Luonnonvalinta ohjaa evoluutiota

Luonnonvalinta on yksi osatekijä, joka vaikuttaa populaation perimään. Luonnonvalinnalla tarkoitetaan populaatioiden sisällä menestyvien yksilöiden kyseisen hetken ympäristöön ja sen aiheuttamiin olosuhteisiin sopeutuvia ominaisuuksia. Luonnonvalinta pystyy vaikuttamaan pikkuhiljaa geenien lukusuhteisiin populaatioissa, koska suurin osa eliön omista ominaisuuksista periytyy seuraaville sukupolville. Luonnonvalinta suosii geenejä, jotka lisäävät yksilön kelpoisuutta eli fitnessiä. Parhaiten siis selviytyy lisääntymiseen asti sellaiset eliöt, jotka ovat kaikkein kelvollisimpia ympäristöön nähden.

Uusi käsite, jonka otan tässä yhteydessä on teollisuusmelanismi. Sillä tarkoitetaan teollisuuden aiheuttamaa muuntumista, esimerkkeinä toimivat perhoset, joiden ulkonäkö (ennen kaikkea väri) muuntuu ympäristöön soveltuvammaksi. Tästä esimerkkinä on laji nimeltään koivumittari, jonka värimuotojen muutokset havaittiin kauan sitten Keski-Englannin teollisuusseuduilla.

Mitkä alla olevista väittämistä sopivat 1. tasapainottavaan, 2. suuntaavaan ja 3. hajottavaan valintaan?

a. Vaikuttaa geenien lukusuhteisiin populaatiossa. Laittaisin tämän väitteen vaihtoehtoon 1, koska  geenimuuntelun avulla voitaisiin saada paras yksilö, joka selviäisi hengissä kyseisessä olosuhteessa.
b. Lisää muuntelua populaatiossa. Oikeastaan tämä väite kuuluisi vaihtoehtoon 3, koska luonnonvalinta valitsee ympäristöön soveltuvimmat lajit ja näin ollen lisää muuntelua. 
c. Johtuu populaation yksilöiden välisestä kilpailusta. Tämän väitteen lajittelisin vaihtoehtoon 1, koska kilpailusta johtuen parhaimmat yksilöt säilyvät hengissä ja huonommin sopeutuneet yksilöt joutuvat helpommin saaliiksi, kuin paremmat.
d. Suosii keskivertoyksilöitä populaatiossa. Tämä kuuluu selvästi vaihtoehtoon 1, koska tasapainottava nimensä mukaisesti pitää huolen esim. yksilöiden väreistä, jotta ei tule kumpaakaan ääripäätä.
e. Suosii kelpoisimpia yksilöitä populaatiossa. Tämä laittaisin vaihtoehtoon 3, koska väittämän mukaan eliöt ovat jakautuneet ympäristöön paremmin käyviksi ja luonnonvalinta poimii kelpoisimmat yksilöt. 
f. Voi jakaa alkuperäisen populaation osapopulaatioiksi. Tämä kuuluu vaihtoehtoon 3, koska hajottava valinta voi jakaa saman lajin pienempiin osapopulaatioihin, ympäristön olosuhteiden mukaan. 
g. Suosii muuttuneisiin olosuhteisiin parhaiten sopeutuneita, aikaisemmin harvalukuisia yksilöitä. Tämän väitteen laittaisin vaihtoehtoon 2, koska kyseessä on ilmiselvästi suuntaava valinta perusteella että: suuntaava valinta suosii ympäristön kannalta parhaimmin selviytyviä yksilöitä.

Näiden asioiden pohjalta on helpompi ymmärtää, miksi jotkut eivät haluaisi teollisuuden lisääntyvän tai miten eliöt ovat selviytyneet aikaisemmilta luonnonkatastrofeilta.

Muuntelu on evoluution edellytys

Samanlajin yksilöt poikkeavat toisistaan yleensä rakenteeltaan, elintoiminnoiltaan ja käyttäytymiseltään. Nämä poikkeukset johtuvat erilaisista geneettisistä muutoksista lajin sisällä.
Tätä geneettisestä muuntumisesta kutsutaan lajin sisäiseksi muunteluksi.
Muuntelu auttaa lajeja selviytymään ja sopeutumaan erilaisiin ympäristön muutoksiin, kuten esimerkiksi tulivuorien purkauksiin.

