyy, joten sopeutumisten kokonaisuus periytyy tuleville sukupolville.

Geneettinen ajautuminen ja sen vaikutus

Populaatioissa on voimia, jotka lisäävät vaihtelua populaatioon (kuten mutaatio), ja voimia, jotka poistavat sitä. Geneettinen ajelehtiminen on nimitys satunnaisille muutoksille, jotka poistavat vaihtelua populaatiosta. Geneettinen ajelehtiminen poistaa vaihtelua nopeudella 1/(2N), jossa N = populaation koko.^p29 Se on siis "hyvin heikko evoluutiovoima suurissa populaatioissa".^p55 .

Geneettinen ajelehtiminen selittää, miten satunnainen sattuma voi vaikuttaa evoluutioon yllättävän paljon, mutta vain silloin, kun populaatiot ovat melko pieniä. Kaiken kaikkiaan sen vaikutus on se, että yksilöt muuttuvat samankaltaisemmiksi keskenään ja siten alttiimmiksi sairauksille tai ympäristössä tapahtuville sattumanvaraisille tapahtumille.

1. Ajelehtiminen vähentää populaatioiden geneettistä vaihtelua, mikä saattaa heikentää populaation kykyä selviytyä uusista valikoivista paineista.
2. Geneettinen ajelehtiminen vaikuttaa nopeammin ja sillä on rajummat seuraukset pienemmissä populaatioissa. Pienet populaatiot kuolevat yleensä sukupuuttoon.
3. Geneettinen ajelehtiminen voi edistää lajinmuodostusta, jos pieni ryhmä selviytyy.
4. Pullonkaulatapahtumat: Kun suuri populaatio pienenee äkillisesti ja jyrkästi jonkin tapahtuman vuoksi, geneettinen monimuotoisuus vähenee hyvin paljon. Tartunnat ja äärimmäiset ilmastotapahtumat ovat yleisiä syitä. Toisinaan kilpailukykyisempien lajien hyökkäykset voivat olla tuhoisia.
    ♦ 1880/90-luvulla metsästys vähensi pohjoisen norsuhylkeen kannan vain noin 20 yksilöön. Vaikka populaatio on elpynyt, sen geneettinen vaihtelu on paljon vähäisempää kuin eteläisen norsuhylkeen.
   ♦ Gepardeilla on hyvin vähän vaihtelua. Uskomme, että laji on vähentynyt pieneen määrään jossakin lähiaikoina. Koska sillä ei ole geneettistä vaihtelua, se on vaarassa tartuntatautien vuoksi.
5. Perustajatapahtumat: Nämä tapahtumat ilmenevät, kun pieni ryhmä irtoaa suuremmasta populaatiosta. Pieni ryhmä elää sitten erillään pääpopulaatiosta. Ihmislajin kerrotaan usein käyneen läpi tällaisia vaiheita. Esimerkiksi silloin, kun ryhmät lähtivät Afrikasta ja asettuivat muualle (ks. ihmisen evoluutio). Ilmeisesti meillä on vähemmän vaihtelua kuin maailmanlaajuisen levinneisyytemme perusteella voisi olettaa.
    Myös kaukana mantereesta sijaitseville saarille saapuneet ryhmät ovat hyviä esimerkkejä. Nämä ryhmät eivät pienen kokonsa vuoksi voi kantaa mukanaan kaikkia kantapopulaatiossa esiintyviä alleeleja.

Laji

Lajien muodostuminen on tärkeä osa evoluutiobiologiaa. Darwin tulkitsi "evoluution" (sanaa hän ei aluksi käyttänyt) tarkoittavan lajinmuodostusta. Siksi hän nimesi kuuluisan kirjansa Lajien synty.

Darwin ajatteli, että useimmat lajit ovat syntyneet suoraan jo olemassa olevista lajeista. Tätä kutsutaan anageneesiksi: uudet lajit syntyvät vanhempien lajien muuttuessa. Nyt ajatellaan, että useimmat lajit syntyvät aikaisempien lajien jakautuessa: kladogeneesi.

