Peruskäsitteitä

 
tropic.jpg
Kuva teoksesta Sademetsän siimeksessä (Valitut Palat 1996)

Evoluutiota koskeva tutkimus on yksi laajimmista ja sivuaa monia muita tieteen aloja. Sitä koskevaa tietoa on myös runsaasti saatavilla. Viime aikoihin asti on kuitenkin suurelle yleisölle ja ei-asiantuntijoille tarkoitettu tieto ollut verrattain yksipuolista johtuen tiedemaailman enemmistön omaksumasta materialistisesta lähtökohdasta. Kansantajuisissa julkaisuissa, oppikirjoissa ja TV-dokumenteissa on asiatiedon ohella myös monet evoluutioteoriaan liittyvät hypoteesit esitetty ikäänkuin tieteellisenä faktana. Lienee siksi aiheellista palauttaa mieleen, mitä evoluutiosta todella tiedetään ja mikä on uskonvaraista teoretisointia.

Useita tutkimusalueita.

Evoluutiotutkimus jakautuu useampaan osa-alueeseen. Kausaalinen evoluutiotutkimus pyrkii selvittämään evoluution mekanismeja eli niitä tekijöitä, jotka luonnossa vaikuttavat eliöiden kehittymiseen ja muunteluun. Näitä mekanismeja tutkitaan eri tasoilla, ja tutkijat usein painottavat oman tutkimusalueensa merkitystä evoluution kannalta. Organismien tasolla tutkittavia alueita ovat mm. lajiutuminen, mutaatiot ja valinta. Molekyylievoluutiossa tutkitaan biomolekyylien kuten DNA:n, RNA:n ja erilaisten entsyymien rakenteita ja niissä vaikuttavia kemiallisia toimintamekanismeja. Historiallinen evoluutiotutkimus keskittyy vertailevaan biologiaan kuten eliöiden samankaltaisuuksien ja maantieteellisten seikkojen merkityksen tutkimiseen. Sen osa-alueena on fossiilitutkimus.

Mikä on laji?

Evoluutioteoria tutkii lajien kehitystä. Jotta teorialla olisi tukeva lähtökohta, pitäisi ensin tarkasti määritellä, mitä lajilla tarkoitetaan. Paradoksaalista kyllä, jo tämän peruskäsitteen määrittely on hieman ongelmallista; viimeisten vuosikymmenien aikana on ehdotettu ainakin 15 erilaista lajimääritelmää. Periaatteessa ne ovat jaettavissa kahteen pääryhmään, morfologiseen ja geneettiseen lajimäärittelyyn. Morfologinen laji määräytyy ulkoisten tunnusmerkkien mukaan, biologinen laji geneettisten seikkojen perusteella.
  Ongelmia tulee silloin, kun kaksi lajia ovat niin samankaltaisia, että ne morfologisin perustein pitäisi luokitella yhdeksi lajiksi, mutta ovat kuitenkin geneettisesti niin erilaisia, etteivät luonnossa risteydy keskenään. Tai sitten kaksi eri morfologista lajia voivat risteytyä keskenään, ollen siten yksi geneettinen laji. Kumpikin määrittelytapa on siis epätarkka, eikä lajia voi niiden avulla määritellä yksiselitteisesti.
  On myös kehitetty uusi lajikäsite nimeltä perusryhmä. Se määrittelee lajiksi kaikki yksilöt, jotka suoraan tai epäsuorasti ovat risteytyksen kautta sidoksissa toisiinsa. Tämän määritelmän mukaan esim. hevonen ja aasi kuuluvat samaan perusryhmään, samoin koiraeläinten yli 30 lajista useat, ehkä jopa kaikki voidaan lukea yhdeksi perusryhmäksi. Toistaiseksi perusryhmämallia ei ole riittävästi testattu, eikä se siten täytä tarkkoja tieteellisiä kriteerejä, mutta sitä voidaan kuitenkin pitää hyvänä työhypoteesina.

