Razlaga filogenije, vrste dreves, aplikacije



Ena filogenija, v evolucijski biologiji je predstavitev evolucijske zgodovine skupine organizmov ali vrst, s poudarkom na linijo potomcev in sorodstvenih odnosih med skupinami..

Trenutno so biologi uporabili podatke predvsem iz morfologije in primerjalne anatomije ter iz sekvenc genov, da bi rekonstruirali tisoče in tisoče dreves.

Ta drevesa poskušajo opisati evolucijsko zgodovino različnih vrst živali, rastlin, mikrobov in drugih organskih bitij, ki živijo na zemlji.

Analogija z drevesom življenja izvira iz časa Charlesa Darwina. Ta briljantni britanski naturalist razmišlja o mojstrovini.Izvor vrst"Enotna slika:" drevo ", ki predstavlja razvejane linije, ki se začnejo s skupnim prednikom.

Indeks

  • 1 Kaj je filogenija?
  • 2 Kaj je filogenetsko drevo?
  • 3 Kako se interpretirajo filogenetska drevesa?
  • 4 Kako se rekonstruirajo filogenije?
    • 4.1 Homologni znaki
  • 5 Vrste dreves
  • 6 Politomies
  • 7 Evolucijska klasifikacija
    • 7.1 Monofilne linije
    • 7.2 Parapylletic in polyphyletic lineages
  • 8 Aplikacije
  • 9 Reference

Kaj je filogenija?

V luči bioloških znanosti je eden najbolj neverjetnih dogodkov, ki se je zgodil, evolucija. Omenjeno spreminjanje organskih oblik s časom lahko predstavimo v filogenetskem drevesu. Zato filogenija izraža zgodovino rodov in kako so se sčasoma spremenile.

Ena od neposrednih posledic tega grafa je skupni prednik. To pomeni, da so se vsi organizmi, ki jih vidimo danes, pojavili kot potomci s spremembami preteklih oblik. Ta ideja je bila ena najpomembnejših v zgodovini znanosti.

Vse oblike življenja, ki jih lahko danes cenimo - od mikroskopskih bakterij, do rastlin in večjih vretenčarjev - so povezane in ta odnos je predstavljen v obsežnem in zapletenem drevesu življenja..

V analogiji z drevesom bi vrste, ki danes živijo, predstavljale liste, ostale veje pa bi bile njihova evolucijska zgodovina.

Kaj je filogenetsko drevo?

Filogenetsko drevo je grafična predstavitev evolucijske zgodovine skupine organizmov. Ta vzorec zgodovinskih odnosov je filogenija, ki jo raziskovalci poskušajo oceniti.

Drevesa so sestavljena iz vozlišč, ki se povezujejo z "vejami". Končna vozlišča vsake veje so terminalni taksoni in predstavljajo zaporedja ali organizme, za katere so znani podatki - to so lahko žive ali izumrle vrste..

Notranja vozlišča predstavljajo hipotetične prednike, prednik, ki ga najdemo v korenu drevesa, pa predstavlja prednika vseh zaporedij, predstavljenih v grafu..

Kako se interpretirajo filogenetska drevesa?

Obstaja veliko načinov za predstavitev filogenetskega drevesa. Zato je pomembno vedeti, ali so te razlike, ki jih opazimo med dvema drevesoma, posledica različnih topologij - to so resnične razlike, ki ustrezajo dvema grafoma - ali pa so preprosto razlike, povezane s slogom reprezentacije..

Na primer, vrstni red, v katerem se nalepke pojavijo na vrhu, se lahko razlikuje, ne da bi se spremenil pomen grafičnega prikaza, običajno ime vrste, rodu, družine, med drugimi kategorijami.

To se zgodi zato, ker drevesa spominjajo na mobilni telefon, kjer se lahko veje vrtijo, ne da bi spremenile razmerje zastopane vrste.

V tem smislu ni pomembno, kolikokrat je bil spremenjen vrstni red ali pa so predmeti, ki so "obešeni", obrnjeni, ker ne spreminjajo načina, kako so povezani - in to je pomembno..

Kako se rekonstruirajo filogenije?

Filogenije so hipoteze, ki so oblikovane na podlagi posrednih dokazov. Razredčevanje filogenije je podobno delu raziskovalca pri reševanju kaznivega dejanja s sledenjem na kraju zločina.

Biologi pogosto postavljajo svoje filogenije s pomočjo znanja iz več vej, kot so paleontologija, primerjalna anatomija, primerjalna embriologija in molekularna biologija..

Fosilni zapis, čeprav je nepopoln, zagotavlja zelo dragocene informacije o časih razkoraka med skupinami vrst.

Sčasoma je molekularna biologija presegla vsa omenjena področja, večina filogenov pa je izhajala iz molekularnih podatkov..

Cilj rekonstrukcije filogenetskega drevesa vključuje vrsto pomembnih pomanjkljivosti. Obstaja približno 1,8 milijona imenovanih vrst in še veliko več, ne da bi bili opisani.

In čeprav veliko znanstvenikov vsak dan stremi k obnovi odnosov med vrstami, še vedno nimamo popolnega drevesa.

Homologni znaki

Ko biologi želijo opisati podobnosti med dvema strukturama ali procesoma, lahko to storijo v smislu skupnih prednikov (homologij), analogij (funkcija) ali homoplazije (morfološke podobnosti)..

Za rekonstrukcijo filogenije se uporabljajo samo homologni znaki. Homologija je ključni koncept v evoluciji in rekreaciji odnosov med vrstami, saj le ta ustrezno odraža skupno prednike organizmov..