Lajien jakaminen

Kaksi samalta alkavaa ryhmää voi myös muuttua hyvin erilaisiksi, jos ne asuvat eri paikoissa. Kun laji jakautuu kahteen maantieteelliseen alueeseen, käynnistyy prosessi. Kumpikin sopeutuu omaan tilanteeseensa. Jonkin ajan kuluttua toisen ryhmän yksilöt eivät enää voi lisääntyä toisen ryhmän kanssa. Yhdestä lajista on kehittynyt kaksi hyvää lajia.

Saksalainen tutkimusmatkailija Moritz Wagner tutki lentokyvyttömiä kovakuoriaisia kolmen Algeriassa 1830-luvulla viettämänsä vuoden aikana. Kukin laji on rajoittunut Atlasvuorilta Välimerelle laskevien jokien väliselle pohjoisrannikon osuudelle. Heti kun joki ylitetään, esiintyy eri laji, joka on tosin läheistä sukua. Hän kirjoitti myöhemmin:

"... [uusi] laji [syntyy] vain silloin, kun muutama yksilö [ylittää] levinneisyysalueensa rajat... uuden rodun muodostuminen ei koskaan onnistu... ilman, että siirtolaiset erottautuvat pitkään muista lajinsa jäsenistä".

Tämä oli varhainen selvitys maantieteellisen erillisyyden merkityksestä. Toinen biologi, joka piti maantieteellistä erottelua ratkaisevan tärkeänä, oli Ernst Mayr.

Yksi esimerkki luonnollisesta lajinmuodostuksesta on kolmipiikkinen keihäsuikku, merikala, joka viimeisen jääkauden jälkeen tunkeutui makeaan veteen ja perusti kolonioita eristettyihin järviin ja puroihin. Noin 10 000 sukupolven aikana keppisimpukat ovat osoittaneet suuria eroja, kuten evien vaihtelua, muutoksia luulevyjen määrässä tai koossa, vaihtelevaa leukarakennetta ja värieroja.

Australian wombatit jakautuvat kahteen pääryhmään, tavallisiin wombatteihin ja karvanaamawombatteihin. Nämä kaksi tyyppiä näyttävät hyvin samankaltaisilta, lukuun ottamatta niiden nenän karvaisuutta. Ne ovat kuitenkin sopeutuneet erilaisiin ympäristöihin. Tavalliset wombatit elävät metsäisillä alueilla ja syövät pääasiassa vihreää ruokaa, jossa on paljon kosteutta. Ne syövät usein päivällä. Karvanenäiset wombatit elävät kuumilla kuivilla tasangoilla, joilla ne syövät kuivaa ruohoa, jossa on hyvin vähän vettä tai ravintoa. Niiden aineenvaihdunta on hidasta, ja ne nukkuvat suurimman osan päivästä maan alla.

Kun kahdesta samasta ryhmästä, jotka aloittivat samanlaisina, tulee riittävän erilaisia, niistä tulee kaksi eri lajia. Evoluutioteoriaan kuuluu, että kaikki elävät olennot alkoivat samanlaisina, mutta jakautuivat sitten miljardien vuosien aikana eri ryhmiin.

 
Tämän perheen jäsenet ovat joissakin asioissa samanlaisia, toisissa taas erilaisia.  


Variaatio . Oikeanpuoleinen kukka on erivärinen.  


Klikkaa toimintoa varten Tässä simulaatiossa sininen "alleeli" kiinnittyy viidessä sukupolvessa.  


Kolmipiikkinen keihäsuikku (Gasterosteus aculeatus).  

Moderni evoluutiosynteesi

Tämä oli tärkeä liike evoluutiobiologiassa, joka alkoi 1930-luvulla ja päättyi 1950-luvulla. Sitä on siitä lähtien päivitetty säännöllisesti. Synteesi selittää, miten Charles Darwinin ajatukset sopivat yhteen Gregor Mendelin löytöjen kanssa, sillä hän selvitti, miten periytymme geeneissämme. Moderni synteesi toi Darwinin ajatuksen ajan tasalle. Se kuroi umpeen kuilun erityyppisten biologien - geneetikkojen, luonnontieteilijöiden ja paleontologien - välillä.

Kun evoluutioteoriaa kehitettiin, ei ollut selvää, että luonnonvalinta ja genetiikka toimivat yhdessä. Ronald Fisher kuitenkin osoitti, että luonnonvalinta toimii lajin muuttamiseksi. Sewall Wright selitti geneettisen ajelehtimisen vuonna 1931.

