we ’ re all Homo here
Evolution

relevantit hominidit

asteittainen tiede

endosymbioosi

plain Monkey Business

biologinen evoluutio ajan kuluessa voi seurata useita eri malleja. Ympäristön ja saalistuspaineiden kaltaisilla tekijöillä voi olla erilaisia vaikutuksia siihen, miten niille altistuneet lajit kehittyvät. Evoluutiobiologit ovat nimittäneet nämä erilaiset mallit divergentiksi, konvergentiksi ja rinnakkaiseksi evoluutioksi.

Divergent evolution

kun ihmiset kuulevat sanan ”evolution”, he yleisimmin ajattelevat divergent Evolutionia, evoluutiomallia, jossa (esimerkiksi) kaksi lajia vähitellen muuttuvat yhä erilaisemmiksi. Poikkeava evoluutio tapahtuu, kun tietystä populaatiosta kehittyy ryhmä uudeksi lajiksi. Sopeutuakseen erilaisiin ympäristöolosuhteisiin nämä kaksi ryhmää kehittyvät erillisiksi lajeiksi ympäristöolosuhteiden asettamien vaatimusten erojen vuoksi. Laajassa mitassa erilainen evoluutio voisi johtaa siihen, että maapallon elämän nykyinen moninaisuus alkaisi syntyä ensimmäisistä elävistä soluista. Pienemmässä mittakaavassa se voisi selittää ihmisten ja apinoiden evoluution yhteisestä kädellisten esi-isästä. Molekyylitasolla se voisi selittää entsyymien ja kalvoproteiinitopologian uusien katalyyttisten toimintojen kehittymisen.

poikkeava evoluutio ja lajiutuminen

Jos erilaiset selektiiviset paineet vaikuttavat tiettyyn eliöön, seurauksena voi olla monenlaisia adaptiivisia piirteitä. Jos tarkastellaan vain yhtä eliön rakennetta, nämä muutokset voivat joko lisätä rakenteen alkuperäistä funktiota tai ne voivat muuttaa sen kokonaan. Poikkeava evoluutio johtaa lajiutumiseen eli uuden lajin kehittymiseen. Divergenssiä voi esiintyä missä tahansa samankaltaisten eliöiden ryhmässä. Erot syntyvät erilaisista valikoivista paineista. Mikä tahansa kasvien tai eläinten suku voi osoittaa poikkeavaa evoluutiota. Esimerkkinä voidaan mainita orkideoiden kukkalajien moninaisuus. Mitä suurempi eroavaisuuksien määrä on, sitä suurempi eroavaisuudet ovat. Tutkijat arvelevat, että mitä enemmän kaksi samankaltaista lajia eroavat toisistaan, se osoittaa pitemmän ajan, jonka kuluessa ero on tapahtunut.

esimerkkejä erilaisesta evoluutiosta

luonto tarjoaa monia esimerkkejä erilaisesta evoluutiosta.

