Evoluutio

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee biologista evoluutiota. Muita merkityksiä on täsmennyssivulla Evoluutio (täsmennyssivu).
Osa biologian artikkelisarjaa
Evoluutio
CollapsedtreeLabels-simplified.svg
Prosessit ja mekanismit

Adaptaatio
Geneettinen ajautuminen
Lajiutuminen
Luonnonvalinta
Geenivaihto
Mutaatio
Rekombinaatio

Tutkimus ja historia

Historia
Todisteet
Moderni synteesi
Yhteiskunnalliset vaikutukset
Vastustus

Katso myös

Ekologinen genetiikka
Elämän alkuperä
Fylogenia
Ihmisen evoluutio
Populaatiogenetiikka

Evoluutio on ilmiö, jossa sukupolvien myötä eliöpopulaation geenivarastossa tapahtuu muutoksia.[1] Ilmiön myötä populaatiossa esiintyvien alleelien toistumatiheys muuttuu. Tämän perusteella jälkeläiset eroavat kantamuodoistaan. Evoluutio perustuu muunteluun, muuntelun perinnöllisyyteen ja luonnonvalintaan.[2][3] Evoluutio luonnossa on ilmiö ja sen lakeja ja vaikutusmekanismeja pyrkii selittämään evoluutioteoria.

Modernin synteettisen evoluutioteoriankehitysoppi lajien syntymekanismista – juuret ovat Charles Darwinin teorioissa luonnonvalinnasta, Gregor Mendelin teorioissa periytyvyydestä sekä molekyylibiologian ja perinnöllisyystieteen tutkimukseen.[4][5]

Evoluution mekanismit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Evoluution mekanismeja ovat muun muassa luonnonvalinta[6] ja sen muotona seksuaalivalinta,[7] mutaatiot,[6] migraatio[6] ja geneettinen ajautuminen.[6] Luonnonvalinnan ansiosta parhaiten ympäristöönsä sopeutuvat yksilöt populaatiossa menestyvät parhaiten ja saavat myös enemmän jälkeläisiä kuin heikommin sopeutuvat. Näin menestyneimmistä yksilöistä tulee lopulta populaation vallitseva tyyppi.[8] Koska geenit määräävät eliöiden ominaisuudet, tämä merkitsee samalla, että sopeutuvimpien yksilöiden geenit yleistyvät populaatiossa.[8][1]

Mutaatiot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mutaatio on eliön DNAssa tai sen kopioitumisessa tapahtuva satunnainen muutos tai virhe.[9] Mutaatioista suurin osa on neutraaleja, toisin sanoen ne eivät johda havaittaviin muutoksiin eliön eloonjäämismahdollisuuksissa tai sopivuudessa elinympäristöönsä. Hyödyllisten mutaatioiden todennäköisyys eliössä on pieni. Lisäksi, jotta kyseinen hyödyllinen mutaatio voisi periytyä jälkeläisille, sen täytyy tapahtua sukusolulinjassa jossa se ei tapahdu kuin äärimmäisen harvoissa tapauksissa.[10] Mutaatioista, jotka eivät ole neutraaleja, suurin osa on vahingollisia tai haitallisia.[11]

Lajiutuminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Lajiutuminen
Lajiutumisen kolme mekanismia.

Lajiutuminen on yhden lajin haarautumista sukupolvien myötä useammaksi, kun sen populaatioiden välille syntyy jostain syystä lisääntymiseste.[2]

Lajiutumiselle erotetaan kolme mekanismia:[12]

  • Allopatria: populaation osat elävät maantieteellisesti erillään.
  • Sympatria: populaation osat elävät samassa maantieteellisellä alueella, mutta eri ekologisissa lokeroissa.
  • Parapatria: populaation osat elävät maantieteellisesti vierekkäin.

