Filogēnu interpretācija, koku veidi, lietojumprogrammas

Viens phylogeny, evolūcijas bioloģijā tā ir organismu grupas vai sugas evolūcijas vēstures atveidojums, uzsverot pēcnācēju līniju un radniecības attiecības starp grupām.

Pašlaik biologi ir izmantojuši datus galvenokārt no morfoloģijas un salīdzinošās anatomijas, un no gēnu sekvencēm, lai atjaunotu tūkstošiem koku.

Šie koki tiecas aprakstīt dažādu sugu dzīvnieku, augu, mikrobu un citu bioloģisko būtņu evolūcijas vēsturi..

Analoģija ar dzīvības koku ir datēta ar Čārlza Darvina laiku. Šis izcili britu dabaszinātnieks atspoguļo šedevru "Sugu izcelsme"Viens attēls:" koks ", kas attēlo līniju sazarošanu, sākot no kopīga senča.

Indekss

• 1 Kas ir filogēna?
• 2 Kas ir filogenētiskais koks?
• 3 Kā interpretē filogenētiskos kokus?
• 4 Kā rekonstruē filogēnus?
  • 4.1 Homologās rakstzīmes
• 5 Koku veidi
• 6 Politomijas
• 7 Evolūcijas klasifikācija
  • 7.1. Monofilās līnijas
  • 7.2. Parafilētas un polifilētas līnijas
• 8 Pieteikumi
• 9 Atsauces

Kas ir filogēna?

Ņemot vērā bioloģijas zinātnes, viens no visspilgtākajiem notikumiem ir evolūcija. Minēto organisko formu maiņu ar laika gaitu var attēlot filogenētiskā kokā. Tāpēc filogēnija izpauž ciltsrakstu vēsturi un to, kā tie mainījušies laika gaitā.

Viena no šīs diagrammas tiešajām sekām ir kopīgs senči. Tas nozīmē, ka visi organismi, ko mēs šodien redzam, ir kļuvuši par pēcnācējiem ar pagātnes formu izmaiņām. Šī ideja ir bijusi viena no nozīmīgākajām zinātnes vēsturē.

Visas dzīves formas, kuras mēs šodien varam novērtēt - no mikroskopiskām baktērijām, augiem un lielākiem mugurkaulniekiem - ir saistītas, un šīs attiecības ir pārstāvētas plašajā un sarežģītajā dzīvības kokā.

Koka analoģijā sugas, kas šodien dzīvo, pārstāvētu lapas un pārējās filiāles būtu to evolūcijas vēsture..

Kas ir filogenētiskais koks?

Filogēniskais koks ir grafisks attēlojums organismu grupas evolūcijas vēsturē. Šis vēsturisko attiecību modelis ir fenogēns, ko pētnieki cenšas novērtēt.

Koki sastāv no mezgliem, kas savienojas ar "filiālēm". Katras filiāles gala mezgli ir terminālie taksoni un pārstāv sekvences vai organismus, par kuriem ir zināmi dati - tie var būt dzīvas vai izmirušas sugas.

Iekšējie mezgli ir hipotētiski priekšteči, bet koks, kas atrodams koka saknē, ir visu grafikā attēloto sekvences priekštecis..

Kā interpretē filogenētiskos kokus?

Pastāv daudzi veidi, kā pārstāvēt filogenētisko koku. Tāpēc ir svarīgi zināt, vai šīs atšķirības, kas novērotas starp diviem kokiem, ir saistītas ar dažādām topoloģijām - proti, reālām atšķirībām, kas atbilst divām diagrammām - vai vienkārši ir atšķirības, kas saistītas ar reprezentācijas stilu..

Piemēram, secība, kādā etiķetes parādās augšpusē, var mainīties, nemainot grafiskās attēlojuma nozīmi, parasti sugas nosaukumu, ģints, ģimenes, citu kategoriju..

Tas notiek tāpēc, ka koki atgādina mobilo, kur filiāles var rotēt, nemainot pārstāvēto sugu attiecības.

