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

kpl 8

8. Elämä syntyy ja kehittyy merissä

Evoluutiolla tarkoitetaan eliölajien kehitystä, missä lajit muuttuvat. Muutokset tapahtuvat lajista riippuen joko hitaasti tai nopeasti. Esimerkiksi bakteerit muuttuvat hyvin nopeasti. Joskus muuttuminen johtaa kokonaan uuteen eliölajiin.  Evoluutio on jatkunut koko maapallon olemassaolon ajan, ja on sen ansiota, että maapallolla on nykyään miljoonia eri lajeja.


Elämä syntyi ja kehittyi merissä, koska auringon UV- säteilyltä suojaavaa otsonikerrosta ei vielä ollut. Maalla ei voinut elää kovan säteilyn vuoksi. Kemiallinen evoluutio tarkoittaa orgaanisten hiiliyhdisteiden syntyä. Seuraavaksi hiiliyhdisteet muodostivat jättimolekyylejä kuten nukleiinihappoa. Nukleiinihapoilla oli kyky kopioida itseään. Sitten jättimolekyylit kerääntyivät ympäristöstä erottavan kalvon sisälle. Niistä muodostui pisaroita eli kollodeja. Kollodeja pidetään alkusoluna ja biologisen evoluution katsotaan alkaneen tästä.

http://paasykoemaraton.blogspot.fi/2014/09/biologia-5-luku-2-mikroskooppisen.html

Ensimmäiset eliöt olivat hyvin alkeellisia yksisoluisia eliöitä. Esitumalliset bakteerit ja arkit olivat ensimmäisiä eliöitä maapallolla, ja ne elivät noin 3,5 miljardia vuotta sitten. Fotosynteesi eli kyky yhteyttää kehittyi 3 miljardia vuotta sitten. Se mullisti evoluution, koska alkoi syntyä happea. Happea sekottui ensiksi vesiin ja sen jälkeen, noin 2 miljardia vuotta sitten ilmaan. Happi oli aluksi myrkkyä, koska eliöt olivat tottuneet hapettomiin olosuhteisiin. Kaikki esitumalliset eivät kyenneet sopeutumaan happeen, joten ne kuolivat pois. Tämä oli maailman ensimmäinen sukupuuttoaalto.

diaesitys elämän alkuajoista

Tumallisen solun arvellaan syntyneen siten, että ensiksi jotkut bakteerit sulautuivat yhteen. Sitten ne söivät sisäänsä pienempiä bakteereita, jotka eivät hajonneetkaan, vaan niistä syntyi soluelimiä. Tumalliset yksisoluiste eliöt valloittivat maailman meret 1,5 miljardia vuotta sitten. Solujen välille syntyi peto-saalissuhteita, mikä nopeutti evoluutiota. Vähitellen solut alkoivat tehdä yhteistyötä keskenään ja 700 miljoonaa vuotta sitten eli ensimmäinen monisoluinen eliö. Monisoluiset eliöt alkoivat vähitellen syrjäyttää yksisoluisia, sillä ne olivat paljon tehokkaampia kuin ne. 

tohvelieläin

Ensimmäiset monisoluiset eliöt olivat sienieläimiä. Alussa eliöt olivat säteittäissymmetrisiä. Eliölajien lukumäärä lisääntyi valtavasti noin 550 miljoonaa vuotta sitten (kambrikauden räjähdys). Silloin syntyivät kaikki nykyiset eläinkunnan selkärangattomien pääjaksot. 

kambrikauden eliöitä

Selkärangattomien eläinten pääjaksot:

- sienieläimet

- polttiaiseläimet

- laakamadot

- nilviäiset

- nivelmadot

- niveljalkaiset

- piikkinahkaiset

Noin 450 miljoonaa vuotta sitten maapallon ilmasto kylmeni rajusti ja osa lajeista hävisi. Sen seurauksena syntyi tilaa uusille lajeille. Selkäjänteiset olivat seuraava kehitysaskel. Tukiranka ei kehittynytkään enää eliön ulkopuolelle vaan sen sisälle. Se helpotti esimerkiksi liikkumista, mutta mahdollisti myös eliöiden kasvamisen isommaksi. 