Kaikissa tapauksissa osapopulaatioiden geneettiset ominaisuudet eriytyvät satunnaisesti kumuloituvien mutaatioiden seurauksena yhä enemmän toisistaan. Lopulta eri populaatiot ovat geneettisesti niin kaukana toisistaan, etteivät ne pysty enää saamaan keskenään lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Näin on syntynyt kaksi lajia.[1]

Parapatrian erikoistapaus on niin sanottu rengaslaji, jossa on kyse monesta vierekkäisestä populaatiosta, jotka kaikki lisääntyvät naapurinsa kanssa, mutta ääripäät eivät enää lisäänny keskenään.[13]

Ehkä tunnetuin esimerkki lajiutumisesta on darwininsirkkujen erikoistuminen 13:ksi eri sirkkulajiksi Galápagossaarilla yhdestä saarille saapuneesta kantalajista. Niiden nokat ovat erikoistuneet erilaisten ravintolokeroiden täyttämiseen. Siitä myös Darwin sai ajatuksensa lajien synnystä.[14]

Migraatio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Migraatio

Migraation rooli evoluutiossa on se, että tietyssä paikassa alkunsa saanut uusi, hyödyllinen perinnöllinen piirre leviää populaatioissa.[6]

Evoluution todisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Evoluution todisteet

Evoluutio voidaan suoraan havaita populaatiossa geenifrekvenssien muutoksina geenikartoituksella ja sekvensoimalla ympäristön muuttuessa. Sekundääritodisteita voidaan hakea historiasta, jolloin todisteet ovat epäsuoria.[15]

Sovellukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös: Jalostus ja Evoluutiolaskenta

Evoluutiobiologiassa käytetyillä käsitteillä ja mallinteilla, kuten luonnonvalinnalla, on useita sovelluksia.[16]

Jalostus viittaa elävien eliöiden, mikrobien, eläinten tai kasvien kehittämiseen haluttuun suuntaan keinotekoisesti. Tätä on käytetty tuhansien vuosien ajan kasvien ja eläinten domestikaatioon.[17] Tämänkaltaisesta valinnasta on hiljattain tullut merkittävä osa geenitekniikkaa, jossa käytetään antibioottiresistenttien geenien kaltaisia selektiomarkkereita manipuloimann DNA:ta. Haluttuja ominaisuuksia omaavia proteiineja kehitetään toistuvien mutaatioiden ja valintojen kierrosten kautta prosessissa, jota kutsutaan ohjatuksi evoluutioksi.[18]

Useat sairaudet eivät ole staattisia ilmiöitä, vaan kykenevät evoluutioon. Virukset, bakteerit, sienet ja syövät kehittyvät resistenteiksi immuunijärjestelmille ja lääkeaineille.[19][20][21] Samat ongelmat ilmenevät maanviljelyssä torjunta-aineita[22] ja herbisideja[23] käytettäessä.

Tietojenkäsittelytieteessä aloitettiin evoluution simulointi evoluutioalgoritmeja ja tekoelämää käyttäen 1960-luvulla.[24] Evoluutioalgoritmeista tuli laajalti tunnustettu optimointimenetelmä Ingo Rechenbergin 1960-luvulla tekemän työn johdosta. Hän käytti evoluution strategioita ratkaisemaan monimutkaisia teknisiä ongelmia.[25] Erityisesti geneettiset algoritmit nousivat suosioon John Hollandin kirjoitusten kautta.[26] Käytännön sovelluksiin lukeutuu myös tietokoneohjelmien automaattinen evoluutio.[27] Evoluutioalgoritmeja käytetään nykyään ratkaisemaan moniulotteisia ongelmia tehokkaammin kuin ihmisten kehittämät ohjelmistot ja optimoimaan järjestelmiä.[28]

Yhteiskunnalliset ja kulttuuriset vaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Uuden ajan aatehistoriassa on tapana puhua kahdesta suuresta vallankumouksesta. Ensimmäinen vallankumous oli maakeskisen todellisuuskäsityksen sortuminen. Tähtitieteilijä Kopernikuksen mukaan tätä ensimmäistä vallankumousta, joka tapahtui noin neljäsataa vuotta sitten, kutsutaan kopernikaaniseksi vallankumoukseksi. Toinen mullistus alkoi, kun Darwin osoitti, että ihmiskuntakin on osa luontoa eikä siitä erillinen ilmiö.[29][30]

