Evolution

Biologi A

Innehåll

Inledning. 3-6

Vad är Evolution/Evolutionsteorin?. 3

Jean-Baptiste de Lamarck. 3

Charles Darwin. 3

Begreppen i Darwins teori 4

Naturligt urval (Selektion). 4

Selektionstryck: 4

Mutation: 4

Samevolution: 5

Konvergent utveckling: 5

Uppkomst av nya arter: 5

Djur och Växter i extrema miljöer. 6-8

Syfte & Frågeställning. 6

Arktis och Norra ishavet, Isbjörn. 6

Sandöknar, Kaktusväxter. 7

Grottor, Olm.. 8

Diskussion. 9-10

Vilka problematiska förändringar sker/kan ske i de nämnda organismernas respektive miljöer och vad blir konsekvenserna för dem?. 9

Isbjörnen. 9

Kaktusväxterna. 9

Olmen. 9-10

Varför Darwin och inte Lamarck?. 10

Källförteckning. 11

Inledning

Vad är Evolution/Evolutionsteorin?

Evolution är en process som förändrar organismerna inom en population stegvis från generation till generation under en lång tidsperiod. Organismerna inom populationen förändras väldigt långsamt då det endast sker väldigt små genmutationer inom varje generation, endast när den nya genen blivit tillräckligt utspridd eller vanlig inom populationen så märks den evolutionära förändringen.

Evolutionsteorin förklarar att alla djur härstammar från ett "urdjur" och att genom små genetiska mutationer successivt resulterat i artbildning och lämnat oss med de ofantligt många olika djur och alla arterna därinom som vi har idag. Den visar hur arter förändras och anpassas genom mutation och selektion och varför de olika djuren är som de är t.ex. varför delfiner simmar snabbt och tukaner har så stora näbbar.

Två kända evolutionsteorier har publicerats, den första av Jean-Baptiste de Lamarck och den andra som senare visade sig bli den fortfarande betrodda teorin av Charles Robert Darwin.

Jean-Baptiste de Lamarck

Jean-Baptiste de Lamarck (fullständigt namn: Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, riddare av Lamarck), född 1 augusti 1744 i Bazentin-le-Petit, Picardie, Frankrike, död 28 december 1829 i Paris. Han var den första att publicera material om evolution. 1809 släppte han en bok där han sade att arterna förändras över tid genom en viss lag: djuret gör sig av med egenskaper den icke har nytta av och förstärker egenskaperna som används. Egenskaperna förs sedan direkt vidare från moder till barn. T.ex. om hajar behöver simma snabbare för att få tag på mer föda så stärker arten den egenskapen och då förs snabbheten vidare till avkomman.

Eftersom detta var grundat på felaktiga observationer så kom Darwins teorier att motbevisa Lamarck.

Charles Darwin

Charles Robert Darwin, född 12 februari 1809 i Shrewsbury, död 19 april 1882, är fadern till begreppet som hela hans evolutionsteori bygger på, naturligt urval (selektion). Han kom fram till just att alla djur har ett gemensamt ursprung från vilket de utvecklats till hur de ser ut idag genom naturligt urval.  Han publicerade sin första skrift om naturliga urvalet och annat inom evolutionsläran 1858 tillsammans med Alfred Russel Wallace . Dock var de inte fullt ut deras egna verk, flera vetenskapsmän innan Darwin kom fram till evolutionsteorier som hade vissa likheter med hans teori men det var just hans arbete som fick teorin att slå igenom. Tack vare övertygande bevis och väldigt logiska förklaringar om hur alla levande organismer förändras och ingen art är fast så blev hans publicerade teori den mest accepterade inom vetenskapsvärlden och senare även accepterad av samhället.

Darwins teori om naturligt urval gav den helt enkelt den bästa förklaringen, och under 1930-talet så kombinerades den med Gregor Mandels genetik vilket la grunden till den moderna evolutionsläran. Trots att Charles Darwin var en mycket väl utbildad man (han var biolog, zoolog, geolog, teolog och forskare) så hade han inte kunskaperna som krävdes inom genetik för att förklara vissa delar inom evolution, därför lades Gregor Mandels genetik till hans arbete för att täcka upp delen om genetiska arvanlag som Darwin inte kunde täcka.

Begreppen i Darwins teori

Det finns vissa begrepp som presenteras i Darwins teori och dessa är: Naturligt urval (selektion), selektionstryck, konvergent utveckling, samevolution, mutation och uppkomst av nya arter. Vad dessa betyder förklaras här nedan.