kpl 7

7. Populaatioista voi syntyä vähitellen uusia lajeja

Kaikki maapallon eliölajit ovat evoluution tulosta. Evoluutio tarkoittaa lajinkehitystä, missä lajit muuttuvat ja niistä voi kehittyä uusia lajeja. Evoluutio on jatkunut koko maapallon olemassa olon ajan, ja sen ansiosta on niin paljon erilaisia eliölajeja. Biologinen monimuotoisuus onkin evoluution ansiota. 

mikroevoluutio: Samaan lajiin kuuluvien toisistaan poikkeavien populaatioiden kehittyminen, eli saman lajin populaatioiden perimän muuttuminen erilaisiksi. Mikroevoluutio perustuu geenistön muutoksiin.

makroelvoluutio: Uusien lajien syntyyn johtavaa evoluutiota. Makroevoluutio perustuu populaation perinnölliseen erilaistumiseen ja populaatioiden välisiin risteytymisesteisiin. Seurausta eri populaatioiden mikroevoluutiosta.

Uusien lajien syntyminen edellyttää jotakin estettä (esim. vuoristo) joka estää populaatioiden välisen geenivirran. Useimmiten geenivirran katkaiseekin maantieteellinen este, kuten meri, vuoristo, aavikko tai jäätikkö. Kun populaatiot ovat toisistaan erillä, ne alkavat kehittyä eri suuntiin, jos ympäristöolot ovat erilaiset. Kehittymistä ei tapahdu aina molemmissa populaatioissa, vaan toinen populaatio saattaa pysyä alkuperäisen kaltaisena. 

Lisääntymisesteitä eli isolaatioita: 
- populaatiot elävät eri alueilla tai kaukana toisistaan
- populaatioiden elinympäristö on erilainen
- lisääntymisajat ovat eri aikaan
- soidinkäyttäytyminen on niin erilaista, että eri lajin koiraat ja naaraat eivät parittele keskenään
- sukuelinten tai kukkien rakenne on erilainen
- sukusolut hylkivät toisiaan tai ne eivät yhdisty
- hedelmöitys tapahtuu mutta alkio ei kehity normaalisti
- risteymä on steriili eli lissäntymiskyvytön
- risteymien mahdollisten jälkeläisten lisääntymiskyky on heikentynyt

Leijonan ja tiikerin risteymä on steriili.

Sattumakin voi vaikuttaa uuden lajin syntymiseen. Esimerkiksi suuret luonnonmullistukset kuten tulivuorenpurkaukset ja tsunamit voivat sattumalta tuhota suurimman osan populaatiosta. Tällöin jäljelle jääneistä yksilöistä alkaa kehittyä uusi populaatio. Jäljelle jääneiden geenit eivät välttämättä ole parhaita mahdollisia, ja siksi lajin kehittyminen voi hidastua tai pysähtyä. 

Pullonkaulailmiöllä tarkoitetaan tapahtumaa, jossa populaation yksilöiden lukumäärä laskee tilapäisesti muutamaan yksilöön luonnonkatastrofin tai ihmisen toiminnan seurauksena. Tällaisessa tapauksessa populaation geeniperimä voi muuttua hyvinkin merkittävästi.

Nykyisen evoluutioteorian keksijänä pidetään Charles Darwinia. Hänen päätelmänsä mullistivat käsitystä elämän synnystä vuonna 1858. Darwinin evoluutioteorian keskeinen ajatus on se, että elämällä on yhteinen alkuperä. Se tarkoittaa, että myös ihminen on kehittynyt vähitellen alemmista selkärankaisista luonnonvalinnan kautta. Luonnonvalinnalla Darwin tarkoitti sitä, että kelpoisimmat yksilöt säilyvät hengissä ja heikommat tai huonosti sopeutuneet kuolevat. 