Ajatus elämän kehittymisestä oli aktiivisen akateemisen keskustelun aiheena 19. vuosisadan aikana, erityisesti Lajien synnyn julkaisun jälkeen vuonna 1859. Keskustelun keskipisteenä oli evoluutioteorian filosofiset, yhteiskunnalliset ja uskonnolliset vaikutukset. Valtaosa nykypäivän tieteilijöistä hyväksyvät synteettisen evoluutioteorian.[31] Tästä huolimatta, evoluutio on edelleen kiistanalainen käsite eräille teisteille.[32]

Useat uskonnot ja kirkkokunnat ovat tulleet sovintoon evoluutioteorian kanssa teistisen evolutionismin kaltaisten käsitteiden kautta. Tästä huolimatta on olemassa kreationisteja jotka uskovat, että evoluutioteoria on ristiriidassa heidän uskonnossa olevan luomiskertomuksen kanssa ja vastustavat sitä.[33][34][35] Kuten tuli ilmi Vestiges of the Natural History of Creation -kirjan julkaisun jälkeisessä keskustelussa vuonna 1844, evoluutiobiologian kiistellyin ominaisuus on ihmisen evoluution implisiitti, että ihmisillä on yhteinen esi-isä apinoiden kanssa ja että ihmiskunnan järjellisillä ja moraalisilla kyvyillä on samat luonnolliset syyt ja perityt ominaisuudet kuin eläimillä.[36] Joissain maissa, eritoten Yhdysvalloissa, nämä tieteen ja uskonnon väliset jännitteet ovat ruokkineet uskonnollista konfliktia, joka on keskittynyt julkista koulutusta ympäröivään politiikkaan.[37][38] Vaikka kosmologian[39] ja geotieteiden[40] kaltaiset tieteenhaarat ovat myös ristiriidassa usean pyhän kirjoituksen sananmukaisen tulkinnan kanssa, evoluutiobiologia on saanut osakseen huomattavasti enemmän vastustusta henkilöiltä, jotka tulkitsevat pyhiä kirjoituksia kirjaimellisesti.

