Evolutsiooniõpetus (1)

Tartu Kutsehariduskeskus
EVOLUTSIOONIÕEPETUS
Iseseisev töö
Tartu
2008
Evolutsiooni mõiste ja põhivormid
Maailmas tuntakse praegu ligikaudu 1,5 miljonit erisugust organismiliiki: bakterid , taimed, seened ja loomad. Organismid võivad olla kas ainu- või hulkraksed .
Möödunud sajandil jõuti järeldusele, et maapeal pole elanud kogu aeg ühed ja samad liigid. Varasematel aegadel elanud liigid on välja surnud ja uued on asemele tulnud, kuid siis juba keerukama ja täiuslikuma ehitusega. Aristoteles oli üks esimesi teadlasi, kes pani tähele, et organisme saab teatud sarnaste tunnuste alusel rühmitada. Seejuures lähtuti põhimõttest, mida suurem on sarnasus, seda lähedasem sugulus . Elu ajaloolist arengut liikide üksteisest põlvnemise kaudu nimetatakse elu evolutsiooniks e. bioloogiliseks evolutsiooniks. Kuid evolutsioonilised muutused ei toimu ainult elus looduses, vaid ka eluta looduses. On evolutsioneerunud ka inimühiskond s.t. aja jooksul pöördumatult muutunud teatud suunas või suundades. Individuaalsetest erinevustest tulemuselt paljunevad isendid ebavõrdselt. Elutingimuste suhtes kohanevad isendid saavad üldjuhul teistest rohkem järglasi s.t. toimub looduslik valik.
Evolutsiooni põhivormid:
Eristatakse nelja evolutsioonivormi: kosmiline, keemiline, bioloogiline ja sotsiaalne evolutsioon .

Kosmiline e füüsikaline evolutsioon – ehk universumi kujunemine. 1927. a. esitas Belgia astronoom Georgs Lemaitre nn. ”suure paugu” hüpoteesi, mille kohaselt sai universum alguse üliväikese ja tiheda mateeria -kogumi plahvatuslikust laialipaiskumisest umbes 15 miljardit aastat tagasi. Plahvatuse ajal ulatus temperatuur 100 miljardi kraadini. Mateeria paisudes hakkas temp. lange-ma ja tekkisid püsivad osakesed prootonid ja neutronid. Tekkisid raskemad elemendid süsinik, lämmastik, hapnik. Universumi paisumine ja jahtumine toimub kogu aeg ning tähesüsteemid eemalduvad üksteisest.

Keemiline evolutsioon – keemiline evolutsioon sai aga võimalikuks tänu aatomite tekkele. Arengu võtmeelemendiks kujunes süsinik, mis erinevalt teistest elementidest võib moodustada püsivaidmakromolekule. Keemilises evolutsioonis eristatakse kolme etappi :

• Esimesel etapil moodustusid mitmesuguste gaaside vaheliste reaktsioonide tulemusena lihtsad orgaanilised ühendid, nende hulgas aminohapped, nukleotiidid ja suhkrud.
  
• Teisel etapil toimus selliste ühendite polümeriseeru-mine. Moodustusid polüpeptiidid.
  
• Kolmandal etapil organiseerusid polümeersed orgaanilised ühendid suhteliselt püsivateks ja ümbritsevast keskkonnast suuremal või väiksemal määral eristuvateks molekulide kogumiteks. Keemiliste reaktsioonideks vajalik energiat saadi peale päikesekiirguse veel kosmiline kiirgus, radioaktiivne kiirgus, õhuelekter ja vulkaaniline tegevus.
  