Recimo, da želimo sklepati na filogenijo treh skupin: ptic, netopirjev in ljudi. Da bi izpolnili naš cilj, smo se odločili, da uporabimo zgornje okončine kot značilnost, ki nam pomaga razbrati vzorec odnosov.

Ker imajo ptice in netopirji modificirane strukture za letenje, lahko zmotno ugotovimo, da so netopirji in ptice bolj povezani kot ljudje. Zakaj smo prišli do napačnega zaključka? Ker smo uporabili analogni in nehomologni značaj.

Da bi našli pravo razmerje, bi moral iskati homologen značaj, kot so prisotnost las, mlečne žleze in tri majhne kosti v srednjem ušesu - da omenim le nekaj. Vendar pa homologij ni lahko diagnosticirati.

Vrste dreves

Ni vsa drevesa enaka, obstajajo različne grafične predstavitve in vsaka uspeva vključiti nekaj značilnih značilnosti evolucije skupine..

Najosnovnejša drevesa so kladogrami. Ti grafi prikazujejo razmerja v smislu skupnih prednikov (glede na najnovejše skupne prednike).

Aditivna drevesa vsebujejo dodatne informacije in so predstavljena v dolžini vej.

Številke, ki so povezane z vsako vejo, ustrezajo nekemu atributu v zaporedju - kot je količina evolucijskih sprememb, ki so jih organizmi doživeli. Poleg "aditivnih dreves" so ti znani tudi kot metrična drevesa ali fiogrami.

Ultrametrična drevesa, imenovana tudi dendogrami, so poseben primer dreves dodatkov, kjer so vrhovi drevesa enako oddaljeni od korena do drevesa..

Zadnji dve različici imata vse podatke, ki jih lahko najdemo v kladogramu, in dodatne informacije. Zato se med seboj ne izključujejo, če se ne dopolnjujejo.

Politomies

Velikokrat vozlišča dreves niso popolnoma rešena. Vizualno pravijo, da obstaja politika, ko nova zapusti več kot tri veje (obstaja samo en prednik za več kot dva neposredna potomca). Ko drevo nima politoma, naj bi bilo popolnoma razrešeno.

Obstajata dve vrsti politoma. Prvi so "trde" politike. Te so bistvene za študijsko skupino in kažejo, da so se potomci razvijali istočasno. Alternativno, "mehke" politomije označujejo nerešene odnose, ki jih povzročajo podatki per se.

Evolucijska klasifikacija

Monofiletične linije

Evolucijski biologi iščejo klasifikacijo, ki je skladna z razvejanostjo filogenetske zgodovine skupin. V tem procesu smo razvili vrsto pojmov, ki se pogosto uporabljajo v evolucijski biologiji: monofiletski, parafiletični in polifiletični.

Takson ali monofiletska linija je tista, ki obsega centralno vrsto, ki je zastopana v vozlišču, in vse njene potomce, ne pa tudi druge vrste. Ta skupina se imenuje clade.

Monofiletične linije so opredeljene na vsaki ravni taksonomske hierarhije. Na primer, družina Felidae, ki vsebuje linijo mačk (vključno z domačimi mačkami), se šteje za monofiletično..

Podobno je tudi Animalia monofiletski takson. Kot vidimo, je družina Felidae znotraj Animalia, tako da so monofiletične skupine lahko gnezdene.

Parafiletične in polifiletične linije

Vendar pa vsi biologi ne delijo misli o klasični klasifikaciji. V primerih, ko podatki niso popolni ali preprosto za udobje, so nekateri taksoni imenovani tako, da vključujejo vrste različnih vrst ali višjih taksonov, ki nimajo novejšega skupnega prednika..

Tako je polifiletični takson definiran kot skupina, ki vključuje organizme različnih klasov, in ti nimajo skupnega prednika. Na primer, če želimo določiti skupino homeoterm, bo vključevala ptice in sesalce.

Nasprotno pa parafiletična skupina ne vsebuje vseh potomcev najnovejšega skupnega prednika. Z drugimi besedami, izključite vse člane skupine. Najbolj uporabljen primer so plazilci, v tej skupini niso vsi potomci najnovejšega skupnega prednika: ptice.

Aplikacije

Poleg tega, da prispevajo k težki nalogi razjasnitve drevesa življenja, imajo filogenije tudi nekaj zelo pomembnih aplikacij..

Na področju medicine se filogenije uporabljajo za sledenje izvora in stopnje prenosa nalezljivih bolezni, kot so AIDS, mrzlica in gripa.

Uporabljajo se tudi v veji ohranitvene biologije. Poznavanje filogenije ogrožene vrste je bistveno za sledenje vzorcev prehoda in stopnje hibridizacije in inbridinga med posamezniki.

Reference

  1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S.S. (2005). Izziv drevesnega razmišljanja. Znanost, 310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., in Barnes, N.S. (1994). Vabilo na biologijo. Macmillan.
  3. Hall, B.K. (ur.). (2012). Homologija: hierarhična osnova primerjalne biologije. Academic Press.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije. McGraw-Hill.
  5. Hinchliff, CE, Smith, SA, Allman, JF, Burleigh, JG, Chaudhary, R., Coghill, LM, Crandall, KA, Deng, J., Drew, BT, Gazis, R., Gude, K., Hibbett, DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T., ... Cranston, KA (2015). Sinteza filogenije in taksonomije v celovito drevo življenja. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 112(41), 12764-9.
  6. Kardong, K. V. (2006). Vretenčarji: primerjalna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
  7. Page, R. D., & Holmes, E.C. (2009). Molekularna evolucija: filogenetski pristop. John Wiley & Sons.