Tehtävät 1. Elämän synty a. Mitä tarkoittaa kemiallinen evoluutio? Kemiallisella evoluutiolla tarkoitetaan sitä, että alkumaapallon kaasukehässä olleista epäorgaanisista aineista (mm. vesihöyry, ammoniakki, metaani) syntyi orgaanisia yhdisteitä (nukleiinihappojen ja proteiinien rakenneosia). b. Mitä tarkoittaa biologinen evoluutio? Biologinen evoluutio tarkoittaa populaatioissa ja lajeissa tapahtuvaa kehitystä, joka johtaa populaatioiden ja lajien perinnölliseen muuntumiseen ja parempaan sopeutumiseen ympäristöönsä.

Tehtävät c. Miksi kemiallinen evoluutio ei nykymaapallolla ole mahdollinen? Nykymaapallolla ei voi tapahtua kemiallista evoluutiota, koska olosuhteet ovat täysin toisenlaiset. Ilmakehässä ei nykyisin ole kuin pieni osa alkumaapallon kaasukehässä olleista kaasuista, joten raaka-aineita kemialliseen evoluutioon ei olisi. Myöskään tarvittavia energialähteitä (voimakasta UV-säteilyä, meteoriittipommituksia, valtavia tulivuorenpurkauksia ja sähköpurkauksia) orgaanisten molekyylien synnylle ei enää ole.

Tehtävät 2. Tärkeitä kehitysaskeleita Miksi seuraavat kehitysaskeleet olivat tärkeitä eliökunnan evoluution käännekohtia? a. fotosynteesin kehittyminen Fotosynteesin tuloksena vapautui happea, jota alkoi vähitellen kerääntyä myös maapallon kaasukehään. Happi reagoi kaasukehässä olleiden myrkyllisten kaasujen kanssa, ja ne hävisivät. Yläilmakehään kohonneista happimolekyyleistä alkoi syntyä UV-säteilyltä suojaava otsonikerros. Hapen ilmaantuminen kaasukehään muutti solun energianvapauttamisreaktioita: soluhengitys korvasi käymisen tehokkaampana energianvapauttamistapana.

Tehtävät b. monisoluisuus Monisoluisuus teki mahdolliseksi solujen välisen työnjaon, erikoistuneiden solukoiden ja kudosten kehittymisen sekä elimien ja elimistöjen kehittymisen. Eliöiden koko kasvoi. Osa soluista erikoistui sukusoluiksi ja suvullinen lisääntyminen alkoi. c. sisäinen tukiranka Eläin voi olla suurikokoisempi, kun sillä ei ole painavaa ulkoista kitiinipanssaria. Liikkuminen helpottui sisäiseen tukirankaan kiinnittyvien luiden ja lihasten vuoksi.

Tehtävät d. suvullinen lisääntyminen Kaikissa sukusoluissa on erilainen geeniyhdistelmä, ja kun koiras- ja naaraspuolinen sukusolu yhdistyvät, on jälkeläinen uudenlainen yhdistelmä vanhempiensa geeneistä. Suvullisen lisääntymisen tuloksena syntyy enemmän perinnöllistä muuntelua ja valinnalle on enemmän materiaalia. Eliöiden sopeutuminen muuttuviin olosuhteisiin on helpompaa.

Tehtävät 3. Mitokondrioiden ja viherhiukkasten alkuperä Mitkä seikat puoltavat sitä teoriaa, että mitokondriot ja viherhiukkaset ovat kehittyneet itsenäisinä elävistä bakteereista? Molemmissa soluelimissä on omaa DNA:ta (omia geenejä), ne pystyvät lisääntymään itsenäisesti solun sisällä jakautumalla ja ne ovat soluelimiksi isoja, bakteerin kokoisia.

Tehtävät 4.Erilaisia ja samanlaisia matoja (yo k-08) Perusrakenteeltaan erilaiset eläimet kuuluvat eri pääjaksoihin, mutta samanlaisessa elinympäristössä ne saattavat kehittyä muistuttamaan toisiaan. Laakamatojen pääjaksoon kuuluvat lattanat pystyvät lisääntymään suvuttomasti, nivelmadoista lierot (kastemadot) ovat kaksineuvoisia ja pääosin ristisiittoisia, sukkulamadot yksineuvoisia.

