7. Luonnonvalinta
Luvun sisältö
7. Johdanto
Miljoonakala on akvaariokalana tunnettu, Etelä- ja Väli-Amerikasta peräisin oleva parvikala. Koirailla on yleensä suuri ja värikäs pyrstö. Naaraat valitsevat parittelukumppaniksi usein mahdollisimman värikkään ja isopyrstöisen koiraan. Luonnonvalinta on siis suosinut koiraiden näyttävää ulkoasua.
Miljoonakalakoiraat eivät kuitenkaan ole kaikkialla yhtä näyttävän näköisiä. Trinidadin saarella on populaatioita, joiden koiraiden väritys on hyvin vaatimaton. Huomiota herättämättömiä koiraita esiintyy etenkin vesissä, joissa on paljon petokaloja. Tämän perusteella on päätelty, että huomaamattomilla koirasyksilöillä on parempi kelpoisuus, jos vesistössä on paljon petokaloja. Luonnonvalinta suosii siis tässä tapauksessa vähemmän näyttäviä koiraita. Petokalat eivät huomaa tällaisia koiraskaloja yhtä hyvin kuin kirkkaita ja näyttäviä yksilöitä.
Miljoonakalakoiraat eivät kuitenkaan ole kaikkialla yhtä näyttävän näköisiä. Trinidadin saarella on populaatioita, joiden koiraiden väritys on hyvin vaatimaton. Huomiota herättämättömiä koiraita esiintyy etenkin vesissä, joissa on paljon petokaloja. Tämän perusteella on päätelty, että huomaamattomilla koirasyksilöillä on parempi kelpoisuus, jos vesistössä on paljon petokaloja. Luonnonvalinta suosii siis tässä tapauksessa vähemmän näyttäviä koiraita. Petokalat eivät huomaa tällaisia koiraskaloja yhtä hyvin kuin kirkkaita ja näyttäviä yksilöitä.
7.1 Luonnonvalinta vaikuttaa populaation ominaisuuksiin
Populaatiossa yksilöiden välillä on perinnöllistä muuntelua. Jotkin geenin alleelit saavat aikaan ominaisuuksia, jotka ovat hyödyllisiä tietyissä ympäristöolosuhteissa. Jos yksilöllä on paljon tällaisia hyödyllisiä ominaisuuksia tuottavia alleeleja, se selviää hengissä ja pystyy lisääntymään tehokkaimmin eli sen kelpoisuus (fitness) on parempi kuin muiden populaation yksilöiden.
Luonnonvalinnan ajatus on se, että kelpoisimmat yksilöt jäävät henkiin ja saavat siksi jälkeläisiä. Luonnonvalinta siis ”valitsee” kelpoisimmat yksilöt, jotka pääsevät lisääntymään muita lajitovereitaan enemmän. Kelpoisimpien yksilöiden geenit eli perintötekijät siirtyvät niiden jälkeläisiin, ja näiden geenien aiheuttamat ominaisuudet yleistyvät populaatiossa vähitellen sukupolvi sukupolvelta.
Luonnonvalinnan seurauksena lajin populaatio sopeutuu yhä paremmin ympäristöönsä monien pienten geneettisten muutosten takia. Näin luonnonvalinta vaikuttaa alleelien lukusuhteisiin populaatiossa. Populaation yksilöt voivat kehittyä esivanhempiinsa verrattuna erilaisiksi.
Luonnonvalinnassa vain perinnölliset ominaisuudet periytyvät sukupolvelta toiselle. Ympäristöolosuhteiden aikaansaamat muutokset eivät siis näy seuraavissa sukupolvissa.
Luonnonvalinta karsii: heikoimmat yksilöt eivät pysty lisääntymään lainkaan tai saavat muita vähemmän jälkeläisiä. Miksi juuri tuo seepra on joutunut petoeläinten saaliiksi? Millaiset korppikotkat saavat eniten ruokaa haaskasta?
Opetus.tv: Luonnonvalinnan mekanismi
Luonnonvalinnan ajatus on se, että kelpoisimmat yksilöt jäävät henkiin ja saavat siksi jälkeläisiä. Luonnonvalinta siis ”valitsee” kelpoisimmat yksilöt, jotka pääsevät lisääntymään muita lajitovereitaan enemmän. Kelpoisimpien yksilöiden geenit eli perintötekijät siirtyvät niiden jälkeläisiin, ja näiden geenien aiheuttamat ominaisuudet yleistyvät populaatiossa vähitellen sukupolvi sukupolvelta.
Luonnonvalinnan seurauksena lajin populaatio sopeutuu yhä paremmin ympäristöönsä monien pienten geneettisten muutosten takia. Näin luonnonvalinta vaikuttaa alleelien lukusuhteisiin populaatiossa. Populaation yksilöt voivat kehittyä esivanhempiinsa verrattuna erilaisiksi.
Luonnonvalinnassa vain perinnölliset ominaisuudet periytyvät sukupolvelta toiselle. Ympäristöolosuhteiden aikaansaamat muutokset eivät siis näy seuraavissa sukupolvissa.
