ZA filogeneza, W biologii ewolucyjnej jest to przedstawienie historii ewolucji grupy organizmów lub gatunku, podkreślające linię pochodzenia i pokrewieństwo między grupami..
Dzisiaj biolodzy wykorzystali dane przede wszystkim z porównawczej morfologii i anatomii oraz z sekwencji genów do rekonstrukcji tysięcy drzew..
Drzewa te mają na celu opisanie historii ewolucji różnych gatunków zwierząt, roślin, drobnoustrojów i innych istot organicznych zamieszkujących Ziemię..
Analogia z drzewem życia sięga czasów Karola Darwina. Ten genialny brytyjski przyrodnik uwiecznia w arcydziele "Pochodzenie gatunków„Pojedynczy obraz:„ drzewo ”, które reprezentuje rozgałęzienie rodów, począwszy od wspólnego przodka.
Indeks artykułów
W świetle nauk biologicznych jednym z najbardziej niesamowitych wydarzeń, które miały miejsce, jest ewolucja. Tę zmianę form organicznych w czasie można przedstawić w drzewie filogenetycznym. Dlatego filogeneza wyraża historię rodów i ich zmiany w czasie..
Jedną z bezpośrednich implikacji tego wykresu jest wspólne pochodzenie. Oznacza to, że wszystkie organizmy, które dziś widzimy, wyłoniły się jako potomkowie z modyfikacjami dawnych form. Pomysł ten był jednym z najbardziej znaczących w historii nauki.
Wszystkie formy życia, które możemy dziś docenić - od mikroskopijnych bakterii po rośliny i największe kręgowce - są ze sobą połączone, a związek ten jest reprezentowany w rozległym i zawiłym drzewie życia..
W analogii do drzewa, gatunki, które żyją dzisiaj, reprezentowałyby liście, a reszta gałęzi byłaby ich ewolucyjną historią.
Drzewo filogenetyczne to graficzne przedstawienie historii ewolucji grupy organizmów. Ten wzór relacji historycznych jest filogenezą, którą badacze próbują oszacować..
Drzewa składają się z węzłów, które łączą „gałęzie”. Węzły końcowe każdej gałęzi są taksonami końcowymi i reprezentują sekwencje lub organizmy, dla których znane są dane - mogą to być gatunki żyjące lub wymarłe.
Węzły wewnętrzne reprezentują hipotetycznych przodków, podczas gdy przodek znaleziony u podstawy drzewa reprezentuje przodka wszystkich sekwencji przedstawionych na wykresie..
Drzewo filogenetyczne można przedstawić na wiele sposobów. Dlatego ważne jest, aby wiedzieć, jak rozpoznać, czy te różnice, które są obserwowane między dwoma drzewami, wynikają z różnych topologii - to znaczy rzeczywistych różnic odpowiadających dwóm pisowniom - czy po prostu są różnicami związanymi ze stylem reprezentacji..
Na przykład kolejność, w jakiej etykiety pojawiają się na górze, może się zmieniać, bez zmiany znaczenia reprezentacji graficznej, ogólnie między innymi nazwy gatunku, rodzaju, rodziny..
Dzieje się tak, ponieważ drzewa przypominają telefon komórkowy, w którym gałęzie mogą się obracać bez zmiany relacji reprezentowanych gatunków..
W tym sensie nie ma znaczenia, ile razy zmienia się kolejność lub obraca się „wiszące” obiekty, ponieważ nie zmienia to sposobu ich połączenia - i to jest ważne..
Phylogenies to hipotezy formułowane na podstawie dowodów pośrednich. Wyjaśnienie filogenezy przypomina pracę śledczego mającego na celu rozwiązanie przestępstwa na podstawie wskazówek z miejsca zbrodni.
Biolodzy często postulują swoje filogeny, wykorzystując wiedzę z różnych dziedzin, takich jak paleontologia, anatomia porównawcza, embriologia porównawcza i biologia molekularna..
Zapis kopalny, choć niekompletny, dostarcza bardzo cennych informacji na temat czasów rozbieżności grup gatunków.
Z biegiem czasu biologia molekularna przekroczyła wszystkie wyżej wymienione dziedziny, a większość filogenez jest wywnioskowana z danych molekularnych..
Cel odtworzenia drzewa filogenetycznego ma kilka głównych wad. Istnieje około 1,8 miliona nazwanych gatunków i wiele innych bez opisu.
I chociaż znaczna liczba naukowców każdego dnia stara się odtworzyć relacje między gatunkami, wciąż nie ma pełnego drzewa.
Kiedy biolodzy chcą opisać podobieństwa między dwiema strukturami lub procesami, mogą to zrobić w kategoriach wspólnego pochodzenia (homologie), analogii (funkcji) lub homoplazji (podobieństwa morfologiczne)..
Aby zrekonstruować filogenezę, używa się wyłącznie znaków homologicznych. Homologia jest kluczowym pojęciem w ewolucji i odtwarzaniu relacji między gatunkami, ponieważ tylko ona odpowiednio odzwierciedla wspólne pochodzenie organizmów.