Tehtävät a. Selitä, mitä alleviivatuilla lisääntymisbiologisilla käsitteillä tarkoitetaan. (2 p.) Suvuton lisääntyminen on ilman sukusoluja tapahtuvaa lisääntymistä, joka perustuu ainoastaan solujen jakautumisiin. Kaksineuvoinen eliö tuottaa sekä siittiö- että munasoluja eli sillä on kummankin sukupuolen sukupuolielimet. Ristisiittoisuus tarkoittaa sitä, että hedelmöitykseen osallistuu kaksi samaan lajiin kuuluvaa yksilöä. Yksineuvoinen eliö tuottaa vain yhdentyyppisiä sukusoluja, joko munasoluja tai siittiösoluja. Yksineuvoisilla eliöillä koiras- ja naaraspuoliset sukupuolielimet ovat eri yksilöissä.

Tehtävät b. Vertaa suvuttoman lisääntymisen, itsesiittoisuuden ja ristisiittoisuuden hyötyjä ja haittoja. (4 p.) Suvuttoman lisääntymisen etuja: – nopea lisääntymistapa – säästää rakennusaineita – säästää energiaa Suvuttoman lisääntymisen haittoja: – ei synny perinnöllistä muuntelua, joten vaikea sopeutua ympäristöolojen muutoksiin Itsesiittoisuuden edut: – varma lisääntymistapa – ei tarvitse etsiä lisääntymiskumppania Itsesiittoisuuden haitat: – perinnöllinen muuntelu vähäistä, koska kaikki geenit peräisin samalta yksilöltä – vaikea sopeutua ympäristöolojen muutoksiin

Tehtävät Ristisiittoisuuden edut: – syntyy perinnöllistä muuntelua, koska jälkeläinen saa puolet geeneistä toiselta vanhemmaltaan ja puolet toiselta vanhemmalta – edistää sopeutumista muuttuviin ympäristöoloihin Ristisiittoisuuden haitat: – hidasta – epävarmaa (löydettävä lisääntymiskumppani) – rakennusaineita ja energiaa tuhlaantuu

Tehtävät 5. Selkärangattomien pääjaksojen vertailua Tehtävän vastaus löytyy taulukkomuodossa opettajan oppaan sivulta 92. 6. Elämän kehittyminen merissä a. Mitkä olivat kemiallisen evoluution raaka-aineita ja energialähteitä? Mitä raaka-aineista syntyi? Raaka-aineita olivat alkumaapallon kaasukehässä olleet epäorgaaniset kaasut: metaani, ammoniakki, typpi, vesihöyry, vety ja hiilimonoksidi. Energialähteinä toimivat UV-säteily, meteoriittipommitukset, tulivuorenpurkaukset ja sähköpurkaukset. Epäorgaanisista raaka-aineista syntyi orgaanisia molekyylejä, nukleiinihappojen ja proteiinien rakenneosia.

Tehtävät b. Mitä elämän perusominaisuuksia oli alkusolulla? Alkusolu pystyi ottamaan ja poistamaan aineita ja sen sisällä oli perintöainesta, DNA:ta. c. Miksi valinta suosi fotosynteesiin ja soluhengitykseen kykeneviä eliöitä? Fotosynteesin avulla eliö pystyi sitomaan Auringon valoenergiaa sokerin sisältämäksi kemialliseksi energiaksi ja käyttämään sitten valmistamaansa sokeria energialähteenään. Soluhengityksen kehittyessä eliö sai enemmän energiaa käyttöönsä, koska siinä energiaa vapautuu enemmän kuin käymisreaktiossa.

Tehtävät d. Miksi tumallisuus ja monisoluisuus antoivat uudet kilpailuedut eliöiden evoluutiossa? Tumallinen solu oli kooltaan paljon isompi kuin esitumallinen solu, joten sen sisälle mahtui enemmän erilaisia soluelimiä ja solun biokemialliset reaktiot saattoivat kehittyä monipuolisemmiksi. Monisoluisten eliöiden solut erilaistuivat eri tehtäviin, ja eliöiden rakenne ja elintoiminnot monipuolistuivat sekä koko kasvoi. Suvullinen lisääntyminen alkoi monisoluisten eliöiden kehityttyä, kun osa soluista erilaistui sukusoluiksi. Suvullisen lisääntymisen tuloksena eliöiden perinnöllinen muuntelu lisääntyi, mikä edisti niiden sopeutumista ympäristöönsä.

