FILOĢENĒZE: INTERPRETĀCIJA, KOKU VEIDI, PIELIETOJUMI - BIOLOĢIJA - 2025

Phylogeny , evolūcijas bioloģijā, ir pārstāvniecības evolūcijas vēsturi grupas organismi vai sugas, uzsverot līniju izcelsmes un radniecības attiecības starp grupām.

Mūsdienās biologi galvenokārt izmanto salīdzinošās morfoloģijas un anatomijas datus un gēnu secības, lai rekonstruētu tūkstošiem koku.

Avots: Wilson JEM Costa, izmantojot Wikimedia Commons

Šie koki cenšas aprakstīt dažādu dzīvnieku, augu, mikrobu un citu organisko būtņu, kas apdzīvo zemi, evolūcijas vēsturi.

Analoģija ar dzīvības koku nāk no Čārlza Darvina laika. Šis spožais britu naturālists šedevrā “Sugu izcelsme” iemūžina vienu attēlu: “koku”, kas attēlo ciltstūru sakopojumus, sākot no kopējā senča.

Kas ir filoģenēze?

Ņemot vērā bioloģiskās zinātnes, viens no pārsteidzošākajiem notikušajiem notikumiem ir evolūcija. Minētās organisko formu izmaiņas laika gaitā var attēlot filoģenētiskajā kokā. Tāpēc filoģenēze pauž ciltsrakstu vēsturi un to, kā laika gaitā tie ir mainījušies.

Viena no šīs diagrammas tiešajām sekām ir izplatītā sence. Tas ir, visi organismi, kurus mēs šodien redzam, ir kļuvuši par pēcnācējiem ar pagātnes formu modifikācijām. Šī ideja ir bijusi viena no nozīmīgākajām zinātnes vēsturē.

Visas dzīvības formas, kuras mēs šodien varam novērtēt, sākot ar mikroskopiskām baktērijām, augiem un lielākajiem mugurkaulniekiem, ir savienotas, un šīs attiecības ir pārstāvētas plašajā un sarežģītajā dzīves kokā.

Koka analoģijas ietvaros šodien dzīvojošās sugas pārstāvētu lapas, bet pārējie zari - to evolūcijas vēsturi.

Kas ir filoģenētiskais koks?

Parādīta Metazojas vienkāršotā filoģenēze. Dažām grupām shematisks attēlojums ir saistīts ar dažiem acu tipiem, kas var parādīties: Kauss, Kamera ar gaismas ieejas caurumu, Kamera ar objektīvu, Sastādīta pēc aplikācijas un Sastāv no superpozīcijas. Laura bibiana, no Wikimedia Commons

Filoģenētiskais koks ir organismu grupas evolūcijas vēstures grafisks attēlojums. Šis vēsturisko attiecību modelis ir filoģenēze, ko pētnieki cenšas novērtēt.

Koki sastāv no mezgliem, kas savieno "zarus". Katras filiāles terminālie mezgli ir gala taksoni un attēlo sekvences vai organismus, par kuriem ir zināmi dati - tās var būt dzīvas vai izmirušas sugas.

Iekšējie mezgli attēlo hipotētiskus senčus, savukārt koka saknē atrodams sencis ir visu diagrammā attēloto secību priekštecis.

Kā tiek interpretēti filoģenētiskie koki?

Filoģenētisko koku var attēlot daudzos veidos. Tāpēc ir svarīgi zināt, kā atpazīt, vai šīs atšķirības, kas novērotas starp diviem kokiem, rodas dažādu topoloģiju dēļ - tas ir, reālās atšķirības, kas atbilst diviem rakstības rakstiem, vai arī tās ir vienkārši atšķirības, kas saistītas ar attēlojuma stilu.

Piemēram, secība, kādā etiķetes parādās augšpusē, var mainīties, nemainot grafiskā attēlojuma nozīmi, parasti sugas, ģints, dzimtas nosaukumu, starp citām kategorijām.

Tas notiek tāpēc, ka koki atgādina mobilo, kur zari var pagriezties, nemainot pārstāvēto sugu attiecības.

