Tehtävät 1. Väittämät Vastaa perustellen, ovatko seuraavat evoluutiota koskevat väitteet oikeita vai virheellisiä. a. Evoluutiota on tapahtunut vain menneisyydessä,

Esitys aiheesta: "Tehtävät 1. Väittämät Vastaa perustellen, ovatko seuraavat evoluutiota koskevat väitteet oikeita vai virheellisiä. a. Evoluutiota on tapahtunut vain menneisyydessä,"— Esityksen transkriptio:

1 Tehtävät 1. Väittämät Vastaa perustellen, ovatko seuraavat evoluutiota koskevat väitteet oikeita vai virheellisiä. a. Evoluutiota on tapahtunut vain menneisyydessä, eikä sitä tapahdu enää. Väittämä on virheellinen. Lajiutuminen alkaa populaation geenikoostumuksen muuttumisella sellaiseen suuntaan, joka tuottaa parhaan sopeutumisen vallitseviin oloihin. Hyviä esimerkkejä nopeasta evoluutiosta (ihmisen nopeuttamasta) ovat viljelykasvien monet lajikkeet ja kotieläinrodut. b. Evoluutiolla on tietty päämäärä. Väittämä on virheellinen. Evoluutiolla ei ole tiettyä päämäärää, mutta sen tuloksena kehittyy luonnonvalinnan vaikutuksesta kuhunkin elinympäristöön parhaiten sopeutuvia muotoja.

2 Tehtävät c. Kaikki lajit kehittyvät yhtä nopeasti.
Väittämä on virheellinen. Lajit kehittyvät eri nopeudella. Lajiutumisen nopeuteen vaikuttavat ympäristötekijöiden pysyvyys tai niiden äkillinen muuttuminen. Suurten ympäristönmuutosten jälkeen maapallolla on yleensä tapahtunut nopeaa lajiutumista, ja samoin, jos elinympäristössä on runsaasti vapaita ekologisia lokeroita. Jotkut lajit ovat pysyneet lähes muuttumattomina miljoonia vuosia. d. Kastemato on alkeellisempi eläin kuin koira. Väärin. Kastemato ei ole sen alkeellisempi kuin koirakaan. Alkeellisuus on eri tasoisten lajien vertailussa oikeastaan virheellinen käsite. Kastemato on omaan elinympäristöönsä kehittynyt ja siihen oivallisesti sopeutunut eläin.

3 Tehtävät e. Evoluutio johtaa aina alkeellisemmasta eliöstä kehittyneempään. Väärin. Evoluutio johtaa yleensä elinympäristöönsä parhaiten sopeutuneeseen eliöön. Eliöiden rakenteet voivat toki muuttua ja monimutkaistua evoluution kuluessa. f. Nykyiset lajit polveutuvat jostakin toisesta nykyisestä lajista. Väärin. Monien nykyisten lajien kantamuodot ovat kuolleet maapallolta sukupuuttoon jo miljoonia vuosia sitten. Joidenkin lajien kantamuodot voidaan jäljittää tarkastikin. Esimerkiksi nykyisten nautakarjarotujen kantamuotona pidetään 1500-luvulla sukupuuttoon kuollutta alkuhärkää.

4 Tehtävät g. Mutaatiot ovat tärkein evoluution aiheuttaja.
Mutaatiot luovat populaatioon geenien uusia muotoja, ja siksi monet tutkijat pitävät niitä tärkeimpänä evoluution aiheuttajana. Suvuttomasti lisääntyvillä eliöillä ne ovatkin ainoa evoluution aiheuttaja. Suvullisesti lisääntyvillä eliöillä uudet ominaisuusyhdistelmät ovat kuitenkin mutaatioita tärkeämpi evoluution aiheuttaja. h. Suvullinen lisääntyminen tuottaa uusia ominaisuusyhdistelmiä. Väite on oikea. Suvullinen lisääntyminen tuottaa uusia ominaisuusyhdistelmiä kolmella tavalla (vrt. oppikirja s. 58).