Pitää kumminkin muistaa että ympäristön aiheuttama muuntelu ei periydy. Ympäristön aiheuttamaa muuntelua kutsutaan muovautumismuunteluksi. Muovautumismuuntelukyvyn avulla eläimet ja muut eliöt sopeutuvat omaan ympäristöönsä, selviytyäkseen erilaisissa olosuhteissa esimerkiksi kuivilla ja kosteilla alueilla elävät eliöt eivät selviytyisi toistensa ympäristöissä ilman muovautumismuuntelukykyä.  Muovautumismuuntelu antaa lajille aikaa sopeutua tulevaan ympäristöön,

Mutaatiossa geenit tai kromosomien tietyt osat tai kromosomien lukumäärät muuntuvat toisenlaisiksi. Evoluution kannalta tärkein mutaatiotyyppi on geenimutaatio, jossa yksilön ominaisuuksiin liittyvä geeni muuntuu toisenlaiseksi. Näitä poikkeuksellisia muotoja kutsutaan alleeleiksi. Tosin suurinosa geenimutaatioista ovat ns. neutraaleja mutaatioita, eli niillä ei ole vaikutusta yksilön ominaisuuksiin.

a) Mitä mutaatioissa tapahtuu? - Mutaatioissa siis yksilön ominaisuudet muuntuvat tuleville sukupolville ympräistöön paremmin kelpaaviksi.

b) Miksi mutaatioiden aiheuttama muuntelu on tärkeää evoluutiolle? - Eliöiden elinympäristöt ovat jatkuvasti muutostilassa, lajin säilymisen kannalta muuntelu on erittäin tärkeää evoluutiolle, esimerkiksi jos ilmasto lämpenee edelleen niin ei ole järkevää kasvattaa kauheeta talviturkkia turhaan ja eliön kannattaa muuntua lämpimämpään ilmastoon sopivammaksi.

c) Milloin mutaatiot ovat ainoa perinnöllistä muuntelua aiheuttava tekijä? - Silloin kun eliö lisääntyy suvuttomasti, eliöt ovat emoeliön klooneja, jos ympäristön muuntelua ei tapahdu.

Tärkein oppimani asia tästä aiheesta oli mutaatioiden tärkeys. Mutaatioita tarvitaan, jotta elämä voisi jatkua maapallolla, olosuhteista riippumatta.

Elämän monimuotoisuus ilmenee kolmella tasolla

Mitä monimuotoisuus tarkoittaa? Monimuotoisuudella tarkoitetaan eläman erilaisuutta. Elämän monimuotoisuudesta käytetään joskus termiä biodiversiteetti, joka tulee kreikan kielen sanasta bio ja latinan kielen sanasta diversus. Biologisen evoluution aikana eliöt ovat sopeutuneet erilaisiin ympäristöihin, mutta kaikkiin eliölajeihin kuuluu erilaisia yksilöitä, jotka poikkeavat toisistaan perintötekijöiden ja ominaisuuksien perusteella. Yksikään eliö ei ole täysin samanlainen kuin toinen.

Elämän monimuotoisuudella on kolme erilaista tasoa:

1. Ekosysteemien monimuotoisuus on tasoista laajin. Ekosysteemillä tarkoitetaan yhtenäisellä alueella elävien eliöiden välisiä vuorovaikutussuhteita ja niiden muodostamaa toiminnallista kokonaisuutta. Kaikkien ekosysteemien ympäristöolosuhteet ja eliöt muuttuvat ajan mukaan.
2. Lajien monimuotoisuudella tarkoitetaan erilaisissa olosuhteissa elävien lajien määrää ja yksilörunsautta. Puhuttaessa luonnon monimuotoisuudesta tarkoitetaan yleensä lajien monimuotoisuutta.
3. Lajin sisäinen monimuotoisuus eli geneettinen monimuotoisuus, jolla tarkoitetaan saman lajin yksilöiden välisiä eroja, joiden taustalla ovat perintötekijät eli geenit. Lajin sisäinen monimuotoisuus (= muuntelu) lisää eliöiden sopeutumiskykyä tehtyjen tutkimusten perusteella. Muuntelu mahdollistaa pitemillä aikaväleillä evoluution eli lajin kehityksen ja uusien lajien synnyn.