Darwin tutki paljon lintuja ollessaan Galapagossaarilla ja huomasi, että niille oli kehittynyt erilaisia nokkia, koska ne söivät erilaista ravintoa. Linnut olivat sopeutuneet elinympäristöönsä ja siksi niiden rakenne oli erilainen. Myöhemmin nämä linnut nimettiin Darwinin sirkuiksi.

lisätietoa Darwinista löydät täältä!

Darwinin teoriaa on täydennetty biologisten tutkimusten tuomilla tuloksilla. Nykyisen tietämyksen mukaan evoluutio perustuu:

- eloiöiden lisääntymiseen

- ominaisuuksien periytymiseen

- muunteluun

- kilpailuun

- valintaan

- isolaatioon

- sattumaan

kpl 6

6. Luonnonvalinta ohjaa evoluutiota

Luonnonvalinta suosii parhaiten ympäristöönsä sopeutuneita ominaisuuksia (rakenne, käyttäytyminen ja elintoiminnot). Valinta kohdistuu niihin geeneihin, jotka parantavat yksilön kelpoisuutta eli fitnessiä. Kelpoisuus tarkoittaa kykyä saada keskimääräistä enemmän lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä.

Suuntaava valinta: Olosuhteet muuttuvat ja keskiarvoiset yksilöt eivät pärjää enää parhaimmin. Suuntaava valinta karsii toista ääripäätä ja suosii toista. Näin populaation yksilöt muuttuvat vähitellen esimerkiksi tummemmaksi kuin alkuperäinen populaatio oli.  (kuvassa punaisella)

Tasapainottava valinta: Suosii ominaisuuksiltaan keskiarvoisia yksilöitä ja karsii keskimääräisestä poikkeavia. Pitää muuntelun samana tai vähentää sitä. (kuvassa sinisellä)

Hajottava valinta: Populaation molemmat ääripäät alkavat menestyä hyvin. Voi johtaa siihen, että populaatio alkaa jakautua kahtia ja vähitellen siitä syntyy kaksi eri lajia. (kuvassa vihreällä)

kuva löytyi täältä

kpl 5

5. Muuntelu on evoluution edellytys

Muuntelu on evoluution edellytys, koska se auttaa lajeja sopeutumaan muuttuviin olosuhteisiin. Yksilön ominaisuudet riippuvat pitkälti vanhemmilta saaduista geeneistä. Osa muuntelusta on kuitenkin ympäristön aikaansaamaa. Ympäristön vaikutus näkyy erityisesti kasveilla. Ympäristön aiheuttamaa muuntelua kutsutaan muovautumismuunteluksi. Kuitenkin jokainen yksilö on hieman erilainen esimerkiksi rakenteeltaan tai käyttäytymiseltään. Nämä pienet erot johtuvat muuntelusta.


                       kuva on kirjan sivulta 62

Alleeli tarkoittaa mutaation seurauksena syntynyttä geenin vaihtoehtoista muotoa. Saman geenin eri alleelit vaikuttavat siten, että niistä ilmenee uusia piirteitä.

Geenimutaatiot ovat muuntelun ja evoluution kannalta tärkein mutaatiotyyppi. Kun johonkin ominaisuuteen vaikuttava geeni  muuttuu, voi ominaisuuden ilmeneminen muuttua. Nämä uudet geenit tuottavat populaatioon uusia ominaisuuksia. 

Albinismi on esimerkki mutaatiosta. Albiinon solut eivät tuota väriainetta eli melaniinia.

Kuvia albiinoeläimistä löydät täältä!

Populaatiolla tarkoitetaan tietyllä alueella tiettynä aikana elävien saman lajin yksilöiden joukkoa.

Suvuttomassa lisääntymisessä jälkeläiset ovat emoyksilön kaltaisia. Lisääntymisessä ei käytetä sukusoluja, vaan lisääntyminen tapahtuu yleensä jakautumalla tai monistumalla. Suvuton lisääntyminen on tehokkain tapa lisääntyä kunhan ympäristöolot pysyvät vakaina. Nopeat muutokset ympäristössä saattavat tuhota koko populaation, koska perinnöllistä muuntelua syntyy vähän ja sen vaikutukset näkyvät hitaasti. 