Naturligt urval (Selektion)

Som jag nämnt innan så är detta vad hela Darwins teori bygger på. Naturligt urval är lite som att "de starkaste överlever". Darwin menade att de som är mest anpassade till miljön, starkast, kan locka till sig det andra osv., alltså helt enkelt hade bäst arvanlag för att överleva och få störst avkomma skulle naturligt föra sina gener vidare till nästa generation mer än andra. T.ex. påfågel hanen lockar till sig honor med sina majestätiska fjädrar. Desto större eller färggladare hanens fjädrar är så har han lättare för att få en partner eftersom honorna vill föda de bästa hanarnas avkomma. Då är det alltså de med störst och färggladast fjädrar som får para sig mest och du blir deras arvanlag självklart vanligare eftersom det blir fler och fler med samma arvanlag som dem generation efter generation. På detta sätt sker ett sorts naturligt urval. Det är inte så att djuren alltid lyckas anpassa sig för att gynna dem men att det är en mutation som visar sig hjälpa de och då sprids den nya "bra genen" vidare. Om det hade varit en mutation som missgynnat djuret så skulle det med störst sannolikhet inte spridas vidare eftersom det inte skulle vara åtråvärt att para sig med det djuret. Därför förändras arterna hela tiden och nya arter kan uppkomma.

Selektionstryck: 

Är när omgivningen eller miljön på ett sätt tvingar organismer att förändras genom naturligt urval. Ta bakterier som utvecklar en antibiotika resistens. Någon gång har antagligen en enda bakterie blivit resistent genom en mutation. Då när antibiotika har använts så dog alla bakterier ut förutom just den bakterien som då blivit resistent. När den är den enda som kan överleva så förökar den sig igen och alla bakterier som dupliceras ur den bakterien erhåller samma antibiotikaresistens och därför blir alla bakterier inom den populationen resistenta.

Mutation:

Mutation är när det uppkommer en slumpmässig förändring i en cell eller gen (genmutation), och förekommer oftast vid misslyckad celldelning. Detta sker oftast i genetiska materialet i celler och kan göra att organismer föds med en fullständigt ny egenskap.  Att vissa människor har blåa ögon tros vara pga. en genetisk mutation.

Samevolution:

Samevolution är när två arter interagerar med varandra och på så sätt påverkar varandras utveckling och utvecklas parallellt. För att samevolution ska ske så måste de två parternas interaktioner påverka båda parter på något sätt. Det perfekta exemplet är geparden och gasellen. De är två av de snabbaste och uthålligaste djuren i världen, men de har inte alltid behövt vara så snabba eller uthålliga. Eftersom de snabbaste geparderna är de som får tag på föda så blir arten snabbare genom naturligt urval. På samma sätt är det de snabbaste och uthålligaste gasellerna som överlever, om gasellen kan hålla samma fart som geparden en viss tid så kommer geparden sluta jaga den eftersom den är snabb men inte så uthållig. Då blir gasellerna snabbare och uthålligare genom naturligt urval de också. Så båda arterna är snabbare än vad de var för flera tusen år sedan tack vare samevolutionen mellan dessa två parter.

Konvergent utveckling:

Kan i simplare ord förklaras som "liknande utveckling". Det är när två olika arter kommer att utveckla liknande genetiska egenskaper utan att vara av samma släkte eller integrera med varandra alls. Så arterna utvecklar liknande egenskaper oftast beroende på att de bor i liknande eller samma miljö och har därför selekterats till att passa in i den miljön.

Uppkomst av nya arter:

När en mutation inom en organism är så stor att den inte kan para sig med den arten den ursprungligen kom från eller är bättre anpassad till miljön än de andra inom arten så skapas en ny art.

Djur och Växter i extrema miljöer

Syfte & Frågeställning

Det existerar massvis med arter som lever på platser det nästan verkar absurt för oss människor att ens besöka. Av dessa extrema miljöer så har jag valt: Sandöken, Arktis, Grottor och Djuphaven. Syftet med detta arbete är att fördjupa mig i hur djuren har anpassat sig för att klara av sådana miljöer. Jag har valt ut en organism inom varje område och ska i texten svara på bl.a. följande frågor: Hur klarar organismerna av att leva i sådana miljöer? Hur har de anpassat sig för att göra det? Vad gör att de klarar av faktorer som kyla, värme, vattenbrist, högt vattentryck, mörker osv.? Hur är de annorlunda tillskillnad från arter med samma förfäder?