Vuonna 2006 tehdyn tutkimuksen mukaan suomalaisista 30 prosenttia pitää evoluutioteoriaa vääränä.[41]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Futuyma, Douglas J.: Evolutionary Biology. Third Edition. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, 1998. ISBN 0-87893-189-9. (englanniksi)
  • Mayr, Ernst: Evoluutio. (What evolution is, 2001.) Suomentanut Jani Kaaro. Helsinki: WSOY, 2003. ISBN 951-0-27897-1.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Heikkinen, Mikko: Evoluutio ja evoluutioteoria 2005. Biomi.org. Viitattu 3.2.2011.
  2. a b Rauno Tirri ym.: Biologian sanakirja. Helsinki: Otava, 1993. ISBN 951-1-11390-9.
  3. Futuyma: Evolutionary Biology, s. 4.
  4. Evolution Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 7.10.2009. (englanniksi)
  5. Hakusana kehitysoppi: ”oppi jonka mukaan kasvit ja eläimet ovat kehittyneet nykyiselleen yksinkertaisemmista muodoista”. Kielitoimiston sanakirja. Kotimaisten kielten tutkimuskeskuksen julkaisuja 132. Helsinki: Kotimaisten kielten tutkimuskeskus, 2004. ISBN 952-5446-11-5.
  6. a b c d e Mechanisms of Change Understanding Evolution For Teachers. University of California Museum of Paleontology. Viitattu 5.2.2011. (englanniksi)
  7. Sexual Selection Understanding Evolution For Teachers. University of California Museum of Paleontology. Viitattu 5.2.2011. (englanniksi)
  8. a b Natural Selection Understanding Evolution For Teachers. University of California Museum of Paleontology. Viitattu 5.2.2011. (englanniksi)
  9. Mutations Understanding Evolution For Teachers. University of California Museum of Paleontology. Viitattu 5.2.2011. (englanniksi)
  10. Futuyma: Evolutionary Biology, s. 267.
  11. Futuyma: Evolutionary Biology, s. 278.
  12. Futuyma: Evolutionary Biology, s. 482.
  13. Futuyma: Evolutionary Biology, s. 450, 455–456.
  14. Weiner, Jonathan: Darwinin linnut: Uutta tietoa evoluutiosta. (The beak of the finch: A story of evolution in our time, 1994.) Suomentanut Tuula Hollmén. Helsingissä: Otava, 1997. ISBN 951-1-13805-7.
  15. Hakusana evoluutio teoksessa Spectrum tietokeskus: 16-osainen tietosanakirja. 3, Eng–Hiu, s. 168–170, luku Evoluution todisteet. Porvoo Helsinki Juva: WSOY, 1976. ISBN 951-0-07242-7.
  16. Bull JJ, Wichman HA: Applied evolution. Annu Rev Ecol Syst, 2001, 32. vsk, nro 1, s. 183–217. doi:10.1146/annurev.ecolsys.32.081501.114020. (englanniksi)
  17. Doebley JF, Gaut BS, Smith BD: The molecular genetics of crop domestication. Cell, 2006, 127. vsk, nro 7, s. 1309–21. PubMed:17190597. doi:10.1016/j.cell.2006.12.006. (englanniksi)
  18. Jäckel C, Kast P, Hilvert D: Protein design by directed evolution. Annu Rev Biophys, 2008, 37. vsk, nro 1, s. 153–73. PubMed:18573077. doi:10.1146/annurev.biophys.37.032807.125832. (englanniksi)
  19. Merlo, LM; Pepper, JW; Reid, BJ; Maley, CC: Cancer as an evolutionary and ecological process.. Nature reviews. Cancer, Joulukuu 2006, 6. vsk, nro 12, s. 924–35. PubMed:17109012. doi:10.1038/nrc2013. (englanniksi)
  20. Pan, D; Xue, W; Zhang, W; Liu, H; Yao, X: Understanding the drug resistance mechanism of hepatitis C virus NS3/4A to ITMN-191 due to R155K, A156V, D168A/E mutations: a computational study.. Biochimica et Biophysica Acta, Lokakuu 2012, 1820. vsk, nro 10, s. 1526–34. PubMed:22698669. doi:10.1016/j.bbagen.2012.06.001. (englanniksi)
  21. Woodford, N. – Ellington, MJ: The emergence of antibiotic resistance by mutation.. Clinical microbiology and infection : the official publication of the European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases, Tammikuu 2007, 13. vsk, nro 1, s. 5–18. PubMed:17184282. doi:10.1111/j.1469-0691.2006.01492.x. (englanniksi)
  22. Labbé, P; Berticat, C; Berthomieu, A; Unal, S; Bernard, C; Weill, M; Lenormand, T: Forty years of erratic insecticide resistance evolution in the mosquito Culex pipiens.. PLoS genetics, Marraskuu 2007, 3. vsk, nro 11, s. e205. PubMed:18020711. doi:10.1371/journal.pgen.0030205. (englanniksi)
  23. Neve, P: Challenges for herbicide resistance evolution and management: 50 years after Harper. Weed Research, Lokakuu 2007, 47. vsk, nro 5, s. 365–369. doi:10.1111/j.1365-3180.2007.00581.x. (englanniksi)