Suvullinen lisääntyminen tapahtuu sukusolujen välityksellä. Koiras ja naaras tuottavat paljon sukusoluja, jotka poikkeavat perimältään toisistaan. On sattumanvaraista, mikä siittiö hedelmöittää munasolun. Uuden yksilön geenit ovat sekoitus molempien vanhempien geeneistä, eli jokaisella yksilöllä on hieman erilainen perimä. Suvullisen lisääntymisen seurauksena syntyneet yksilöt eroavat toiminnoiltaan ja rakenteeltaan. 

Partenogeneesi tarkoittaa lisääntymistä, jossa munasolusta kehittyy uusi yksilö ilman hedelmöitystä. 

kpl 4

4. Elämän monimuotoisuus ilmenee monella tasolla

Biomi tarkoittaa suurekosysteemiä, joka on lähes sama asia kuin kasvillisuusvyöhyke. Biomeja ovat esimerkiksi aavikot, havumetsät ja sademetsät. 

Biotooppi on eliöiden tyypillinen elinympäristö, esimerkiksi västäräkin biotooppeja ovat tienvarret, kivikkoiset rannat ja avomaat (esim. pelto).

 Maapallon elämän monimuotoisuudesta käytetään nimitystä biodiversiteetti. Se tarkoittaa elämää ja monimuotoisuutta. Monimuotoisuudessa on kolme eri tasoa: 

ekosysteemien monimuotoisuus 

- tarkoittaa tietyn alueen eliöiden suhteita toisiinsa

- erilaisuus perustuu elottoman luonnon esim. maaperän, lämpö- ja valo-ominaisuuksien    sekä kosteuden vaihteluun

- ympäristöolot ja eliöt vaihtelevat ajan mukaan

erilaisia ekosysteemejä:

lajien monimuotoisuus

- lajidiversiteetti, eli erilaisissa ympäristöissä elävien lajien määrä ja yksilöiden runsaus

lajinsisäinen eli geneettinen monimuotoisuus

- tarkoittaa saman lajin yksilöiden keskenäisiä eroja (esim. seepran raidat ovat yksilölliset)

- johtuu perintötekijöistä

- lajinsisäiset erot auttavat populaatiota sopeutumaan ja selviytymään

- lajinsisäinen monimuotoisuus eli muuntelu mahdollistaa lajin kehityksen

kpl 3

3. Eliömaailman luokittelu jäsentää elämän monimuotoisuutta

Eliöitä voidaan jaotella monella eri tavalla. Luokittelussa voidaan käyttää apuna esim. eliön solurakennetta. Alla olevassa kuvassa eliöt on jaoteltu solurakenteen perusteella ja eliökunnan mukaan. Virukset eivät kuulu mihinkään eliökuntaan, koska niillä ei ole varsinaista solurakennetta ja omaa aineenvaihduntaa. Viruksia ei siis pidetä varsinaisina eliöinä. 

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

 Eliöiden luokittelujärjestelmä on hierarkinen, eli siinä on tasoja => kunta > pääjakso > luokka > lahko > heimo > suku > laji. Esimerkiksi susi luokitellaan näin: eläimet > selkäjänteiset > nisäkkäät > petoeläimet > koiraeläimet > koirat > susi. 