5 Tehtävät 2. Eri isolaatiomekanismit (lisääntymisesteet)
Mitä isolaatiomekanismeja voisi olla kyseessä näiden lajiparien välillä? a. intiannorsu ja afrikannorsu Intiannorsun ja afrikannorsun elinalueiden välissä on maantieteellinen risteytymiseste: Intian valtameri, monia vuoristoja sekä laajoja aavikoita, jotka ovat aiheuttaneet maantieteellisen isolaation. Isolaation seurauksena yhteisestä kantalajista muodostui aluksi kaksi alalajia, joiden yksilöt eivät päässeet risteytymään keskenään. Alalajit kehittyvät vähitellen omiksi lajeikseen, jotka ovat eläneet niin kauan erillään, että ne eivät lisäänny enää keskenään.

6 Tehtävät Intian- ja afrikannorsulle on voinut kehittyä esimerkiksi lisääntymiseen liittyviä erilaisia käyttäytymismalleja, joka estävät pariutumisen. Afrikannorsusta on nykyisen DNA-tutkimuksen perusteella erotettu vielä kaksi eri lajia. b. kiiruna ja riekko Kiiruna ja riekko ovat lähilajeja, jotka saattavat joskus risteytyäkin. Normaalisti ne elävät kuitenkin erilaisilla alueilla. Kiiruna suosii paljakkaa ja riekko elää alempana, koivu- ja havumetsävyöhykkeessä. Elinympäristöä tärkeämpi isolaatiomekanismi riekolla ja kiirunalla on soidinkäyttäytyminen, erityisesti erilainen soidinlento ja koiraiden erivärinen soidinpuku

7 Tehtävät c. silli ja silakka
Isolaatiomekanismeja ovat sillin ja silakan erilaiset kutuajat. Oikeastaan silakastakin on jo kaksi alalajia, syyskutuinen ja keväällä kuteva silakka. Sillin esiintymisaluetta on Pohjois-Atlantti ja Pohjanmeri. Kapeat Tanskan salmet toimivat ainakin osittain myös maantieteellisenä isolaatiotekijänä. Isolaatiotekijä on myös Itämeren ja Atlantin erilainen suolapitoisuus – silakka menestyy lähes suolattomassakin vedessä. Silli ja silakka ovat monien tutkijoiden mielestä samaa lajia eli silakka on sillin Itämeressä elävä pienikokoisempi alalaji. Silakan pienempää kokoon on syynä Itämeren valtamerta niukempi ravinto ja kylmempi vesi.

8 Tehtävät d. hevonen ja aasi
Hevonen ja aasi ovat lähilajeja. Molempia käytetään kotieläiminä ja ne saadaan myös risteytymään keskenään. Jälkeläinen, muuli tai muuliaasi ovat steriilejä. Isolaatiomekanismina ovat hevosen ja aasin erilaiset kromosomistot. Kromosomistojen erilaisuuden takia lajiristeymä ei yleensä tuota meioosissa kunnollisia sukusoluja. Luonnossa hevonen ja aasi eivät yleensä risteydy.

9 Tehtävät 3. Lajien synty (yo s-03)
Kookkaita lentokyvyttömiä strutsinsukuisia lintuja elää eri mantereilla: strutsi Afrikassa, nandu Etelä-Amerikassa ja emu Australiassa. Keisaripingviinin ja jo sukupuuttoon kuolleen siivettömänruokin esiintymisalueet ovat maapallon eri puolilla, keisaripingviinin eteläisellä ja siivettömänruokin pohjoisella pallonpuoliskolla. Tee selkoa niistä evoluutiovoimista, jotka selittävät. a. strutsinsukuisten lintujen yhteiset ominaisuudet