  24. Fraser AS: Monte Carlo analyses of genetic models. Nature, 1958, 181. vsk, nro 4603, s. 208–9. PubMed:13504138. doi:10.1038/181208a0. (englanniksi)
  25. Rechenberg, Ingo: Evolutionsstrategie – Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution (PhD thesis). Fromman-Holzboog, 1973. (saksaksi)
  26. Holland, John H.: Adaptation in Natural and Artificial Systems. University of Michigan Press, 1975. ISBN 0-262-58111-6. (englanniksi)
  27. Koza, John R.: Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. MIT Press, 1992. ISBN 0-262-11170-5. (englanniksi)
  28. Jamshidi M: Tools for intelligent control: fuzzy controllers, neural networks and genetic algorithms. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2003, 361. vsk, nro 1809, s. 1781–808. PubMed:12952685. doi:10.1098/rsta.2003.1225. (englanniksi)
  29. Jämsä, Tuomo: Erottaako kieli ihmisen? Semiotiikan perusteet. Internetix. Viitattu 3.2.2011.
  30. Leikola, Anto: Ihminen on osa luontoa, sanoi Darwin. Tiede, 1/2009, s. 28–31. Artikkelin verkkoversio Viitattu 13.2.2009. Artikkelin tekstissä vertauskohteena on Isaac Newton.
  31. Kutschera U, Niklas K: The modern theory of biological evolution: an expanded synthesis. Naturwissenschaften, 2004, 91. vsk, nro 6, s. 255–76. PubMed:15241603. doi:10.1007/s00114-004-0515-y. (englanniksi)
  32. Yleiskuva filosofisista, uskonnollisista ja kosmologisista kiistanalaisuuksista: Dennett, D.: Darwin's Dangerous Idea. Simon & Schuster, 1995. ISBN 978-0-684-82471-0. (englanniksi)
    *Evoluutioteorian tieteellisestä ja yhteiskunnallisesta vastaanotosta 19. ja 20. vuosisadan aikana: Johnston, Ian C.: History of Science: Origins of Evolutionary Theory Liberal Studies Department, Malaspina University College. Viitattu 24.5.2007. (englanniksi)
    *Bowler, Peter J.: Evolution: The History of an Idea. 3. painos. Berkeley, CA: University of California Press, 2003. ISBN 0-520-23693-9. (englanniksi)
    *Zuckerkandl E: Intelligent design and biological complexity. Gene, 2006, 385. vsk, s. 2–18. PubMed:17011142. doi:10.1016/j.gene.2006.03.025. (englanniksi)
  33. Scott EC, Matzke NJ: Biological design in science classrooms. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2007, 104. vsk, nro suppl_1, s. 8669–76. PubMed:17494747. doi:10.1073/pnas.0701505104. (englanniksi)
  34. Ross, M.R.: Who Believes What? Clearing up Confusion over Intelligent Design and Young-Earth Creationism. Journal of Geoscience Education, 2005, 53. vsk, nro 3. Artikkelin verkkoversio Viitattu 28.4.2008. (englanniksi)
  35. Hameed, Salman: Science and Religion: Bracing for Islamic Creationism. Science, 12.12.2008, 322. vsk, nro 5908, s. 1637–1638. PubMed:19074331. doi:10.1126/science.1163672. Artikkelin verkkoversio Viitattu 2009. (englanniksi)
  36. Bowler, Peter J.: Evolution: The History of an Idea. 3. painos. Berkeley, CA: University of California Press, 2003. ISBN 0-520-23693-9. (englanniksi)
  37. Spergel D. N.; Scott, EC; Okamoto, S: Science communication. Public acceptance of evolution. Science, 2006, 313. vsk, nro 5788, s. 765–66. PubMed:16902112. doi:10.1126/science.1126746. (englanniksi)
  38. Hakusana kreationismi teoksessa Selin, Risto: Ihmeellinen maailma: Skeptikon tietosanakirja. Ursan julkaisuja 81. Helsinki: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2001. ISBN 952-5329-19-4. Teoksen verkkoversio (viitattu 3.2.2011).
  39. Spergel, D. N.; Verde, L.; Peiris, H. V.; Komatsu, E.; Nolta, M. R.; Bennett, C. L.; Halpern, M.; Hinshaw, G. et al.: First-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Determination of Cosmological Parameters. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2003, 148. vsk, nro 1, s. 175–94. doi:10.1086/377226. (englanniksi)
  40. Wilde SA, Valley JW, Peck WH, Graham CM: Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. Nature, 2001, 409. vsk, nro 6817, s. 175–78. PubMed:11196637. doi:10.1038/35051550. (englanniksi)
  41. 65 prosenttia suomalaisista uskoo evoluutioteoriaan 22.8.2006. Helsingin Sanomat. Viitattu 6.12.2014.

Kirjallisuutta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Wikiaineisto
Wikiaineistossa on lähdetekstiä aiheesta:
Johdantoteoksia
Historia
Oppikirjoja

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta evoluutio.