kpl 15

15. Ihminen aiheuttaa häiriöitä luonnon toimintaan

Biodiversiteetti tarkoittaa elävän luonnon monimuotoisuutta. Ekosysteemit ovat monimutkaisia ja hauraita. Ihminen hyödyntää luontoa niin paljon, että täysin häiriintymättömiä ekosysteemejä ei ole enää missään. Teollistuminen on nopeuttanut ympäristön ja ekosysteemien tuhoutumista. Ihmisen toiminnan takia ekosysteemit yksinkertaistuvat tai muuttuvat niin paljon, etteivät eliöt pysty enää elämään siellä. 

Sademetsät, koralliriutat, kosteikot ja tulvivat jokisuistot ovat uhanalaisimpia ekosysteemejä. Metsien hakkaaminen pelloiksi aiheuttaa eroosiota ja aavikoitumista, sekä metsissä elävien lajien vähentymistä. Mitä pienemmäksi metsät käyvät, sitä vähemmän niissä voi elää eri lajeja. Erityisesti sademetsissä on todella runsas lajisto, ja siellä voi olla paljon sellaisia kasveja joita voisi käyttää esimerkiksi lääkkeenä. Jos metsät hakataan pois, hyödyllisiä kasveja ei tulla löytämään. 

Brasilian sademetsien hakkuuta

Kaikki olemassa olevat lajit ovat tärkeitä, sillä yhdenkin lajin häviäminen voi vaikuttaa yllättävän moneen asiaan. Varsinkin jos laji on ravintoketjun alkupäässä, se voi vaikuttaa jopa ihmiseen asti. 

Avainlaji: laji, josta monet muut eliöt ovat riippuvaisia ja eivät pärjää ilman sitä (esim. haapa)

Tulokaslaji: laji, jonka ihminen on tahallaan tai tahattomasti vienyt jonnekin muualle. Tulokaslajit syrjäyttävät usein alkuperäisiä lajeja, koska niillä ei ole tuholaisia tai saalistajia, kuten alkuperäisellä lajilla.

Kestävä kehitys: ajatus, jossa ihmisen toiminta on tasapainossa luonnon toiminnan kanssa. Kestävän kehityksen tarkoituksena on turvata tuleville sukupolville hyvät elinmahdollisuudet. 

Kestävän kehityksen periaate ja neljä eri muotoa:

kuva on otettu täältä

kpl 14

14. Ekosysteemi on toimiva kokonaisuus

Ekosysteemiksi kutsutaan kokonaisuutta, johon kuuluu eliöiden muodostaman eliöyhteisön lisäksi myös sen kanssa vuorovaikutuksessa oleva eloton ympäristö. Esimerkiksi metsä, pelto, suo ja järvi ovat ekosysteemejä. Laajin tunnettu ekosysteemi on maapallon biosfääri. Kun ekosysteemin toimintaa tunnetaan, voidaan ennustaa mm. ihmisen toiminnan aikaansaamia vaikutuksia.

http://i.ytimg.com/vi/o2TTSG0FIcY/sddefault.jpg

Ekosysteemin eliöt voidaan jakaa niiden energian saannin perusteella omavaraisiin (autotrofeihin) ja toisenvaraisiin (heterotrofeihin) eliöihin. Omavaraisia eliöitä ovat esimerkiksi vihreät kasvit, koska ne saavat energiansa auringosta yhteyttämällä. Toisenvaraisia eliöitä ovat esim. pedot. Ne saavat energiansa syömällä eliöissä olevaa orgaanista ainesta.

Kun eliöt syövät toisiaan, muodostuu ravintoketjuja ja ravintoketjuista ravintoverkkoja. Ravintoverkoissa yhden lajin poistuminen ei välttämättä romahduta kyseisen lajin varassa elävien lajien määrää, koska lajit voivat korvata puuttuvan ravintolähteen toisella.

http://www.helsinki.fi/biosci/biopop/virtuaalimetsa/images/Kuvitus/ravintoverkko.jpg

Ravintoketjun jokaisessa lenkissä osa energiasta muuttaa muotoa ja poistuu lämpönä. Tavallisesti energian kulkua ekosysteemissä kuvataan käsitteillä: perustuotanto, jatkotuotanto, ekologinen tehokkuus sekä energian ohivirtaus.