Šajā ziņā nav svarīgi, cik reizes pasūtījums ir mainīts vai objekti, kas ir "piekārti", tiek pagriezti, jo tas nemaina veidu, kādā tie ir saistīti - un tā ir svarīga lieta.

Kā rekonstruē filogēnus?

Filogēnas ir hipotēzes, kas formulētas, pamatojoties uz netiešiem pierādījumiem. Filogēnu atšķaidīšana līdzinās pētnieka darbam nozieguma risināšanā, sekojot nozieguma vietas trasēm..

Biologi bieži vien postulē savas filogēnijas, izmantojot zināšanas no vairākām nozarēm, piemēram, paleontoloģija, salīdzinošā anatomija, salīdzinošā embrioloģija un molekulārā bioloģija..

Fosilais ieraksts, lai gan tas nav pilnīgs, sniedz ļoti vērtīgu informāciju par sugu grupu atšķirībām.

Laika gaitā molekulārā bioloģija ir pārsniegusi visus minētos laukus, un vairums filogēnu tiek secinātas no molekulārajiem datiem..

Filogenētiskā koka rekonstrukcijas mērķis ir virkne būtisku trūkumu. Nav aprakstītas aptuveni 1,8 miljoni nosaukto sugu un daudz ko citu.

Un, lai gan ievērojams skaits zinātnieku katru dienu cenšas atjaunot attiecības starp sugām, mums joprojām nav pilnīga koku.

Homologās rakstzīmes

Ja biologi vēlas aprakstīt līdzību starp divām struktūrām vai procesiem, viņi to var izdarīt attiecībā uz kopējām senču (homoloģiju), analoģiju (funkciju) vai homoplaziju (morfoloģiska līdzība)..

Lai atjaunotu filogēnu, tiek izmantotas tikai homologas rakstzīmes. Homoloģija ir būtisks jēdziens attiecību veidošanā starp sugām, jo ​​tikai tā pienācīgi atspoguļo kopīgo organismu senču..

Pieņemsim, ka mēs vēlamies secināt, ka filogēnai ir trīs grupas: putni, sikspārņi un cilvēki. Lai izpildītu mūsu mērķi, mēs nolēmām izmantot augšējās ekstremitātes kā raksturlielumu, kas palīdz atšķirt attiecību modeli.

Tā kā putniem un sikspārņiem ir struktūras, kas ir pārveidotas lidojumam, mēs varam kļūdaini secināt, ka sikspārņi un putni ir vairāk saistīti ar sikspārņiem nekā cilvēkiem. Kāpēc mēs esam nonākuši pie nepareiza secinājuma? Tā kā mēs esam izmantojuši analoģisku un nehoroloģisku raksturu.

Lai atrastu pareizās attiecības, man jāmeklē homologs raksturs, piemēram, matu, piena dziedzeru un trīs mazu kaulu klātbūtne vidusauss - tikai pieminēt dažus. Tomēr homoloģijas nav viegli diagnosticēt.

Koku veidi

Ne visi koki ir vienādi, ir dažādi grafiskie attēlojumi, un katram ir izdevies iekļaut dažas īpašas grupas attīstības iezīmes..

Visvienkāršākie koki ir kladogrammas. Šajās diagrammās ir parādītas attiecības kopējās senči (saskaņā ar jaunākajiem kopējiem senčiem).

Piedevu koki satur papildu informāciju un ir pārstāvēti filiāļu garumā.

Numuri, kas ir saistīti ar katru filiāli, atbilst kādam secībā esošam atribūtam, piemēram, evolūcijas izmaiņu daudzumam, ko organismi ir pieredzējuši. Papildus "piedevu kokiem" tie ir pazīstami arī kā metriskie koki vai filogrammas.

Ultrametriskie koki, saukti arī par dendogrammām, ir īpašs piedevu koku gadījums, kur koku galiņi ir vienādi izvietoti no saknes līdz kokam..

Šajos pēdējos divos variantos ir visi dati, ko var atrast kladogrammā un papildu informāciju. Tāpēc tie nav savstarpēji izslēdzoši, ja ne papildina.