Arktis och Norra ishavet, Isbjörn

Stora delar täcks av packis och snö vilket gör det svårt att leva där. Vattnet vid ytan ligger vid en temperatur på ungefär -2 grader Celsius och på Arktis varierar temperaturen mellan -40 till +10 grader Celsius . För att överleva måste djuret vara anpassat till stora temperaturskillnader som dessa och klara av den extrema kylan, vilket isbjörnen har gjort.

Isbjörnen kommer från samma förfäder som brunbjörnen. Trots släktskapet så är ändå isbjörnen olika på många sätt eftersom den anpassats till en betydligt mer annorlunda miljö än brunbjörnen. Den första skillnaden men lägger märke till är den vita pälsen som är perfekt kamouflage i den kritvita snö-/istäckta miljön. Det finns ingen direkt förklaring till varför de är vita men om man resonerar som Darwin så borde det skett genom naturligt urval. Isbjörnen är den enda av björnarterna som endast är köttätare, antagligen beroende på att vegetationen på Arktis är väldigt knapp. Eftersom Isbjörnen är toppkonsument så är den beroende av att kunna kamouflera sig bra för att kunna smyga sig på bytet. Därför måste de isbjörnar som haft ljusare päls lyckats bättre med att fånga sin föda och har därför fått mer avkomma och då har de mörka björnarna selekterats ut naturligt. På samma sätt har isbjörnarna utvecklat ett väldigt tjockt fettlager under sin långa päls som båda håller Isbjörnarna varma i det iskalla klimatet; pälsen är så tjock att det iskalla vattnet inte når huden vilket gör att isbjörnen sparar viktig värmeenergi. De är till och med så värmda av sitt yttre skydd att de måste gå röra sig långsamt på Arktis för att inte överhettas. 

De har även genom samevolution med säldjuren utvecklats på ett visst sätt eftersom sälarna är den bästa tillgängliga födan. Därför har Isbjörnarna lärt sig simma väl och utvecklat egenskaper som gynnar de i vattnet för att kunna jaga sälar. Bakbenen är större än brunbjörnens för att gynna de när de simmar och håret på deras fötter funkar som trampdynor i snön och simfötter i vattnet. De har till och med utvecklat ett extra genomskinligt undre ögonlock som funkar som simglasögon när de stänger dem.  Så Isbjörnen har genom naturlig selektion anpassats perfekt till den kritvita miljön och det kalla havet.

Sandöknar, Kaktusväxter

För att ett område ska definieras som en öken så måste nederbörden vara under 250mm/år vilket är extremt lite och därför är det väldigt lite vegetation i öknar. Men torkan är inte det enda som gör det problematiskt att leva i öknen, den väldiga temperatur skillnaden mellan årstiderna gör det väldigt svår för de flesta organismer, t.ex. i Sahara öknen är det ca 50 grader Celsius på sommaren och oftast under 0 grader Celsius under vintern. Även blåsten är ett stort problem eftersom det ofta uppstår rejäla sandstormar. Ett växtsläkte som lyckats anpassa sig till det torra och vindiga klimatet som är besvärlig för all vegetation är kaktusväxterna.

Det finns flera taggiga växter i öknen som liknar kaktusväxterna som ett resultat på konvergent utveckling pga. samma levnadsmiljö men med en stor skillnad, kaktusarna utvecklade areoler vilket är den viktigaste egenskapen för att klara av de stora klimatskillnaderna. Areolerna är de små ulliga kuddarna som finns på alla kaktusar. De består av två tillväxtpunkter, en för skydd (hår och taggar) och en för blomning (grenar, blommor och frukter).  Det är i areolerna kaktusen har sin meristem. Meristem är samlingar av celler som fortfarande inte differentierats, ungefär motsvarande till stamceller för oss människor. Sådana celler är som ett sorts råmaterial för nya delar av plantan och kan utvecklas till allt från blommor till långa taggar. Areolerna har haft stor betydelse för kaktusarnas lyckade utspridning över världen, eftersom de tillåter kaktusen att utveckla de delarna den behöver för att klara sig i olika klimat. Saknaden av areoler är varför andra öken växter inte kunnat sprida sig till andra områden.

Det många växter i öknen dock har gemensamt med kaktusen är att de är suckulenter. Med det menas att de kan lagra stora vattenmängder och näring i stammen. Selektionstrycket i den extrema torkan har tvingat kaktusarna till det, genom att lagra stora mängder vatten kan de klara av de långa perioderna av torka som förekommer i öknen.