Perusmekanismit.

Charles Darwin esitti evoluution kantavaksi periaatteeksi luonnonvalintaa, mikä käytännössä tarkoitti sitä, että kulloinkin parhaiten ympäristöönsä sopeutuvat yksilöt säilyvät ja jatkavat sukuaan. Hän ajatteli tämän mekanismin välttämättä johtavan asteittaiseen, koko maailman useimpien eliöiden elimistössä tapahtuvaan edistymiseen. Mendelin perinnöllisyyssääntöjen ja uudemman tutkimuksen myötä jouduttiin kuitenkin toteamaan, että evoluutiotapahtumalle välttämättömät periytyvät muutokset tapahtuvat ainoastaan mutaatioiden kautta, ja lopulta - useamman eri teorian yhteensovituksen tuloksena - syntyi nykyään yleisesti hyväksytty synteettinen evoluutioteoria. Siinä kehitystä ei tarkastella yksilön vaan populaation eli eliöryhmän puitteissa. Evoluutio etenee populaation yhteisessä geenivarastossa mukaan lukien kaikki alleelit eli saman geenin eri muodot. Populaatiossa tapahtuu geenivaraston rikastumista mutaatioiden ja rekombinaation (geenien uudelleen järjestymisen) ja ns. ajautumisen kautta, joka vaikuttaa lähinnä pienissä populaatioissa. Nämä kaikki tapahtuvat sattumanvaraisesti eivätkä pyri mitenkään vastaamaan eliöiden tarpeisiin. Geenivaraston suunnatun muuttumisen uskotaan tapahtuvan valinnalla, mikä käytännössä tarkoittaa sitä, että hyödyllisiksi osoittautuvat geeniperimän muutokset edesauttavat lisääntymistä ja siitä syystä säilyvät geenivarastossa. Juuri tämä suuntautuva muuttuminen johtaa viime kädessä uusien lajien syntyyn.

Evoluutiomekanismien toiminnan edellytyksenä on eriytyminen eli eliöryhmien joutuminen maantieteellisesti erilleen. Kun geenivirta eriytyneiden ryhmien välillä estyy, alkavat evoluutiomekanismit muovata niitä kumpaakin erikseen. Voidaan olettaa, että näissä eriytyneissä populaatioissa vaikuttavat erilaiset valintaolosuhteet (erilainen ympäristö), tapahtuu erilaisia mutaatioita ja esiintyy erilaisia rekombinaatioita. Lopputuloksena yhdestä kantalajista syntyy kaksi uutta tytärlajia, jotka eivät enää risteydy keskenään. Tällaisia tapauksia tunnetaan jo lukuisia, joten tämä ns. mikroevoluutio on tieteellinen tosiasia. Mikroevoluutiolla tarkoitetaan vähäisiä muutoksia jo olemassa olevissa elimissä tai rakenteissa.

Biologien enemmistö hyväksyy synteettisen evoluutioteorian huolimatta siitä,että sitä on viime aikoina kritisoitu. Joidenkin tutkijoiden mielestä se on vanhentunut ja jättää oleellisia kysymyksiä vaille vastausta. Tilalle on kehitelty paranneltuja versioita, joiden avulla uskotaan pystyttävän paremmin selittämään myös makroevoluution mekanismeja. Makroevoluutiolla ymmärretään täysin uusien elimien ja rakenteiden sekä niihin liittyvän laadullisesti uuden geneettisen materiaalin syntyä. Synteettisen evoluutioteorian lähtöoletus on, että näin tapahtuu. Makroevoluution mekanismit ovat kuitenkin hypoteettisia, koska niitä ei pystytä empiirisesti testaamaan. Siksi on tärkeätä erottaa nämä kaksi käsitettä, mikroevoluutio ja makroevoluutio toisistaan.

Mekanismien vaikutus.

