FILOĢENĒTISKAIS KOKS: VEIDI UN TO ĪPAŠĪBAS, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Filoģenētisko koks ir matemātiska grafisks attēlojums, vēstures un sencis-pēcnācējs attiecību grupu, populācijām, sugām vai jebkuras citas taksonomiskās kategorijā. Teorētiski visus filoģenētiskos kokus var grupēt dzīvības kokā, veidojot universālo koku.

Šie grafiskie attēlojumi ir radījuši revolūciju evolūcijas bioloģijas izpētē, jo tie ļauj noteikt un definēt sugu, pārbaudīt dažādas evolūcijas hipotēzes (piemēram, endosimbiotisko teoriju), novērtēt slimību (piemēram, HIV) izcelsmi utt.

Avots: Džons Goulds (1804. gada 14. septembris - 1812. gada 3. februāris)

Kokus var rekonstruēt, izmantojot morfoloģiskās vai molekulārās pazīmes, vai abas. Tādā pašā veidā ir dažādas metodes to izveidošanai, visizplatītākā ir kladistu metodika. Tā mērķis ir identificēt kopīgi iegūtās rakstzīmes, kas pazīstamas kā sinapomorfija.

raksturojums

Viens no Čārlza Darvina izstrādātajiem principiem ir visu dzīvo organismu kopīgais sencis - tas ir, mums visiem ir kopīgs attālais sencis.

Grāmatā “Sugu izcelsme” Darvins izvirza “dzīvības koka” metaforu. Patiesībā viņš savas idejas attīstīšanai izmanto hipotētisku grafisko koku (savādi, ka tā ir vienīgā Izcelsmes ilustrācija).

Šīs metaforas attēlojums ir tas, ko mēs zinām kā filoģenētiskos kokus, kas ļauj mums grafiski attēlot noteiktas organismu grupas vēsturi un attiecības.

Filoģenētiskā koka anatomija

Filoģenētiskos kokos mēs varam atšķirt šādas daļas - turpinot ar botānisko analoģiju:

Nozares: koka līnijas sauc par "zariem", un tās laika gaitā attēlo pētījumu populācijas. Atkarībā no koka veida (skatīt zemāk), filiāles garumam var būt vai nav nozīmes.

Pēc filiāļu padomiem atrodami organismi, kurus vēlamies novērtēt. Tās var būt būtnes, kas šobrīd ir dzīvas, vai izmirušas būtnes. Sugas būtu mūsu koka lapas.

Sakne: sakne ir vissenākā koka filiāle. Dažiem tas ir un tos sauc par sakņotiem kokiem, bet citi to nedara.

Mezgli: filiāļu filiāles punktus divās vai vairākās līnijās sauc par mezgliem. Punkts attēlo pēcnācēju grupu jaunāko kopējo senču (ņemiet vērā, ka šie senči ir hipotētiski).

Mezgla esamība nozīmē specifikācijas notikumu - jaunu sugu radīšanu. Pēc tam katra suga seko savai evolūcijas gaitai.

Papildu terminoloģija

Papildus šiem trim pamatjēdzieniem attiecībā uz filoģenētiskajiem kokiem ir arī citi nepieciešamie termini:

Politomija: ja filoģenētiskajam kokam ir vairāk nekā divi zari mezglā, tiek teikts, ka pastāv politomija. Šajos gadījumos filoģenētiskais koks nav pilnībā izzudis, jo attiecības starp iesaistītajiem organismiem nav skaidras. Tas bieži notiek datu trūkuma dēļ, un to var noteikt tikai tad, kad pētnieks uzkrāj vairāk.

Ārējā grupa: filoģenētiskos jautājumos parasti dzird ārējās grupas jēdzienu, ko sauc arī par outgroup. Šī grupa ir atlasīta, lai varētu sakņot koku. Tas jāizvēlas par taksonu, kas iepriekš atšķīrās no pētījuma grupas. Piemēram, ja es studēju adatādaiņus, jūs varat pāraugt jūras ķemmītes.

Veidi

Ir trīs koku pamatveidi: kladogrammas, piedevas koki un ultrametriski koki.

Kladogrammas ir visvienkāršākie koki un parāda organismu attiecības kopējās senču izteiksmē. Informācija par šāda veida kokiem ir sazarotajos modeļos, jo zaru lielumam nav nekādas papildu nozīmes.

Otrais koku tips ir piedeva, ko sauc arī par metriskajiem kokiem vai filogrammām. Zaru garums ir saistīts ar evolūcijas izmaiņu daudzumu.

Visbeidzot, mums ir ultrametriski koki vai dendogrammas, kur visi koku gali ir vienādā attālumā (tas neattiecas uz filogrammu, kur gals var parādīties zemāks vai augstāks par tā partneri). Zaru garums ir saistīts ar evolūcijas laiku.

Koka izvēle ir tieši saistīta ar evolūcijas jautājumu, uz kuru mēs vēlamies atbildēt. Piemēram, ja mums rūp tikai attiecības starp indivīdiem, pētījumam pietiks ar kladogrammu.