Luonnonvalinta karsii: heikoimmat yksilöt eivät pysty lisääntymään lainkaan tai saavat muita vähemmän jälkeläisiä. Miksi juuri tuo seepra on joutunut petoeläinten saaliiksi? Millaiset korppikotkat saavat eniten ruokaa haaskasta?
Opetus.tv: Luonnonvalinnan mekanismi 7.2 Luonnonvalinta kohdistuu yleensä yksilöön
Monet eri ominaisuudet vaikuttavat yhdessä yksilön kelpoisuuden muodostumiseen. Yksilön eri geenien alleelit saavat aikaan yksilölle ilmiasun eli fenotyypin. Luonnonvalinta kohdistuu yleensä yksilön fenotyyppiin eli yksilön ilmiasu on se asia, joka parantaa tai heikentää yksilön kelpoisuutta.
Yksilön ominaisuudet myös vaikuttavat toisiinsa, sillä jonkin ominaisuuden saaminen voi sulkea pois toisen ominaisuuden. Lohilla nuorempana lisääntyminen vähentää riskiä joutua isomman kalan saaliiksi. Toisaalta vanhempi, isompikokoinen kala lisääntyy paremmin, jos selviää elossa kudulle asti. Tällöin puhutaan, että ominaisuuksien välillä on ristiriesa (eng. trade-off). Usein luonnonvalinnan avulla eliöt saavuttavat jonkinlaisen optimin eri vaihtoehtojen välillä.
Luonnonvalinta voi myös kohdistua yksilön sukulaisiin. Muurahaistyöläiset ovat lisääntymiskyvyttömiä, joten ne eivät voi saada omia jälkeläisiä. Tämän vuoksi niiden kelpoisuus on nolla. Jos muurahaistyöläiset auttavat lähisukulaistensa, usein äitinsä lisääntymismenestyksessä, ne voivat kuitenkin saada epäsuoraa kelpoisuutta. Koska muurahaistyöläinen jakaa äitinsä kanssa keskimäärin puolet geeneistään, se saa epäsuoraa hyötyä äitinsä jälkeläisten hoitamisesta.
Luonnonvalinta voi näin suosia epäitsekästä käyttäytymistä eli altruismia. Muurahaisten tapauksessa on altruistista jättää itse lisääntymättä, jotta voi hoitaa sukulaisen jälkeläisiä. Ilmiö on vahvimmillaan yhteiskuntahyönteisissä. Altruismia esiintyy myös joillakin lintulajeilla, jolloin nuoret yksilöt auttavat emoaan ruokkimaan seuraavaa pesyettä. Altruismilla tarkoitetaan siis käyttäytymismallia, joka lisää toisen yksilön menestymistä altruistisen yksilön kustannuksella.
Simpanssit poistavat loisia toisiltaan – tässä tapauksessa kyseessä on vastavuoroinen altruismi.
Yksilön ominaisuudet myös vaikuttavat toisiinsa, sillä jonkin ominaisuuden saaminen voi sulkea pois toisen ominaisuuden. Lohilla nuorempana lisääntyminen vähentää riskiä joutua isomman kalan saaliiksi. Toisaalta vanhempi, isompikokoinen kala lisääntyy paremmin, jos selviää elossa kudulle asti. Tällöin puhutaan, että ominaisuuksien välillä on ristiriesa (eng. trade-off). Usein luonnonvalinnan avulla eliöt saavuttavat jonkinlaisen optimin eri vaihtoehtojen välillä.
Luonnonvalinta voi myös kohdistua yksilön sukulaisiin. Muurahaistyöläiset ovat lisääntymiskyvyttömiä, joten ne eivät voi saada omia jälkeläisiä. Tämän vuoksi niiden kelpoisuus on nolla. Jos muurahaistyöläiset auttavat lähisukulaistensa, usein äitinsä lisääntymismenestyksessä, ne voivat kuitenkin saada epäsuoraa kelpoisuutta. Koska muurahaistyöläinen jakaa äitinsä kanssa keskimäärin puolet geeneistään, se saa epäsuoraa hyötyä äitinsä jälkeläisten hoitamisesta.
Luonnonvalinta voi näin suosia epäitsekästä käyttäytymistä eli altruismia. Muurahaisten tapauksessa on altruistista jättää itse lisääntymättä, jotta voi hoitaa sukulaisen jälkeläisiä. Ilmiö on vahvimmillaan yhteiskuntahyönteisissä. Altruismia esiintyy myös joillakin lintulajeilla, jolloin nuoret yksilöt auttavat emoaan ruokkimaan seuraavaa pesyettä. Altruismilla tarkoitetaan siis käyttäytymismallia, joka lisää toisen yksilön menestymistä altruistisen yksilön kustannuksella.
Simpanssit poistavat loisia toisiltaan – tässä tapauksessa kyseessä on vastavuoroinen altruismi.
7.3 Luonnonvalinnan tyypit
Luonnonvalinnasta seuraa se, että sellaiset alleelit yleistyvät, jotka edistävät populaation sopeutumista ympäristöönsä. Vastaavasti populaation sopeutumista huonontavat alleelit harvinaistuvat. Luonnonvalinta suosii populaatiossa aina kelpoisimpia yksilöitä, jolloin kelpoisimpien yksilöiden alleelit yleistyvät populaatiossa.