Kaktusarna som växer i öknar skyddar sig genom att gro stora centraltaggar som skydd mot djur och radiärtaggar skyddar mot väderförhållanden. Under extrem hetta så fångar radiärtaggarna in svalkande luft mellan dem och plant för att kyla ner stammen och undvika vattenförlust och under sandstormar och blåsiga nätter så fungerar de som ett skydd mot den kalla vinden och sanden. Att de växer så tätt gör att de även funkar som ett skydd mot solljuset, även detta för att inte torka ut plantan.

Kaktusarna har även utvecklat egenskapen att omvandla dimma till vatten så att det droppar ner runt kaktusen där deras enorma rötter suger upp varje liten droppe. Det är antagligen den fångade svala vinden under radiärtaggarna som kyler ner dimman daggen omkring dem. Rotsystemet hos kaktusar är mycket större än hos flesta växter för att kunna ta upp så mycket näring och vatten som möjligt i den otroligt fattiga miljön, att rötterna utvecklats till att bli så stora har skett genom naturlig selektion då de med störst rotsystem, alltså de som tar upp mest näring och vatten, klarat sig bäst.

Grottor, Olm

I mörkerzonen i en grotta skulle det vara omöjligt för oss människor att navigera oss men det finns många arter som lyckats anpassa sig till den väldigt svårlevda miljön, de kallas troglobiter. Troglobiter är djur som anpassat sig för att kunna leva i fullständigt mörker i grottor hela livet, fladdermusen är t.ex. inte en troglobit eftersom de lämnar grottorna om nätterna. Olmen är inte bara en troglobit, utan en akvatisk troglobit eftersom den lever i grottsjöar hela livet. Den är även den enda vertebraten som är troglobit i Europa.

Olmen är väldigt nära släkt med vattensalamandrar. På något sätt tycks några av deras förfäder ha hamnat i grottsjöarna i Sydeuropa och anpassats till att leva där. Enligt mig kan det ha skett på så vis att en liten population av vattensalamandrar har genom en sorts underjordisk flod tagit sig till vattnen i grottorna och inte kunnat ta sig därifrån. Selektionstrycket kan då ha tvingat de stärka de flesta av sina sinnen för att kunna navigera sig och få tag på föda eftersom synen blir värdelös i det totala mörkret. Det kan förklara varför deras ögon idag är tillbakadragna och outvecklade medan de andra sinnena är mycket starkare än hos vanliga salamandrar. Darwin förklarade i en av sina skrifter att egenskaper som organismer inte längre har nytta av genom tiden försvinner. Så olmen kan ha förlorat sin syn genom en sorts selektion eftersom de andra sinnena blev viktigare och då blev synen ingen hjälpande faktor för överlevnad.  Detta var dock till mestadels spekulationer från min sida eftersom det är okänt hur de hamnat där de befinner sig men en underart till olmen har upptäckts i underjordiska floder relativt nära själva olmens habitat som verkar vara en art som inte kommit lika långt evolutionärt, t.ex. ögonen är fortfarande delvis fungerande och de andra sinnesorganen är inte lika känsliga. Detta faktum stärker min hypotes men det var som sagt endast spekulationer från min sida.

Olmens anpassningar till den kolsvarta akvatiska grottmiljön är på många sätt fascinerande och väldigt unikt. Det mest utstående är att de aldrig genomgår en förändring från larv till vuxen genom sitt liv utan behåller sin larv form livet ut. Detta eftersom karaktäristiska dragen hos larven, som inkluderar bl.a. externa gälar, svans och inga ögonlock är mest passande för deras akvatiska levnadssätt.  För att klara av att jaga i det absoluta mörkret så har olmen utvecklat ett extremt känslig luktsinne och elektroception. Elektroception är en egenskap som olmen utvecklat som gett dem förmågan att känna av förändringar i elektriska fält i sin omgivning. De använder sig även av kemoreceptorer som märker kemikaliska förändringar i omgivningen. Genom att använda sitt starka luktsinne kombinerat med de två sistnämnda sinnena så är de oerhört skickliga på att navigera sig runt i grottorna och hitta sina byten.

Olmens utomordentliga jakt egenskaper räcker tyvärr inte för att få tillräckligt med mat pga. bristen på föda i deras omgivning, så den har lärt sig att klara sig i flera år utan mat. Om dagens vattensalamander skulle placeras i denna miljö nu så skulle den antagligen dö av hunger pga. att den varken skulle kunna navigera sig för att fånga något byte, och även om den skulle lyckas fånga något så skulle den nog dö för att den inte skulle äta tillräckligt ofta eftersom den inte är lika uthållig som olmen när det kommer till att klara sig utan föda.

