Ajatus evoluutiosta antaa loogisen selityksen sille, mitä eliöistä tänä päivänä tiedetään. Muutaman miljardin vuoden aikana eliökunta on käynyt läpi muutoksia, jotka näkyvät fossiilistossa, ja nykyisessä eliömaailmassa on näkyvissä samanlainen erikoistuminen. Samalla kuitenkin eliökunnassa vallitsee yhdenkaltaisuus. Tämän ilmiön selittää parhaiten evoluutio, joka selittää ykseys-erilaisuus -ilmiön johtuvan yhteisten kantamuotojen muuntuneista ja muuntuvista jälkeläisistä. Perustana ovat periytyvät muutokset, jotka kumuloituvat sukupolvesta toiseen.

Eliökunnan diversiteettiä eli monimuotoisuutta voidaan havainnollistaa mm. seuraavilla tilastotiedoilla:

• Tällä hetkellä tunnetaan (nimeltä) noin 1,8 miljoonaa eliölajia. Paljon on vielä tunnistamatta, sillä eliölajien kokonaismääräksi arvioidaan 10 – 100 miljoonaa.
• Yli puolet lajeista, noin yksi miljoona, on hyönteisiä.
• Kasvilajeja on tunnistettu noin 290 000.
• Sienikunta sisältää noin 100 000 lajia.
• Meitä selkärankaisiin kuuluvia lajeja on vain 57 000, joista suurin osa on viuhkaeväisiä luukaloja.

Eliökunnan yhdenkaltaisuuden huomattavin osoitus on koko eliöiden kirjon kattava universaali geneettinen koodi, DNA, joka sisältää kaikissa eliöryhmissä samat neljä yksikköä: adenosiini (A), tymiini (T), guaniini (G) ja sytosiini (C). Nämä koodaavat koko diversiteetin. Rakenteellisella tasolla voisi mainita esimerkkeinä laajasta ykseydestä eukaryoottien eli tumallisten eliöiden solun siiman ja ripsien rakenteen samanlaisuuden. Tohvelieläimet (Paramecium) ovat yksisoluisia aitotumaisia ja liikkuvat solun pintaa peittävien ripsien avulla, jotka ripset ovat rakenteeltaan aivan samanlaiset kuin ihmisen henkitorven pintasolujen ripset, jotka kuljettavat epäpuhtauksia pois henkitorvesta. Samoin eukaryoottiset solut ovat rakenteeltaan ja soluelimiltään hämmästyttävän yhdenmukaisia.

Ykseyden ja erilaisuuden lisäksi asiaan liittyy aika: eliökunta on historiallinen ilmiö, kuten näkyy fossiilikerrostumista. Evoluutio selittää myös tämän osuuden pätevästi.

Tunnetuin evoluutioajatuksen edustajista on eittämättä Charles Darwin, jonka marraskuussa 1859 julkaisema teos On the Origin of Species by Means of Natural Selection (Lajien synty luonnonvalinnan avulla) on alan perusteos. Se on suomennettu kahteen otteeseen. Darwin esittää siinä evoluution kulun koostuvan kahdesta tekijästä: kantamuotojen seuraannosta ja luonnonvalinnan aikaansaamista modifikaatioista.

Darwinin havainnot eivät olleet uusia, mutta hän osasi yhdistää ne oivaltavalla tavalla. Hän tuli tietoiseksi luonnonvalinnan merkityksestä kolmen seikan nojalla. Ensinnäkin on selvää, että populaatiossa (eli keskenään lisääntyvien ja samalla paikalla elävien eliöyksilöiden joukossa) on erilaisuutta, muuntelua, ja ainakin osa siitä on periytyvää (geeneistä ei vielä Darwinin aikaan tiedetty). Toiseksi jälkeläisten tuotto populaatiossa on suurempi kuin eloonjäämisen mahdollisuudet. Tämä aiheuttaa kilpailua käytettävissä olevista resursseista. Kolmanneksi jälkeläisistä jotkut ovat noihin olosuhteisiin paremmin sopeutuneita kuin toiset. Sopivat jäävät eloon ja todennäköisesti tuottavat enemmän jälkeläisiä kuin vähemmän sopivat. Näin populaation ominaisuudet muuntuvat ajan myötä.