10 Tehtävät Fossiililöytöjen mukaan suurikokoisten lentokyvyttömien lintujen, strutsin, nandun ja emun kantamuoto oli olemassa jo sinä aikana, jolloin Afrikka, Australia ja Etelä-Amerikka olivat yhtä suurta Gondwana-mannerta. Mantereen repeäminen synnytti kolme erillistä lentokyvyttömien lintujen isolaattia. Maantieteellinen isolaatio on jatkunut niin kauan, että myös perusteellinen perinnöllinen isoloituminen on ehtinyt tapahtua. Eri mantereilla vallitsivat erilaiset ympäristöolot. Ilmasto, kasvillisuus, lintujen käyttämä ravinto ja alueen muu eläimistö kehittyivät kullakin mantereella erilaisiksi. Erityisesti Australiassa istukallisten petonisäkkäiden puute on mahdollistanut lentokyvyttömien lintujen säilymisen ja kehittymisen.

11 Tehtävät Eroista johtuen lintujen evoluutiokin on kulkenut kullakin alueella hieman eri suuntaan. Lajien kehitys eli evoluutio etenee yleensä aina siihen suuntaan, joka tuottaa parhaan sopeutumisen vallitseviin oloihin. Strutsilla, emulla ja nandulla on toisaalta edelleen paljon toisiaan muistuttavia piirteitä. Osittain tämä johtuu yhteisestä alkuperästä. Toinen syy lintulajien samankaltaisuuteen on se, että sekä Afrikassa, Australiassa että Etelä-Amerikassa on laajoja samankaltaisia avoimia, ruohoa kasvavia elinympäristöjä, savanneja ja lämpimiä aroja. Tällaiset alueet ovat nopeasti juokseville, suurikokoisille linnuille sopivia elinympäristöjä. Siksi kaikilla kolmella lajilla on paljon samankaltaisia rakenteellisia sopeutumia ja ne muistuttavat toisiaan ulkonäöltäänkin.

12 Tehtävät b. keisaripingviinin ja siivettömänruokin samankaltaisuuden.
Siivetön ruokki eli arktisilla alueilla pohjoisella pallonpuoliskolla ja keisaripingviiniä tavataan edelleen etelämantereen reunoilla. Keisaripingviini ja siivetönruokki polveutuvat eri kantamuodoista. Siksi niillä ei ole yhteistä alkuperää, joka selittäisi samankaltaisuuden. Lintujen rakenteellinen samankaltaisuus ja yhdennäköisyys ovat seurausta samantyyppisistä ympäristöoloista. Molemmat lajit ovat mukautuneet elämään ankarissa luonnonoloissa. Myös niiden ravinnonhankinta on samankaltaista – molemmat lajit kalansyöjiä.

13 Tehtävät Kauan jatkunut luonnonvalinta on suosinut kummankin lajin keskuudessa niitä yksilöitä, jotka ovat parhaiten sopeutuneet vallitseviin olosuhteisiin. Nämä yksilöt ovat sitten siirtäneet ominaisuuksiaan seuraaviin sukupolviin. Kummallakin lajilla on evämäisiksi kehittyneet siivet, solakka ruumiinmuoto, kalaravinnon pyydystämiseen sopiva nokka, räpylöin varustetut, ruumiin peräpäässä sijaitsevat takaraajat. Lintujen höyhenpuku on tiivis, sileä ja vettä hylkivä ja myös väritys on molemmilla lajeilla vesilinnuille tyypillinen: selkäpuoli tumma ja vatsapuoli vaalea.

14 Tehtävät 4. Jääkauden vaikutus sopulien lajiutumiseen (yo s-01)
Viimeisimmän jääkauden aikana osa sopuleista ilmeisesti ”talvehti” Norjan rannikolla, missä oli Golf-virran vaikutuksesta jäättömiä alueita. Pääosa sopuleista asusti mannerjäätikön itäpuolella. Nyt Euroopasta on nimetty kaksi Lemmus -sukuun kuuluvaa lajia, tunturisopuli ja siperiansopuli. a. Miten näiden sopulien lajiutuminen on voinut tapahtua? Mannerjäätikkö jakoi alun perin yhden Lemmus -sukuun kuuluvan sopulilajin laajan asuinalueen kahtia. Osa sopuleista säilyi hengissä Golf-virran ansiosta Norjan rannikoilla olleilla jäättömillä alueilla. Osa sopuleista sinnitteli jäätikön itäpuolella olevilla jäättömillä alueilla kaukana Siperiassa.

