Інтерпретація філогенії, типи дерев, застосування



Перший філогенез, в еволюційній біології, це уявлення про еволюційну історію групи організмів або видів, підкреслюючи лінію нащадків і споріднені відносини між групами.

В даний час біологи використовують дані з морфології та порівняльної анатомії, а також з послідовностей генів для реконструкції тисяч і тисяч дерев.

Ці дерева прагнуть описати еволюційну історію різних видів тварин, рослин, мікробів та інших органічних істот, які населяють землю.

Аналогія з деревом життя датується часів Чарльза Дарвіна. Цей блискучий британський натураліст роздумує про шедевр "Походження видів"Єдине зображення:" дерево ", що представляє собою розгалуження ліній, починаючи від загального предка.

Індекс

  • 1 Що таке філогенез?
  • 2 Що таке філогенетичне дерево?
  • 3 Як інтерпретуються філогенетичні дерева?
  • 4 Як реконструюються філогенії?
    • 4.1 Гомологічні символи
  • 5 Типи дерев
  • 6 Політомії
  • 7 Еволюційна класифікація
    • 7.1 Монофільні лінії
    • 7.2. Парафілетичні та поліфілетичні лінії
  • 8 Програми
  • 9 Посилання

Що таке філогенез?

У світлі біологічних наук, однією з найдивовижніших подій, що відбулася, є еволюція. Зазначена зміна органічних форм з плином часу може бути представлена ​​у філогенетичному дереві. Таким чином, філогенез виражає історію походження і як вони змінювалися з часом.

Одним з прямих наслідків цього графіка є спільне походження. Тобто, всі організми, які ми бачимо сьогодні, стали нащадками з модифікаціями минулих форм. Ця ідея була однією з найбільш значущих в історії науки.

Всі форми життя, які ми можемо оцінити сьогодні - від мікроскопічних бактерій, до рослин і великих хребетних - пов'язані, і цей зв'язок представлений у величезному і заплутаному дереві життя.

За аналогією з деревом, види, які сьогодні живуть, представлятимуть листя, а решта гілок - їхня еволюційна історія.

Що таке філогенетичне дерево?

Філогенетичне дерево є графічним зображенням еволюційної історії групи організмів. Ця модель історичних відносин є філогенезом, який дослідники намагаються оцінити.

Дерева складаються з вузлів, що з'єднуються з "гілками". Термінальні вузли кожної гілки є кінцевими таксонами і являють собою послідовності або організми, для яких відомі дані - вони можуть бути живими або вимерливими видами.

Внутрішні вузли являють собою гіпотетичні предки, в той час як предки, знайдені в корені дерева, представляють предка всіх послідовностей, представлених на графіку.

Як інтерпретуються філогенетичні дерева?

Існує багато способів представити філогенетичне дерево. Тому важливо знати, що ці відмінності, які спостерігаються між двома деревами, обумовлені різними топологіями - тобто реальними відмінностями, що відповідають двом графікам - або просто відмінностями, пов'язаними зі стилем подання..

Наприклад, порядок, у якому етикетки з'являються у верхній частині, може змінюватися, не змінюючи значення графічного зображення, як правило, назви виду, роду, сім'ї, серед інших категорій.

Це відбувається тому, що дерева нагадують мобільний, де гілки можуть обертатися без зміни співвідношення представлених видів.

У цьому сенсі неважливо, скільки разів змінюється порядок або об'єкти, що "висять", обертаються, оскільки не змінюють того, як вони пов'язані - і це важливо.

Як реконструюються філогенії?

Філогенії є гіпотезами, які формулюються на основі непрямих доказів. Розведення філогенезу нагадує роботу слідчого у вирішенні злочину, дотримуючись сліди місця злочину.

Біологи часто постулюють свої філогенії, використовуючи знання з декількох галузей, таких як палеонтологія, порівняльна анатомія, порівняльна ембріологія та молекулярна біологія.

Заповідник викопного матеріалу, хоча і неповний, надає дуже цінну інформацію про час розбіжності видових груп.

З плином часу молекулярна біологія перевершила всі згадані поля, і більшість філогенів виводиться з молекулярних даних..

Метою реконструкції філогенетичного дерева є ряд істотних недоліків. Є приблизно 1,8 мільйона названих видів і багато іншого без опису.

І, хоча значна кількість вчених прагне щодня відновлювати відносини між видами, у нас ще немає повного дерева.

Гомологічні персонажі

Коли біологи хочуть описати подібність двох структур або процесів, вони можуть зробити це з точки зору спільного предків (гомологій), аналогій (функцій) або гомоплазії (морфологічної подібності)..

Для реконструкції філогенії використовуються тільки гомологічні символи. Гомологія є ключовим поняттям в еволюції і відновленні відносин між видами, оскільки тільки вона адекватно відображає спільне походження організмів.

Припустимо, ми хочемо зробити висновок про філогенез трьох груп: птахів, кажанів і людей. Для досягнення поставленої мети ми вирішили використати верхні кінцівки як характеристику, яка допомагає нам розрізнити закономірності відносин.