• Evoluutio ja genetiikka: Evoluutio voidaan selittää sen perusteella, mitä tiedämme genetiikasta, ja sen perusteella, mitä näemme luonnossa elävistä eläimistä ja kasveista.
• On tärkeää ajatella pikemminkin väestöinä kuin yksilöinä. Luonnollisissa populaatioissa esiintyvä geneettinen monimuotoisuus on keskeinen tekijä evoluutiossa.
• Evoluutio ja fossiilit: samat tekijät, jotka vaikuttavat nykyään, ovat vaikuttaneet myös menneisyydessä.
• Asteittaisuus: evoluutio on asteittaista ja tapahtuu yleensä pienin askelin. Tästä on joitakin poikkeuksia, kuten polyploidia, erityisesti kasveissa.
• Luonnonvalinta: eläinten ja kasvien kamppailu olemassaolosta luonnossa aiheuttaa luonnonvalintaa. Luonnonvalinnan voimakkuus luonnossa oli suurempi kuin jopa Darwin odotti.
• Geneettinen ajautuminen voi olla tärkeää pienissä populaatioissa.
• Evoluutionopeus voi vaihdella. Fossiileista on erittäin hyviä todisteita siitä, että eri ryhmät voivat kehittyä eri nopeudella ja että eläimen eri osat voivat kehittyä eri nopeudella.^{p292, 397}

 

Joitakin tutkimusalueita

Yhteiskehitys

Yhteisevoluutiolla tarkoitetaan sitä, että yhden lajin olemassaolo on tiukasti sidoksissa yhden tai useamman muun lajin elämään.

Yhdessä lajissa esiintyviä uusia tai "parannettuja" sopeutumismalleja seuraa usein vastaavien ominaisuuksien ilmaantuminen ja leviäminen muissa lajeissa. Elävien olentojen elämä ja kuolema on läheisessä yhteydessä paitsi fyysiseen ympäristöön myös muiden lajien elämään.

Nämä suhteet voivat jatkua miljoonia vuosia, kuten on tapahtunut hyönteisten suorittamassa kukkivien kasvien pölytyksessä. Fossiilisten kovakuoriaisten ja kärpästen suoliston sisältö, siipirakenteet ja suulakit viittaavat siihen, että ne ovat toimineet varhaisina pölyttäjinä. Kuoriaisten ja angiospermien välinen yhteys alemman liitukauden aikana johti angiospermien ja hyönteisten samansuuntaiseen säteilyyn myöhäisliitukaudella. Yläkreidekautisten kukkien nektaarien kehittyminen merkitsee hymenopteroiden ja angiospermaisten välisen vastavuoroisen toiminnan alkua.

Elämän puu

Charles Darwin oli ensimmäinen, joka käytti tätä metaforaa biologiassa. Evoluutiopuu osoittaa eri biologisten ryhmien väliset suhteet. Se sisältää tietoja DNA-, RNA- ja proteiinianalyyseistä. Evoluutiopuutyö on perinteisen vertailevan anatomian ja nykyaikaisen molekyylievoluutio- ja molekyylikellotutkimuksen tulosta.

Merkittävä henkilö tässä työssä on Carl Woese, joka määritteli elämän kolmannen alueen (tai valtakunnan), arkean. Alla on yksinkertaistettu versio nykyisestä käsityksestä.

Makroevoluutio

Makroevoluutio: lajitasoa suurempien muutosten ja niiden tapahtumisen tutkiminen. Tällaisen tutkimuksen perustana ovat fossiilit (paleontologia) ja muinaisten ympäristöjen rekonstruointi. Joitakin aiheita, joiden tutkimus kuuluu makroevoluution piiriin:

• Sopeutuva säteily, kuten Kambrian räjähdys.
• Biologisen monimuotoisuuden muutokset ajan myötä.
• Joukkosukupuutot.
• Lajistuminen ja sukupuutto.
• Keskustelu pistemäisen tasapainon ja asteittaisuuden välillä.
• Kehityksen rooli evoluution muotoutumisessa: heterokronia; hox-geenit.
• Pääluokkien alkuperä: kleidomuna; lintujen alkuperä.