Tehtävät e. Millaisia rakennemuutoksia tapahtui, kun selkärangattomista kehittyivät ensimmäiset selkäjänteisryhmät? Selkäjänteisille kehittyi sisäinen tukiranka, niiden liikkuminen tehostui luihin kiinnittyvien lihasten ansiosta, evät kehittyivät liikkumista ja kidukset vedessä hengittämistä varten. Ruumiinkoko kasvoi edelleen, koska jäykkä ja painava kitiinipanssari ei enää rajoittanut eläimen kokoa.

Tehtävät 7. Tohvelieläimen elämää Lue oheinen teksti ja vastaa seuraaviin kysymyksiin. a. Mihin kuntaan Paramecium bursaria kuuluu? Alkueliöiden kuntaan. b. Miten tämän lajin yhteiselämä viherlevien kanssa on yksi todiste endosymbioositeorian puolesta? Endosymbioositeoria tarkoittaa sitä, että viherhiukkaset ja mitokondriot ovat alun perin olleet itsenäisiä bakteereita. Kun isompi solu otti niitä sisäänsä, ne eivät hajonneet vaan jäivät osaksi solua. Molemmat osapuolet hyötyivät toisistaan: isäntäsolu tarjosi bakteereille ”kodin”, viherhiukkaseksi muuntunut bakteeri antoi isäntäsolulle fotosynteesissään valmistamaansa sokeria ja mitokondrioksi muuntunut bakteeri soluhengitysreaktiossaan vapautunutta energiaa.

Tehtävät Koska Paramecium bursaria ei hajota sisälleen ottamiaan viherleviä ja koska molemmat osapuolet hyötyvät toisistaan, on niiden yhdessäeläminen todiste endosymbioositeorian puolesta. c. Miten tällaisen yhteiselämän kehittyminen on selitettävissä evoluutiovoimien avulla? Paramecium bursaria -yksilöiden välillä on ollut muuntelua: Osa yksilöistä on ottanut viherleviä sisälleen ja osa ei. Viherleviä sisälleen ottaneilla yksilöillä oli paras kelpoisuus, koska ne saivat enemmän ravintoa (viherlevien valmistama sokeri) ja ne pystyivät lisääntymään tehokkaammin. Suuntaava valinta suosi viherleviä sisälleen ottavia yksilöitä, ja ilman viherleviä eläneet yksilöt karsiutuivat huonomman kelpoisuutensa takia pois.

Tehtävät 8. Esitumallisten merkitys Perustele väite: ”Jos ei olisi esitumallisia eliöitä, ei olisi tumallisiakaan.” Nykyisenkaltaista ilmakehää ja otsonikerrosta ei olisi olemassa ilman esitumallisia eliöitä. Kun fotosynteesiin kykenevät esitumalliset kehittyivät noin 3 miljardia vuotta sitten, alkoi kaasukehään kertyä fotosynteesin lopputuotetta, happea. Happi reagoi kaasukehässä olleiden myrkyllisten kaasujen kanssa, ja ne hävisivät pois. Yläilmakehässä alkoi syntyä otsonia sinne kertyneestä hapesta.

Tehtävät Hapen määrän lisääntyminen kaasukehässä sai aikaan sen, että tehokkaampi energianvapauttamistapa eli soluhengitys kehittyi ja syrjäytti käymisreaktion yleisimpänä energianvapauttamistapana. Tumallinen solu ja monet sen soluelimet eivät olisi kehittyneet ilman esitumallisia eliöitä. Ensin jotkut bakteerit sulautuivat yhteen isommaksi ja enemmän perintöainesta sisältäväksi soluksi. Tällaisen solun sisälle tunkeutui fotosynteesiin ja soluhengitykseen kykeneviä bakteereita, joista tuli soluelimiä: viherhiukkaset ja mitokondriot. Aineiden kiertokulku ei toimisi hyvin ilman esitumallisia, koska esitumalliset ovat tärkeitä hajottajia kaikissa ekosysteemeissä.