Luonnonvalinnan ansiosta populaatio sopeutuu vähitellen ympäristöönsä. Luonnonvalinta ei koskaan muuta yksilöä, vaan se vaikuttaa populaatioon siten, että kelpoisimpien yksilöiden geenien alleelit yleistyvät populaatiossa. Lisäksi valinta kohdistuu harvoin luonnossa vain yhteen ominaisuuteen, vaan moneen ominaisuuteen samanaikaisesti.
Luonnonvalinta voidaan luokitella kolmeen päätyyppiin: stabiloiva eli tasapainottava valinta, suuntaava valinta ja hajottava valinta.
Esimerkiksi monien eliöiden kokoon vaikuttaa tasapainottava valinta. Suuresta koosta on etua pedoilta selviytymisessä ja lisääntymisessä, mutta toisaalta suuremman koon ylläpitäminen vaatii paljon enemmän energiaa. Pienestä koosta voi olla apua taas esimerkiksi piiloutumisessa ja ravinnon hankkimisessa. Näin luonnonvalinta suosii kooltaan keskimääräisiä yksilöitä.
Suuntaava valinta on yleistä, jos populaatioon ilmestyy mutaation kautta uusi, hyödyllinen ominaisuus. Esimerkiksi tauteja aiheuttavissa bakteeripopulaatioissa yleistyvät nopeasti ne alleelit, jotka antavat bakteereille vastustuskyvyn antibiootteja vastaan. Kun antibiootteja aletaan käyttää, vain ne bakteerit selviävät, jotka ovat vastustuskykyisiä. Tällöin luonnonvalinta suuntaa bakteeripopulaatiota nopeasti vastustuskykyiseen suuntaan.
Hajottava eli eriyttävä valinta
Hajottavassa valinnassa populaatiossa on kaksi vastakkaista valintapainetta. Hajottava valinta on yleistä etenkin, jos ympäristöolosuhteet muuttuvat. Hajottavan valinnan seurauksena populaation alleelikoostumus muuttuu siten, että molempien ääripäiden yksilöiden alleelit yleistyvät populaatiossa. Esimerkiksi kotilopopulaatiossa voi olla valkoisia, harmaita ja mustia yksilöitä. Jos kotilopopulaatio on alueella, jossa on mustia ja valkoisia kallioita, parhaiten selviävät molempia ääripäitä edustavat yksilöt. Tällöin sekä valkoisten että mustien kotiloiden alleelit yleistyvät populaatiossa.
Hajottava valinta suosii esimerkiksi epäyhtenäisessä ympäristössä populaation yksilöjakauman kumpaakin ääripäätä keskiarvotyyppien kustannuksella ja lisää siten muuntelua. Hajottavassa valinnassa valinta kohdistuu esimerkiksi yksilön kokojakauman ääripäihin. Tällöin voi syntyä kaksihuippuinen kokojakauma populaatioon, mikä voi johtaa lajiutumiseen pitkällä aikavälillä.
Luonnonvalinnan ansiosta populaatio sopeutuu vähitellen ympäristöönsä. Luonnonvalinta ei koskaan muuta yksilöä, vaan se vaikuttaa populaatioon siten, että kelpoisimpien yksilöiden geenien alleelit yleistyvät populaatiossa. Lisäksi valinta kohdistuu harvoin luonnossa vain yhteen ominaisuuteen, vaan moneen ominaisuuteen samanaikaisesti.
Luonnonvalinta voidaan luokitella kolmeen päätyyppiin: stabiloiva eli tasapainottava valinta, suuntaava valinta ja hajottava valinta.
Stabiloiva eli tasapainottava valinta
Stabiloiva eli tasapainottava valinta toimii pitkään vakaina ja muuttumattomina pysyneissä olosuhteissa. Tässä tapauksessa luonnonvalinta suosii ominaisuuksiltaan lähellä populaation keskiarvoa olevia yksilöitä (keskiarvotyyppi) ja näiden yksilöiden alleeleja. Vastaavasti tasapainottava valinta karsii keskiarvosta poikkeavia yksilöitä (äärityyppi) ja näiden yksilöiden alleeleja. Tällöin populaation geenien alleelien lukusuhteet eivät muutu.Esimerkiksi monien eliöiden kokoon vaikuttaa tasapainottava valinta. Suuresta koosta on etua pedoilta selviytymisessä ja lisääntymisessä, mutta toisaalta suuremman koon ylläpitäminen vaatii paljon enemmän energiaa. Pienestä koosta voi olla apua taas esimerkiksi piiloutumisessa ja ravinnon hankkimisessa. Näin luonnonvalinta suosii kooltaan keskimääräisiä yksilöitä.
