Tumačenje filogenije, vrste stabala, aplikacije



filogenija, u evolucijskoj biologiji, ona predstavlja evolucijsku povijest grupe organizama ili vrste, naglašavajući liniju potomaka i rodbinske odnose među skupinama.

Trenutno, biolozi su koristili podatke iz primarno morfologije i komparativne anatomije, te iz sekvenci gena da rekonstruiraju tisuće i tisuće stabala.

Ova stabla nastoje opisati evolucijsku povijest različitih vrsta životinja, biljaka, mikroba i drugih organskih bića koja nastanjuju zemlju.

Analogija s drvetom života potječe iz vremena Charlesa Darwina. Ovaj briljantni britanski prirodoslovac razmišlja o remek-djelu "Podrijetlo vrsta"Jedna slika:" drvo "koje predstavlja grananje loze, počevši od zajedničkog pretka.

indeks

  • 1 Što je filogenija?
  • 2 Što je filogenetsko stablo?
  • 3 Kako se interpretiraju filogenetska stabla?
  • 4. Kako se rekonstruiraju filogenije?
    • 4.1 Homologni znakovi
  • 5 Vrste stabala
  • 6 Politomies
  • 7 Evolucijska klasifikacija
    • 7.1 Monofilni liniji
    • 7.2. Paraphyletic and polyphyletic linesages
  • 8 Aplikacije
  • 9 Reference

Što je filogenija?

U svjetlu bioloških znanosti, jedan od najnevjerojatnijih događaja koji se dogodio je evolucija. Navedena promjena organskih oblika s vremenom može se prikazati u filogenetskom stablu. Stoga filogenija izražava povijest loze i kako su se one s vremenom mijenjale.

Jedan od izravnih implikacija ovog grafikona je zajedničko podrijetlo. To znači da su svi organizmi koje danas vidimo postali potomci s modifikacijama prošlih oblika. Ta je ideja bila jedna od najznačajnijih u povijesti znanosti.

Svi oblici života koje danas možemo cijeniti - od mikroskopskih bakterija, do biljaka i većih kralježnjaka - povezani su i taj je odnos zastupljen u ogromnom i zamršenom stablu života.

U analogiji sa stablom, vrste koje danas žive predstavljale bi lišće, a ostale grane bi bile njihova evolucijska povijest.

Što je filogenetsko stablo?

Filogenetsko stablo je grafički prikaz evolucijske povijesti skupine organizama. Ovaj uzorak povijesnih odnosa je filogenija koju istraživači pokušavaju procijeniti.

Stabla se sastoje od čvorova koji se povezuju s "granama". Terminalni čvorovi svake grane su terminalne svojte i predstavljaju sekvence ili organizme za koje su poznati podaci - to mogu biti žive ili izumrle vrste.

Unutarnji čvorovi predstavljaju hipotetske pretke, dok predak pronađen u korijenu stabla predstavlja pretka svih sekvenci prikazanih u grafu.

Kako se tumače filogenetska stabla?

Postoji mnogo načina za predstavljanje filogenetskog stabla. Stoga je važno znati jesu li te razlike koje se promatraju između dva stabla posljedica različitih topologija - to jest, stvarnih razlika koje odgovaraju dvaju grafova - ili jednostavno razlike koje se odnose na stil reprezentacije..

Na primjer, redoslijed kojim se naljepnice pojavljuju na vrhu može varirati, bez promjene značenja grafičkog prikaza, obično ime vrste, roda, obitelji, među ostalim kategorijama.

To se događa zato što stabla nalikuju mobilnom, gdje se grane mogu rotirati bez promjene odnosa zastupljene vrste.

U tom smislu, nije bitno koliko puta je redoslijed promijenjen ili su objekti koji se "vješaju" rotirani, jer ne mijenjaju način na koji su povezani - a to je važno \ t.

Kako se rekonstruiraju filogenije?

Filogenije su hipoteze koje se formuliraju na temelju neizravnih dokaza. Razrjeđivanje filogenije podsjeća na rad istražitelja u rješavanju zločina slijedeći tragove mjesta zločina.

Biolozi često postuliraju svoje filogenije koristeći znanje iz nekoliko grana, kao što su paleontologija, komparativna anatomija, komparativna embriologija i molekularna biologija.

Fosilni zapis, iako nepotpun, pruža vrlo vrijedne informacije o vremenima divergencije skupina vrsta.

S vremenom je molekularna biologija nadmašila sva spomenuta područja, a većina filogenija je izvedena iz molekularnih podataka..

Cilj rekonstrukcije filogenetskog stabla uključuje niz značajnih nedostataka. Postoji oko 1,8 milijuna imenovanih vrsta i još mnogo toga bez opisa.

I iako značajan broj znanstvenika svakodnevno nastoji obnoviti odnose između vrsta, još uvijek nemamo kompletno stablo.

Homologni likovi

Kada biolozi žele opisati sličnosti između dviju struktura ili procesa, to mogu učiniti u smislu zajedničkog podrijetla (homologije), analogija (funkcija) ili homoplazije (morfološke sličnosti)..

Za rekonstrukciju filogenije koriste se samo homologni znakovi. Homologija je ključni pojam u evoluciji i rekreaciji odnosa između vrsta, jer samo ona adekvatno odražava zajedničko podrijetlo organizama.