Se on kätevä termi: useimmille biologeille se ei viittaa mihinkään muutokseen evoluutioprosessissa.^p87 Joidenkin paleontologien mielestä fossiilipöytäkirjoissa esiintyviä asioita ei voida selittää pelkästään asteittaisella evoluutiosynteesillä. He ovat vähemmistönä.

Altruismi ja ryhmävalinta

Altruismi - joidenkin ihmisten halu uhrata itsensä toisten puolesta - on laajalle levinnyt sosiaalisissa eläimissä. Kuten edellä on selitetty, seuraava sukupolvi voi syntyä vain niistä, jotka selviytyvät ja lisääntyvät. Jotkut biologit ovat ajatelleet, että tämä tarkoittaa, että altruismi ei voi kehittyä normaalin valintaprosessin avulla. Sen sijaan ehdotettiin prosessia, jota kutsutaan "ryhmävalinnaksi". Ryhmävalinnalla tarkoitetaan ajatusta, jonka mukaan alleelit voivat kiinnittyä tai levitä populaatiossa niiden ryhmille antamien hyötyjen vuoksi riippumatta alleelien vaikutuksesta ryhmän yksilöiden kuntoon.

Useiden vuosikymmenten ajan kritiikki epäili vakavasti ryhmävalintaa tärkeimpänä evoluutiomekanismina.

Yksinkertaisissa tapauksissa voidaan heti nähdä, että perinteinen valinta riittää. Jos esimerkiksi yksi sisarus uhraa itsensä kolmen sisaruksen puolesta, geneettinen taipumus tekoon lisääntyy. Tämä johtuu siitä, että sisarukset jakavat keskimäärin 50 prosenttia geneettisestä perinnöstään, ja uhrautuva teko on johtanut geenien suurempaan edustukseen seuraavassa sukupolvessa.

Altruismin katsotaan nykyään yleisesti syntyneen tavanomaisen valinnan tuloksena. Ernst Mayrin varoittava huomautus ja William Hamiltonin työ ovat molemmat tärkeitä tämän keskustelun kannalta.

Hamiltonin yhtälö

Hamiltonin yhtälö kuvaa, leviääkö altruistisen käyttäytymisen geeni populaatiossa. Geeni leviää, jos rxb on suurempi kuin c:

r b > c {\displaystyle rb>c\\ }

missä:

• c {\displaystyle c\ } on altruistin lisääntymiskustannukset,
• b {\displaystyle b\ } on altruistisen käyttäytymisen vastaanottajan lisääntymishyöty, ja
• r {\displaystyle r\ } on populaation keskiarvoa suurempi todennäköisyys, että yksilöt jakavat altruistisen geenin - "sukulaisuusaste".

Sukupuolinen lisääntyminen

Seksuaalinen lisääntyminen saattaa aluksi vaikuttaa olevan epäedullisessa asemassa suvuttomaan lisääntymiseen verrattuna. Ollakseen edullista seksuaalisen lisääntymisen (ristiinhedelmöitymisen) on voitettava kaksinkertainen haitta (lisääntymiseen tarvitaan kaksi ihmistä) sekä vaikeus löytää kumppani. Miksi sukupuoli on sitten niin lähes yleinen eukaryoottien keskuudessa? Tämä on yksi biologian vanhimmista kysymyksistä.

Vastaus on annettu jo Darwinin ajoista lähtien: koska seksuaaliset populaatiot sopeutuvat paremmin muuttuviin olosuhteisiin. Tuore laboratoriokoe viittaa siihen, että tämä on todellakin oikea selitys.

"Kun populaatioita risteytetään keskenään, tapahtuu geneettistä rekombinaatiota eri vanhempien genomien välillä. Näin hyödylliset mutaatiot voivat paeta alkuperäisen taustan haitallisia alleeleja ja yhdistyä toisiin hyödyllisiin alleeleihin, joita esiintyy muualla populaatiossa. Itsestään lisääntyvissä populaatioissa yksilöt ovat suurelta osin homotsygoottisia, eikä rekombinaatiolla ole vaikutusta".