• Jos vapaasti risteytyvä populaatio saarella tulee erilleen esteellä, kuten uudella joella, eliöt voivat ajan myötä alkaa erkaantua toisistaan. Jos saaren vastakkaisissa päissä on erilaisia väestöön vaikuttavia paineita, tämä voi johtaa erilaiseen evoluutioon.
• Jos tietty linturyhmä muiden saman lajin lintujen populaatiossa poikkeaa normaalista muuttoradastaan poikkeavien tuulenvaihtelujen vuoksi, ne voivat päätyä uuteen ympäristöön. Jos ravinto-lähde uudessa ympäristössä on sellainen, että vain populaation linnut, joilla on muunnos nokka, pystyvät ruokkimaan, tämä ominaisuus kehittyy sen valikoivan selviytymisedun ansiosta. Sama laji alkuperäisellä maantieteellisellä paikalla ja alkuperäisen ravinnonlähteen omaava laji eivät vaadi tätä nokan ominaisuutta ja kehittyvät siksi eri tavalla.
• poikkeavaa evoluutiota on tapahtunut myös punaketun ja kitaketun tapauksessa. Kitakettu elää aavikolla, jossa sen Turkki auttaa naamioimaan sen saalistajiltaan, kun taas punakettu elää metsissä, joissa sen punainen Turkki sulautuu ympäristöönsä. Aavikolla ilmasto vaikeuttaa eläinten ruumiinlämmön poistamista. Kitaketun korvat ovat kehittyneet niin, että niiden pinta-ala on suurempi, jotta se voi tehokkaammin poistaa ylimääräistä ruumiinlämpöä. Eri kettujen erilaiset evolutiiviset kohtalot määräytyvät ensisijaisesti erilaisten ympäristöolosuhteiden ja sopeutumisvaatimusten perusteella, eivät geneettisten erojen perusteella. Jos lajin Kaikki jäsenet elävät samassa ympäristössä, on todennäköistä, että ne kehittyvät samalla tavalla. Poikkeava evoluutio vahvistetaan DNA-analyysillä, jossa eriytyneet lajit voidaan osoittaa geneettisesti samanlaisiksi.
• ihmisen jalka kehittyi hyvin erilaiseksi kuin apinan jalka, huolimatta niiden yhteisestä kädellisestä syntyperästä. On arveltu, että uusi laji (ihminen) kehittyi, koska puista ei enää tarvinnut heilua. Pystyssä kävely maassa kannusti muutoksia jalka, joka sattui antamaan parempaa nopeutta ja tasapainoa. Näistä erilaisista piirteistä tuli pian ominaisuuksia, jotka kehittyivät maassa liikkumisen helpottamiseksi. Vaikka ihmiset ja apinat ovat geneettisesti samanlaisia, niiden erilaiset luontaiset elinympäristöt edistivät erilaisia fyysisiä ominaisuuksia kehittyäkseen selviytymistä varten.

konvergentti evoluutio

konvergentti evoluutio aiheuttaa vaikeuksia tutkimusaloilla, kuten vertailevassa anatomiassa. Konvergentti evoluutio tapahtuu, kun eri esivanhemmilla lajeilla alkaa yhteisen ympäristön tai muun valintapaineen vuoksi olla samanlaisia piirteitä. Ympäristöolosuhteet, jotka vaativat samanlaisia kehityshäiriöitä tai rakenteellisia muutoksia sopeutumista varten, voivat johtaa konvergenttiseen evoluutioon, vaikka lajit eroavat toisistaan polveutuessaan. Nämä samojen selektiivisten paineiden seurauksena syntyvät sopeutumis samankaltaisuudet voivat johtaa harhaan lajin luonnollista evoluutiota tutkiville tutkijoille. Konvergentti evoluutio aiheuttaa ongelmia myös paleontologeille, jotka käyttävät taksonomiassa evoluutiomalleja eli eri eliöiden luokittelua ja luokittelua relatiivisuuden perusteella. Se johtaa usein virheellisiin ihmissuhteisiin ja vääriin evolutiivisiin ennustuksiin.

Examples of convergent evolution

(1) Pterosaurus
(2) Bat
(3) Bird

yksi parhaista esimerkeistä konvergentista evoluutiosta liittyy siihen, miten linnut, lepakot ja lentoliskot (kaikki eri taksonit, jotka kehittyivät eri linjoja pitkin eri aikoina) tulivat lentokykyisiksi. Tärkeää on, että jokainen laji kehitti Siivet itsenäisesti. Nämä lajit eivät kehittyneet valmistautuakseen tuleviin olosuhteisiin, vaan lentämisen kehityksen aiheutti samankaltaisten ympäristöolosuhteiden aiheuttama valikoiva paine, vaikka ne tapahtuivatkin eri aikoina. Kaikkien lajien kehityspotentiaali ei ole rajaton, mikä johtuu pääasiassa geneettisten kykyjen luontaisista rajoitteista. Vain sopeutumisen kannalta hyödylliset muutokset säilyvät. Muutokset ympäristöoloissa voivat kuitenkin johtaa vähemmän hyödyllisiin toiminnallisiin rakenteisiin, kuten lisäkkeisiin, joita saattoi olla ennen siipiä. Toinen muutos ympäristöolosuhteissa saattaa johtaa lisäykseen tehtäviin muutoksiin, jotta se olisi uusien olosuhteiden vuoksi käyttökelpoisempi.