Bioloogiline evolutsioon – elu areng maal esimestest elusolestest inimeseni. Esimeste elusoleste ilmumine maale elu tekkis maal umbes 3,7…4 miljardit aastat tagasi. Elu arenes esialgu vees ainuraksete organismidena millest arenesid ainuraksed organismid, kellest omakorda said hulkraksed organismid ja siis saabusid maismaale esimesed taimed neile tulid järgi loomad ning lõpuks inimene
Elu arengust maal annab kõige vahetumat teavet paleontoloogia – teadus möödunud aegadel elanud organismidest.
Maakoores, eelkõige settekivimites, leidub kivistisi e. fossiile ja elutegevuse jälgi paljudest väljasurnud organismidest, kuid ka taimede seemneid, lehtede jäljendid ja tolmuteri. Paleontoloogilised uurimused näitavad, et maakoore erineva vanusega kihid sisaldavad erisuguste organismide kivistisi. Mida vanemad kivimid, seda lihtsama ehitusega organismide jäänuseid võib sealt leida.
4) Sotsiaalne evolutsioon – Inimühiskonna areng Maal
Evolutsiooni tõendid
Elu ajaloolise arengu tundmaõppimiseks on vaja selgitada
1.      Millised organismid on minevikus Maad asustanud
2.      Millisel ajaperioodil on ühed või teised organismid elanud
3.      Millised on olnud organismidevahelised sugulus- ehk põlvnemissuhted.
4.      Millised tegurid on põhjustanud elu evolutsiooni.
Elu arengust maal annab kõige vahetumat teavet paleontoloogia.
Paleontoloogia – teadus möödunud aegadel elanud organismidest.
Maakoores, eelkõige settekivimites, leidub kivistisi e. fossiile ja elutegevuse jälgi paljudest väljasurnud organismidest, kuid ka taimede seemneid, lehtede jäljendid ja tolmuteri.
Joonised. Fosiilid .
Paleontoloogilised uurimused näitavad, et maakoore erineva vanusega kihid sisaldavad erisuguste organismide kivistisi. Mida vanemad kivimid, seda lihtsama ehitusega organismide jäänuseid võib sealt leida. See annab tunnistust elu järkjärgulisest arenemisest järjest keerukama ja täiuslikuma ehitusega organismide suunas
Väljasurnud organismide kõrval võimaldavad evolutsiooni kulgu selgitada ka praegu Maal elavad organismid.
Selleks võrreldakse erisuguste organismide siseehitust, välisehitust, lootelist arengut ning elutegevust. Samuti võrreldakse olemasolevaid organisme väljasurnutega.
Erinevate organismide anatoomilise ehituse võrdlus näitab, et neil võivad olla põhijoonelt sarnased elundid või elundkonnad .
Sarnasest ehitusest võib järeldada ühist põlvnemist, s.t. ühiste eellaste olemasolu. Sarnase põhiplaaniga ja ühise päritoluga elundid on homoloogilised elundid. Mõnel juhul kujuneb väline sarnasus ka erineva päritoluga elunditel, need on analoogilised elundid.
Homoloogilised elundid – nendel on sarnane ehitus, kuid funktsioon võib olla erinev (selgroogsetel jalg, loib, tiib ).
Analoogilised elundid – nendel on ühesugune funktsioon (N: nägemine), aga erinev ehitus. Põlvnemisseostele ja võimalikele eellastele viitavad ka vertikaalsed elundid, nn. rudimendid. Need on elundid, mis ei arene täielikult välja ning on kaotanud oma algse funktsiooni (N: õndraluu lülid, kõrvuliigutavad lihased, ussiripik , osaline karvkate inimestel).
Organismide lootelise arengu võrdlusest selgub , et kõrgemate organismide loodete arengus korduvad mõned madalamate organismide loodete arengujärgud.
Biokeemia ja molekulaarbioloogia meetodid võimaldavad võrrelda organismide keemilist koostist ja mitmesuguseid eluprotsesse.
Mida sarnasem on võrreldavate organismide üldine ehitus ja eluviis, seda suurem on enamasti ka nende sarnasus molekulaartasemel. (N: Inimesel ja šimpansil on enamik valkudest ühesuguse aminohappelise koostisega). Sarnaste geenide ja valkude olemasolu erisugustel organismidel on järjekordseks tõendiks nende organismide sugulusest ning ühisest eellastest. Mida suurem sarnasus, seda lähem sugulus.
Biogeograafia ja ökoloogia andmed näitavad, et organismide levik on seotud kindlate piirkondadega.
Nii on ürg- ja alamimetajad levinud põhiliselt Austraalias.
Elu evolutsiooni tegureid ja üldist mehhanismi aitab selgitada ka kultuurtaimede ning koduloomade aretuse praktika.
Ristamist, kunstlikku valikut ja teisi võtteid kasutades on inimene suutnud tundmatuseni muuta paljude organismide ehitust ja elutegevust. Analoogilised muutused võisid toimuda ka looduses.
Elu areng Maal
Esmastest elukandjatest – protobiontidest – said alguse üherakulised ilma tuumata organismid – eeltuumsed ehk prokarüoodid.
Praegu esindavad prokarüoote bakterid. Ürgsed prokarüoodid elasid vees. Fossiilseid baktereid on tuvastatud juba 3,2 … 3,8 miljardi aasta vanustes kivimites.
Prokarüootsete organismidena eksisteeris elu Maal ligikaudu paar miljardit aastat. Umbes 1,4 … 1,8 miljardit aastat tagasi arenesid nendest päristuumsed organismid ehk eukarüoodid
Eukarüootsuse teket seletatakse nn. endosümbioosi hüpoteesiga: mingisuguste amöboidsete prokarüootidega ühinesid aeroobsed prokarüoodid (millest kujunesid mitokondrid) ja fotosünteesivõimelised prokarüoodid (millest kujunesid kloroplastid).
Üherakuliste eukarüootidena arenes elu umbes 600 … 800 miljonit aastat. Selle aja jooksul kujunesid välja eukarüootsete organismide peamised rühmad: taimed, loomad ja seened.
Milliseid eeliseid andis organismidele eukarüootne ehitustüüp
Eukarüootne organismitüüp võimaldas kõige muu hulgas ka hulkraksuse tekke umbes 700 … 900 miljonit aastat tagasi.
Hulkraksuse kujunemise tähtsus:

• Hulkraksus võimaldas rakkude eristumist kudedeks ja organiteks.
  
• Kujunes organismisisene tööjaotus
  
• Hulkraksus tagas ka väliskeskkonnast paremini eraldatud ja püsivama sisekeskkonna.
  
• Koos kudede eristumisega arenesid hulkraksetel organismidel nende terviklikkust tagavad regulatsioonisüsteemid (närvi-, vereringe - ja hormonaalsüsteem
  
• Hulkraksus võimaldas paljude uute organismitüüpide arengut.
  
• Hulkraksus kujunes välja nii taime-, looma- kui ka seeneriigis.
  

Suuremate geoloogiliste sündmuste ja kivististe leidude järgi on Maa ja selle elustiku ajalugu jaotunud erineva kestusega perioodideks. Geoloogilise ajaskaala suuremaid üksusi nimetatakse aegkondadeks ja ajastuteks.
Evolutsiooni põhilised sündmused
Elu veest maismaale
Taimeriigi evolutsioon maismaal
Loomariigi evolutsioon maismaal
410-440 miljonit aastat tagasi
ÜRGRAIKAD (sõnajalgtaimed)

• ·        Esinevad varred, risoomid
  
• ·        Puudusid tõelised lehed ja juured
  

400 miljonit aastat tagasi
LÜLIJALGSED
280-360 miljonit aastat tagasi
HIIGLASLIKUD SÕNAJALGTAIMED