Diskussion

Vilka problematiska förändringar sker/kan ske i de nämnda organismernas respektive miljöer och vad blir konsekvenserna för dem?

Isbjörnen

Polarisarna smälter just nu och kan fortsätta göra det tills de smält bort helt och hållet; frågan för mig här är, vad skulle då isbjörnarna då ta sig till?

Genom tiden så skulle simning bli en alltmer viktig egenskap hos isbjörnarna och de bästa simmarna skulle selekteras ut och ändra hela isbjörnspopulationen till mycket bättre simmare och när isen smält bort helt skulle isbjörnarna kunna ta två tydliga evolutionära vägar. Den första är att simma till närliggande land (Skandinavien, grönland osv.), och då anpassa sig till den miljön. Förändringen skulle inte bli alltför stor, jag tror att isbjörnen skulle genomgå en evolutionär regress och bli mer som brunbjörnen istället. Det tjocka fettlagret skulle tunnas ut såväl som den otroligt täta pälsen för att inte överhetta björnen. Att de är fertila gentemot brunbjörnen skulle göra processen enklare eftersom de då skulle kunna para sig och brunbjörnens genetiska egenskaper skulle komma in i isbjörnens population fortare.

Den andra skulle kunna vara att isbjörnarna anpassar sig så väl till vattenlivet att de, som ett fåtal andra däggdjur, går tillbaks till att leva vattnet. Det är väldigt svårt att spekulera om hur de skulle klara detta. De skulle kanske utveckla gälar eller så skulle de med jämna mellanrum söka sig till vattenytan för att få syre för att sedan dyka ner igen i jakt på föda. Det första alternativet är betydligt mer realistiskt men man vet aldrig säkert hur djuren kommer att utvecklas.

Kaktusväxterna

Kaktusfamiljen är nog bäst av växtarterna att anpassa sig till nya klimat och som jag nämnde i texten så är framgångsreceptet de meristem fyllda areolerna. Kaktusarna är redan så väl anpassade till att skydda sig mot värst tänkta faktorerna: kyla, torka, värme & stormar. Hur än miljön skulle förändras, inom en resonabel gräns, så tror jag de skulle överleva. Finns egentligen inte så mycket mer att säga om detta förutom att kaktusväxten är något utav det extraordinära när det gäller extrema miljöer.

Olmen

Grottor i sig kanske inte kan förändras särskilt mycket men olmen är ett akvatiskt djur och vatten är tillskillnad från grottor en miljö som lätt förändras. Olmen är väldigt beroende av att vattnet i deras levnadsmiljö ska vara så rent som möjligt för att deras sinnen ska fungera på bästa sätt. Eftersom de lever i underjordiska grottor nära sydeuropeiska städer så påverkar vattenpollutionen i det området dem direkt. När vattnet förorenas så kommer inte deras kemoreceptorer och elektroreceptorer fungera lika bra vilket kan leda till att de får svårare att finna föda och navigare sig i sitt habitat. För mycket föroreningar kan även direkt ta död på arten då de kan förgiftas av föroreningarna. Att anpassa sig till människans miljöförstöring skulle vara alltför svårt och för att överleva skulle de antagligen vara tvungna att ta sig ut ur grottorna och in i vattensalamanderns miljö. Då skulle olmens ögon utvecklas igen för att kunna navigera sig ordentligt och de skulle tillslut anpassas till att bli som deras släktingar, vattensalamandrarna. Detta är dock endast om de lyckas ta sig ut ur grottorna i första fallet; troligast är nog att de dör ut, populationen är för liten och därför är deras överlevnadschans i en miljöskiftning också det.

Varför Darwin och inte Lamarck?

Lamarck grundade sin teori på felaktiga observationer till att börja med. Han har blivit motbevisad i ett flertal experiment medan Darwins teori har bekräftats. Det enklaste och mest använda exemplet för att jämföra de två teorierna är med deras respektive teori förklarar giraffens långa hals.

Giraffen har ett stort övertag gentemot andra herbivorer på savannerna eftersom löven i de höga träden endast äts av dem och detta pga. att de är de enda som når upp dit tack vare sin långa hals. Enligt Lamarck så ska giraffen ha sträckt ut sin nacke för att nå löven och d&arin...