Pääkokeessa sukkulamatot jaettiin kahteen ryhmään. Toinen ryhmä oli täysin outcrossing, toinen oli täysin selfing. Ryhmät altistettiin karulle maastolle ja altistettiin toistuvasti mutageenille. 50 sukupolven jälkeen itseristeytyvä populaatio osoitti huomattavaa kyvyn heikkenemistä (= selviytyminen), kun taas ulkoristeytyvässä populaatiossa ei havaittu mitään heikkenemistä. Tämä on yksi monista tutkimuksista, jotka osoittavat, että seksuaalisuudella on todellisia etuja muihin lisääntymistapoihin verrattuna.

 
Pölyttäjien pysyvyys : nämä kaksi samaan aikaan ja samassa paikassa toimivaa mehiläistä käyvät kumpikin vain yhden lajin kukissa: katso niiden korissa olevan siitepölyn väri.  

Mihin evoluutiota käytetään nykyään

Tärkeä toiminto on keinotekoinen valinta kesyttämistä varten. Tällöin ihmiset valitsevat eläinten ominaisuuksien perusteella, mistä eläimistä ne jalostetaan. Ihminen on käyttänyt tätä menetelmää tuhansia vuosia kasvien ja eläinten kesyttämiseen.

Viime aikoina on tullut mahdolliseksi käyttää geenitekniikkaa. Käytettävissä on nyt uusia tekniikoita, kuten "geenien kohdentaminen". Tarkoituksena on lisätä uusia geenejä tai poistaa vanhoja geenejä kasvin tai eläimen perimästä. Tästä työstä on jo myönnetty useita Nobel-palkintoja.

Evoluution tutkimisen todellinen tarkoitus on kuitenkin selittää ja auttaa ymmärtämään biologiaa. Loppujen lopuksi se on ensimmäinen hyvä selitys sille, miten elävät olennot ovat tulleet sellaisiksi kuin ne ovat. Se on suuri saavutus. Käytännön asiat tulevat lähinnä genetiikasta, Gregor Mendelin aloittamasta tieteestä, sekä molekyyli- ja solubiologiasta.

 

Evoluution jalokivet

Vuonna 2010 Nature-lehti valitsi 15 aihetta "evoluution helmiksi". Nämä olivat:

Fossiilien jalokivet

1. Valaiden maalla elävät esi-isät
2. Vedestä maalle (ks. tetrapodi)
3. Höyhenten alkuperä (ks. lintujen alkuperä).
4. Hampaiden evoluutiohistoria
5. Selkärankaisten luuston alkuperä

Elinympäristöjen jalokivet

1. Luonnonvalinta lajinmuodostuksessa
2. Luonnonvalinta liskoilla
3. Yhteissopeutuminen
4. Luonnonvaraisten lintujen erilainen leviäminen
5. Valikoiva selviytyminen luonnonvaraisilla guppeilla
6. Evoluutiohistorialla on merkitystä

Molekyyliprosessien jalokivet

1. Darwinin Galapagossaarten suomut
2. Mikroevoluutio kohtaa makroevoluution
3. Myrkkyjen vastustuskyky käärmeissä ja simpukoissa
4. Vaihtelu vs. vakaus

• Nature on vanhin tieteellinen viikkolehti. Linkki ladataan ilmaisena tekstitiedostona, jossa on viitteet. Tarkoituksena on saattaa tieto opettajien saataville.

 

Vastauksia evoluutio-ajatukseen

Evoluution tosiasioita koskevat keskustelut

Ajatus kaiken elämän kehittymisestä oli esitetty jo ennen kuin Charles Darwin julkaisi Lajien synty -kirjan. Vielä nykyäänkin jotkut ihmiset keskustelevat evoluution käsitteestä ja siitä, mitä se merkitsee heille, heidän filosofiaansa ja uskontoonsa. Evoluutio selittääkin joitakin asioita ihmisluonteestamme. Ihmiset puhuvat myös evoluution yhteiskunnallisista vaikutuksista, esimerkiksi sosiobiologiassa.

Jotkut ihmiset uskovat, että jumala loi elämän maapallolla. Sovittaakseen evoluution ajatuksen tähän uskoon ihmiset ovat käyttäneet sellaisia ajatuksia kuin ohjattu evoluutio tai teistinen evoluutio. Niiden mukaan evoluutio on todellista, mutta sitä ohjataan jollakin tavalla.