Mitä tapahtuu, jos edellä kuvailtu mikroevoluution piiriin lukeutuva lajiutuminen jatkuu eli eriytynyt osapopulaatio jakautuu uudelleen? Johtaako se lopulta makroevoluutioon? Tätä asiaa on tutkittu sekä kasvien että eläinten kohdalla. On havaittu, että tällaisten prosessien tuloksena syntyy usein erikoistuneita lajeja tai rotuja, jotka selviävät tietynlaisessa ympäristössä paremmin kuin kantapopulaatio. Esimerkkeinä tästä voisi mainita tuulisilla saarilla esiintyvät lentokyvyttömät hyönteiset tai sokeat luolaeläimet. Useimmiten tämä prosessi kuitenkin tapahtuu geenivaraston köyhtymisen kustannuksella. Monien havaintojen mukaan tällainen geenivaraston köyhtyminen on myös pysyvää; myöhemmät mutaatiot eivät enää pysty palauttamaan menettyjä ominaisuuksia. Huippuunsa erikoistuneessa populaatiossa geenivaraston alleelit ovat lopussa ja lajin kaikki yksilöt niin identtisiä, ettei muuntelua enää esiinny. Koirajalostus tarjoaa tästä hyvän esimerkin: jos kaikki koirat olisivat kultaisia noutajia, muita rotuja ei enää normaalisti jalostamalla saataisi aikaan. Koiran evoluutio olisi loppunut.

Mutaatio.

Tähänastisten havaintojen mukaan mutaatiotapahtuma rajoittuu mikroevoluution alueelle, eikä sen tuloksena ole todettu syntyvän uusia ominaisuuksia tai rakenteita. Olemassaolevien elinten - kuten jalkojen tai siipien - lisääntyminen tai väheneminen tai nokan muodon vaihtelu eivät ole uuusien rakenteiden kehittymistä. Myöskään rekombinaatio, valinta, isolaatio ja geneettinen ajautuminen eivät näytä saavan aikaiseksi mitään uutta. Ne yhdistelevät eri tavoin jo olemassa olevaa, mutta eivät synnytä uusia geenejä. Kaikki on siis lopulta kiinni mutaatioista. Voisiko niiden kautta ehkä sittenkin syntyä jokin makroevolutiivinen askel? Lukemattomat mm. banaanikärpäsillä tehdyt kokeet viittaavat vahvasti siihen, ettei näin tapahdu. Näissä kokeissa on jo tutkittu yli tuhat sukupolvea ja miljoonia yksilöitä. Lukemattomien mutaatioiden jälkeen ne ovat edelleen samaan Drosophila-lajiin kuuluvia kärpäsiä. Niinpä asiantuntijat joutuvat toteamaan: "Uusia lajeja ei ole kokeellisesti valmistettu asteittain kertyvien geenimutaatioiden tai yksittäisten progressiivisten mutaatioiden indusoinnin kautta." (W. Gottschalk: Allgemeine Genetik, 1994)
  Sama havainto pätee kasvien kohdalla. "Tunnemme .. mutantteina useita pysyvään eriytymiseen johtaneita tapauksia, kuten esimerkiksi herne, jonka lehdissä ei ole kärhiä. Kukinnoissa, joissa verhiö on muuttunut toiseksi terälehtikiehkuraksi, on erilaistuminen verhiöksi ja teriöksi pysähtynyt ...mutta emme tunne yhtään ainoaa aitoa eriytymismutaatiota yksittäisissä geeneissä tai geenien koostumuksessa. (Remane, Storch, Welsch: Evolution, 1980) Tämä havainto on edelleen voimassa.