Esimerkkinä voisi mainita vaikka suojavärityksen. Paremmin taustaansa sulautuvat eliöt jäävät saalistajalta huomaamatta kuin ne joiden väritys ei sovi niin hyvin ympäritöön. Jos ympäristö muuttuu tässä suhteessa, jäävät lajia jatkamaan yksilöiden värityksen kirjosta ne, jotka sulautuvat muita paremmin uuteen tilanteeseen. Tästä tunnetaan käytännön esimerkki mm. koivumittarin (Biston betularia) osalta. Kun teollistumisen myötä noki levisi ja puunrungot muuttuivat tummiksi, vaaleasiipisten yksilöiden osuus populaatiosta laski ja sukua jatkoivat pääasiassa tummasiipiset (ns. teollisuusmelanismi). Kun nokisuus taas väheni, tapahtui päinvastoin.

Elävien olentojen evoluutiotutkimuksen seurauksena saadaan selville eliöiden sukulaisuussuhteet. Niitä on päätelty aluksi näkyvien ominaisuuksien, morfologian ja anatomian, perusteella, sittemmin molekyylianalyysein. Esimerkiksi nisäkkäät ovat selvästi sukulaisia keskenään ajatellen vaikkapa niiden ulkonaisesti niin erilaisia raajoja, joissa kuitenkin on selvästi samat osat vaikkakin eri mittasuhteissa. Lepakon siivessä on pidentyneet sormet, hevosen kaviossa sormien luku on vähentynyt ja ihmisellä sormet ovat lyhyet mutta toisiaan vastaan taipuvat (peukalo-etusormi -ote). Muuntelu on syntynyt yhteisestä kantamuodosta kumuloituvina muutoksina.

 

Bakteerit ja arkeonit ovat oikeita solurakenteisia eliöitä, ja niiden yhteinen piirre on solun tumattomuus eli niiltä puuttuu rakenne, jonka sisällä DNA on. Niitä nimitetään prokaryooteiksi erotukseksi tumallisista eli eukaryooteista, joihin me ihmisetkin kuulumme.

Bakteerisoluja on monenmuotoisia, kuten yllä olevasta kuvasta näkyy.

Kokit (cocci; kreikan kokkos tarkoittaa jyvää, marjaa tai siementä) ovat pallomaisia, ja ne voivat esiintyä pareittain (diplokokit) tai nelittäin (tetradeina) tai suuremmissa muodostelmissa, kuten suvuissa Streptococcus, Staphylococcus ja Sarcina.

Sauvamaiset bakteerit ovat basilleja (bacilli; bacillus on latinaa ja tarkoittaa pientä sauvaa). Vibrion sauva on käyrä, spirillin kierteinen ja spirokeetan hoikka ja spiraalikierteinen.

Bakteerin sisärakenteessa on seuraavia osia: Solukalvo (plasma membrane; plasmamembraani) muodostuu lipidideistä eli rasvamaisista aineista, joiden seassa on myös proteiinimolekyylejä. Solussa on myös sen sisään taipuvia kalvon osia. Solulima (cytoplasm; sytoplasma) käsittää solun sisällön, jossa on soluelimiä. Solunseinä (cell wall) on bakteereilla kerros, joka määrää solun värjäytyvyydestä – puhutaan gram-negatiivisista ja -positiivisista (gram-menetelmä on bakteerien tutkimisessa käytetty värjäys) – ja koostuu peptidoglykaani-nimisestä yhdisteestä. DNA on vapaana solulimassa rengasmaisena rakenteena sykkyrällä. DNA:n lisäksi solulimassa on ribosomeja (ribosomes), jotka rakentuvat RNA:sta ja proteiineista, ja joissa proteiinien muodostuminen (proteiinisynteesi) tapahtuu. Ne voidaan havaita vain elektronimikroskoopilla.

Erilaisia bakteereja

Bakteerien monimuotoisuus eli diversiteetti käy ilmi niiden luokittelusta. Huomattavimpia ryhmiä ovat seuraavat:

1. Proteobakteerit. Ryhmä on suuri ja monimuotoinen ja sisältää autotrofisia eli omavaraisia ja heterotrofisia eli toisenvaraisia muotoja. Edelliset pystyvät kasvien tavoin tuottamaan oman ravintonsa. Kasveilla se tapahtuu valon avulla, monilla proteobakteereilla sen sijaan myös kemiallisesti. Ryhmään kuuluu anaerobeja, jotka elävät hapettomissa oloissa, mutta myös aerobeja, jotka vaativat elääkseen happea. Proteobakteerit ovat gram-negatiivisia kuten kolme seuraavaakin ryhmää. Kuvia.
2. Klamydiat. Ryhmän lajit ovat loisia ja tulevat toimeen vain eläinsolujen sisällä. Erikoista on, että solunseinässä ei ole em. peptidoglykaania. Laji Chlamydia trachomatis on maailman yleisin syy sokeuteen ja aiheuttaa seksitautina leviävää virtsaputken tulehdusta gonokokkien tavoin.  Kuvia
3. Spirokeetat. Spirokeetat ovat toisenvaraisia. Ne kulkevat kiemurrellen ympäristössään sisäisten siimamaisten rihmojen avulla. Monet lajit elävät vapaina, mutta eräät ovat pahamaineisia taudinaiheuttajia. Esim. Treponema pallidum aiheuttaa syfiliksen ja puutiaisen levittämä Borrelia burgdorferi Lymen taudin. Kuvia
4. Syanobakteerit (sinilevät!). Kukapa ei olisi kuullut sinileväkukinnoista järvissämme ja merialueilla. Vaikka puhutaan levistä, kyseessä on bakteerien, nimittäin syanobakteerien, massaesiintyminen. Levämäisiä ne ovat siinä, että ovat fotoautotrofeja ja ovat siten ainoita kasvien tavoin happea tuottavia hiilen yhteyttäjiä. Ryhmään kuuluu yksittäin eläviä ja rihmamaisia kolonioita muodostavia, ja ne ovat runsaslukuisia sekä makean että suolaisen veden fytoplanktonissa (keijustossa). Joissakin rihmoissa on typen sidontaan erikoistuneita soluja. Ne sitovat ilmakehän typpeä epäorgaanisiksi yhdisteiksi, joita voidaan käyttää aminohappojen ja muiden orgaanisten aineiden synteesiin synteesiin. Proteiinit muodostuvat aminohapoista. Kuvia
5. Gram-positiiviset bakteerit. Ryhmä on saanut nimensä em. gram-värjäysmenetelmästä, jolla ne saadaan näkyviin valomikroskoopissa. Ne ovat proteobakteerien tavoin hyvin monimuotoinen ryhmä. Ns. sädesienet eli aktinomykeetit muodostavat haaraisten soluketjujen kolonioita (jälleen prokaryoottiryhmä, joka aiemmin yhdistettiin eukaryoottisiin, tällä kertaa sieniin; siitä nimi). Tuberkuloosi ja lepra (spitaali) ovat kahden sädesienilajin aiheuttamia sairauksia. Useimmat gram-positiiviset ovat kuitenkin vapaana eläviä ja hajottavat maaperän eloperäistä (orgaanista) ainesta. Maabakteereista kuuluisin suku lienee Streptomyces, josta valmistetaan antibiootteja, mm. streptomysiiniä. Yksittäisinä soluina eläviä on suvuissa Bacillus, Clostridium, Staphylococcus ja Streptococcus. Niiden joukosta löytyy myös taudinaiheuttajia. Mykoplasmat ovat ainoita bakteereita joilta puuttuu solunseinä. Ne ovat myös pienimpiä tunnettuja soluja, 0,1 mikronin kokoisia, noin viisi kertaa ribosomin kokoisia. Monet niistäkin ovat taudinaiheuttajia, toiset taas maaperäbakteereja. kuvia

arkeonit

Prokaryoottien toinen ryhmä, arkeonit (Archaea), muistuttavat monilta ominaisuuksiltaan bakteereita, eräiltä taas eukaryootteja. Mm. niillä ei ole solunseinässään peptidoglykaania, joka puuttuu myös eukaryooteilta. Ne eivät myöskään reagoi antibiootteihin.

Arkeoneihin kuuluu paljon ekstremofiilejä, so. äärimmäisissä olosuhteissa eläviä – niin äärimmäisissä suolapitoisuuksissa ja lämpötiloissa, että mitkään muut eliöt eivät niissä menesty. Ryhmään kuuluu myös metanogeenejä, joiden aineenvaihdunnan tuotteena vapautuu metaania. kuvia

Eliökunta on jaettavissa siis kolmeen pääryhmään, domeeniin. Nämä domeenit ovat bakteerit (Bacteria), arkeonit (Archaea) ja aitotumaiset (Eukarya). Jälkimmäisistä voitaisiin käyttää myös nimitystä tumalliset (eukaryootit), sillä kahden muun domeenin eliöillä ei ole solussaan tumaa ollenkaan, vaan niiden perintöaines on solussa ilman kalvon eli tumakotelon rajaamaa rakennetta. Bakteerit ja arkeonit ovat siten esitumallisia (prokaryootteja) eli oikeastaan tyystin tumattomia. Arkeonit ovat kuitenkin läheisempää sukua tumallisille kuin bakteereille: arkeoneilla ja tumallisilla eliöillä on yhteinen kantamuoto, joka ei ole bakteerien kantamuoto.  Lienee paikallaan tutustua nyt lyhyesti ja alustavasti näihin domeeneihin ja solun, elämän perusyksikön, rakenteeseen ja toimintoihin.