Aiheesta opin että ihmisten on helpompi selviytyä muuntelun avulla esimerkiksi ympäristökatastofeista. Kuinka kauan aikaa kuluu yhden eliön mutantoitumiseen, noin keskimäärin (numeerisesti esitettynä)? Kysymykseen en löytänyt vastausta netistä.

Mistä monimuotoisuuden tasosta on kyse seuraavissa esimerkkilauseissa?

a) Puluparven yksilöt ovat keskenään erinäköisiä: Väitän että ulkonäköasiat liittyvät lajin sisäiseen monimuotoisuuteen, koska sillä tasolla tutkitaan yksilöiden välisiä eroja. Ulkonäköön vaikuttaa perintötekijät, joten tämän vuoksi sijoittaisin tämän lauseen lajin sisäiseen monimuotoisuuteen.
b) Suomalaisen havumetsän kenttäkerroksen lajeja ovat puolukka, kanerva, metsälauha ja kultapiisku. Tämän lauseen sijoittaisin ekosysteemin monimuotoisuuteen, koska tässä kuvaillaan tietyllä alueella (Havumetsän kenttäkerroksessa) olevia lajeja. 
c) Suolammen ahvenet ovat pienikokoisia ja mustanpuhuvia, kirkkaanveden ahvenet vaaleampia. Tämä lause kuuluu lajien monimuotoisuuteen, koska tässä kerrotaan erilaisissa olosuhteissa elävien lajien koosta ja väreistä. 
d) Taigalla eli pohjoisella havunmetsävyöhykkeellä on havumetsää, soita, järviä ja lehtimetsää. Tämä kuuluu ekosysteemien monimuotoisuuteen, koska tässä mainitaan tietty alue, joka voisi toimia ekosysteeminä (Taiga) ja nämä luonnon elementit muodostavat yhdessä toiminnallisen kokonaisuuden. 

Eliömaailman luokittelu jäsentää elämän monimuotoisuutta

Tunnilla ilmeistyi jälleen uusi käsite, taksonomia: biologian tietty osa-alue, jossa perhedytään eliöiden kuvaamiseen, nimeämiseen ja luokitteluun.

Eliömaailma voidaan jakaa kuuteen kuntaan: arkkeihin, bakteereihin, alkueliöihin eli protoktisteihin, kasveihin, sieniin ja (yllätys yllätys) eläimiin. Virukset on jätetty eliökunnan sukupuun ulkopuolelle, koska niillähän ei ole oikein selvää solurakennetta, sekä ne eivät pysty lisääntymän itsenäisesti, eli ne tarvitsevat jonkin elollisen olion ja sopivan ympäristön lisääntyäkseen.

Hieman eliökunnan osa-alueista: 

• Arkit ovat esitumallisia ja ne ovat todellisia selviytyjiä, koska ne selviytyvät erittäin hyisissä olosuhteissa. Muistuttavat hyvin paljon bakteereja, mutta arkit ovat yksinkertaisempia kuin bakteerit.

• Bakteerit ovat esitumallisia arkkien tapaan, mutta bakteerit ovat monimutkaisempia kuin arkit. Bakteerit toimivat luonnossa hajottajina, joten niillä on siis erittäin suuri merkitys aineenvaihdunnan kannalta.

• Alkueliöt. Tähän ryhmään kuuluu hyvin monenlaisia eliöitä. Tähän kuuluvat kaikki muut eliöt, jotka eivät ole esitumallisia, kasveja, varsinaisia sieniä tai eläimiä. Alkuelöiden luokitus muuntuu tälläkin hetkellä.

• Kasvit. Tähän monirikaaseen ryhmään kuuluvat sammalet, sainikkaiset ja siemenkasvit. Kaikille kasveille yhteistä on se että ne pystyvät yhteyttämään. Yhteyttämisreaktio tapahtuu kasveilla viherhiukkasissa, joita ei löydy muilta eliökunnan osa-alueilta.

• Sienet hankkivat ravintonsa omalla rihmastollaan, jonka kautta sieni hankkii ravintonsa. Suotuisissa olosuhteissa sieni tuottaa itiöemän, jonka avulla sieni lisääntyy suvuttomasti.