15 Tehtävät Jäätikkö esti Norjan rannikon ja Siperian alueella eläneiden sopulipopulaatioiden välisen geenivirran. Kummassakin erilleen joutuneessa populaatiossa tapahtui geneettistä muuntelua mutaatioiden ja suvullisen lisääntymisen tuottamien uusien geeniyhdistelmien takia. Elinolosuhteet Norjan rannikoilla ja Siperiassa olivat erilaiset, joten ne suosivat ja karsivat eri populaatioissa erilaisia geenejä. Luonnonvalinta toimi siis eri tavoin kummassakin populaatiossa. Tunturisopulin ja siperiansopulin lajiutumisen perussyyt ovat siis jäätikön aikaansaama maantieteellinen risteytymiseste ja siitä johtuva geenivirran loppuminen sekä Siperiassa ja Norjan rannikolla eläneisiin populaatioihin kohdistuneet erilaiset valintapaineet.

16 Tehtävät Norjan rannikoilla elänyt populaatio oli todennäköisesti melko pieni, joten evoluutio on voinut edetä nopeammin. Populaatiosta on kehittynyt kantalajistaan erottuva uusi laji, tunturisopuli. Jos Siperiaan isoloitunut populaatio oli alun perin Norjaan jäänyttä isompi, niin todennäköisesti nykyiset siperiansopulit muistuttavat enemmän ennen jääkautta elänyttä sopulilajia kuin tunturisopulit. b. Mitä tarkoitetaan sillä, että tunturisopuli on endeeminen nisäkäs Pohjois-Euroopassa? Endeemisellä eli kotoperäisellä lajilla tarkoitetaan lajia, jolla on varsin suppea ja selvästi rajautunut esiintymisalue, eikä lajia tavata missään muualla maapallolla. Tunturisopulin esiintymisalue rajoittuu Fennoskandian pohjoisosiin.

17 Tehtävät c. Jääkauden jälkeen sopulit eivät ole vielä ehtineet täyttää mannerjäätikön aikanaan muodostamaa ”sopulityhjiötä”. Jos näiden sopulien esiintymisalueet laajenevat, mitä toisensa kohtaaville populaatioille voi tapahtua? Populaatioiden kohdatessa voi lajien välille syntyä kilpailutilanne, jos niiden ekologiset lokerot ovat kovin samanlaiset. Kilpailun seurauksena voi häviölle jäävä laji hävitä kokonaankin. Jos lajien ekologiset lokerot ovat tarpeeksi erilaiset, voivat lajit elää rinnakkainkin samalla alueella.

18 Tehtävät Siperiansopuli ja tunturisopuli ovat lajiutuneet vasta suhteellisen lyhyen aikaa sitten, joten lajit voivat mahdollisesti vielä lisääntyä keskenään ja populaatiot sulautuvat jälleen yhteen eli palataan alkutilanteeseen. Jos lisääntyminen onnistuu, mutta jälkeläiset ovat steriilejä, pidetään siperiansopulia ja tunturisopulia omina lajeinaan. Todennäköisesti niiden erilaistuminen jatkuu edelleen.