Mutaatiotutkimuksissa on havaittu samojen mutaatiotyyppien toistuvan säännöllisesti. Mitä laajempia kokeita tehdään, sitä useammin syntyy ennestään esiintyneitä mutaatioita. Tämän arvellaan johtuvan siitä, että on olemassa vain rajoitettu määrä perintötekijöitä, joissa tapahtuneen toiminnan menetyksen seurauksena voi vielä syntyä elinkelpoinen, enemmän tai vähemmän vahingoittunut eliö. Mutaatiolla näyttää siis olevat rajat, joita se ei voi ylittää.   Evoluution kannalta hyödyllisiä ovat vain mutaatiot, joista on lajille jotain etua. Haitalliset karsiutuvat luonnonvalinnan toimesta pois. Mutta vaikka esim. siivettömyys on etu tuulisilla saarilla eläville hyönteisille, koska se estää niitä ajautumasta tuulen mukana merelle, ei se ole askel kohti makroevoluutiota. Siivettömyys on toiminnan menetys, eikä merkitse makroevoluution edellyttämää uuden toiminnan tai rakenteen syntymistä.

Rekombinaatio.

Suvullisessa lisääntymisessä tapahtuva rekombinaatio eli perimän uudelleen yhdistely synnyttää uusia alleeliyhdistelmiä saaden aikaan esim. sen, että voimme tuntea toisemme ulkonäön perusteella. Rekombinaatio ei kuitenkaan tuota uusia alleeleja paitsi poikkeustapauksessa, eikä niin ollen tuo mitään lisää evoluutioprosessiin. Se on verrattavissa korttipakan sekoittamiseen: sillä ei saada aikaan uusia kortteja!

Valinta.

Tapahtuneiden muutosten säilyminen riippuu valinnasta. Huonot karsitaan ja edulliset jätetään. Tasapainottava valinta poistaa mutantit jotka pyrkivät muuttamaan vallitsevaa tilannetta. Suuntaava valinta sallii vain tiettyyn suuntaan tähtäävät muutokset, ja hajottava valinta suosii ääripäitä (esim. hyvin pientä tai hyvin tukevaa nokkaa). Valinnan mekanismeista seuraa, että jokaisen makroevoluutioon 'tähtäävän' välivaiheen pitäisi olla hyödyllinen ja elinkelpoinen. Makroevoluutiota ei tapahdu, jos hyödyllisen välivaiheen jälkeen seuraa hyödytön tai peräti haitallinen vaihe. Valinta eli ympäristön olosuhteiden asettamat vaatimukset tekevät populaation geenivaraston parhaiten kyseiseen ympäristöön sopivaksi. Tästä kuitenkin seuraa, että korkeammalle kehittyminen estyy, koska valinta karsii ympäristöön sopimattomat muodot. Mikroevoluution mekanismit siis estävät makroevolutiiviset tapahtumat!

Sellaiset oppikirjoissa usein esitetyt, evoluution todisteina pidetyt esimerkit, kuten tumman värin yleistyminen koivumittari -perhosella tai hyönteisten DNA- resistenssi ovat vain valintamekanismin esiin nostamia ja säilyttämiä, ennestään olemassa olevia ominaisuuksia. Suojavärin, jäljittelyn tai muiden ominaisuuksien funktion tai tarkoituksen selvittäminen ei selitä sitä, miten ne ovat syntyneet. Myöskään seksuaaliseen valintaan liittyvät sukupuoliset tunnusmerkit, kuten lintukoiraiden kirkkaat ja huomiota herättävät värit, eivät pysty selittämään makroevoluutiota. Ne eivät edes ole aina pelkästään valintaetu, vaan usein jopa haitta (joutuvat helpommin petojen suihin), ja lisäksi ne rajoittuvat mikroevoluution piiriin. Oma lukunsa on ns. rinnakkaisevoluutio, eräiden kukkien ja hyönteisten oletettu, vähittäinen kehittyminen keskinäisessä vuorovaikutuksessa 'tyydyttämään' toistensa tarpeet. Teoria on pelkkä hypoteesi, joka ei perustu havaintoihin, vaan on oletettu todeksi jo sitä laadittaessa.

 

Hakemisto   Teorian kehitys ja  eri versiot
Edellinen     Seuraava


30.9.02