• Eläimet ovat toisenvaraisia eli ne eivät voi yhteyttää ja eläinsoluilla ei ole soluseinää. Eläinten elintoimintoja säätelee hormonien lisäksi hermosto. Eläimet saavat tietoa ympärillä olevista asioista erilaisten aistien avulla.

Virukset eivät kuulu luokitteluun, koska niillä ei ole varsinaista solurakennetta eikä omaa aineenvaihduntaa. Virukset eivät voi lisääntyä ilman elävää olentoa ympärillään.

Millä tavalla seuraavat eliökunnat eroavat toisistaan?

a) kasvit ja sienet: kasvit pystyvät yhteyttämään, mutta sienet eivät. Sienien ja kasvien rakenteessa on myös eroja: sienillä ei ole juuria niin kuin kasveilla on, sienillä ei ole vartta vaan jalka ja sienillä ei ole lehtiä kun taas kasveilla on. 

b) Bakteerit ja alkueliöt: alkueliöt ovat tummallisia, mutta bakteerit eivät. Bakteerit voivat selviytyä hengissä epäedullisissa olosuhteissa, mutta alkueliöt eivät pysty.

c) Eläimet ja kasvit: Eläimet lisääntyvät aina suvullisesti, mutta kasvit voivat lisääntyä myös suvuttomasti. Kasvit pystyvät edelleen fotosynteesiin, mutta eläimet eivät.

d) Arkit ja eläimet: Arkit ovat tumattomia, mutta eläimet ovat tumallisia. Arkit pystyvät selviytymään sellaisissakin olosuhteissa, joissa eläimet eivät. Arkit ovat pienempiä eliöitä kuin eläimet. 

2000-luku - biologian aikakausi

Yksi juttu, jonka opin kyseisestä aiheesta oli vastaus kysymykseen: Miten biologiaa tutkitaan tieteellisesti? Biologisissa tutkimuksissa hyödynnettään ja tarvitaan eri alojen tietoja. Esimerkkinä aivotutkimus, jossa hyödynnetään tietoja  biologian, kemian, fysiikan ja psykologian alalta, jos jokin ala puuttuisi, olisiko juuri kyseisen alan tietoa tarvittu tutkimuksessa... 

Tieteellisissä tutkimuksissa tarvitaan tiedon lisäksi luovuutta ja uutteruutta. Koska tutkimus noudattaa tiettyjä sääntöjä (joiden avulla tutkijat voivat toistaa ja varmentaa kokeen tuloksen), juuri siksi tutkija tarvitsee avointa mieltä, luovuutta ja mielikuvitusta.

Biologian tutkimukset alkavat havaintojen teolla, jonka jälkeen yhdistetään havainnot olemassa olevan tietoon, jonka jälkeen muodostetaan hypoteesi. Hypoteesin eli olettamuksen jälkeen suunnitellaan miten tutkimus toteutetaan. Kun suunnitelma on tehty, ryhdytään keräämään tietoa. Kun tietoa on kerätty tarpeeksi tieto käsitellään ja todetaan onko tulos edes mahdollinen. Sitten se tulosta verrataan tehtyyn hypoteesiin, josta tehdään johtopäätös jolloin hypoteesi hyväksytään tai hylätään. Jonka jälkeen saatu tutkimustulos julkaistaan.  

Tunnilla nousi esiin tällainen käsite kuin molekyylibiologia, joka on siis biologian osa-alue jossa tutkitaan asioita molekyylitasolla eli erittäin (mikroskooppisen) pienellä tasolla. Kyseisen osa-alueen tietoja sovelletaan bioteknologiassa, jonka yksi tärkeä osa-alue on geeniteknologia eli perintöaineksen keinotekoinen muokkaus ja siirtäminen. Nämä muun muassa olivat uusia käsitteitä minulle, tosin olen joskus kuullut jossain geeniteknologiasta.