• ·        Paljunevad eostega
  
• ·        Tõelised lehed – fotosüntees
  
• ·        Mulla teke taimejäänuste lagunemisest ja kivimite murenemisest
  

395-345 miljonit aastat tagasi
KAHEPAIKSED

• ·        Paljunemine vees
  
• ·        Elavad maismaal
  

300-350 miljonit aastat tagasi
PALJASSEEMNE TAIMED

• ·        Paljunemine seemnetega
  

280-300 miljonit aastat tagasi
ROOMAJAD

• ·        Kehasisene viljastumine
  

100-130 miljonit aastat tagasi
KATTESEEMNETAIMED

• ·        Õite ja viljade esinemine
  

200 mln. a. tagasi
IMETAJAD

• ·        Püsisoojasus
  
• ·        Areng emaüsas
  

150 mln. a. tagasi
LINNUD

• ·        Lennuvõime
  
• ·        Püsisoojasus
  

2 miljonit aastat tagasi
INIMENE
Vanaaegkonna eel ja algusel arenes elu vees. Ka praeguse Eesti alasid kattis sel ajal meri – Paleobalti meri. Ordoviitsiumi ja siluri ajastutel meres elanud vetikatest , ainuraksetest, käsijalgsetest ning teistest organismidest moodustusid põlevkivi, fosforiit ja lubjakivi . Devoni lõpust kuni kvaternaari ajastuni puuduvad Eestis aluspõhja kivimid. Sellest ka suur lünk Eesti paleontoloogilises kroonikas .
Vanaaegkonna keskel toimus Maa biosfääris oluline muutus – elu levis maismaale (ürgraikad). Lülijalgsete järel ilmusid kahepaiksed. Vanaaegkonna lõpul toimusid Maal suured muutused: kogu maismaa ühines suureks mandriks – Pangaea. Keskaegkonna vältel lagunes Pangaea hiidmanner osadeks ning kujunesid välja praegused mandrid ning Vaikne ja Atlandi ookean.
Taimeriigis mitmeksesitusid ja muutusid valitsevaks paljasseemnetaimed . Loomariigis valitsesid roomajad. Keskaegkonna alguses (triiases) arenesid loomhambused roomajad, keda peetakse imetajate eelkäijateks. Keskaegkonna lõpul toimusid Maa biosfääris taas suured muutused – ökoloogiline kriis.
Arenesid välja õistaimed, mis hakkasid asendama keskaegkonnale iseloomulikke paljasseemne- ja sõnajalgtaimede kooslusi. Keskaegkonna roomajatest arenesid ka linnud.
Juura ladestust on leitud ürglinnu Archaeopteryx lithographica kivistisi.
Uusaegkond algas intensiivse mandrite kerkimise ja mäestike ( Alpid , Kaukasus, Himaalaja , Andid jt.) tekkega. Elukooslustes mitmekesistusid ja levisid õistaimed ning imetajad ja linnud.
Bioloogilise evolutsiooni viimaseks suursündmuseks oli inimese ilmumine Maale – see leidis aset ligikaudu 2 miljonit aastat tagasi
Ligikaudu 3,8 miljardit aastat kestnud elu ajaloost võib järeldada järgmist:
1)     elu on alguse saanud lihtsa ehituse ja elutalitlusega olestest;
2)     aja jooksul on Maa elukonda ilmunud üha keerukama ja täiuslikuma organisatsioonitüübiga organismid;
3)     kõrvuti uute liikide tekkimisega on palju liike välja surnud;
4)     erisuguste organismirühmade vahel on olnud vahepealsete tunnustega üleminekuvorme.
Inimese evolutsioon
Seisukoha, et inimene pärineb loomariigist võlgneme Charles Darwinile. Inimese päritolu ja arenguloo selgitamiseks võrreldakse teda nii praegu elavate kui ka väljasurnud loomaliikidega.
Võrdlus näitab, et inimeses on kontsentreerunud paljud loomariigi evolutsiooni astmed. Geneetiline kood ja pärilikkuse põhilised seaduspärasused ulatuvad tagasi üherakuliste olesteni.
Inimese lähimateks sugulasteks on inimahvid . Nende sarnasus inimestega avaldub kehaehituses, füsioloogias, käitumises, isegi haigustes. Eriti suur sarnasus on kromosoomide ehituses ja valkude koostises.
Inimese olulisemad erinevused inimahvidest
Tunnus
Inimene
Inimahvid
Liikumisviis
püstine, kahel jalal
peamiselt neljal jalal
Luustiku iseärasused
S-kujuline selgroog , laienenud rinnakorv , laiem tagavööde, suur varvas ei vastandu ülejäänutele
selgroog ei ole S-kujuline –ühe kõverusega, suur varvas vastandub ülejäänutele
Käe funktsioonid
haaramine, manipuleerimine, kompimine jpm.
peamiselt haaramine, liikumine
Karvkate
taandarenenud, kohatine
rikkalik, ühtlane
Peaaju
suuraju poolkerade tugev areng, ajumaht 1200-1500cm3
suuraju poolkerad vähem arenenud, ajumaht 350-500cm3
Suhtlemisvahend
artikuleeritud kõne
žestid, häälitsused
Mõtlemine
abstraktne ja konkreetne
konkreetne
Töövõime
esineb
puudub
Inimese evolutsioonietapid
Puu otsas elavad ahviliste eellased ehk kandlased Tarsiidae elasid umbes 38 miljonit aastat tagasi. Kandlased on poolahviliste ja ahviliste vaherühm. Neil on suured silmad, paljad kõrvad ja hüppamiseks eriliselt kohastunud tagajäsemed ja pikad iminapjad varbad.
Inimahvide tõenäolised eellased ilmusid Maale umbes 26 miljonit aastat tagasi