Оскільки птахи та кажани мають структури, модифіковані для польоту, ми можемо помилково зробити висновок, що кажани та птахи більше пов'язані з людьми, ніж кажани. Чому ми прийшли до неправильного висновку? Тому що ми використовували аналогічний і нехомологічний характер.

Щоб знайти правильні відносини, я повинен шукати гомологічний характер, наприклад, наявність волосся, молочних залоз і трьох невеликих кісток у середньому вусі - щоб згадати лише деякі. Проте діагностувати гомології нелегко.

Типи дерев

Не всі дерева однакові, існують різні графічні зображення, і кожному вдається включити певну особливу характеристику еволюції групи..

Найбільш основними деревами є кладограми. Ці графіки показують взаємозв'язки з точки зору спільного походження (згідно з останніми спільними предками).

Адитивні дерева містять додаткову інформацію і представлені в довжині гілок.

Цифри, які пов'язані з кожною гілкою, відповідають деяким атрибутам у послідовності - таким, як кількість еволюційних змін, які зазнали організми. На додаток до "адитивних дерев", вони також відомі як метричні дерева або філограми.

Ультраметричні дерева, що також називаються дендограмами, є окремим випадком дерев-адитивних дерев, де верхівки дерева рівновіддалені від кореня до дерева.

Останні два варіанти мають всі дані, які ми можемо знайти в кладограмі, і додаткову інформацію. Тому вони не є взаємовиключними, якщо не взаємодоповнюючими.

Політомії

Багато разів вузли дерев не повністю вирішені. Візуально кажуть, що існує політика, коли нова людина залишає більше трьох гілок (є тільки один предок для більш ніж двох безпосередніх нащадків). Коли дерево не має політомій, це вважається повністю вирішеним.

Існує два типи політомій. Першими є «жорсткі» політомії. Вони притаманні дослідницькій групі і вказують на те, що нащадки розвивалися одночасно. Альтернативно, "м'які" політомії вказують на невирішені відносини, викликані даними як така.

Еволюційна класифікація

Монофілетичні лінії

Еволюційні біологи прагнуть знайти класифікацію, що відповідає розгалуженню філогенетичної історії груп. У цьому процесі розроблено ряд термінів, широко використовуваних в еволюційній біології: монофілетичні, парафілетичні та поліфілетичні.

Таксоном або монофілетічеським походженням є той, який містить центральний вид, який представлений у вузлі, і всіх його нащадків, але не інших видів. Цю групування називають кладовою.

Монофілетичні лінії визначаються на кожному рівні таксономічної ієрархії. Наприклад, сімейство Felidae, родина, що містить котячих (у тому числі домашніх кішок), вважається монофілетичною..

Аналогічно, Animalia також є монофілетичним таксоном. Як ми бачимо, сім'я Felidae знаходиться в межах Animalia, тому монофілетичні групи можуть бути вкладеними.

Парафілетичні та поліфілетіческіе лінії

Однак не всі біологи поділяють думку про кладистичну класифікацію. У тих випадках, коли дані не є повними або просто для зручності, деякі таксони називаються так, що включають види різних кладів або вищих таксонів, які не мають більш недавнього спільного предка.

Таким чином, поліфілетичний таксон визначається як група, що включає в себе організми різних клад, і вони не мають спільного предка. Наприклад, якщо ми хочемо призначити групу домотерм, це буде включати птахів і ссавців.

На противагу цьому, парафілетична група не містить усіх нащадків останнього спільного предка. Іншими словами, виключити будь-якого з членів групи. Найбільш використовуваним прикладом є рептилії, до цієї групи не входять всі нащадки останнього загального предка: птахи.

Програми

На додаток до важкого завдання висвітлення дерева життя, філогенії також мають деякі досить значні застосування.

У галузі медицини філогенії використовуються для відстеження походження та швидкості передачі інфекційних захворювань, таких як СНІД, денге та грип..

Вони також використовуються в галузі збереження біології. Знання філогенії зникаючих видів має важливе значення для відстеження схем перетину і рівня гібридизації та інбридингу серед осіб.

Список літератури

  1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S.S. (2005). Дерево-мислення завдання. Наука, 310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., & Barnes, N.S. (1994). Запрошення до біології. Макміллан.
  3. Hall, B. K. (ред.). (2012). Гомологія: Ієрархічна основа порівняльної біології. Academic Press.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Інтегровані принципи зоології. McGraw-Hill.
  5. Hinchliff, CE, Smith, SA, Allman, JF, Burleigh, JG, Chaudhary, R., Coghill, LM, Crandall, К., Deng, J., Drew, BT, Gazis, R., Gude, K., Gibis, R. DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T., ..., Cranston, KA (2015). Синтез філогенії і таксономії в комплексне дерево життя. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 112(41), 12764-9.
  6. Kardong, K. V. (2006). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. McGraw-Hill.
  7. Page, R. D., & Holmes, E.C. (2009). Молекулярна еволюція: філогенетичний підхід. John Wiley & Sons.