Yleensä kasvit eivät pysty hyödyntämään auringon energiaa kovin tehokkaasti. Yhteyttämiseen ne käyttävät vain noin prosentin auringon energiasta.

Ekosysteemi saattaa tuohoutua tulipalon tai tulivuoren purkauksen seurauksena. Muutamien vuosien kuluessa eliöt alkavat valloittaa tuhoutunutta aluetta. Ekosysteemin lajikostumuksen muutosta sanotaan ekologiseksi sukkessioksi.

Biomassa: Alueen, populaation tai eliön elävän aineksen määrä tietyllä hetkellä.

kuva on otettu täältä

kpl 13

13. Alueen lajien populaatiot muodostavat eliöyhteisön

Eliöyhteisöissä ilmenee kilpailua. Kilpailua voi olla saman lajin yksilöiden välillä (lajinsisäinen kilpailu) sekä myös eri lajien välillä (lajienvälinen kilpailu). Kilpailukykyisempi laji tai yksilö on aina se, joka on elinvoimaisempi ja vahvempi. Kilpailua  syntyy, kun lajien ekolokerot ovat samankaltaisia. Silloin heikompi laji syrjäytetään ja se joutuu vaihtamaan asuin-/ ruokailupaikkaansa tai häviää kokonaan.

kuva on kirjan sivulta 145

Lajien evoluution aikana kilpailusta on voinut seurata pysyviä muutoksia esim. rakenteessa. Siitä hyvä esimerkki on käpylinnut. Välttääkseen kilpailua käpylintulajit ovat erikoistuneet eri puulajien siemeniin. Lajien erilaisuus näkyy niiden nokkien rakenteessa.

Lajit voivat olla myös riippuvaisia toisistaan ja elää symbiossissa keskenään. Lajien välinen yhteiselo, jossa molemmat osapuolet hyötyvät toisistaan, kutsutaan mutualismiksi. Mutualismi voi olla ehdollista tai ehdotonta. Ehdollisessa mutualismissa laji pystyvät elämään itsenäisestikin. Ehdoton mutualismi tarkoittaa taas sitä, että jommankumman lajin tai molempien lajien elinehtona on yhteiselo. Esimerkkinä ehdottomasta mutualismista on kasvinsyöjänisäkkään ja sen ruuansulatuskanavassa asuvien bakteerien välinen suhde. (Bakteerit hajottavat selluloosaa ja bakteeri saa palkaksi elinympäristön.) Joskus taas yhteiselosta hyötyy vain toinen osapuoli. Hyötyvää osapuolta kutsutaan toisen pöytävieraaksi.

Rinnakkais- eli koevoluutio tarkoittaa sitä, kun lajit kehittyvät ja sopeutuvat ympäristöönsä ollen riippuvaisia toisistaan. Tästä seuraa se, että yhdessä lajissa tapahtuva muutos vaikuttaa myös toisiin lajeihin.

kuva löytyi täältä

kpl 12

12. Saman lajin yksilöt muodostavat populaatioita

Populaatio tarkoittaa tiettynä aikana eläviä saman lajin yksilöitä, jotka elävät samalla alueella. Populaation yksi tärkeimmistä kriteereistä on se, että yksilöt pystyvät lisääntymään keskenään. Populaatioita tutkittaessa pyritään selvittämään sen koko, levinneisyysalue ja tiheys. Populaation tiheyttä säätelee ympäristön kyky elättää lajin yksilöitä. Ympäristön kantokyvyllä tarkoitetaan suurinta mahdollista määrää eliöitä, minkä ympäristö pystyy elättämään. 