Šajā ziņā nav svarīgi, cik reizes tiek mainīts pasūtījums vai "rotējošie" objekti tiek pagriezti, jo tas nemaina to savienošanas veidu - un tā ir svarīga lieta.

Kā filoģenēzes tiek rekonstruētas?

Filoģenēzes ir hipotēzes, kuras formulētas, balstoties uz netiešiem pierādījumiem. Filoģenēzes likvidēšana ir līdzīga izmeklētāja darbam, kas atrisina noziegumu, sekojot norādēm no nozieguma vietas.

Biologi bieži postulē savas filoģenēzes, izmantojot dažādu nozaru zināšanas, piemēram, paleontoloģiju, salīdzinošo anatomiju, salīdzinošo embrioloģiju un molekulāro bioloģiju.

Fosiliju reģistrs, kaut arī nepilnīgs, sniedz ļoti vērtīgu informāciju par sugu grupu atšķirības laikiem.

Laika gaitā molekulārā bioloģija ir pārsniegusi visus iepriekšminētos laukus, un lielākā daļa filoģenēžu tiek secinātas no molekulārajiem datiem.

Filoģenētiskā koka atjaunošanas mērķim ir vairāki būtiski trūkumi. Aptuveni 1,8 miljoni nosaukto sugu un vēl daudzas citas nav aprakstītas.

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

Homologi personāži

Kad biologi vēlas aprakstīt divu struktūru vai procesu līdzības, viņi to var izdarīt attiecībā uz kopīgu senču (homoloģiju), analoģiju (funkciju) vai homoplāziju (morfoloģiskā līdzība).

Filoģenēzes rekonstruēšanai tiek izmantotas tikai homoloģiskas rakstzīmes. Homoloģija ir galvenais jēdziens evolūcijā un attiecību atjaunošanā starp sugām, jo ​​tikai tā adekvāti atspoguļo organismu kopējo senču.

Pieņemsim, ka mēs vēlamies secināt par trīs grupu filogēnijām: putniem, sikspārņiem un cilvēkiem. Lai sasniegtu savu mērķi, mēs nolēmām izmantot augšējās ekstremitātes kā raksturlielumu, kas palīdz mums izprast attiecību modeli.

Tā kā putniem un sikspārņiem ir modificētas struktūras lidošanai, mēs varētu kļūdaini secināt, ka sikspārņi un putni ir vairāk saistīti viens ar otru nekā sikspārņi cilvēkiem. Kāpēc mēs esam nonākuši pie nepareizā secinājuma? Jo mēs esam izmantojuši analogu un nehomologu raksturu.

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

Koku veidi

Ne visi koki ir vienādi, ir dažādi grafiski attēlojumi, un katram ir izdevies iestrādāt kādu īpatnēju grupas evolūcijas raksturojumu.

Visvienkāršākie koki ir kladogrammas. Šajos grafikos attēlotas attiecības kopējā senča izteiksmē (saskaņā ar jaunākajiem kopīgajiem senčiem).

Piedevas koki satur papildu informāciju un ir attēloti zaru garumā.

Skaitļi, kas saistīti ar katru atzaru, atbilst kādam atribūtam secībā - piemēram, evolūcijas izmaiņu daudzumam, kuru organismi ir piedzīvojuši. Papildus "piedevu kokiem" tos sauc arī par metriskajiem kokiem vai filogrammām.

Ultrametriski koki, ko sauc arī par dendogrammām, ir īpašs piedevu koku gadījums, kad koka gali ir vienādā attālumā no saknes līdz kokam.

Šajos divos pēdējos variantos ir visi dati, kurus mēs varam atrast kladogrammā, un papildu informācija. Tāpēc tie nav ekskluzīvi, ja pat nav papildinoši.

Politomijas

Daudzas reizes koku mezgli nav pilnībā izšķirti. Vizuāli tiek teikts, ka ir notikusi politomija, kad no jauna rodas vairāk nekā trīs zari (ir viens sencis vairāk nekā diviem tiešajiem pēcnācējiem). Ja kokam nav politomiju, tiek teikts, ka tas ir pilnībā izzudis.