Suuntaava valinta
Suuntaava valinta alkaa vaikuttaa, kun populaation ympäristö muuttuu aikaisemmasta tai populaatio levittäytyy aivan uudenlaiselle elinalueelle. Tällöin voi käydä niin, että aikaisemmin kelpoisimmat yksilöt eivät enää ole uusissa olosuhteissa kelpoisimpia. Nyt valinta suosii populaation yksilöjakauman toista ääripäätä keskiarvotyyppien kustannuksella. Tästä seuraa se, että populaation alleelikoostumus muuttuu siten, että toisen ääripään yksilöiden alleelit yleistyvät populaatiossa. Tällöin aikaisemmin harvinaiset ominaisuudet voivat alkaa yleistyä populaatiossa.Suuntaava valinta on yleistä, jos populaatioon ilmestyy mutaation kautta uusi, hyödyllinen ominaisuus. Esimerkiksi tauteja aiheuttavissa bakteeripopulaatioissa yleistyvät nopeasti ne alleelit, jotka antavat bakteereille vastustuskyvyn antibiootteja vastaan. Kun antibiootteja aletaan käyttää, vain ne bakteerit selviävät, jotka ovat vastustuskykyisiä. Tällöin luonnonvalinta suuntaa bakteeripopulaatiota nopeasti vastustuskykyiseen suuntaan.
Hajottava eli eriyttävä valinta
Hajottavassa valinnassa populaatiossa on kaksi vastakkaista valintapainetta. Hajottava valinta on yleistä etenkin, jos ympäristöolosuhteet muuttuvat. Hajottavan valinnan seurauksena populaation alleelikoostumus muuttuu siten, että molempien ääripäiden yksilöiden alleelit yleistyvät populaatiossa. Esimerkiksi kotilopopulaatiossa voi olla valkoisia, harmaita ja mustia yksilöitä. Jos kotilopopulaatio on alueella, jossa on mustia ja valkoisia kallioita, parhaiten selviävät molempia ääripäitä edustavat yksilöt. Tällöin sekä valkoisten että mustien kotiloiden alleelit yleistyvät populaatiossa.Hajottava valinta suosii esimerkiksi epäyhtenäisessä ympäristössä populaation yksilöjakauman kumpaakin ääripäätä keskiarvotyyppien kustannuksella ja lisää siten muuntelua. Hajottavassa valinnassa valinta kohdistuu esimerkiksi yksilön kokojakauman ääripäihin. Tällöin voi syntyä kaksihuippuinen kokojakauma populaatioon, mikä voi johtaa lajiutumiseen pitkällä aikavälillä.
| Luonnonvalinnan tyyppi | Tasapainottava valinta | Suuntaava valinta | Hajottava valinta |
|---|---|---|---|
| Olosuhteet | Vakaat, pysyvät olosuhteet | Ympäristöolosuhteet muuttuvat | Ympäristöolosuhteet muuttuvat |
| Suosii | Keskiarvoyksilöitä | Toista ääripäätä | Molempia ääripäitä |
| Johtaa | Alleelien lukusuhteet eivät muutu, vähentää muuntelua | Mikroevoluutiota: populaation alleelikoostumus muuttuu → aiemmin harvinaiset alleelit yleistyvät. → Keskiarvo siirtyy (esimerkiksi yksilöiden koko kasvaa sukupolvien ketjussa). | Mikroevoluutiota, eri alleelit yleistyvät. Muuntelu lisääntyy. Pitkän ajan kuluessa voi seurata lajiutuminen (ns. sympatrinen lajiutuminen). |
7.4 Sukupuolivalinta on myös valinnan muoto
Eräs valinnan muoto on sukupuolivalinta (seksuaalivalinta). Sukupuolivalinnassa lisääntymiskumppanin valinnan tekee yleensä naaras. Naaras on valitseva sukupuoli, koska usein naaras joutuu kantamaan suuremman taakan jälkeläisten synnyttämisestä tai hoidosta.
Sukupuolivalinta voi tapahtua monin tavoin. Koiraat voivat kilpailla keskenään, kuka pääsee lisääntymään. Myös naaras voi valita ennen parittelua, minkä koiraan kanssa se suostuu parittelemaan. Valinta voi myös tapahtua vasta parittelun jälkeen niin sanottuna siittiökilpailuna. Esimerkiksi kaloilla saattaa olla samanaikaisesti saman naaraan mätimunia hedelmöittämässä useampi koiras. Tällöin siittiökilpailun seurauksena kelpoisimman koiraan siittiöt pääsevät hedelmöittämään mätimunat.
Riikinkukon pyrstö kuvastaa sitä, kuinka hyväkuntoinen riikinkukko on, sillä huonokuntoiset yksilöt eivät pysty kasvattamaan yhtä komeaa pyrstöä.
Valinta suoritetaan toisen sukupuolen ominaisuuksien perusteella. Riippuen eliölajista naaras suosii eri piirteitä koiraissa. Yksiavioisilla merilinnuilla (esimerkiksi tiiroilla) koiras, joka pystyy kalastamaan paljon isoja kaloja, saa varmemmin naaraan. Pöllöillä puolestaan naaraat valitsevat koiraan, joka pystyy puolustamaan reviiriä, jolta saa paljon saalista. Tällöin sukupuolivalinnalla on suora hyöty naaraalle.