Populaation ominaisuuksia ovat:

- koko

- tiheys

- sukupuolijakauma

- ikäjakauma

- kuolevaisuus

- syntyvyys

- alueellinen jakautuminen

- tulomuutto

- lähtömuutto

http://julin.pp.fi/Luontokuvat%202010/slides/Populaatio.html

Populaation koko ja tiheys riippuvat syntyvyydestä, kuolevuudesta ja yksilöiden liikkumisesta alueelta toiselle. Populaation kasvun kannalta on tärkeää, että syntyvyys on kuolevaisuutta suurempaa ja että yksilöt selviävät lisääntymisikään asti. 

Populaation yksilöiden ikäjakaumaa ja jälkeläisten henkiin jäämistä voidaan havainnollistaa alla olevalla kuvaajalla. A-käyrä kuvaa sellaisia eliöitä, joista suurin osa elää vanhaksi esim. isot petolinnut. B-suora kuvaa eliöitä, joilla kuolevaisuus tasaista kaikissa ikäluokissa esim. myyrät. C-käyrä kuvaa eliöitä, joista suurin osa kuolee nuorena esim. kalat.

http://www02.oph.fi/etalukio/biologia/kurssi1/populaatiot.html 

Populaatio kasvaa suotuisissa oloissa nopeasti ja ylittää herkästi ympäristön kantokyvyn. Luonnontilassa populaation kasvua rajoittaa kuitenkin moni asia. Näitä kasvua rajoittavia tekijöitä kutsutaan ympäristön vastuksiksi. Ympäristön vastuksia ovat esimerkiksi ravinto, pedot, sairaudet, elintila, stressi ja loiset. Niiden avulla populaation koko ei kasva liian suureksi. 

Kun populaation tiheys kasvaa, kilpailu ravinnosta ja elintilasta kasvaa. Yksilöt pyrkivät varmistamaan ravinnonsaannin valtaamalla itselleen oman alueen eli reviirin. Parhaan reviirin saanut saa usein myös eniten lisääntymiskumppaneita ja varmistaa näin, että omat geenit säilyvät. 

Populaation koko voi vaihdella satunnaisesti hyvinkin suuresti. Suureen kannanvaihteluun voi olla syynä sääolot ja ravinnon puute tai runsaus. Kun esimerkiksi myyrien määrä kasvaa, niitä syövien petojenkin määrä kasvaa. Jossain vaiheessa petoja on niin paljon, että myyräkanta romahtaa, minkä seurauksena petojenkin määrä romahtaa. Pedot eivät ole ainoa syy suurille kannanvaihteluille, sillä myös samanlaiset ekolokerot aiheuttavat niitä. Populaatioiden kannanvaihtelun takia populaatiot voivat levittäytyä uusille aluielle esimerkiksi ravinnon perässä. Tällöin eri alueiden populaatioiden perintötekijät pääsevät sekoittumaan ja syntyy lisää muuntelua. 

tietoa lintujen kannanvaihteluista Suomessa

kpl 11

11. Ympäristö vaikuttaa eliöiden elinmahdollisuuksiin

Ekologia: tiede, joka tutkii eliöiden suhdetta ympäristöön

Luonnossa lajien suhteet vaihtelevat jatkuvasti, toinen laji runsastuu ja toinen vähenee. Ekologian keskeisiä tavoitteita on selvittää muutoksien syitä ja seurauksia. Ekologia antaa tietoa esimerkiksi aineiden kierrosta luonnossa. 

Ekosysteemillä tarkoitetaan eliöyhteisöjä ja elotonta luontoa. 

Bioottinen: elollisia asioita, jotka vaikuttavat lajin elinympäristöön

Abioottinen: elottomia, fysikaalis-kemiallisia tekijöitä, jotka vaikuttavat lajin elinympäristöön

Kaikki samalla alueella elävät lajit muodostavat eliöyhteisön ja samalla myös bioottisen, eli elollisen ympäristön. Kun siihen lisätään eloton luonto, puhutaan ekosysteemistä.  

