Perinnöllisen muuntelun mekanismit

(Ohjattu sivulta Evoluutiomekanismit)

Perinnöllisen muuntelun mekanismeja ovat muun muassa luonnonvalinta, seksuaalivalinta, mutaatiot ja migraatio. Luonnonvalinta johtaa populaation parempaan sopeutumiseen senhetkiseen ympäristöönsä, sillä menestyneimmistä yksilöistä tulee suurella todennäköisyydellä lopulta vallitseva tyyppi populaatiossa tehokkaamman lisääntymisen myötä. Toisin sanoen geenit määräävät eliön ominaisuudet, ja paremmin menestyvät eliöt kantavat siis geenejä, joista tämä parempi menestys johtuu. Paremmin menestyvät yksilöt pääsevät lisääntymään useammin, ja niin niiden kantamat parempaa menestystä aikaansaavat geenit yleistyvät populaatiossa. Evoluutio voi myös johtaa erikoistumiseen, yksinkertaistumiseen tai luonnon biodiversiteetin eli monimuotoisuuden kasvuun: elinympäristön vapaana olevaan lokeroon kehittyy yleensä jossain vaiheessa oma siihen erikoistunut lajinsa.

Mutaatiot

Mutaatio on eliön perinnöllinen muutos, geneettisen materiaalin eli DNA:n kopioitumisessa tapahtuva virhe. Mutaatiot aikaansaavat "raaka-aineen" luonnonvalinnalle, ja ne ovat uuden geneettisen materiaalin ainoa lähde.

Mutaatioista suurin osa on neutraaleja, toisin sanoen ne eivät johda havaittaviin muutoksiin eliön elonjäämismahdollisuuksissa tai sopivuudessa elinympäristöönsä. Mutaatioista, jotka eivät ole neutraaleja, suurin osa on vahingollisia tai haitallisia. Vain pieni osa on adaptiivisia eli sellaisia että ne auttavat eliötä elämään ja lisääntymään elinympäristössään, mutta tämä pieni hyödyllisten mutaatioiden määrä mahdollistaa sopeutumisen.

Useampien eläinten ja kasvien DNA:ssa on suurehko määrä materiaalia, joka ei koodaa proteiineja. Osalla tästä materiaalista ei ole tunnettua geneettistä roolia, mutta osa siitä toimii säätelytehtävissä. Ihmisen tapauksessa tämän proteiineja koodaamattoman ”roska-DNA:n” eli tilke-DNA:n osuus on peräti 97 %. Tämä prosenttimäärä vaihtelee suuresti myös toisiaan lähellä olevien lajien välillä.

Hyödyllisten mutaatioiden todennäköisyys eliössä on pieni, ja jotta kyseinen hyödyllinen mutaatio voisi periytyä jälkeläisille, sen täytyy tapahtua sukusolulinjassa, jossa se ei tapahdu kuin äärimmäisen harvoissa tapauksissa. Silti niin voi tapahtua ja tapahtuukin jatkuvasti.

Esimerkiksi säteilyttämällä on saatu aikaan erilaisten eläin- ja kasvilajien sukusolulinjoihin sellaisia muutoksia, jotka ovat periytyneet jälkipolville. Eräät näistä ovat olleet eliölle eduksi. Luonnossa esiintyvä säteily on yksi mutaatioiden aiheuttaja, mutta koska luonnossa säteily on huomattavasti alhaisempaa kuin säteilytyskokeissa, tapahtuu luonnossa mutaatioita paljon harvemmin. Luonnossa kuitenkin on aikaa sekä yksilöitä huomattavasti enemmän ”käytettävissä” kuin säteilytyskokeissa, joten edullisia mutaatioita syntyy lähes välttämättä pitkien aikojen kuluessa, vaikka ne ovat harvinaisia ihmisten aikaskaalalla.

Edullisen mutaation tunnistaa siitä, että sen saaneet eliöt menestyvät sukupolvesta toiseen. Niitä, jotka eivät saa yksilöä menestymään, kutsutaan haitallisiksi tai neutraaleiksi mutaatioiksi. Vähänkin edulliset mutaatiot toisinaan leviävät, ja tulevat vallitsevaksi tyypiksi populaatiossa. Silloin edullisen mutaation saaneet ovat enemmistössä, ja seuraavan edullisen mutaation saa luultavimmin joku edellisen mutaation saanut yksilö. Näin edulliset mutaatiot kasautuvat. Mitä tekee tätä kasautumista vielä nopeammaksi, on ns. sukupuolellinen lisääntyminen, jonka seurauksena geenit ”sekoitetaan” kuin korttipakka ja populaation eri osissa yhtä aikaa sattuneet hyödylliset mutaatiot voidaan saada yhdistetyksi yhteen yksilöön. Näin evoluutio muuttuu ”rinnakkaisprosessoinniksi”.