Teistisestä evoluutiosta on monia erilaisia käsityksiä. Monet kreationistit uskovat, että heidän uskontoonsa sisältyvä luomismyytti on ristiriidassa evoluution ajatuksen kanssa. Kuten Darwin oivalsi, evoluutioajattelun kiistanalaisin osa on se, mitä se tarkoittaa ihmisen alkuperän kannalta.

Joissakin maissa, erityisesti Yhdysvalloissa, on jännitteitä evoluution hyväksyvien ja sitä vastustavien ihmisten välillä. Keskustelua käydään lähinnä siitä, pitäisikö evoluutiota opettaa kouluissa ja millä tavalla.

Myöskään muut alat, kuten kosmologia ja maantiede, eivät vastaa monien uskonnollisten tekstien alkuperäisiä kirjoituksia. Myös näitä ajatuksia vastustettiin aikoinaan kiivaasti. Niitä, jotka kirjoittivat ajatusta vastaan, jonka mukaan maapallo oli maailmankaikkeuden keskus, uhattiin kuolemalla harhaoppisuuden vuoksi.

Evoluutiobiologia on uudempi ajatus. Tietyt uskonnolliset ryhmät vastustavat evoluutiota enemmän kuin muut uskonnolliset ryhmät. Esimerkiksi roomalaiskatolisella kirkolla on nyt seuraava kanta evoluutioon: Paavi Pius XII sanoi 1950-luvulla julkaistussa Humani Generis -sykliikassaan:

"Kirkko ei kiellä (...) tutkimuksia ja keskusteluja (...) evoluutio-opista, sikäli kuin niissä tutkitaan ihmiskehon alkuperää, joka on peräisin olemassaolon alkuvaiheessa olevasta ja elävästä aineesta", paavi Pius XII Humani Generis

Paavi Johannes Paavali II päivitti tätä kantaa vuonna 1996. Hän sanoi, että evoluutio on "enemmän kuin hypoteesi":

"Edeltäjäni Pius XII on jo [sanonut] enkyylissään Humani Generis, että evoluution ja ihmistä ja hänen kutsumustaan koskevan uskonopin välillä ei ole ristiriitaa. (...) Tänään, yli puoli vuosisataa (...) tuon enkliclican jälkeen, eräät uudet havainnot johtavat meidät siihen, että evoluutio tunnustetaan muuksi kuin hypoteesiksi. Itse asiassa on huomattavaa, että tällä teorialla on ollut asteittain suurempi vaikutus tutkijoiden henkeen, kun eri tieteenaloilla on tehty useita löytöjä", paavi Johannes Paavali II puhui paavilliselle tiedeakatemialle.

Anglikaaninen yhteisö ei myöskään vastusta evoluution tieteellistä selitystä.

Evoluution käyttäminen muihin tarkoituksiin

Monet evoluution hyväksyneistä eivät olleet kovin kiinnostuneita biologiasta. He olivat kiinnostuneita käyttämään teoriaa omien yhteiskuntaa koskevien ajatustensa tukena.

Rasismi

Jotkut ihmiset ovat yrittäneet käyttää evoluutiota rasismin tukena. Ihmiset, jotka halusivat perustella rasismia, väittivät, että tietyt ryhmät, kuten mustat ihmiset, olivat alempiarvoisia. Luonnossa jotkut eläimet selviytyvät paremmin kuin toiset, ja se johtaa siihen, että eläimet sopeutuvat paremmin olosuhteisiinsa. Eri puolilta maailmaa tulevien ihmisryhmien kohdalla evoluutio voi vain sanoa, että kukin ryhmä on todennäköisesti sopeutunut hyvin alkuperäiseen tilanteeseensa. Evoluutio ei tee arvioita paremmasta tai huonommasta. Se ei sano, että jokin ihmisryhmä olisi parempi kuin jokin toinen.