Kun on puhe bakteereista, tulevat mieleen myös virukset, varsinkin kun molemmissa on tarttuvien tautien aiheuttajia. Parhaillaan on taas flunssa-aika, ja moni saa tutustua virukseen ja sen vaikutukseen omakohtaisesti, vaikka ei edes näe mokomaa otusta. Kuuluisiksi ovat viime vuosina tulleet sellaiset vakavia infektioita aiheuttavat kuin ebola-, chikungunya- ja zikavirukset.

Virukset vaanivat kaikkialla meitä ja muita eliöitä jopa hiivoja ja arkeoneja myöten. Se johtuu siitä, että ne ovat elämäksi kutsutun ilmiön rajamailla; ne tarvitsevat eläviä soluja omia elintoimintojaan varten ja lisääntyäkseen. Muuten ne ovat kuolleita hiukkasia, kooltaan vain 20 – 1500 nanometriä eli millimetrin miljoonasosaa (1500 nanometriä = 1,5 mikrometriä eli millimetrin tuhannesosaa). Suurimmat voi juuri ja juuri nähdä tarpeeksi suurentavalla valomikroskoopilla.

Rakenteeltaan virus on nukleiinihappomolekyyli, jota ympäröi proteiinikotelo. Nukleiinihapot ovat perintötekijöitä eli geenejä muodostavia kemiallisia yhdisteitä ja niitä on kahdenlaisia: ribonukleiinihappo eli RNA ja deoksiribonukleiinihappo eli DNA (lyhenteet tulevat englanninkielisistä nimityksistä). Proteiinit, joita on nimitetty valkuaisaineiksi, ovat myös kookkaita molekyylejä (makromolekyylejä), jotka muodostuvat aminohapoista. Proteiineja tarvitaan soluissa moniin tehtäviin, viruksilla vain nukleiinihappoa suojaavana kuorena. Jotta viruksen nukleiinihappo pääsee kopioitumaan ja muodostamaan uusia viruksia, on viruksen päästävä kosketuksiin elävän solun kanssa ja sotkeutumaan sen elintoimintoihin. Kaikilla eliöryhmillä bakteereista meihin ihmisiin asti on omat viruksensa.

Kuuluuko virus näin ollen eliökuntaan? Ovatko virukset välimuotoja elottoman kemian ja eliöiden välillä? Mikä on niiden alkuperä ja evoluutiohistoria? Koska ne ovat riippuvaisia soluista lisääntyäkseen, näyttää todennäköiseltä, että ne eivät ole olleet olemassa ennen soluja, vaan kehittyivät ensimmäisten solujen syntymisen jälkeen. Niitä on voinut syntyä elämän historian aikana useaan eri otteeseen. Useimpien molekyylibiologien mielestä virukset syntyivät paljaaksi jääneistä solujen nukleiinihapon paloista, jotka muuttivat solusta toiseen kenties solun pinnan vahingoittuneista kohdista.

Eksyin viruksiin, jotta kävisi ilmi, että ne ovat aivan erilaisia kuin bakteerit, vaikka emme aina muista, mikä tauti on bakteerin ja mikä viruksen aiheuttama. Bakteerit ovat oikeita eliöitä, niillä on aidot solut. Niistä ja muista oikeista eliöistä tuonnempana.

Evoluutio on luonnonilmiö, joka on tuottanut kaikki elävät olennot, joita maan päällä on koskaan elänyt. Luonnonilmiöillä varmaan tulemme useimmin ajatelleeksi jotakin elottoman luonnon tapahtumaa kuten sääilmiöitä, maanjäristyksiä ja tulivuorenpurkauksia. Niillä on omat vaikutuksensa ja mitattavat ominaisuutensa, samoin evoluutio-ilmiöstä on löydettävissä ja löydetty joitakin piirteitä ja lainalaisuuksia. Kyse on kuitenkin historiasta, tapahtumien ketjusta, syy- ja seuraussuhteista, ja sellaisena eliökunnan evoluutio ei ole välittömästi osa kokemusmaailmaamme varsinkin kun on kyse valtavista ajanjaksoista ja vähitellen kasautuvista ominaisuuksista.