19 Tehtävät 5. Norpan lajiutuminen (yo s-06)
Norppa (Phoca hispida hispida) esiintyy yleisenä Pohjoisessa jäämeressä. Sen alalaji itämerennorppa (Phoca hispida botnica) elää Itämeressä ja toinen alalaji saimaannorppa (Phoca hispida saimensis) vain Saimaassa. Itämeri on syntynyt noin viime vuoden aikana maankohoamisen erottaessa sen valtamerestä, ja Saimaa on syntynyt kuroutumalla Itämerestä. a. Miten eri evoluutiovoimat ovat voineet vaikuttaa Itämeren ja Saimaan norppapopulaatioiden kehitykseen? (3 p.) Jäämeren norppa, itämerennorppa ja saimaannorppa ovat kaikki kehittyneet samasta norppalajista. Itämeren ja saimaannorpat ovat kehittyneet jääkauden jälkeen. Itämeri ja sen silloinen lahti, Saimaa kuroutuivat irti muista merialueista ja niissä elävät norpat (ja monet muutkin eliölajit) joutuivat eristyksiin – isoloituivat kantalajistaan maantieteellisen esteen takia. Tällaisia lajeja kutsutaan reliktilajeiksi.

20 Tehtävät Myöhemmin Saimaakin kuroutui irti Itämerestä ja pieni norppapopulaatio jäi myös sinne. Isolaatio katkaisi geenivirran jäämerennorppien, itämerennorppien ja saimaannorppien väliltä. Itämerennorpat ja saimaannorpat sopeutuivat vähitellen elämään murto- ja makeassa vedessä. Suolapitoisuuden lisäksi monet muutkin elinolosuhteet ovat Itämeressä ja Saimaassa erilaiset kuin jäämeressä. Veden kirkkaus, veden syvyys, norppien ravintovalikoima, norppia saalistavat pedot ja jääpeite ovat Jäämerellä, Itämerellä ja Saimaalla erilaiset. Kaikki nämä tekijät ovat toimineet valintatekijöinä ja aiheuttaneet erilaisia valintapaineita eri alueilla. Erilaiset valintapaineet ovat suunnanneet norppien ominaisuuksien kehittymistä erilaisiksi. Näin luonnonvalinta erilaisti saimaannorpan ja itämerennorpan populaatioita erilaisiksi kuin alkuperäinen jäämerennorpan populaatio. Saimaaseen jäänyt norppapopulaatio oli todennäköisesti aika pieni.

21 Tehtävät Siksi perustajavaikutuksella ja sattumalla on ehkä ollut myös vaikutusta saimaannorpan erilaistumiseen. Jääkauden jälkeinen aika on vielä lajinkehityksen kannalta niin lyhyt, että norpat eivät ole vielä lajiutuneet kokonaan omiksi lajeikseen vaan ovat alalajeja. b. Millä eri menetelmillä voidaan tutkia kolmen mainitun norppapopulaation eroja? Millä tutkimusmenetelmällä varmistuisi se, ovatko populaatiot kehittyneet omiksi alalajeikseen? (3 p.) Se ovatko toisiaan muistuttavat lajit samaa vai eri lajia, saadaan selville risteyttämällä. Jos norppien risteytyksissä syntyy fertiilejä (lisääntymiskykyisiä) jälkeläisiä, osoittaa niiden kuuluvan samaan lajiin. Luonnonoloissa maantieteellisen risteytymisesteen takia ainakaan saimaannorppa ei pääse risteytymään muiden norppien kanssa, joten tämän tutkiminen vaikeaa. Riittävän suuria ja luonnonoloja muistuttavia tarhaolosuhteita on vaikea järjestää.

22 Tehtävät Kantalajia ja tehtävässä mainittuja alalajeja voidaan verrata tutkimalla niiden rakennetta, kokoa, painoa, ruumiinmuotoa, aisteja ja väritystä. Tarkemmin sukulaisuutta ja lajiutumista voidaan selvittää kromosomeja ja DNA:ta sekä proteiinien aminohappojärjestystä vertailemalla. Eroja ja yhtäläisyyksiä voidaan selvittää myös norppien käyttäytymistä tutkimalla. Tällöin tutkitaan norppien lisääntymis- ja pesimistapoja, seurallisuutta ja liikkumisia.