Politomijas

Daudzas reizes koku mezgli nav pilnībā atrisināti. Vizuāli ir teikts, ka pastāv politika, kad jaunais atstāj vairāk nekā trīs filiāles (vairāk nekā diviem tiešajiem pēcnācējiem ir tikai viens priekštecis). Ja kokam nav politomiju, tas tiek uzskatīts par pilnīgi atrisinātu.

Pastāv divu veidu politomijas. Pirmie ir "grūti" politomijas. Tie ir raksturīgi pētījuma grupai un norāda, ka pēcnācēji attīstījās vienlaicīgi. Alternatīvi, "mīkstie" polomāti norāda neatrisinātas datu izraisītās attiecības per se.

Evolūcijas klasifikācija

Monofiliskas līnijas

Evolucionārie biologi cenšas atrast klasifikāciju, kas atbilst grupu filogenētiskās vēstures zarojumam. Šajā procesā ir izstrādāti vairāki evolūcijas bioloģijā plaši lietotie termini: monofilētisks, parafilēts un polifilētisks.

Taksons vai monofilā līnija ir tāda, kas ietver centrālo sugu, kas ir pārstāvēta mezglā, un visas tās pēcnācēji, bet ne citas sugas. Šo grupu sauc par kladu.

Monofiliskās līnijas tiek definētas katrā taksonomiskās hierarhijas līmenī. Piemēram, Felidae ģimene, cilts, kas satur kaķu sugas (ieskaitot mājas kaķus), tiek uzskatīta par monofilisku..

Līdzīgi, Animalia ir arī monofilais taksons. Kā redzams, Felidae ģimene atrodas Animalia, tāpēc monofilās grupas var ligzdot.

Parafilētiskas un polifilētas līnijas

Tomēr ne visi biologi domā par kladistisko klasifikāciju. Gadījumos, kad dati nav pilnīgi vai vienkārši ērtības labad, tiek nosaukti daži taksoni, kas ietver dažādu clades vai augstāku taksonu sugas, kurām nav kopīga jaunāka kopīga senča.

Tādējādi polifilētisks taksons ir definēts kā grupa, kas ietver dažādu klāžu organismus, un tiem nav kopīga priekšteča. Piemēram, ja mēs vēlamies izraudzīties homeotermas grupu, tas ietvers putnus un zīdītājus.

Turpretī parafilētiska grupa nesatur visus jaunākā kopīgā senču pēcnācējus. Citiem vārdiem sakot, izslēdziet kādu no grupas dalībniekiem. Visbiežāk izmantotie piemēri ir rāpuļi, šī grupa nesatur visus jaunākā kopīgā senču pēcnācējus: putnus.

Programmas

Līdztekus tam, lai palīdzētu sasniegt sarežģīto uzdevumu izskaidrot dzīves koku, filogenijām ir arī diezgan nozīmīgi pieteikumi.

Medicīnas jomā phylogenies izmanto, lai izsekotu infekcijas slimību, piemēram, AIDS, tropu drudža un gripas, izcelsmi un pārraides ātrumu..

Tos izmanto arī saglabāšanas bioloģijas nozarē. Zināšanas par apdraudēto sugu filogēniju ir ļoti svarīgas, lai izsekotu šķērsošanas modeļus un indivīdu hibridizācijas un saindēšanās līmeni..

Atsauces

1. Baums, D. A., Smits, S.D., un Donovans, S. S. (2005). Koku domāšanas izaicinājums. Zinātne, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H., un Barnes, N. S. (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Macmillan.
3. Hall, B. K. (Ed.). (2012). Homoloģija: salīdzinošās bioloģijas hierarhiskais pamats. Academic Press.
4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larsons, A., Obers, W.C. & Garrison, C. (2001). Integrēti zooloģijas principi. 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). Filogēnijas un taksonomijas sintēze par visaptverošu dzīves koku. Amerikas Savienoto Valstu Zinātņu akadēmijas darbi, 112(41), 12764-9.
6. Kardong, K. V. (2006). Mugurkaulnieki: salīdzinošā anatomija, funkcija, evolūcija. McGraw-Hill.
7. Lapa, R. D., un Holmss, E.C. (2009). Molekulārā evolūcija: filogenētiska pieeja. John Wiley & Sons.