Vertaileva biologia

 

Historiallisen evoluutiotutkimuksen piiriin kuuluva vertaileva biologia tutkii eliöiden rakenteissa ja yksilönkehityksessä havaittavia samankaltaisuuksia. Sen pohjalta päätellään lajien sukulaisuussuhteet ja polveutumisen historiallinen kulku. Vertailu kohdistuu ulkonäön lisäksi myös mm. anatomiaan ja käyttäytymiseen sekä biokemiallisella tasolla oleviin samankaltaisuuksiin.

Samankaltaisuuksia on kahta tyyppiä. Homologinen samanlaisuus on määritelty eliöiden rakennesuunnitelmassa olevana samankaltaisuutena. Tällä ymmärretään sitä, että tarkasteltavat rakenteet sijaitsevat vertailukelpoisissa kohdissa (kalojen evät, linnun siivet, selkärankaisten jalat), tai ovat rakenteeltaan yhdenmukaisia (hain ihosuomut, imettäväisten hampaat). Analoginen samankaltaisuus on kyseessä silloin, kun muodoltaan erilaiset rakenteet täyttävät saman funktion eli toimittavat samanlaista tehtävää (esim. hyönteisten ja lintujen siivet). Homologioiden suuri määrä viittaa yhteiseen alkuperään, ja niitä pidetäänkin yhtenä evoluution tärkeimmistä todisteista. Kun (makro)evoluutio uskotaan jo etukäteen todeksi, on helppo nähdä kaikki samankaltaisuudet polveutumishistorian todisteina. Ovatko samanlaisuudet pätevä todiste makroevoluutiosta?

Todistavatko homologiat makroevoluution?

Samankaltaisuuksien alkuperä voi myös olla jokin muu kuin sukulaisuus. Kaksi saman näköistä ihmistäkään eivät välttämättä ole toisilleen mitään sukua. Teknisissä laitteissa esiintyvät samankaltaiset rakenteet viittaavat vain siihen, että laitteiden suunnittelussa on pyritty optimoimaan niiden käyttö- ja rakennevaatimukset. homologia.jpg Eliökunnan perusryhmien välisiä sukulaisuuksia ei ole mahdollista kokeellisesti tutkia, joten niistä voidaan esittää vain olettamuksia. Tällöin voidaan yhtä hyvin olettaa, että samankaltaiset rakenteet johtuvat - kuten teknisten laitteiden kohdalla - suunnittelusta ja rakenteiden itsensä asettamista vaatimuksista. Siten myös monien alkeellisilta vaikuttavien rakenteiden voidaan nähdä olevan juuri sellaisia, että ne parhaiten sopivat yhteen kyseisten eliöiden muiden elintoimintojen kanssa. Matelijan sydän on paras sydän vaihtolämpöiselle matelijalle, vaikka se evoluutiotutkijan mielestä olisi alkeellinen, ja nisäkkään runsaasti aivokapasiteettia vaativa silmä olisi hyönteiselle rasitus.

Konvergenssi.

Tunnetaan lukuisia rakenteen ja muodon samanlaisuuksia, jotka eivät perustu evolutiiviseen lähisukulaisuuteen. Tällaisia samanlaisuuksia sanotaan konvergenteiksi. Esim. pussihukka, pussinäätä, pussihyppyrotta, pussiliito-orava ja monet muut pussieläimet muistuttavat hämmästyttävästi vastaavia istukallisia eläimiä, vaikka ne taksonomisesti kuuluvat eri kehityshaaraan. Neljälläkymmenellä toisistaan riippumattomalla lajilla on samantyyppisiä silmiä tai fotoreseptoreita. Linnuilla, lentoliskoilla, lepakoilla, maamyyrillä ja liitomakeilla on rintalastaharjanne sitä vastaavine lihaksineen ja muine kudoksineen. Maasialla, muurahaiskarhulla, vyötiäisellä ja tikalla on tahmea ja venyvä liimakieli sekä lihasmaha. Vastaavia esimerkkejä tunnetaan lukuisia myös kasvikunnasta. Evoluutioteorian mukaan nämä samanlaisuudet ovat siis kehittyneet toisistaan riippumatta, eli samanlainen kehitys on tapahtunut monta kertaa. Tämä osoittaa, ettei samankaltaisuuksia voi ilman ennakko-oletuksia pitää todisteena sukulaisuudesta. Evoluutioteorialle konvergenssi muodostaakin ongelman: kun empiiriset - mikroevoluution piirissä tehdyt - havainnot osoittavat jonkin rakenteen tai ominaisuuden syntymisen yhden kerran olevan hyvin epätodennäköistä, sen syntyminen kahdesti tai monta kertaa on erittäin epätodennäköistä, ellei mahdotonta.