Joskus sukupuolivalinnassa suositun ominaisuuden hyöty on epäsuorempaa: Esimerkiksi haarapääskyillä naaraat valitsevat koiraan, jolla on mahdollisimman pitkät pyrstösulat. Myös riikinkukon pyrstö on äärimmäinen esimerkki sukupuolivalinnan merkityksestä. Sukupuolivalinnalla on siis suuri vaikutus koiraiden sukupuoliominaisuuksien evoluutiossa. Naaras ei voi vaikuttaa omiin geeneihinsä, mutta voi siis vaikuttaa jälkeläistensä geeneihin lisääntymiskumppanin valinnan kautta.
Sukupuolivalinnasta on monia erilaisia teorioita. Esimerkiksi haarapääskyn pyrstösulat ovat sitä pidempiä, mitä parempi immuunipuolustus koiraalla on. Pyrstösulat ovat siis signaali siitä, kuinka hyväkuntoinen koiras on. Riikinkukoilla iso pyrstö kertoo siitä, kuinka hyväkuntoinen riikinkukko on, sillä huonokuntoiset yksilöt eivät pysty kasvattamaan komeaa pyrstöä. Riikinkukkonaaras sen sijaan on huomaamaton, eikä sillä ole komeaa pyrstöä. Tämä ominaisuus on hyödyksi naaraalle haudonnan aikana. Toisin sanoen saman lajin eri sukupuoliin voi kohdistua erilaiset, vastakkaiset valintapaineet.
Opetus.tv: luonnonvalinnan muodot
Sukupuolivalinta voi tapahtua monin tavoin. Koiraat voivat kilpailla keskenään, kuka pääsee lisääntymään. Myös naaras voi valita ennen parittelua, minkä koiraan kanssa se suostuu parittelemaan. Valinta voi myös tapahtua vasta parittelun jälkeen niin sanottuna siittiökilpailuna. Esimerkiksi kaloilla saattaa olla samanaikaisesti saman naaraan mätimunia hedelmöittämässä useampi koiras. Tällöin siittiökilpailun seurauksena kelpoisimman koiraan siittiöt pääsevät hedelmöittämään mätimunat.
Riikinkukon pyrstö kuvastaa sitä, kuinka hyväkuntoinen riikinkukko on, sillä huonokuntoiset yksilöt eivät pysty kasvattamaan yhtä komeaa pyrstöä.
Valinta suoritetaan toisen sukupuolen ominaisuuksien perusteella. Riippuen eliölajista naaras suosii eri piirteitä koiraissa. Yksiavioisilla merilinnuilla (esimerkiksi tiiroilla) koiras, joka pystyy kalastamaan paljon isoja kaloja, saa varmemmin naaraan. Pöllöillä puolestaan naaraat valitsevat koiraan, joka pystyy puolustamaan reviiriä, jolta saa paljon saalista. Tällöin sukupuolivalinnalla on suora hyöty naaraalle.
Joskus sukupuolivalinnassa suositun ominaisuuden hyöty on epäsuorempaa: Esimerkiksi haarapääskyillä naaraat valitsevat koiraan, jolla on mahdollisimman pitkät pyrstösulat. Myös riikinkukon pyrstö on äärimmäinen esimerkki sukupuolivalinnan merkityksestä. Sukupuolivalinnalla on siis suuri vaikutus koiraiden sukupuoliominaisuuksien evoluutiossa. Naaras ei voi vaikuttaa omiin geeneihinsä, mutta voi siis vaikuttaa jälkeläistensä geeneihin lisääntymiskumppanin valinnan kautta.
Sukupuolivalinnasta on monia erilaisia teorioita. Esimerkiksi haarapääskyn pyrstösulat ovat sitä pidempiä, mitä parempi immuunipuolustus koiraalla on. Pyrstösulat ovat siis signaali siitä, kuinka hyväkuntoinen koiras on. Riikinkukoilla iso pyrstö kertoo siitä, kuinka hyväkuntoinen riikinkukko on, sillä huonokuntoiset yksilöt eivät pysty kasvattamaan komeaa pyrstöä. Riikinkukkonaaras sen sijaan on huomaamaton, eikä sillä ole komeaa pyrstöä. Tämä ominaisuus on hyödyksi naaraalle haudonnan aikana. Toisin sanoen saman lajin eri sukupuoliin voi kohdistua erilaiset, vastakkaiset valintapaineet.
Opetus.tv: luonnonvalinnan muodot7.5 Sopeumat
Ominaisuuksia, jotka ovat syntyneet mutaatioiden kautta ja jotka nostavat yksilön kelpoisuutta, kutsutaan sopeumiksi eli adaptaatioiksi. Sopeumat voivat olla rakenteita, käyttäytymispiirteitä tai esimerkiksi fysiologisia ominaisuuksia, joiden avulla yksilöllä on parempi mahdollisuus tulla toimeen elinympäristössään. Sopeuman tuloksena eliö selviytyy ympäristössään paremmin. Sopeumat nostavat yksilöiden kelpoisuutta, minkä vuoksi ne yleistyvät vähitellen populaatiossa.