23 Tehtävät 6. Evolutiivinen merkitys (yo k-07)
Mikä evolutiivinen merkitys on a. soidinkäyttäytymisellä Monilla eläimillä pariutumista edeltää soidinkäyttäytyminen. Näyttäviä soidinmenoja on linnuilla, monilla nisäkkäillä ja myös sammakkoeläimillä, matelijoilla ja kaloilla. Soidinkäyttäytyminen on pääosin perimään liittyvää vaistotoimintaa, mutta siinä voi olla myös opittuja käyttäytymismalleja. Soidinmenoissa parhaita ominaisuuksiaan, kuten elinvoimaansa, ääntään, väritystään jne. esitelleet koiraat onnistuvat todennäköisesti muita paremmin saamaan lisääntymiskumppanin (tai useita) ja pääsevät siirtämään perintötekijöitään jälkeläisilleen. Menestyjäkoiraiden geenit yleistyvät näin populaatiossa.

24 Tehtävät Soidinmenoissa sukupuolten toisilleen lähettämät signaalit ovat vastavuoroisia ja jokaisella lajilla on ko. lajille tyypilliset signaalit. Yleensä niihin osaa reagoida oikealla tavalla vain samaan lajiin kuuluva yksilö. Tämä käyttäytymistapa (etologinen isolaatio) estää turhat lajiristeymät. b. suurella jälkeläismäärällä Lisääntyminen on yksi elämän perusominaisuuksia. Jokainen eliölaji pystyy tuottamaan jälkeläisiä. Jälkeläisten avulla varmistetaan lajin säilyminen. Jälkeläismäärissä on valtavia lajikohtaisia eroja. Olennaista on kuinka suuri joukko jälkeläisistä saavuttaa lisääntymisiän ja pystyy sitten puolestaan jatkamaan lajin olemassaoloa. Joillakin kalalajeilla saattaa olla miljoonia poikasia, joillakin linnuilla ja nisäkkäillä jälkeläisiä on vain muutamia tai korkeintaan muutamia kymmeniä. Yleensä mitä vähemmän jälkeläisiä laji tuottaa sitä paremmin niistä pidetään huolta. Jos tuhoutumisriski on suuri, kuten kaloilla tai monilla kasveilla, suuri jälkeläismäärä takaa lajin säilymisen.

25 Tehtävät Geneettistä muuntelua, rekombinaation aiheuttamaa ja mutaatioista johtuvaa, mahtuu suureen jälkeläismäärään enemmän kuin pieneen. Siksi suuressa jälkeläisjoukossa saattaa joillakin yksilöillä olla sellaisia ominaisuusyhdistelmiä, jotka tuottavat paremman sopeutuvuuden. Valintaedun antavat alleeliyhdistelmät mahdollistavat lajin säilymisen muuttuvissakin olosuhteissa ja ovat siten myös evoluution edellytyksenä. c. migraatiolla (muuttoliikkeellä)? Migraatio on lajin siirtymistä uusille alueille. Näin lajin populaatiot valtaavat uusia alueita ja levittäytyvät maantieteellisesti sinne, missä elinmahdollisuuksia on. Populaation menestymiseen uudella alueella vaikuttaa muuttajayksilöiden alleelivarasto, joka saattaa olla pienikin, ja ympäristötekijät. Pienissä muuttajaporukoissa näkyy perustajavaikutus ja sattuma paremmin kuin silloin jos muuttajia on suuri joukko.

26 Tehtävät Muutto voi olla myös rasittavaa , jolloin heikoimmat muuttajat ja niiden alleelit karsiutuvat uudesta populaatiosta. Uudessa ympäristössä saattavat vaikuttaa erilaiset valintapaineet (ympäristötekijät) kuin alkuperäisillä asuinalueilla. Tämä ohjaa alueelle muuttaneen lajin kehitystä parhaan sopeutumisen tuottavaan suuntaan. Jos muuttanut populaatio isoloituu, geenivirta alkuperäiseen populaatioon estyy ja näin migraatio voi edistää lajiutumista.