saimaannorpan bioottisia ja abioottisia tekijöitä, kuva kirjasta sivulta 126

Evoluution kuluessa eliöt ovat sopeutuneet tietynlaisiin ympäristöihin. Jokaisella lajilla on oma ekolokero, eli oma toiminnallinen asema tai tehtävä. Ekolokeroa kuvataan usein ympäristötekijöiden avulla. Ympäristöresursseiksi kutsutaan sellaisia ympäristön ominaisuuksia, joita eliöt käyttävät hyödyksi. Ympäristöresursseja ovat esimerkiksi valo, vesi, ravinto, pesäkolot ja ravinteikas kasvualusta. Sietokyvyllä tarkoitetaan eliölajien sietoisuutta ympäristöolojen vaihtelun suhteen. Sietokykyä rajaavat minimi- ja maksimiarvo. Niiden välissä eliö tulee toimeen. Minimitekijä on fysikaalinen tai kemiallinen ominaisuus, joka voimakkaimmin rajoittaa eliön menestymistä. Joillain lajeilla sietokyky on hyvin kapea tai selvärajainen. Tällaisia lajeja kutsutaan bioindikaattoreiksi, koska niiden tilasta nähdään helposti ympäristön tila. 

Kasveille ja eläimille on kehittynyt monenlaisia tapoja selviytyä elinympäristönsä asettamista haasteista. Myös epäsuotuisissa oloissa (esim. talvi tai kuivakausi) on selviydyttävä. Sopeutumista ympäristöolojen vaihteluun ovat esimerkiksi talviuni tai muuttaminen suotuisammille aluielle. Kasveilla lehtien pudottaminen syksyisin kertoo sopeutumisesta. Yleisimpiä tapoja selviytyä vaikeista ajoista on energian säästäminen. 

kpl 10

10. Evoluutiota tutkitaan monella tavalla

Fossiilit ovat vähintään 10 000 vuotta sitten eläneiden eliöiden jäänteitä. Niiden avulla saadaan tietoa aiemmin maapallolla eläneistä kasveista ja eläimistä. On huomattu, että mitä vanhempia fossiilit ovat sitä yksinkertaisempia ne ovat. Fossiilien iänmäärityksessä käytetään apuna johtofossiileita ja kaikissa eliöissä esiintyviä radioaktiivisia aineita. 

lisätietoa fossiileista

video fossiilin syntymisestä

Eläviksi fossiileiksi kutsutaan sellaisia eliöitä, jotka ovat säilyneet samanlaisina hyvin pitkän aikaa. Esimerkiksi siili, neidonhiuspuu ja varsieväkala ovat eläviä fossiileita. 

varsieväkalan kuva on täältä

Fossiilisarjojen avulla voidaan nähdä eliölajien kehitys. Alla olevassa kuvassa nähdään hevosen kehitys. 

kuva hevosen fossiilisarjasta on otettu täältä

Nykyään evoluutiota tutkitaan paljon molekyylitasolla, jolloin saadaan aiempaa tarkempaa tietoa. DNA:n rakennetta tutkimalla voidaan esimerkiksi selvittää eliöiden sukulaislajeja. Mitä enemmän kahden lajin DNA:t eroavat toisistaan, sitä kaukaisempaa sukua ne ovat toisilleen. Evoluution tärkeä todiste on se, kun eliöillä on pitkälti yhteinen geenistö ja DNA:n koodikieli. Esimerkiksi ihmisen ja hiiren DNA on noin 90% samanlainen. 

Evoluution todisteita ovat myös surkastumat ja lajien käyttäytyminen. Käyttäytymistä tutkimalla voidaan selvittää lajien välisiä sukulaisuussuhteita. Esimerkkejä evoluutiosta ovat esimerkiksi teollisuusmelanismi ja sairaalabakteerit. 

kpl 9

9. Elämä siirtyy maalle

 Noin 400 miljoonaa vuotta sitten happea oli kehittynyt ilmakehään 20%, eli melkein yhtä paljon kuin nykyään. Otsonikerros oli myös kasvanut, minkä ansiosta UV-säteilyä pääsi enää vähän maanpinnalle. Kosteille vuorovesirannoille kehittyneet sammalet olivat ensimmäisiä eliöitä maalla. Niitä ei kuitenkaan voida pitää maakasveina, sillä niillä ei ollut varsinaista tukirankaa ja ne olivat edelleen hyvin riippuvaisia kosteudesta. Sanikkaiset olivat ensimmäisiä "oikeita" maakasveja. Niiden rakenne kertoo, että ne ovat sopeutuneet elämään maalla. 