Ihminen hyödyntää myös biologian havaintoja ja tutkimustuloksia, tässä muutama esimerkki:

- Monilla eläimillä on ympäristöön sopiva suojaväri. Ihminen hyödyntää tätä tietoa eläinten käyttäytymisessä. Esim. Metsästäjät hyödyntävät tietoa talvella, kun etsivät jäniksiä, kun niillähän on suojaväri talvisin.
- Vedessä pystyy liikkumaan parhaiten, kun on muodoltaan virtaviivainen. Tätä tietoa hyödynnetään kaikissa valtamerialuksissa ja pienememmissä veneissä. Tämän tiedon avulla säästetään energiaa, koska energiaa ei tarvitse kuluttaa veden vastukseen.
- Jokaisella ihmisellä on erilainen DNA. Tietoa voidaan hyödyntää keinotekoisten solujen valmistamisessa ja tutkimisessa, muun muassa miten jokin tietty virus tai bakteeri käyttäytyy erilaisissa perintötekijöissä ja muuntaako tietty virus tai bakteeri kyseistä DNA:ta.
- Monet pieneliöt pystyvät hajottamaan jätteitä. Kyseistä tietoa voidaan hyödyntää ympäristöhaittojen pienentämiseksi, kun pieneliöt hajottavat jätteitä, jätteiden määrä tietenkin vähenee ja ympäristön kuormittuminen pienenee. 
- Ksylitoli vähentää hampaiden reikiintymistä. Tämän tiedon avulla voidaan ehkäistä hampaiden reikiintymistä, joka vähentää turhia henkilökohtaisia kuluja ja terveydenhuollon kuluja. Ihmisen siis kannattaa syödä esimerkiksi 100% ksylitolipurukumia, koska hammashoitokustannukset pienenevät.
- Lepakot ja monet vesieläimet käyttävät suunnistaessaan apuna kaikuluotausta. Tutkijat hyödyntävät näitä tietoja tutkiessaan kyseisten eläinten käyttäytymistä ja elämää. Ihminenkin voisi hyödyntää kaikuluotausta liikkuessaan merellä, ettei onnettomuuksia sattuisi niin helposti. 

http://www02.oph.fi/etalukio/biologia/kurssi1/kuvat/vaiheet.png

Mitä elämä on?

Ensimmäisten tuntien jälkeen ajattelin, ettei tämä täysin kamalaa ole, eikä biologia ole pelkää kasvien tutkimista vaan se tutkii myös ympäristöä laajemmin. Ja tässä käsityksessä olen pysynyt.

Tärkeimpiä oppimiani asioita ensimmäisestä kappaleesta oli vastaus kysymykseen mistä elämän tunnistaa? 

Elämän tunnistamiseen tarvittavia asioita ovat: solurakenne, aineenvaihdunta, perinnöllisyys, lisääntyminen, kasvu, sopeutuvuus, ärtyvyys, itsesäätelykyky, kuolema ja yksilöllisyys (elinkaari: syntymä, kasvu, kuolema). Jos jokin puuttuisi, elämää ei kenties voisi luokitella edes elämäksi.

Elämiseen tarvitaan myös vettä, jotta elämää voisi olla. Veden lisäksi siihen tarvitaan myös valoa ja lämpösäteilyä. Liian kylmässä ihminenkään ei voi elää, eikä myöskään liian lämpimässä.

Elämään liittyy myös paljon käsitteitä. Tässä luettelo niistä pienimmästä suurimpaan: atomi, makromolekyyli, molekyyli, soluelin, solu, kudos, elin, elimistö, eliö, populaatio, eliöyhteisö, ekosysteemi ja biosfääri.

Uusi käsite on biosfääri, joka tarkoittaa siis tiettyä osaa, jolla elämä on mahdollista.

(https://peda.net/oppimateriaalit/e-oppi/ylakoulu/biologia/metsien-biologia/

4mktmte/kuvamappi2/kuvamappi/kr:file/download/

ef3422105f12a54a044ddaecc45786c5541f972e/

BI2_kasvisoluA_slatti_eoppi_1525.png )

Mieleeni tuli myös kysymys kyseisestä asiasta: "Onko ulkoavaruudessa varmuudella elämää, muualla kuin maapallolla?"
- Tähän kysymykseen voi vastata sekä kyllä että ei, koska ulkoavaruudessa on erittäin todennäköisesti useita samankaltaisia planeettoja kuin maa, joilla elämä olisi mahdollista, mutta sitä ei voi varmuudella sanoa että siellä olisi elämää tai siellä ei olisi elämää.