8. Tumallisen solun kehitys johti monisoluisten eliöiden kehittymiseen Flashcards
Milloin ja miten (karkeasti) tumalliset solut kehittyivät? Miten sitä perustellaan?
Bakteerit ja arkeonit olivat noin 2 miljardin vuoden aikana ainoita maapallon merissä eläviä eliöitä. Seuraavaksi kehittyivät noin 1.6-1,8 miljardia vuotta sitten tumalliset solut (joidenkin tutkimusten mukaan kehitys alkoi jo noin 2 miljardia vuotta sitten). Tumallisen solun oletetaan kehittyneen kaksivaiheisen endosymbioosin tuloksena.
Endosymbioosia perustellaan sillä, että kaksi nykyisen tumallisen solun soluelintä, viherhiukkaset ja mitokondriot, muistuttavat monella tapaa bakteereja. Ne pystyvät lisääntymään itsenäisesti jakautumalla, ja niillä on oma rengasmainen DNA-molekyyli, jossa on muutamia kymmeniä geenjeä.
Miten tumallinen solu kehittyi?
Tumallisen solun oletetaan kehittyneen kaksivaiheisen endosymbioosin tuloksena.
Tumallisen solun kehityksen oletetaan alkaneen siten, että arkardarkeoni nielaisi bakteerin, jolloin muodostui suurempoi solu. Solujen yhdistyttyä perintöaineksen, DNA:n, määrä kasvoi aikaisempaa suuremmaksi ja kromosomien ympärille alkoi muodostua suojaava rakenne, tumakotelo. Kun bakteerit ja arkeonit sulautuivat, osa soluhengitykseen kykenevistä bakteereista jäi kokonaisina muoodstuneen solun sisälle. Näistä bakteereista kehittyi mitokondriot.
Endosymbioosin toisessa vaiheessa fotosynteesiin kykenevä syanobakteeri sulautui muodostuneeseen soluun kasvi- ja leväsoluihin johtavassa linjassa, ja kehittyi viherhiukkaseksi.
Miten tumalliset solut eroavat rakenteellisesti tumattomista?
Mikä ominaisuus kehittyi solujen koon kasvettua?
Tumalliset solut ovat tumattomia soluja suurempia, läpimitaltaan noin 0,01-0,1 mm. Lisäksi ne ovat rakenteeltaan monimutkaisempia. Tumallisissa soluissa on mitokondrioiden ja viherhiukkasten lisäksi myös muita kalvorakenteisia soluelimiä, kuten solulimakalvostoa.
Kun solujen koko kasvoi, tumallisiin soluihin kehittyi erilaisia kalvojen rajaamia rakkuloita. Esimerkiksi hajotettavien/poistettavien aineiden siirtäminen solun sisällä olevaan kalvorakkulaan on suurelle solulle järkevämpää, kuin niiden erittäminen solusta ulos.
Aineita voidaan hajottaa solussa esimerkiksi lysosomeissa. Kasvisolut varastoivat poistettavia aineita solunesterakkuloihin.
Kerro yksisoluisten levien synnystä ja niiden fotosynteesistä.
Ne varhaiset tumalliset solut, joiden sisälle kehityi endosymbioosin tuloksena viherhiukkasia, pystyivät sitomaan Auringon valoenergiaa fotosynteesissä. Näistä soluista kehittyi yksisoluisia leviä. Ne olivat omavaraisia eliöitä eli tuottajia. Levistä kehittyi myöhemmin maakasveja.
Näiden solujen viherhiukkasissa Auringon valoenergiaa muunnetaan glukoosin sisältämäksi kemialliseksi sidosenergiaksi.
Mistä muodostui ensimmäiset kuluttajat? Soluhengitys?
Tumallisista soluista, jotka jäivät ilman viherhiukkasia, kehittyi yksisoluisia, toisenvaraisia eliöitä eli kuluttajia. Nämä ensimmäiset yksisoluiset kuluttajat ja mylhemmin kehittyneet eläimet saavat ravinnostaan proteiineja, sekä lipidejä ja hiilihydraatteja, jotka ovat orgaanisia yhdisteitä ja sisältävät runsaasti energiaa. Energian muuntuminen soluille käyttökelpoiseen muotoon tapahtuu tumallisten solujen mitokondrioissa tapahtuvassa soluhengityksessä.
Milloin ja miten alkeelliset monisoluiset eliöt kehittyivät?
Kun solurykelmässä eläneiden solujen välinen työnjako kehittyi niin pitkälle, ettei solut enää selviytyneet ilman toisiaan, oli kehittynyt alkeellinen monisoluinen eliö.
Ensimmäiset todisteet monisoluisuudesta on noin 700 miljoonan vuoden takaa, mutta monisoluisuutta on ollut aiemminkin –> eivät pärjänneet kilpailussa yksisoluisten eliöden kanssa.
Kerro esimerkki monisoluisten eliöiden kilpailuedusta verrattuna yksisoluisiin.
Monisoluisilla eliöillä oli useita tärkeitä kilpailuetuja suhteessa yksisoluisiin eliöihin. Yksi tärkeä kilpailuetu oli esimerkiksi niiden tehokkaammat elintoiminnot ja siitä usein seurannut suurempi koko. Monisoluisten eliöiden elintominnot olivat tehokkaammat, sillä niiden solut kykenivät erikoistumaan eri tehtäviin ja toimimaan eri tavoin.
Mikä merkittävä muutos tapahtui monisoluisten eliöiden kehityksen jälkeen?