esimerkiksi kaikkien lentävien eläinten siivet ovat hyvin samanlaiset, koska samat aerodynamiikan lait pätevät. Nämä lait määrittävät ne erityiset kriteerit, jotka määräävät Siiven muodon, Siiven koon tai lennon edellyttämät liikkeet. Kaikki nämä ominaisuudet ovat eläimestä tai fyysisestä sijainnista riippumatta. Sen ymmärtäminen, miksi kukin laji kehitti lentokyvyn, perustuu ymmärrykseen mahdollisista toiminnallisista sopeutumisista, jotka perustuvat käyttäytymiseen ja ympäristöolosuhteisiin, joille laji altistui. Vaikka vain teorioita voidaan tehdä noin sukupuuttoon lajien ja lennon koska nämä käyttäytymistä voidaan ennustaa käyttäen fossiilisten tietueiden, näitä teorioita voidaan usein testata käyttäen tietoja kerätään niiden jäänteitä. Ehkä linnun tai lepakon siivet olivat aikoinaan lisäkkeitä, joita käytettiin muihin tarkoituksiin, kuten liitoon, sukupuoliseen näyttäytymiseen, loikkimiseen, suojeluun tai aseiden pyydystämiseen.

toinen esimerkki konvergentista evoluutiosta ovat pääjalkaisten (kalmarit ja mustekalat) silmät, jotka muistuttavat huomattavan paljon ihmisten tai muiden nisäkkäiden silmiä. Nisäkkäillä ja pääjalkaisilla silmät ovat kuitenkin kehittyneet täysin erikseen, sillä selkärankaisten ja selkärangattomien evoluutio eriytyi noin 500 miljoonaa vuotta sitten, jolloin kaikki eläimet olivat näkemättömiä.

eri kasvilajeilla, joilla on samat pölyttäjät, monet rakenteet ja menetelmät pölyttäjälajien houkuttelemiseksi kasviin ovat samanlaisia. Nämä erityisominaisuudet mahdollistivat molempien lajien lisääntymismenestyksen pölytystä säätelevien ympäristönäkökohtien vuoksi sen sijaan, että ne olisivat sukujuuriltaan geneettisesti sukua keskenään.

vielä yksi esimerkki konvergentista evoluutiosta on mantellojen ja myrkkynuolisammakoiden tapaus. Myrkkynuolisammakot elävät Etelä-Amerikassa, mantellat Madagaskarissa. Ne ovat täysin sukua toisilleen, mutta niiden nahoissa on samanlaisia myrkkyjä, joita ne saavat muurahaisilta, jotka ovat myös esimerkkejä konvergentista evoluutiosta.

Konvergenttia evoluutiota tukee se, että nämä lajit tulevat eri esi-isistä, mikä on todistettu DNA-analyysillä. Kuitenkin niiden mekanismien ymmärtäminen, jotka saavat aikaan nämä samankaltaisuudet lajin ominaisuuksissa, genetiikan eroista huolimatta, on vaikeampaa.

Yi qi nautti välipalaa

Yi qi oli noin 160 miljoonaa vuotta sitten elänyt dinosaurus, joka löydettiin Kiinan Hebeistä. Se vaelteli kerran ginkgo-ja havupuiden kosteissa Jurakautisissa metsissä liitäen puusta toiseen. Ainutlaatuinen piirre tämä dinosaurus on, että se lensi käyttäen ohut kalvo, aivan kuten lepakot. Yi qi on ainoa tunnettu dinosaurus, jolla on tämä, ja on loistava esimerkki konvergentista evoluutiosta.

Parallel evolution

Parallel evolution tapahtuu, kun toisiinsa liittymättömillä eliöillä on samat ominaisuudet tai mukautuva mekanismi ympäristöolosuhteidensa luonteen vuoksi. Tai toisin ilmaistuna rinnakkainen evoluutio tapahtuu, kun samankaltaiset ympäristöt tuottavat samanlaisia adaptaatioita. Kahden tai useamman sukulinjan morfologiat (tai rakennemuoto) kehittyvät keskenään samalla tavalla rinnakkaisessa evoluutiossa sen sijaan, että ne erkanisivat tai konvergoituisivat tietyssä vaiheessa.

esimerkkejä rinnakkaisesta evoluutiosta

yksi esimerkki ovat monimutkaiset höyhenpukukuviot, jotka näyttävät kehittyneen itsenäisesti monien hyvin erilaisten lintulajien keskuudessa.