Eugeniikka

Eugeniikan ajatus oli varsin erilainen. Kaksi asiaa oli huomattu jo 1700-luvulla. Toinen oli maanviljelijöiden suuri menestys karjan ja viljelykasvien jalostuksessa. He tekivät tämän valitsemalla, mitkä eläimet tai kasvit tuottaisivat seuraavan sukupolven (keinotekoinen valinta). Toinen havainto oli, että alemman luokan ihmisillä oli enemmän lapsia kuin ylemmän luokan ihmisillä. Jos (ja se on suuri jos) ylemmät luokat olivat siellä ansioituneina, heidän lapsettomuutensa oli juuri päinvastainen kuin mitä pitäisi tapahtua. Alempien luokkien nopeampi lisääntyminen johtaisi yhteiskunnan huononemiseen.

Ajatusta ihmislajin parantamisesta valikoivalla jalostuksella kutsutaan eugeniikaksi. Nimen ehdotti Francis Galton, älykäs tiedemies, joka halusi tehdä hyvää. Hänen mukaansa ihmiskantaa (geenipoolia) pitäisi parantaa valikoivalla jalostuspolitiikalla. Tämä tarkoittaisi sitä, että ne, joita pidettiin "hyvänä kantana", saisivat palkkion, jos he lisääntyisivät. Toiset ihmiset kuitenkin ehdottivat, että "huonona kantana" pidetyt joutuisivat pakolliseen sterilisaatioon, raskaudenaikaiseen testaukseen ja syntyvyyden valvontaan. Saksan natsihallitus (1933-1945) käytti eugeniikkaa äärimmäisten rotupolitiikkansa verukkeena, ja sen tulokset olivat kauheat.

Galtonin ajatuksen ongelma on se, miten päättää, mitkä ominaisuudet valitaan. Ihmisillä voi olla niin paljon erilaisia taitoja, ettei voitaisi sopia, kuka on "hyvää ja kuka huonoa kalustoa". Pikemminkin päästiin yhteisymmärrykseen siitä, keitä ei pitäisi kasvattaa. Useat maat säätivät lakeja, joiden mukaan ei-toivotut ryhmät oli pakko steriloida. Useimmat näistä laeista annettiin vuosina 1900-1940. Toisen maailmansodan jälkeen natsien tekojen aiheuttama vastenmielisyys tukahdutti kaikki uudet eugeniikkayritykset.

Algoritmin suunnittelu

Jotkin yhtälöt voidaan ratkaista evoluutiota simuloivilla algoritmeilla. Evoluutioalgoritmit toimivat näin.

Sosiaalinen darwinismi

Toinen esimerkki evoluutiota koskevien ajatusten käyttämisestä sosiaalisen toiminnan tukemiseen on sosiaalidarwinismi. Sosiaalidarwinismilla tarkoitetaan 1800-luvun yhteiskuntafilosofi Herbert Spencerin ajatuksia. Spencer uskoi, että vahvimman selviytymistä voitaisiin ja pitäisi soveltaa kaupankäyntiin ja ihmisyhteisöihin kokonaisuudessaan.

Jälleen jotkut ihmiset käyttivät näitä ajatuksia väittäessään, että rasismi ja armoton talouspolitiikka olivat oikeutettuja. Nykyään useimmat biologit ja filosofit sanovat, että evoluutioteoriaa ei pitäisi soveltaa sosiaalipolitiikkaan.

Ristiriita

Jotkut ihmiset ovat eri mieltä evoluution ajatuksesta. He ovat eri mieltä siitä monista syistä. Useimmiten näihin syihin vaikuttavat tai ne perustuvat heidän uskonnollisiin vakaumuksiinsa tieteen sijasta. Ihmiset, jotka eivät hyväksy evoluutiota, uskovat yleensä kreationismiin tai älykkääseen suunnitteluun.

Tästä huolimatta evoluutio on yksi tieteen menestyneimmistä teorioista. Ihmiset ovat havainneet sen olevan hyödyllinen erilaisissa tutkimuksissa. Mikään muista ehdotuksista ei selitä asioita, kuten fossiilirekistereitä, yhtä hyvin. Lähes kaikkien tutkijoiden mielestä evoluutio ei siis ole kyseenalainen.

 
Darwinismin tullessa hyväksytyksi 1870-luvulla Charles Darwinin karikatyyrit apinan vartalolla symboloivat evoluutiota.  

Aiheeseen liittyvät sivut

• Evoluutiobiologia
• Koevoluutio
• Ihmisen evoluutio
• Sopeutuminen
• Luonnonvalinta