Monisoluisten eliöiden kehityksen jälkeen tapahtui niin sanottu “seksin vallankumous”. Osa monisoluisten eliöiden soluista erikoistui sukusoluiksi, jolloin syntyi kokonaan uudenlainen lisääntymistapa. Tämän seurauksena evoluutio nopeutui, sillä suvullisessa lisääntymisessä syntyi enemmän perinnöllistä muuntelua ja siten materiaalia luonnonvalinnalle. Ensimmäisten monisoluisten eliöiden hedelmöitys oli ulkoinen, ja sisäinen hedelmöitys kehittyi vähitellen sen rinnalle.
Miten ilmakehän koostumus vaikutti evoluutioon?
Monisoluisten eliöiden kehityksen jälkeen ilmakehässä oli happea yhä vain noin kolmasosa sen nykyisestä määrästä. Täten myös UV-säteily oli vaarallisen voimakasta, sillä hapen muodostama otsonikerros oli ohut. Vesi kuitenkin suojasi eliöitä UV-säteilyltä, jonka vuoksi evoluutio jatkui yhä merissä. Tällöin yksisoluisista levistä kehittyi monisoluisia leviä. Viherlevästä alkoi myöhemmin maakasveihin johtava kehityslinja.
Mikä oli kambrikauden lajiräjähdys?
Ensimmäiset merkit monisoluisten eliöiden kehityksestä ovat noin 700 miljoonan vuoden takaa. Noin 550 miljoonaa vuotta sitten, elämän esihistoriallisen kauden lopulla, eläinten monimuotoisuus merissä lisääntyi valtavasti. Monimuotoisuuden suuren lisääntymisen vuoksi aikakautta kutsutaan kambrikauden lajiräjähdykseksi.
Syynä lajiräjähdykselle voi olla esimerkiksi lisääntynyt happipitoisuus merissä ja ilmakehässä. Lisäksi maapallon ilmasto lämpeni ja merenpinnat nousi, joka puolestaan johti uusien elinympäristöjen syntymiseen.
Näiden muutosten seurauksena erilaisten saalistajien kehitys kiihtyi, joka nopeutti samalla saaliseläinten evoluutiota –> tärkeä ajanjakso eliöiden evoluutiossa.
Mitä pääjaksoja kambrikaudella oli? Niiden menestyminen?
Fossiililöytöjen perusteella lähes kaikki nykyiset eläinten pääjaksot olivat jo kambrikaudella olemassa, mutta mukana oli myös lukuisia sellaisia eläinten pääjaksoja, joita ei nykyisin enää ole.
Ryhmien menestys luonnonvalinnassa perustui niiden sopeutumista edistäviin ominaisuuksiin. Ratkaisevasti menestymiseen vaikuttavia ominaisuuksia kutsutaan vaainsopeumiksi.
Kambrikaudella merissä oli paljon selkärangattomia, joilla oli joko ulkoinen tukiranka (esim. kalkkikuori) tai ei tukirankaa laisinkaan.
Kerro sienieläimistä kambrikaudella.
Sienieläimet olivat varhaisia monisoluisia eläimiä, joiden monisoluisuus oli kuitenkin hyvin kehittymätöntä ja yksinkertaista. Sienieläimet koostuivat alustaan kiinnittyneestä säkkimäisestä runkokunnasta. Niiden solut eivät olleet erikoistuneet erilaisiksi kudoksiksi ja elimiksi, vaan kukin solu huolehti kaikista tarvittavista tehtävistä. Tämä kuitenkin mahdollisti sienieläimille kilpailuedun: irtautuviin ja silmikoiviin soluihin perustuvan uusiutumis- eli regeneraatiokyvyn. Mahdollisti vaurioituneiden osien korvaamisen uusilla.
Kerro kambrikauden polttiaiseläimistä.
Pääjakso menestyi kambrikaudella kilpailussa, sillä se pystyi yhdistämään suvullisen ja suvuttoman lisääntymisen edut. Lisäksi niiden solut kehittyivät erilaistumaan erilaisiin tehtäviin, kuten lihas-, hermo- ja polttiaissoluiksi, mistä muodostui alkeellisia elimiä ja kudoksia. Lisäksi muodostui lonkeroita, jotka helpottivat liikkumista ja ravinnon rankkimista.
Ruumiinrakentteeltaan polttiaiseläimet olivat säteittäissymmetrisiä. Polttiaiseläimiin kuuluivat muun muassa meduusat, polyypit ja korallieläimet.
Kerro kambrikaudella eläneistä nivelmadoista.
Nivelmatojen pääjaksoon kuuluneet eläimet kehittyivät kaksikylkisiksi. Tällöin niiden ruumiinrakenteessa oli kaksi identtistä, mutta vastakkaista puolta. Samalla niille kehittyi etu- ja takapää. Tällainen rakenne mahdollisti muun muassa paremman liikkuvuuden.
Nivelmadot olivat jaokkeellisia ja niiden etupäässä sijiatsi kaksi suurta hermosolua, jotka muodostivat ns. alkeelliset aivot. Pääjaksoon kuuluvilla eläimillä oli lisäksi tikapuuhermosto ja niiden verisuonisto koostui jaokkeisiin ulottuvista verisuonista, joista pään lähellä sykkivät muodostivat eräänlaisen sydämen. Nivelmatojen hengityselimenä toimi iho.
Kerro ulkoisesta tukirangasta.
Saaliin ja pedon välisessä koevoluutiossa valinta suosi eliöitä, joille kehittyi ulkoine suojaava tukiranka, sillä se teki niistä vaikeampia saaliita. Ulkoinen tukiranka voi olla esim. kitiiniä tai kalkkia, ja kasvuvaiheessa eliö voi joutua vaihtamaan sen, sillä se rajoittaa kasvua.