Załóżmy, że chcemy wywnioskować filogenezę trzech grup: ptaków, nietoperzy i ludzi. Aby zrealizować nasz cel, zdecydowaliśmy się wykorzystać kończyny górne jako cechę, która pomaga nam dostrzec wzór relacji..
Ponieważ ptaki i nietoperze mają zmodyfikowane struktury do lotu, możemy błędnie stwierdzić, że nietoperze i ptaki są ze sobą bliżej spokrewnieni niż nietoperze z ludźmi. Dlaczego doszliśmy do złego wniosku? Ponieważ użyliśmy znaku analogowego i niehomologicznego.
Aby znaleźć prawidłową relację, muszę poszukać charakteru homologicznego, takiego jak obecność włosów, gruczołów mlecznych i trzech małych kości w uchu środkowym - żeby wymienić tylko kilka. Jednak homologie nie są łatwe do zdiagnozowania.
Nie wszystkie drzewa są takie same, istnieją różne reprezentacje graficzne i każdemu udaje się zawrzeć jakąś osobliwą charakterystykę ewolucji grupy.
Najbardziej podstawowe drzewa to kladogramy. Te wykresy pokazują związki w kategoriach wspólnego pochodzenia (według najnowszych wspólnych przodków).
Drzewa addytywne zawierają dodatkowe informacje i są przedstawione w długości gałęzi.
Liczby związane z każdą gałęzią odpowiadają jakiejś atrybucie w sekwencji - na przykład ilości zmian ewolucyjnych, którym przeszły organizmy. Oprócz „drzew addytywnych” są one również znane jako drzewa metryczne lub filogramy..
Drzewa ultrametryczne, zwane także dendogramami, to szczególny przypadek drzew addytywnych, w których wierzchołki drzewa są w równej odległości od korzenia do drzewa.
Te dwa ostatnie warianty zawierają wszystkie dane, które możemy znaleźć w kladogramie oraz dodatkowe informacje. Dlatego nie są wyłączne, jeśli nie komplementarne.
Często węzły drzew nie są w pełni rozwiązane. Wizualnie mówi się, że istnieje polytomia, kiedy więcej niż trzy gałęzie wyłaniają się z nowej (istnieje jeden przodek dla więcej niż dwóch bezpośrednich potomków). Kiedy drzewo nie ma polytomii, mówi się, że jest w pełni rozwiązane.
Istnieją dwa rodzaje polytomii. Pierwsza z nich to „twarde” polytomie. Są one nieodłączne dla badanej grupy i wskazują, że potomkowie ewoluowali w tym samym czasie. Alternatywnie, „miękkie” polytomie wskazują nierozwiązane relacje spowodowane przez dane jako taki.
Biolodzy ewolucyjni starają się znaleźć klasyfikację, która pasuje do rozgałęzionego wzorca historii filogenetycznej grup. W tym procesie opracowano szereg terminów szeroko stosowanych w biologii ewolucyjnej: monofiletyczny, parafiletyczny i polifiletyczny..
Monofiletyczny takson lub linia to taka, która obejmuje gatunek przodków, który jest reprezentowany w węźle, oraz wszystkich jego potomków, ale nie innych gatunków. Ta grupa nazywa się kladem.
Linie monofiletyczne są zdefiniowane na każdym poziomie hierarchii taksonomicznej. Na przykład rodzina kotowatych, linia zawierająca koty (w tym koty domowe), jest uważana za monofiletyczną..
Podobnie Animalia jest również taksonem monofiletycznym. Jak widzimy, rodzina Felidae znajduje się w Animalia, więc grupy monofiletyczne mogą być zagnieżdżane.
Jednak nie wszyscy biologowie podzielają kladystyczne myślenie klasyfikacyjne. W przypadkach, gdy dane nie są kompletne lub po prostu dla wygody, określa się niektóre taksony, które obejmują gatunki z różnych kladów lub wyższych taksonów, które nie mają wspólnego, nowszego wspólnego przodka..
W ten sposób takson jest polifiletyczny, definiuje się go jako grupę obejmującą organizmy z różnych kladów, które nie mają wspólnego przodka. Na przykład, jeśli chcemy wyznaczyć grupę homeoterm, obejmowałaby ona ptaki i ssaki..
Natomiast grupa parafiletyczna nie obejmuje wszystkich potomków ostatniego wspólnego przodka. Innymi słowy, wyklucza niektórych członków grupy. Najczęściej używanym przykładem są gady, ta grupa nie obejmuje wszystkich potomków ostatniego wspólnego przodka: ptaków.
Oprócz przyczynienia się do trudnego zadania wyjaśnienia drzewa życia, filogenezy mają również kilka dość znaczących zastosowań.
W medycynie filogenie są wykorzystywane do śledzenia pochodzenia i współczynników przenoszenia chorób zakaźnych, takich jak AIDS, denga i grypa..
Są również wykorzystywane w dziedzinie biologii konserwatorskiej. Znajomość filogenezy zagrożonego gatunku jest niezbędna do śledzenia wzorców krzyżowania oraz poziomu hybrydyzacji i chowu wsobnego między osobnikami..
Jeszcze bez komentarzy