Ir divu veidu politomijas. Pirmās ir “cietās” politomas. Tie ir raksturīgi izpētes grupai un norāda, ka pēcnācēji attīstījās vienlaikus. Alternatīvi, "mīkstā" polytomija norāda uz neatrisinātām attiecībām, ko rada dati paši par sevi.

Evolūcijas klasifikācija

Monofilētas līnijas

Evolūcijas biologi cenšas atrast klasifikāciju, kas atbilstu grupu filoģenētiskās vēstures sazarotajam modelim. Šajā procesā ir izstrādāta virkne terminu, ko plaši izmanto evolūcijas bioloģijā: monofilētisks, parafiletisks un polifilti.

Monofiliskais taksons vai ciltsveids ir tāds, kas sastāv no senču sugām, kuras ir pārstāvētas mezglā, un visiem tās pēcnācējiem, bet ne citām sugām. Šo grupējumu sauc par klade.

Katrā taksonomiskās hierarhijas līmenī tiek definētas monofiliskās līnijas. Piemēram, ģimene Felidae, ciltslieta, kurā ir kaķi (ieskaitot mājas kaķus), tiek uzskatīta par monofiletu.

Līdzīgi Animalia ir arī monofilisks taksons. Kā redzam, Felidae ģimene atrodas Animalia, tāpēc monofiliskās grupas var ligzdot.

Parafiltiskās un polifiliskās līnijas

Tomēr ne visiem biologiem ir kopīga kladistiskā klasifikācijas domāšana. Gadījumos, kad dati nav pilnīgi vai vienkārši ērtības labad, tiek nosaukti daži taksoni, kas satur sugas no dažādām kladēm vai augstākiem taksoniem, kuriem nav kopīgu senču.

Tādā veidā taksons ir polifilti, tas tiek definēts kā grupa, kurā ietilpst dažādu kladu organismi, un tiem nav kopīga senča. Piemēram, ja mēs vēlamies izraudzīties homeotermu grupu, tajā būtu iekļauti putni un zīdītāji.

Turpretī parafiletiskā grupā nav visu jaunāko parasto senču pēcnācēji. Citiem vārdiem sakot, tas izslēdz dažus grupas dalībniekus. Visizplatītākais piemērs ir rāpuļi, šajā grupā nav visu jaunāko parasto senču pēcnācēji: putni.

Lietojumprogrammas

Filoģēnijas ne tikai veicina grūto uzdevumu noskaidrot dzīvības koku, bet arī izmanto dažus diezgan nozīmīgus lietojumus.

Medicīnas jomā filoģenēzes izmanto, lai izsekotu infekcijas slimību, piemēram, AIDS, drudža un gripas, izcelsmi un pārnešanas ātrumu.

Tos izmanto arī saglabāšanas bioloģijas jomā. Zināšanas par apdraudētās sugas filoģenēzi ir būtiskas, lai izsekotu krustošanās modeļus, kā arī indivīdu hibridizācijas un inbroducēšanas līmeni.

Atsauces

1. Baums, DA, Smits, SD un Donovans, SS (2005). Koku domāšanas izaicinājums. Zinātne, 310 (5750), 979–980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Makmillans.
3. Halle, BK (Red.). (2012). Homoloģija: salīdzinošās bioloģijas hierarhiskais pamats. Akadēmiskā prese.
4. Hikmans, CP, Roberts, LS, Larsons, A., Obers, WC, & Garrison, C. (2001). Integrēti zooloģijas principi. Makgreivs - kalns.
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). Filoģenēzes un taksonomijas sintēze visaptverošā dzīves kokā. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 112 (41), 12764-9.
6. Kardongs, KV (2006). Mugurkaulnieki: salīdzinošā anatomija, funkcijas, evolūcija. Makgreivs.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekulārā evolūcija: filoģenētiskā pieeja. Džons Vilijs un dēli.