Pretpostavimo da želimo zaključiti filogeniju triju skupina: ptice, šišmiše i ljude. Da bismo ispunili svoj cilj, odlučili smo koristiti gornje ekstremitete kao karakteristiku koja nam pomaže u razlučivanju uzoraka odnosa.

Budući da ptice i šišmiši imaju modificirane strukture za let, mogli bismo pogrešno zaključiti da su šišmiši i ptice više povezani s ljudima od šišmiša. Zašto smo došli do pogrešnog zaključka? Zato što smo koristili analogni i nehomologni karakter.

Da bih pronašao pravi odnos, trebam tražiti homologni karakter, kao što je prisutnost kose, mliječnih žlijezda i tri male kosti u srednjem uhu - da spomenem samo nekoliko. Međutim, homologije nisu lako dijagnosticirati.

Vrste stabala

Nisu sva stabla ista, postoje različiti grafički prikazi i svaki uspijeva ugraditi neku posebnu karakteristiku evolucije grupe..

Najosnovnija stabla su kladogrami. Ovi grafikoni prikazuju odnose u smislu zajedničkog podrijetla (prema najnovijim zajedničkim precima).

Aditivna stabla sadrže dodatne informacije i prikazana su u duljini grana.

Brojevi koji su povezani sa svakom granom odgovaraju nekom atributu u nizu - kao što je količina evolucijskih promjena koje su organizmi doživjeli. Osim "aditivnih stabala", oni su također poznati kao metrička stabla ili phylograms.

Ultrametrijska stabla, koja se nazivaju i dendogrami, poseban su slučaj aditivnih stabala, gdje su vrhovi stabla ekvidistantni od korijena do stabla.

Ove posljednje dvije varijante imaju sve podatke koje možemo pronaći u kladogramu i dodatne informacije. Stoga se oni međusobno ne isključuju, ako ne i komplementarni.

polytomies

Mnogo puta, čvorovi stabala nisu potpuno riješeni. Vizualno se kaže da postoji politika, kada nova ostavi više od tri grane (postoji samo jedan predak za više od dva neposredna potomka). Kada stablo nema politomije, kaže se da je potpuno riješeno.

Postoje dvije vrste politoma. Prvi su "teški" politizmi. To je intrinzično za studijsku skupinu i ukazuje na to da su potomci evoluirali u isto vrijeme. Alternativno, "meki" politiomi ukazuju na neriješene odnose uzrokovane podacima per se.

Evolucijska klasifikacija

Monofiletičke linije

Evolucijski biolozi nastoje pronaći klasifikaciju koja se uklapa u obrazac grananja filogenetske povijesti skupina. U ovom procesu razvijen je niz termina koji se naširoko koriste u evolucijskoj biologiji: monofiletski, parafiletski i polifiletički.

Takson ili monofiletička loza je ona koja obuhvaća jednu centralnu vrstu, koja je zastupljena u čvoru, i sve njezine potomke, ali ne i druge vrste. Ova se skupina naziva klasa.

Monofiletičke linije definirane su na svakoj razini taksonomske hijerarhije. Na primjer, obitelj Felidae, linija koja sadrži mačke (uključujući domaće mačke), smatra se monofiletičnom..

Slično tome, Animalia je također monofiletički takson. Kao što vidimo, obitelj Felidae je unutar Animalia, tako da monofiletičke skupine mogu biti ugniježđene.

Parapiletičke i polifiletičke linije

Međutim, nisu svi biolozi podijelili misao o klasičnoj klasifikaciji. U slučajevima u kojima podaci nisu potpuni ili jednostavno radi lakšeg snalaženja, pojedini taksoni nazvani su tako da uključuju vrste različitih vrsta ili viših svojti koje ne dijele noviji zajednički predak.

Stoga je polifiletički takson definiran kao skupina koja uključuje organizme različitih klasa, a oni ne dijele zajedničkog pretka. Na primjer, ako želimo odrediti skupinu homeoterma, ona će uključivati ​​ptice i sisavce.

Nasuprot tome, parafiletska skupina ne sadrži sve potomke najnovijeg zajedničkog pretka. Drugim riječima, isključiti bilo kojeg člana grupe. Najčešće korišteni primjer su gmazovi, ova skupina ne sadrži sve potomke najnovijeg zajedničkog pretka: ptice.

aplikacije

Osim što pridonose teškom zadatku rasvjetljavanja stabla života, filogenije također imaju neke značajne primjene..

U području medicine, filogenije se koriste za praćenje stopa porijekla i prijenosa zaraznih bolesti, kao što su AIDS, denga i gripa.

Oni se također koriste u branši biologije. Poznavanje filogenije ugrožene vrste neophodno je za praćenje uzoraka križanja i razine hibridizacije i inbreedinga među pojedincima.

reference

  1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S.S. (2005). Izazov razmišljanja o stablu. znanost, 310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., i Barnes, N.S. (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
  3. Hall, B.K. (Urednik). (2012). Homologija: Hijerarhijska osnova komparativne biologije. Academic Press.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirani principi 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 i taksonomije u sveobuhvatno stablo života. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 112(41), 12764-9.
  6. Kardong, K. V. (2006). Kralježnjaci: komparativna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
  7. Page, R. D., & Holmes, E.C. (2009). Molekularna evolucija: filogenetski pristup. John Wiley & Sons.