Jos laji hyötyy nykyisessä ympäristössään esimerkiksi pitkistä jaloista, jalan pituutta ja sitä kautta nopeutta kasvattavat mutaatiot ovat edullisia mutaatioita. Koska nopeammat esimerkiksi pääsevät paremmin pakoon saalistajiaan, ne pääsevät lisääntymään useammin, ja monen sukupolven aikana on todennäköistä, että pitempijalkaisuuden geenit tulevat yleisiksi ominaisuuksiksi populaatiossa. Nämä pidempijalkaiset voivat saada myös muita edullisia mutaatioita, jolloin mutaatiot todellakin kasautuvat. Mikäli laji on jakaantunut useammalle eristäytyneelle alueelle, nämä edulliset mutaatiot tai niiden kasaumat eivät tietenkään kulje kaikkien lajin edustajien saataville. Pian mutaatioita on kertynyt niin paljon, etteivät eri kantojen edustajat ole keskenään lisääntymiskykyisiä. Tällöin on tapahtunut lajiutuminen edullisten mutaatioiden kasaantumisen seurauksena.

Mutaatioita on liikaa

  • Haitallisia mutaatioita on arviolta 104-106 kertaa enemmän kuin hyödyllisiä. Tyypillisesti valintaetu yhdestä edullisesta mutaatiosta on promillen luokkaa.
  • Haitallisia geneettisiä mutaatioita 100-600 per henkilö.
  • Ihmislaji ei tällä kehity, vaan suunta on alaspäin.
  • Eliön selviämiseen vaikuttavat paljon enemmän muut asiat kuin perimä. Esimerkiksi saatavilla oleva ravinto, kasvuympäristö ympäristö tai tuuri ovat yleensä tilastollisesti merkittävämpiä tekijöitä kuin yksittäiset mutaatiot.
  • Luonnossa perimän osuus selviytymiseen on tyypillisesti 0.004–osa.
  • ’Kohinan’ takia luonnonvalinta ei edes ’näe’ vähän haitallisia mutaatioita, joita mutaatioista on eniten. Ne kertyvät perimään, mikä johtaa populaation rappeutumiseen.

Lajiutuminen

Missä tahansa eliöpopulaatiossa yksilöiden ominaisuudet vaihtelevat hieman sekä perimästä että ympäristöstä johtuen. Siten tapahtuu väistämättä niin, että tietyt ominaisuudet suosivat lisääntymistä enemmän kuin toiset, ja tästä syystä nämä ominaisuudet yleistyvät populaatiossa. Elinolosuhteiden muuttuessa (ilmasto, maantiede, sattuma, muut eliöt) saattaakin olla, että jotkin toiset ominaisuudet edesauttavat lisääntymistä enemmän kuin muut, jolloin ne vuorostaan alkavat lisääntyä populaatiossa. Tästä syntyy vähitellen lajiutumista, eritoten jos populaatio jakautuu kahteen tai useampaan osaan, esimerkiksi maantieteellisistä syistä, joten populaatioiden kesken ei juurikaan tapahdu geenienvaihtoa. Näin kehityshaarat erkanevat hiljalleen toisistaan ja lopulta yksi kantamuoto on lajiutunut eri lajeiksi, jotka eivät ole lisääntymiskykyisiä keskenään.

Lajiutuminen on yhden lajin jakautuminen useammaksi. Lajiutumiselle erotetaan kolme mekanismia:

  • 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 muuttuvat satunnaisesti kumuloituvien mutaatioiden seurauksena yhä enemmän erilleen. Lopulta eri populaatiot ovat geneettisesti niin kaukana toisistaan, etteivät ne pysty enää saamaan keskenään lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Näin on syntynyt kaksi lajia.

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

Ehkä tunnetuin esimerkki lajiutumisesta on darwininsirkkujen erikoistuminen 13:ksi eri lajiksi Galápagossaarilla yhdestä saarille saapuneesta kantalajista. Niiden nokat ovat erikoistuneet erilaisten ravintolokeroiden täyttämiseen.

Migraatio

Migraation rooli evoluutiossa on se, että tietyssä paikassa alkunsa saanut uusi, hyödyllinen perinnöllinen piirre yleistyy koko populaatiossa. Mitä suurempi yhtenäinen populaatio, sitä suurempi on myös mutaatioiden määrä. Silloin myös hyödyllisten mutaatioiden määrä on suurempi. Eli mitä suurempi populaation koko yksilöinä, sitä nopeammin enemmän muuntelua tapahtuu.

Populaatiosta tulisi kuitenkin vaatia, että yksilö voi fyysisesti matkustaa paikasta toiseen populaation sisällä. Kuivalla maalla eläville organismeille esim. se tarkoittaa, että on oltava yhtenäinen kuiva maa-alue. Tästä vaikuttavin esimerkki on Australia.

Yleisen käsityksen mukaan 45 miljoona vuotta sitten Australian mannerlaatta erosi lopullisesti etelämantereelta ja purjehti pois, niin, että Australiassa elävät eliöt kehittyivät eri tavalla kuin eliöt muualla. Australiassa elävät edelleen pussieläimet, jotka ovat sopeutuneet samoihin eri ekologisiin lokeroihin kuin istukalliset nisäkkäät muussa maailmassa. Esim. missä muussa maailmassa on susia, hiiriä ja myyriä, on Australiassa pussisusi, -hiiri ja -myyrä. Tämä on myös esimerkki konvergenssista.

Katso myös

ApologetiikkaWiki




Viitteet