Alla olevassa kuvassa on kullekin eliökunnalle tyypillisiä ominaisuuksia ja esimerkkejä eliöistä, jotka kuuluvat kyseisiin eliökuntiin.

http://openbiomi.com/eliokunnat/



Eläinten ryhmittelyssä käytetään monia eri keinoja. Yksi luokitteluperuste on eläinten käyttäytyminen. Myös eläimen rakennetta käytetään apuna luokittelussa. Mitä enemmän kahdella eliölajilla on yhteisiä piirteitä, sitä vähemmän aikaa on kulunut lajien erkaantumisesta. Eläimet voidaan ryhmitellä seuraaavalla tavalla:

http://openbiomi.com/elainten-luokittelu/

kpl 2

2. 2000-luku - biologian aikakausi

Biologia oli jaettu kahteen osa-alueeseen: kasvi- ja eläintieteeseen. Jako kahteen osaan on myöhemmin osoittautunut keinotekoiseksi, sillä kaikkien solujen rakenteessa on niin paljon yhteistä.  Biologian tutkimusmenetelmät ovat kehittyneet huimasti 2000- luvulla, joten biologinen tutkimus on laajentunut uusille alueille (esim. mikrobiologia).

 Biologinen tutkimus keskittyi pitkään rakenteiden tutkimiseen eli anatomiaan, ja eliöiden luokitteluun eli taksonomiaan. Vähitellen anatomisen tutkimisen rinnalle tuli fysiologia, joka tutkii eliöiden toimintaa. 1900-luvun alussa syntyi uusi tiede biokemia, jossa kemiallinen ja biologinen tutkimus yhdistettiin. Perinnöllisyystiede eli genetiikka on nykyään tärkeä biologian ala, joka tutkii esimerkiksi geenien ominaisuuksia. Molekyylibiologia on hyvin nopeasti kehittyvä ala, ja siinä tutkitaan biologisia ilmiöitä molekyylitasolla. Uudella tavalla esille nousseita biologian aloja ovat ekologia ja etologia.
Ekologia tutkii luonnon toimintaa ja etologia eläinten käyttäytimistä. Biologisissa tutkimuksissa tarvitaan usein myös matematiikan, fysiikan, kemian ja psykologian osaamista. Tutkiminen onkin usein monitieteellistä tiimityötä. 

Biologisen tutkimuksen vaiheet: 

kuva on otettu täältä

kpl 1

1. Mitä elämä on?

Opin, että kaikilla elollisilla olioilla on yhteisiä piirteitä, jotka auttavat määrittelemään mitä elämä on.

Elämän tunnistaa seuraavista ominaisuuksista:

• järjestyneisyys (molekyylit > soluelimet > solut > solukot ja kudokset > elimet > elimistöt > yksilöt > populaatiot > ekosysteemit > biosfääri eli elämänkehä)
• samankaltaiset kemialliset ominaisuudet (monia yhdisteitä esiintyy vain elollisissa olioissa)
• informaation sisältäminen ja hyödyntäminen (DNA ja geenit eli perintötekijät)
• lisääntyminen (kaikki elolliset olennot pystyvät saamaan jälkeläisiä)
• elämänkaari (kaikki elävät noudattavat samaa kaavaa eli ne syntyvät, kasvavat ja lopulta kuolevat)
• itsesäätelykyky (tarkoittaa, että eliö pystyy reagoimaan ympäristöönsä eli muuttamaan toimintaansa ympäristön muuttuessa)
• aineenvaihdunta (eliö ottaa aineita ympäristöstä ja poistaa aineenvaihdunnan jätteet ympäristöön)
• evoluutio (perintötekijöissä tapahtuvia muutoksia, jotka mahdollistavat eliön sopeutumisen tämänhetkiseen ympäristöön > parhaiten sopeutuvat säilyvät hengissä ja heikommin sopeutuneet yksilöt vähenevät)

Opin myös sen, mitä tarvitaan, että elämää voi olla. Elämä tarvitsee sopivan lämpötilan(+5 - +30) vettä nestemäisessä muodossa ja valoa. Maapalloa suojaava ilmakehä on elämän kannalta tärkeä, koska se suojaa avaruudesta tulevalta säteilyltä.

Elämää rajoittavia tekijöitä ovat suolaisuus, happamuus ja paine.

Minulle heräsi kysymys, että voiko elämää olla jossain muuallakin. Tähän kysymykseen ei ole ainakaan toistaiseksi löytynyt oikeaa tai väärää vastausta. On täysin mahdollista, että elämää olisi jossain muualla kuin maapallolla.