Systematiikka ei ole luonnonilmiö, vaan meidän ihmisten luoma menetelmä hahmottaa evoluution tuloksia: luonnossa tavattavia lajeja ja niiden sukulaisuussuhteita ryhmittelemällä ne suvuiksi, heimoiksi, lahkoiksi, luokiksi ja pääjaksoiksi sekä usein vielä näiden väliin sijoittuviin kategorioihin. Tarkkaan ottaen edes lajit eivät ole luonnossa oikeasti olemassa; on vain populaatioita ja niitä muodostavia yksilöitä, jotka lisääntyvät keskenään ja tuottavat toisaalta ominaisuuksiltaan muuntelevia jälkeläisiä, toisaalta taas niin yhdenmukaisia, että ne eivät risteydy vapaasti minkä tahansa muun lajin kanssa. Muuntelua sisältävästä populaatiosta luonnonvoima nimeltään valinta, luonnonvalinta, suosii populaation elinympäristöön parhaiten sopeutuneita yksilöitä, jotka siten tuottavat enemmän jälkeläisiä kuin vähemmän sopeutuvat. Mutta sattuma voi puuttua peliin ennalta arvaamattomalla tavalla.

Tarkoitukseni on tässä blogissa kirjoitella näistä asioista ennen kaikkea ehkä selventääkseni niitä itselleni. Toivottavasti tästä on iloa joillekuille muillekin, ja otan mielelläni vastaan kommentteja, kysymyksiä ja oikaisuja, sillä varmaan monessa kohdassa tietoni eivät ole ajan tasalla tai muuten vain tulen kirjoittaakseni soopaa. Itse asiassa pelkään sitä tavattomasti, ja tämän blogin aloittamisen koen kyllä kauhean vaikeaksi, mutta ehkä se siitä avautuu. Virheistäkin voi oppia, ja tämä retki tulee varmaan olemaan oppimiskokemus.

Liitän tähän loppuun linkit Wikipedian artikkeleihin evoluutiosta ja systematiikasta.

 

Tervetuloa minun biologia-aiheiselle sivustolleni, joka keskittyy elämän evoluutioon ja eliöiden luokitteluun!

Ilkka Pellonpää

Sisällysluettelo

Alkusanat

Evoluutiosta yleensä

• Evoluutiosta
• Elämän synty ja elämänpuu
• Fylogeniaa
• Kladogrammi
• Mikroevoluutio
• Uusien lajien synty
• Valaita Saharassa
• Fossiilit
• Elämän lyhyt historia
• Eliöryhmien nousu ja tuho
• Sopeutumislevittäytyminen

Eliökunta systemaattisesti

• Domeenit ja virukset
• Bakteerit ja arkeonit: prokaryootit
• Aitotumaiset
• Ekskavaatit
• Piilevät
• Kulta- ja keltalevät
• Rakkolevä ja muut ruskolevät
• Panssarilevät
• Malariaa ja Apicomplexa
• Ripsekkäitä yksisoluisia
• Sädemäisiä eliöitä mikroskoopissa
• Huokoisia kuoria
• Verkkolevää, möhöjuurta ja perunaruttoa
• Punalevät
• Viherlevät
• Kasvien alkuperä 
• Näkinpartaiset
• Kasvien maanvalloitus
• Versokasvien evoluution vaiheet
• Sammalia
• Lisää sammalia
• Johtojänteet ilmestyvät: putkilokasvit
• Liekoja sukulaisineen
• Kortteet ja saniaiset
• Siitepölyä ja siemeniä – siemenkasvien seksielämä 
• Havupuita ja muita – paljassiemeniset
• Kukkia ja hedelmiä – koppisiemeniset
• Kukkien monimuotoisuutta 1 
• Kukkien monimuotoisuutta 2: yksisirkkaiset
• Kukkien monimuotoisuutta 3: aitokaksisirkkaiset
• Rosidit
• Santeli- ja kohokkimaiset
• Asteridit
• Lamiidit
• Kello- ja asterikasveja sukulaisineen: kampanulidit
• Yksisiimaiset, Unikonta
• Limasienet
• Ameboja ja punatautia
• Sienten alkuperä
• Sieniryhmiä ja -rihmoja
• Piiskasiimasienet
• Yhtymä- ja keräsienet
• Kotelosienet
• Kantasienet
• Eläimet
• Sienieläimet
• Polttiaiseläimet
• Kampamaneetit
• Laakamadot
• Rataseläimet
• Väkäkärsämadot
• Sammaleläimet
• Tupsumadot
• Lonkerojalkaiset
• Tähtimadot
• Pikarimadot
• Kampaleukamadot
• Okakaulamadot
• Makkaramadot
• Sukaspintaiset
• Lima- eli nauhamadot
• Nivelmadot
• Nilviäiset