kuva on täältä

Eläimet alkoivat siirtyä maalle noin 400 miljoonaa  vuotta sitten. Ensimmäisiä olivat niveljalkaiset, kuten skorpionit ja tuhatjalkaiset. Enssimmäiset selkärankaiset eläimet maalla olivat sammakkoeläimiä. Niiden raajat sopivat paremmin maalla liikkumiseen, mutta ne olivat silti riippuvaisia vedestä, sillä sammakot kehittyivät vedessä ja osa hengityksestä tapahtui ihon kautta, jonka täytyi olla kostea. 

Noin 250 miljoonaa vuotta sitten maapalon ilmasto kuivui. Kosteisiin elinoloihin tottuneet sammakkoeläimet eivät pärjänneet enää niin hyvin, vaan luonnonvalinta suosi uusia lajeja. Vähiitellen sammmakoista kehittyi matelijoita. Matelijoihin kuului liskoja, käärmeitä ja hirmuliskoja eli dinosauruksia. Matelijat olivat ensimmäisiä täysin maaelämään sopeutuneita eliöitä. Esimerkiksi niiden iho oli paksumpi ja kesti siksi paremmin kuivuutta kuin sammakkoeläinten iho. Matelijoiden hengitys ja verenkierto olivat myös selkeästi teehokkaampia kuin sammakkoeläimillä. Suuri etu oli myös siitä, ettää matelijoiden jälkeläiset kehittyivät munissa, jonka ansiosta vesistöä ei tarvittu enää lisääntymmiseen. Matelijoiden kanssa samaan aikaan kehittyivät paljassiemeniset kasvit, joihin kuului esimerkiksi havupuita ja käpypalmuja. Paljassiemenisten kasvien valttina oli se, että niiden lisääntyminen ei ollut riippuvaista vedestä. Näin ne pystyivät levittäytymään kuivillekin alueille. 

Erilaisia matelijoita:

Dinosaurukset hävisivät maapallolta noin  65 miljoonaa vuotta sitten. Niiden häviämisen syynä pidetään ilmaston viilenemistä, joka on ilmeisesti johtunut maapalloon törmänneestä valtavasta meteoriitista. Dinosaurusten hävittyä alkoi nisäkkäiden, lintujen ja koppisiemenisten kasvien nopea evoluutio. Matelijoista kehittyi vähitellen lintuja ja nisäkkäitä. Lintujen rakenteessa tapahtui suuri edistysaskel, sillä niiden eturaajoista kehittyi siivet ja niiden luut kevenivät. Tämä mahdollisti lentämisen ja lintujen tehokkaan leviämisen uusille alueille. Nisäkkäät jakautuivat kolmeen eri suuntaan: pussieläimiin, nokkaeläimiin ja istukallisiin eläimiin. 

vesinokkaeläimiä elää vain Itä-Australiassa ja Tasmaniassa

Maapallon historia on jaettu neljään eri aikakauteen. Useimmiten aikakausi vaihtuu massasukupuuton kohdalla. Massasukupuutot johtuvat usein maapallon geologisista muutoksista. Ne ovat olleet evoluution kannalta tärkeitä, sillä ne ovat luoneet tilaa uusille lajeille.

Massasukupuutoille on esitetty 4 eri syytä:

- merenpinnan korkeuden muutokset (erityisesti silloin, kun suurin osa eliöistä eli merissä)

- ilmastonmuutokset, jotka johtuvat mannerlaattojen liikkeistä

- valltaisat tulivuorenpurkaukset

- valtavan meteoriitin törmäys ja sen seurauksena hyökyaaltoja, tulipaloja ja maanjäristyksiä 

kuva elämän aikakausista löytyi täältä