• Australopiteekused Australopithecus ehk lõunaahvid elasid umbes 1…6 miljonit aastat tagasi. Arengult olid australopiteekused inimahvide ja inimese vaheaste. Nad käisid kahel jalal, peaaju oli inimahvide omast rohkem arenenud. Elasid lagedal maal, kus ei piisanud taimset toitu, hakkasid sööma ka loomset toitu, seega ka pidama jahti. See toitumiskohastumus tõi kaasa algeliste tööriistade teadliku kasutamise.
  
  • Algelisi tööriistu valmistav inimese eellane – osav inimene Homo habilis ilmus Maale üle 2 miljoni aasta tagasi. Nende koljumaht oli mõnevõrra suurem lõunaahvide omast. Ja nad oskasid juba valmistada mõningaid kivist tööriistu.
    
  • Püstine inimene Homo erectus elas erinevates maailmajagudes ajavahemikul 0,2…1,6 miljonit aastat tagasi. Nad tegelesid jahiga, olid lihatoidulised ja oskas kasutada tuld .
    
    • Neandertali inimene Homo sapiens neanderthalensis elas umbes 30 000 – 150 000 aastat tagasi. Neil oli palju pärisinimese tunnuseid – piklik näokolju, ümar kukal , ajumaht 1400 -1450 cm3 (nüüdisinimesel 1350-1500 cm3). Elasid jääaja algupoolel. Klassikalistel neandertali inimestel olid eriomased tunnused, mida pärisinimesel ei ole. Kasv oli üsna väike (155-165cm), suur, aga madal pea, laup tugevasti längus, suhteliselt suur nägu, suured silmakoopad ning lai ja tugevasti eenduv nina.
      
    • Pärisinimene ehk tark inimene Homo sapiens ilmus maale umbes 300000… 400000 aastat tagasi. Maa kõrgeima arenemistasemega organism, mõistuse ja kõnevõimega ühiskondlik olend , kes suudab valmistada tööriistu ja nende abil keskkonda mõjutada ning muuta. Targa inimese järeltulijateks peetakse kõiki praegusaja rasse ja rahvaid.
      