Avainsopeumalla tarkoitetaan sellaista uutta ominaisuutta, joka on antanut tietylle eliöryhmälle luonnonvalinnassa suuren valintaedun. Avainsopeumat ovat vaikuttaneet merkittävästi lajiutumiseen ja evoluutioon. Ne ovat helpottaneet eliöitä sopeutumaan ympäristön muutoksiin sekä eliöiden levittäytyessä uusille alueille. Esimerkiksi matelijoiden lisääntyminen on sopeutunut maaelämään sisäisen siitoksen ja kuivuutta kestävien munien ansiosta. Sisäinen siitos ja kuivuutta kestävä kalkkikuorinen muna ovat siis olleet matelijoiden avainsopeumia.
Kontiaisen jalka on sopeuma, joka on helpottanut kaivautumista maan alle. Toisaalta jalan rakenne ei sovellu nopeaan liikkumiseen maan päällä. Tämä on esimerkki ristiriesasta (trade-offista).
Avainsopeumalla tarkoitetaan sellaista uutta ominaisuutta, joka on antanut tietylle eliöryhmälle luonnonvalinnassa suuren valintaedun. Avainsopeumat ovat vaikuttaneet merkittävästi lajiutumiseen ja evoluutioon. Ne ovat helpottaneet eliöitä sopeutumaan ympäristön muutoksiin sekä eliöiden levittäytyessä uusille alueille. Esimerkiksi matelijoiden lisääntyminen on sopeutunut maaelämään sisäisen siitoksen ja kuivuutta kestävien munien ansiosta. Sisäinen siitos ja kuivuutta kestävä kalkkikuorinen muna ovat siis olleet matelijoiden avainsopeumia.
Kontiaisen jalka on sopeuma, joka on helpottanut kaivautumista maan alle. Toisaalta jalan rakenne ei sovellu nopeaan liikkumiseen maan päällä. Tämä on esimerkki ristiriesasta (trade-offista).
7.6 Sattuma vaikuttaa evoluution kulkuun
Myös sattuma vaikuttaa erityisesti pienissä populaatioissa evoluutioon. Sattuman takia voivat populaation jotkut alleelit hävitä tai yleistyä ilman luonnonvalinnan vaikutusta. Tätä tekijää sanotaan satunnaisajautumiseksi. Satunnaisajautumisen erityistapauksia ovat pullonkaulailmiö ja perustajavaikutus.
Populaation koko voi pienentyä äkillisesti luonnonkatastrofin tai taudin seurauksena. Esimerkiksi maanjäristys, tulva tai tulivuorenpurkaus voi tuhota sattumanvaraisesti suuren osan populaatiosta. Tätä ilmiötä kutsutaan pullonkaulailmiöksi. Sattuma vaikuttaa siihen, mitkä populaation yksilöt jäävät jäljelle. Tällöin myös populaatioon jääneiden alleelien koostumus on satunnainen. Selviytyneiden yksilöiden varassa populaatio jatkaa kasvuaan muodostaen uuden populaation alun. Tämä populaatio ei ole välttämättä vallitsevaan ympäristöön parhaiten sopeutunut.
Kuvassa eriväriset helmet esittävät populaation perinnöllisesti erilaisia yksilöitä alleeleineen. Pullon suusta ulos pudonneet helmet kuvaavat katastrofista selvinneitä alleeleja. Sattuman seurauksena pullon suusta on päätynyt ulos vain punaisia ja keltaisia alleeleja. Uudelleen kasvaneessa populaatiossa keltaisten alleelien suhteellinen osuus on runsaampi kuin punaisten. Siniset helmet kuvaavat luonnonkatastrofin tuhoamia alleeleja.
Jos muutama yksilö perustaa uudelle alueelle populaation muuttoliikkeen kautta, kutsutaan tästä seuraavaa ilmiötä perustajavaikutukseksi. Tämän perustajapopulaation yksilöiden geenikoostumus voi olla sattuman vaikutuksesta kantapopulaatioon verrattuna erilainen. Esimerkiksi nykysuomalaisten harvinaisten tautien valikoima (suomalainen tautiperimä) johtuu siitä, että nykyinen väestö on polveutunut pienestä uudisraivaajien muodostamasta kantaväestöstä. Sattuman takia heillä on ollut tietty geenivalikoima perimässään, muun muassa harvinaisia perinnöllisiä sairauksia aiheuttavia alleeleja. Nämä sairaudet yleistyivät alkusuomalaisten keskuudessa, koska kantaväestö eli eristäytyneenä muista populaatioista ja avioitui lähisukulaisten kanssa.
Kuvassa eriväriset helmet kuvaavat populaation perinnöllisesti erilaisia yksilöitä alleeleineen. Uudessa populaatiossa oli yksi keltainen ja kaksi punaista alleelia. Tuloksena on populaatio, jossa on enemmän punaisia alleeleja kuin keltaisia.
Pullonkaulailmiö ja perustajavaikutus voivat vaikuttaa populaation kehitykseen sekä haitallisesti että yllättävästi, koska uudessa populaatiossa ei välttämättä ole vallitsevassa ympäristössä parhaita mahdollisia alleeleja. Lisäksi geneettinen ajautuminen vähentää populaation perinnöllistä muuntelua. Kuitenkin myös nämä populaatiot sopeutuvat vähitellen ympäristöönsä mutaatioiden ja geneettisen rekombinaation vaikutuksesta.