Samankaltaisuuksia löytyy myös solu- ja molekyylitasolta. Kaikki solut käyttävät aineenvaihdunnassaan aminohappoja, sokereita, rasvahappoja ja entsyymejä. Myös DNA:n perusrakenne on sama kaikilla eliöillä. Tätä geneettisen koodin universaalisuutta pidetään vahvana todisteena makroevoluutiosta. Mutta tämäkään asia ei ole niin selvä kuin on luultu. On selvinnyt, että myös geneettisessä koodissa on poikkeamia, joiden olisi pitänyt kehittyä toisistaan riippumatta monta kertaa. Mitkä valintapaineet olisivat pakottaneet koodin muuttamiseen, ja miten se olisi voinut tapahtua? Tätä ei nykyisen tiedon valossa ymmärretä. Tämä seikka herättää kysymyksiä myös sukupuiden laatimisen luotettavuudesta molekyylitutkimuksen tulosten perusteella.

Niin sanotun endosymbionttihypoteesin mukaan elämän alkumuotona olivat yksinkertaiset esitumalliset organismit eli prokaryootit. Näihin kuuluvat nykyään arkkibakteerit, bakteerit ja sinilevät. Hypoteesin mukaan esitumallisista syntyi tumallisia eli eukaryoottisia organismeja siten, että solun sisällä nykyään oleva solut.jpg mitokondrio olisi alkujaan ollut happea hengittävä bakteeri, joka jossain vaiheessa olisi 'keksinyt' ryhtyä symbioosiin alkuperäisen prokaryootin kanssa työntymällä tämän sisään. Saman prosessin olisi suorittanut myös jokin sinilevä. Nämä olisivat sitten ajan myötä kehittyneet alkusolun toimiviksi osiksi. Tätä hypoteesia perustellaan tietyillä samankaltaisuuksilla näiden solun osien (mitokondrioiden ja plastidien) ja prokaryoottien välillä. Mutta samankaltaisuuksien lisäksi niiden välillä on myös merkittäviä eroja. Lisäksi tulee ongelma: erilaisten leväryhmien tutkimus on osoittanut niidenkin keskuudessa esiintyvän konvergenssia; samanlaisia, toisistaan riippumattomia kehitystapahtumia olisi esiintynyt monta kertaa, mikä on äärettömän epätodennäköistä.

Embryologia ja surkastuneet elimet.

Ns. surkastuneet elimet on varsinkin aiemmin tulkittu evoluution historiallisiksi jäänteiksi. Tämä teoria on viime aikoina yleisesti kyseenalaistettu, koska mainituilla elimillä on useimmiten todettu olevan jokin funktio. Toisaalta todellisetkin - joissakin erityisissä oloissa hyödyttömiksi käyneiden elinten - surkastumat rajoittuvat mikroevoluution piiriin.
  Vertailevaan tutkimukseen kuuluvat myös alkion ja sikiövaiheen aikana esiintyvät samankaltaisuudet, joita embryologia ja vertaileva anatomia tutkivat. Eri eliöiden sikiöissä ja myöhemmissä kehitysvaiheessa olevien samankaltaisuuksien perusteella on spekuloitu hyvinkin vakuuttavan tuntuisesti lajien välisistä sukulaisuuksista. Ne ovat kuitenkin edelleen todistamattomia hypoteeseja, joita tulkitaan eri tavoin lähtöoletuksista riippuen, ja voidaan yhtä hyvin selittää luomisnäkökulmasta. Esim. ihmisen ja selkärankaisten alkionkehityksessä havaittavat yhtäläisyydet selittyvät sillä, että jokainen ihmisalkion kehitysvaihe on välttämätön seuraavalle vaiheelle ja koko ihmisen rakentumiselle ja voidaan siten ymmärtää ilman evoluutiotakin. Ihminen on ihminen alusta asti.