Klassikaline kujutluspilt inimese evolutsioonist kui sirgjoonelisest liikumisest progressile – mugav, ent paraku väär nägemus. Tegelikkuses elas Aafrikas 2 miljoni aasta eest mitmeid erinevaid hominiidiliike, millest mõned osutusid hiljem evolutsiooni tupikharudeks.
Looduslik valik
Organismid võivad anda rohkem järglasi, kui neid ellu saab jääda. Kui mõni liik lakkamatult paljuneks, kataks selle liigi järglased kogu maa. Kuid kõik paljunemisikka jõudnud isendid ei anna järglasi. Seetõttu säilitavad liigid enam-vähem püsiva arvukuse. Ellujäämist ja paljunemist mõjutavad liigikaaslased, kellel on sarnased vajadused elupaiga ja toidu suhtes. Suurema tõenäosusega jäävad ellu ja annavad järglasi need isendid, kes erinevad oma liigikaaslastest mõne kasuliku tunnuse poolest. Looduslik valik seisneb organismide ebavõrdses ellujäämises ja paljunemises, mis tuleneb nende individuaalsetest iseärasustest ja elu tingimuste piiravast toimest. Sõltuvalt valiktegurite iseloomust eristatakse kolme põhilist loodusliku valiku vormi ehk tüüpi: stabiliseeriv, suunav ja lõhestav valik.
Stabiliseeriv valik ehk säilitav valik toimib suhteliselt püsivates keskkonnatingimustes. Sel juhul annavad kõige rohkem järglasi need isendid, kellel on juba eelnevates põlvkondades kujunenud neile tingimustele vastavad tunnused.
Suunav valik seisneb keskmisest teatud suunas erinevate tunnustega isendite eelispaljunemises. Suunav valik leiab aset elutingimuste kindlasuunalisel muutumisel või organismide asumisel uude keskkonda.
Lõhestav valik seisneb kahe või enam keskmisest erinevate tunnustega isendirühma eelispaljunemises. Lõhestav valik toimub juhul, kui liigi leviala jaotub elutingimustelt erinevateks piirkondadeks. Võivad varieeruda temperatuur, niiskus ja teised füüsikalised tingimused. Samuti võivad leviala erinevates piirkondades kujuneda erisugused olelusvõitluse suhted teiste liikidega. Loodusliku valiku kõikidel vormidel on sama mehhanism : isenditeebavõrdse paljunemise tagajärjel kujunevad ja jäävad püsima organismirühmadele kasulikud tunnused- kohastumused.
Kohastumine
On teada, et organismide ehitus ja elutegevus vastavad neid ümbritseva keskkonna tingimustele. Liigi isendite ellujäämist ja paljunemist soodustavaid omadusi nimetatakse kohastumusteks. Kohastumused avalduvad organismide sise- ja välisehituses, füsioloogias, paljunemises, käitumises ja teistes eluavaldustes.
Näiteks kõrbeloomad ja kõrbetaimed on kohastunud eluga kõrbes. Paljudel organismidel on varjevärvus või varjekuju, mis sulatab nad ühte taustaks oleva keskkonnaga. Mõnele liigile tuleb kasuks sarnasus teise liigiga, nn mimikri .
Kohastumuse tekke eelduseks on individuaalsed pärilikud muutused, mis annavad materjali looduslikule valikule. Valiku tagajärjel kujunevad soodsatest individuaalsetest muutustest tervele populatsioonile või liigile omased kasulikud muutused. Kohastumused on organismidele kasulikud vaid teatud tingimustest teatud aja vältel. kohastumuste suhtelisus väljendub ka asjaolus, et kohastumused ei ole täiuslikud.
Kasutatud kirjandus: http://alorents.googlepages.com/home http://images.google.com/images?hl=en&q=evolutsiooni%20t%C3%B5endid&ie=UTF-8&um=1&sa=N&tab=w i
http://www.miksike.com/docs/referaadid2005/evolutsioon_gerdaviks.ht m