Pullonkaulailmiö
Populaation koko voi pienentyä äkillisesti luonnonkatastrofin tai taudin seurauksena. Esimerkiksi maanjäristys, tulva tai tulivuorenpurkaus voi tuhota sattumanvaraisesti suuren osan populaatiosta. Tätä ilmiötä kutsutaan pullonkaulailmiöksi. Sattuma vaikuttaa siihen, mitkä populaation yksilöt jäävät jäljelle. Tällöin myös populaatioon jääneiden alleelien koostumus on satunnainen. Selviytyneiden yksilöiden varassa populaatio jatkaa kasvuaan muodostaen uuden populaation alun. Tämä populaatio ei ole välttämättä vallitsevaan ympäristöön parhaiten sopeutunut.
Kuvassa eriväriset helmet esittävät populaation perinnöllisesti erilaisia yksilöitä alleeleineen. Pullon suusta ulos pudonneet helmet kuvaavat katastrofista selvinneitä alleeleja. Sattuman seurauksena pullon suusta on päätynyt ulos vain punaisia ja keltaisia alleeleja. Uudelleen kasvaneessa populaatiossa keltaisten alleelien suhteellinen osuus on runsaampi kuin punaisten. Siniset helmet kuvaavat luonnonkatastrofin tuhoamia alleeleja.
Perustajavaikutus
Jos muutama yksilö perustaa uudelle alueelle populaation muuttoliikkeen kautta, kutsutaan tästä seuraavaa ilmiötä perustajavaikutukseksi. Tämän perustajapopulaation yksilöiden geenikoostumus voi olla sattuman vaikutuksesta kantapopulaatioon verrattuna erilainen. Esimerkiksi nykysuomalaisten harvinaisten tautien valikoima (suomalainen tautiperimä) johtuu siitä, että nykyinen väestö on polveutunut pienestä uudisraivaajien muodostamasta kantaväestöstä. Sattuman takia heillä on ollut tietty geenivalikoima perimässään, muun muassa harvinaisia perinnöllisiä sairauksia aiheuttavia alleeleja. Nämä sairaudet yleistyivät alkusuomalaisten keskuudessa, koska kantaväestö eli eristäytyneenä muista populaatioista ja avioitui lähisukulaisten kanssa.
Kuvassa eriväriset helmet kuvaavat populaation perinnöllisesti erilaisia yksilöitä alleeleineen. Uudessa populaatiossa oli yksi keltainen ja kaksi punaista alleelia. Tuloksena on populaatio, jossa on enemmän punaisia alleeleja kuin keltaisia.
Pullonkaulailmiö ja perustajavaikutus voivat vaikuttaa populaation kehitykseen sekä haitallisesti että yllättävästi, koska uudessa populaatiossa ei välttämättä ole vallitsevassa ympäristössä parhaita mahdollisia alleeleja. Lisäksi geneettinen ajautuminen vähentää populaation perinnöllistä muuntelua. Kuitenkin myös nämä populaatiot sopeutuvat vähitellen ympäristöönsä mutaatioiden ja geneettisen rekombinaation vaikutuksesta.
7.7 Ihminen vaikuttaa luonnonvalintaan
Ihmisen toiminta aiheuttaa usein ympäristönmuutoksia, jonka seurauksena lajin bioottinen ja abioottinen ympäristö voi muuttua. Tämä voi johtaa luonnonvalintaan, populaatiokoon muutoksiin tai lajin siirtymiseen suotuisammalle elinalueelle.
Antibioottien laaja käyttö on johtanut siihen, että taudinaiheuttajille on kehittynyt vastustuskyky monia lääkkeitä kohtaan. Kun lääkkeillä tuhotaan taudinaiheuttajia, jäljelle jääneet lääkkeille vastustuskykyiset kannat pääsevät lisääntymään nopeasti ja leviämään.
Kalastus ja metsästys saattavat muuttaa saalispopulaatiota. Jos kalastajat poistavat populaatiosta aina isoimmat yksilöt, valinta pienentää kalojen kokoa. Koska kalastajat vievät isoimmat kalat, kaloille on hyödyllistä lisääntyä pienempänä. Ajan mittaan kalapopulaation keskikoko pienenee. Tämänkaltainen kehitys on jo havaittu esimerkiksi Atlantin turskapopulaatioissa.
Valintajalostus on esimerkki suuntaavasta valinnasta. Ihmiset ovat halki historiansa lisäännyttäneet niitä kasveja ja eläimiä, jotka ovat tuottaneet parhaan sadon. Siksi monet kasvit ovat muuttuneet merkittävästi alkuperäisistä villimuodoistaan. Esimerkiksi villikaalista on saatu tuotettua monia uusia viljelylajeja. Koirien eri rodut kertovat siitä, kuinka tehokasta ja nopeaa ihmisen valinta voi olla.
Kesykyyhkyjen risteytyksien ja valinnan avulla tehty jalostus tuottaa erilaisial kesykyyhky kantoja. Evoluutioteorian kehittäjä Charles Darwin ymmärsi kesykyyhkyjen monimuotoisuuden yhtenä esimerkkinä lajien mahdollisesta kehittymisestä. Maalaus vuodelta 1908.