Eliömaantiede.

Kasvien ja eläinten levinneisyydestä voidaan tehdä tiettyjä päätelmiä. Niistä voidaan yrittää jäljittää levinneisyyden syitä ja aiemmin vallinneita levinneisyyksiä eli eliöryhmien historiaa. Maantieteelliseen levinneisyyteen voivat vaikuttaa useat eri tekijät. Ekologiset syyt voivat rajoittaa leviämistä, jos eliölle välttämättömiä elinolosuhteita ei ole kaikkialla. Monissa tapauksissa eliöiden puuttuminen johtuu kuitenkin historiallisista syistä. Laji ei syystä tai toisesta kykene sopeutumaan tai leviämään tietyn alueen ulkopuolelle. Kasveilla esim. siementen muoto voi olla tällainen tekijä, eläimillä vaikkapa vesialueen muodostama este. Myös ilmaston ja ympäristön muutokset voivat vaikuttaa levinneisyyteen.

alueet.jpg

Maapallo jaetaan eläin- tai kasvimaantieteellisiin suuralueisiin, kuten palearktinen, neotrooppinen, orientaalinen, australialainen. Eroavuuksien voidaan ajatella olevan sitä suurempia, mitä pidemmän aikaa eliökunta on ollut erillään muista. Pohjoisissa maanosissa eliökunnan erot ovat pieniä, eteläisissä suurempia. Tätä on yritetty selittää mm. mannerliikuntateorialla siten, että eteläiset maanosat olisivat eriytyneet toisistaan aiemmin kuin pohjoiset. Eteläisten alueiden eliökannoilla olisi siten ollut enemmän aikaa erilaistua ja kehittää muista poikkeavia lajeja. Teorian mukaan esim. pussieläinten olisi pitänyt kehittyä Australiassa, koska niitä elää lähes yksinomaan siellä . Ongelmana on, että pussieläinten fossiileja löytyy myös muualta maailmasta, kuten Pohjois- ja Etelä-Amerikasta, Aasiasta ja Euroopasta. On myös monia lajeja, joita esiintyy rajoitetuilla alueilla hyvin kaukana toisistaan. Esim. tapiireja on Etelä-Amerikassa ja Itä-Aasiassa ja niiden fossiileja on löytynyt jopa Saksasta. Muurahaiskarhuja on vain Etelä-Amerikassa, mutta niidenkin fossiileja on löytynyt Saksasta. Siniharakoita elää Kiinassa ja Etelä-Espanjassa. Suurryhmien levinneisyys voidaankin tulkita myös siten, että ne ovat yksinkertaisesti vaeltaneet niille luonteenomaisesti ekologisten katastrofien ja muiden ympäristötekijöiden vaikutuksesta.

Maantieteellisten alueiden täyttyminen kasveilla tai eläimillä voi tapahtua hyvinkin nopeasti. Tunnetaan tapauksia, joissa jonkin eriytyneen alueen elämä on täysin tuhoutunut. Eräs tällainen oli Krakataun tulivuoren purkaus v. 1883. Suuri osa saarta vajosi mereen ja jäljelle jäänyt osa peittyi metrien vahvuiseen laavakerrokseen, jolloin kaikki elämä saarella sammui. Kasvi- ja eläintieteilijät tarkkailivat saaren elpymistä, ja löysivät sieltä jo kolmen vuoden kuluttua kolmisenkymmentä kasvilajia. 25 vuoden kuluttua löytyi jo yli sata kasvilajia, 240 niveljalkaista eläintä, kotiloita, matelijoita ja 16 pesivää lintulajia. 50 vuoden kuluttua saaren alkuperäinen luonto oli palautunut.



Molekyylibiologia Fossiilitutkimus
Edellinen   Seuraava


4.10.02