Molekyyliesimerkki rinnakkaisesta evoluutiosta on repressorien ja periplasmisten sokeria sitovien proteiinien ligandispesifisyys.

rinnakkaisesta evoluutiosta on esimerkkinä tympanaali-ja atympanaalihaukkojen eli Sfingidae-lajien tapauksessa. Näille hyönteisille on kehittynyt ihmisen kaltainen tärykalvo, joka on keino kommunikoida äänen välityksellä. Äänet saavat aikaan tärykalvon, joka peittää tärykalvon. Nämä värähtelyt havaitaan tärykalvon pinnalla olevista pienistä proteiineista, joita kutsutaan kuuloreseptoreiksi. Sphingidae-heimon sisällä kaksi erilaista alaryhmää hankki kuulokyvyn kehittämällä muutoksia suupaloissaan selvästi riippumattoman evoluutioreitin avulla.

kuulojärjestelmän biomekaniikan tutkiminen paljastaa, että vain yhdellä näistä alaryhmistä on tärpanum. Toinen aliryhmä on kehittänyt erilaisen mouthear-rakenteen, jolla ei ole typanumia, vaan jolla on mouthear, jonka toiminnalliset ominaisuudet ovat oleellisesti samat kuin aliryhmällä, jolla on tympanum. Sen evoluutiomerkitys, miten kuulokyky kehittyi rinnakkain lajin kahdessa eri alaryhmässä, osoittaa, että erilaisia mekanismeja voi olla olemassa, mikä johtaa samanlaisiin toimintakykyihin ja erilaisiin keinoihin saada sama toiminnallinen ominaisuus. Kummallekin alaryhmälle kuulon on täytynyt olla tärkeä ominaisuus, jotta laji säilyisi hengissä ympäristöolosuhteet huomioon ottaen.

Parallel evolution and speciation

Parallel speciation on rinnakkaisen evoluution tyyppi, jossa lisääntymissopimattomuus läheistä sukua olevissa populaatioissa määräytyy ominaisuuksien perusteella, jotka kehittyvät itsenäisesti erilaisiin ympäristöihin sopeutumisen vuoksi. Nämä erilliset populaatiot ovat lisääntymiskyvyttömiä, ja vain populaatiot, jotka elävät samanlaisissa ympäristöolosuhteissa, tulevat vähemmän todennäköisesti lisääntymiskyvyttömiksi. Tällä tavoin rinnakkainen lajiutuminen viittaa siihen, että on olemassa hyviä todisteita lajiutumiseen johtavasta luonnollisesta selektiivisestä paineesta, varsinkin kun lisääntymissopimattomuus sukulaispopulaatioiden välillä korreloi pikemminkin erilaisten ympäristöolosuhteiden kuin maantieteellisten tai geneettisten etäisyyksien kanssa.

Katso myös

• evoluutioteoria
• Mikroevoluutio
• taksonomia

bibliografia

Kirjat

• Merrell, David J. the Adaptive Seascape: the Mechanism of Evolution. Minneapolis: University of Minnesota Press, 1994.
• Gould, Stephen Jay. Evoluutioteorian rakenne. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2002.
• Ridley, Mark. Evoluutio. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1993.
• Good JM, Hayden CA, Wheeler TJ. Adaptive Protein Evolution and Regulatory Divergence in Drosophila. Mol Biol Evol. 2006 maalis 14
• Yoshikuni Y, Ferrin TE, Keasling JD. Suunniteltu entsyymin toiminnan poikkeava evoluutio. Luonto. 2006 helmi 22
• Rosenblum EB. Convergent evolution and divergent selection: lizards at the white sands ecotone. Olen Nat. 2006 Tammi; 167(1): 1-15.
• Rasmussen, L. E. L., Lee, T. D., Roelofs, W. L., Zhang, A., Doyle Davies Jr, G. (1996). Hyönteisferomoni norsuissa. Luonto. 379: 684
• Zhang, J. ja Kumar, S. 1997. Konvergentin ja rinnakkaisen evoluution osoittaminen aminohapposekvenssitasolla. Mol. Biol. Evol. 14, 527-36.
• Dawkins, R. 1986. Sokea Kelloseppä. Norton & yritys.
• Mayr. 1997. Mikä on biologia. Harvard University Press
• Schluter, D., E. A. Clifford, M. Nemethy ja J. S. McKinnon. 2004. Parallel evolution and inheritance of quantitative traits. American Naturalist 163: 809–822.

Periodicals

• Berger, Joel, and Kaster, ”Convergent Evolution.” Evolution (1979): 33:511.