Koirat polveutuvat sudesta. Koirapopulaatiot muuttuivat jatkuvasti omanlaisikseen luonnonvalinnan ja ihmisen suorittaman valintajalostuksen seurauksena.
Antibioottien laaja käyttö on johtanut siihen, että taudinaiheuttajille on kehittynyt vastustuskyky monia lääkkeitä kohtaan. Kun lääkkeillä tuhotaan taudinaiheuttajia, jäljelle jääneet lääkkeille vastustuskykyiset kannat pääsevät lisääntymään nopeasti ja leviämään.
Kalastus ja metsästys saattavat muuttaa saalispopulaatiota. Jos kalastajat poistavat populaatiosta aina isoimmat yksilöt, valinta pienentää kalojen kokoa. Koska kalastajat vievät isoimmat kalat, kaloille on hyödyllistä lisääntyä pienempänä. Ajan mittaan kalapopulaation keskikoko pienenee. Tämänkaltainen kehitys on jo havaittu esimerkiksi Atlantin turskapopulaatioissa.
Valintajalostus on esimerkki suuntaavasta valinnasta. Ihmiset ovat halki historiansa lisäännyttäneet niitä kasveja ja eläimiä, jotka ovat tuottaneet parhaan sadon. Siksi monet kasvit ovat muuttuneet merkittävästi alkuperäisistä villimuodoistaan. Esimerkiksi villikaalista on saatu tuotettua monia uusia viljelylajeja. Koirien eri rodut kertovat siitä, kuinka tehokasta ja nopeaa ihmisen valinta voi olla.
Kesykyyhkyjen risteytyksien ja valinnan avulla tehty jalostus tuottaa erilaisial kesykyyhky kantoja. Evoluutioteorian kehittäjä Charles Darwin ymmärsi kesykyyhkyjen monimuotoisuuden yhtenä esimerkkinä lajien mahdollisesta kehittymisestä. Maalaus vuodelta 1908.
Koirat polveutuvat sudesta. Koirapopulaatiot muuttuivat jatkuvasti omanlaisikseen luonnonvalinnan ja ihmisen suorittaman valintajalostuksen seurauksena.7.8 Havaijin sirkat ovat esimerkki nopeasta evoluutiosta
Havaijilla erään sirkkalajin koiraat houkuttelivat naaraista sirittämällä. Saarelle levisi 1800-luvulla uusi tulokaslaji; eräs loiskärpänen. Loiskärpänen laski munansa sirkkakoiraisiin, jotka kärpänen paikallisti kuuloaistinsa avulla. Kuoriuduttuaan loiskärpäsen toukat söivät sirkkakoiraan. Koiraan kyvystä sirittää tuli yksilölle haitta entisen kelpoisuutta lisäävän ominaisuuden sijaan. Loiskärpäset vähensivät sirkkapopulaatiota rajusti. Lopulta sirittävistä koiraista ei enää tehty kuulohavaintoja.
Kuitenkin myöhemmin 1990-luvulla huomattiin, että sirkkakoiraita oli saarella runsaasti. Ne vaan eivät enää sirittäneet. "Hiljaiset" sirkkakoiraat olivat kelpoisempia sirittäviin koirasyksilöihin nähden. Sirkat siis menettivät sirityskyvyn runsaassa 10 vuodessa. Tämä on hyvä esimerkki nopeasta evoluutiosta ja luonnonvalinnasta.
Tiivistelmä
- Luonnonvalinnassa kelpoisimmat yksilöt jäävät henkiin ja saavat eniten jälkeläisiä.
- Luonnonvalinta vaikuttaa alleelien lukusuhteisiin populaatiossa.
- Yksilön ominaisuudet vaikuttavat toisiinsa ja hyödyllinen ominaisuus voi sulkea pois toisen ominaisuuden: tätä kutsutaan ristiriesaksi eli trade-offiksi.
- Luonnonvalinta voidaan luokitella kolmeen tyyppiin
- Stabiloiva eli tasapainottava valinta suosii lähellä keskiarvoa olevia yksilöitä. Se on yleistä vakaissa olosuhteissa.
- Suuntaava valinta suosii tiettyä ominaisuuden ääripäätä. Se on yleistä muuttuvissa olosuhteissa.
- Hajottava valinta suosii ominaisuuden molempia ääripäitä. Se voi johtaa lajiutumiseen.
- Sukupuolivalinta on valinnan muoto, jossa sukupuoleen liittyvillä ominaisuuksilla on suuri merkitys.
- Ominaisuuksia, jotka ovat syntyneet luonnonvalinnan avulla ja jotka nostavat yksilön kelpoisuutta, kutsutaan sopeumiksi.
- Ihminen voi vaikuttaa luonnonvalintaan ja muokata eliöiden ominaisuuksia esimerkiksi valintajalostuksen avulla.
- Myös sattuma voi vaikuttaa evoluution kulkuun.
- Pullonkaulailmiössä sattuma vaikuttaa siihen, mitkä yksilöt selviävät katastrofista hengissä.
- Perustajanvaikutus liittyy populaation muuttoliikkeeseen ja sen satunnaisuuteen.