Biežākās kļūdas, lasot filoģenētiskos kokus

Lai arī filoģenētiskos kokus evolūcijas bioloģijā (un vispārējā bioloģijā) bieži izmanto plaši, daudzi studenti un profesionāļi nepareizi interpretē ziņu, ka šie šķietami vienkāršie diagrammas ir paredzētas lasītājam.

Stumbra nav

Pirmā kļūda ir tos nolasīt sānis, pieņemot, ka evolūcija nozīmē progresu. Ja evolūcijas procesu saprotam pareizi, nav pamata domāt, ka senču sugas atrodas kreisajā pusē, un attīstītākās sugas - labajā pusē.

Kaut arī koka botāniskā analoģija ir ļoti noderīga, nāk punkts, kurā tā vairs nav tik precīza. Ir būtiska koka struktūra, kuras kokā nav: stumbrs. Filoģenētiskos kokos mēs neatrodam galvenos zarus.

Konkrēti, daži cilvēki cilvēku var uzskatīt par evolūcijas galveno “mērķi”, un tāpēc Homo sapiens sugām vienmēr vajadzētu atrasties kā pēdējai vienībai.

Tomēr šis uzskats neatbilst evolūcijas principiem. Ja mēs saprotam, ka filoģenētiskie koki ir mobilie elementi, mēs varam ievietot Homo jebkurā koka gala stāvoklī, jo šis raksturlielums reprezentācijā nav būtisks.

Mezgli var pagriezties

Būtiska iezīme, kas mums jāsaprot attiecībā uz filoģenētiskajiem kokiem, ir tā, ka tie attēlo nestatiskus grafikus.

Tajās visas šīs filiāles var pagriezties - tāpat kā mobilais var. Mēs nedomājam, ka zarus varam pārvietot tā, kā gribam, jo ​​dažas kustības nozīmētu koka modeļa vai topoloģijas mainīšanu. Ko mēs varam pagriezt, ir mezgli.

Lai interpretētu koka vēstījumu, mums nav jākoncentrējas uz filiāļu padomiem, mums jākoncentrējas uz filiāles punktiem, kas ir vissvarīgākais diagrammas aspekts.

Turklāt mums jāpatur prātā, ka ir vairāki veidi, kā uzzīmēt koku. Daudzas reizes tas ir atkarīgs no grāmatas vai žurnāla stila, un filiāļu formas un izvietojuma izmaiņas neietekmē informāciju, kuru viņi vēlas mums nodot.

Mēs nevaram secināt par pašreizējo senču vai "veco" sugu esamību

Kad mēs runāsim par pašreizējām sugām, mums nevajadzētu tām piemērot senču pieskaņu. Piemēram, domājot par attiecībām starp šimpanzēm un cilvēkiem, mēs varam nepareizi saprast, ka šimpanzes ir mūsu cilts senči.

Tomēr šimpanžu un cilvēku kopīgais sencis nebija tāds. Lai domātu, ka šimpanze ir senča, būtu jāpieņem, ka tās evolūcija apstājās, kad abas līnijas izdalījās.

Pēc tās pašas šo ideju loģikas filoģenētiskais koks nepasaka mums, vai ir arī jaunas sugas. Tā kā alēļu biežums pastāvīgi mainās un laika gaitā mainās jaunas rakstzīmes, sugas vecumu ir grūti noteikt, un, protams, koks nedod mums šādu informāciju.

"Alēļu biežuma izmaiņas laika gaitā" ir tas, kā populācijas ģenētika nosaka evolūciju.

Tie nav maināmi

Aplūkojot filoģenētisko koku, mums jāsaprot, ka šī diagramma ir vienkārši hipotēze, kas iegūta no konkrētiem pierādījumiem. Var būt, ka, ja kokam pievienosim vairāk rakstzīmju, tas mainīs tā topoloģiju.

Galvenais ir zinātnieku kompetence, izvēloties labākās rakstzīmes, lai noskaidrotu attiecīgo organismu attiecības. Turklāt ir ļoti spēcīgi statistikas rīki, kas ļauj pētniekiem novērtēt kokus un izvēlēties ticamāko.

Piemēri

Trīs dzīves jomas: Archaea, Baktērijas un Eukarya

1977. gadā pētnieks Karls Voiss ierosināja grupēt dzīvos organismus trīs sfērās: Archaea, Baktērijas un Eukarya. Šī jaunā klasifikācijas sistēma (iepriekš bija tikai divas kategorijas - Eukariota un Prokariota) balstījās uz ribosomu RNS molekulāro marķieri.

Baktērijas un eikarioti ir plaši pazīstami organismi. Archaea bieži sajaucas ar baktērijām. Tomēr tie būtiski atšķiras pēc to šūnu sastāvdaļu struktūras.

Tāpēc, kaut arī tie ir mikroskopiski organismi, piemēram, baktērijas, Archaea domēna locekļi ir vairāk saistīti ar eikariotiem - jo tiem ir kopīgs sencis.

Avots: Sagatavojusi Mariana Gelambi.

Primātu filogēnija

Evolūcijas bioloģijā viena no vispretrunīgākajām tēmām ir cilvēka evolūcija. Šīs teorijas pretiniekiem nav loģiska evolūcija, kas sākas ar apelsīnu senci un kas izraisīja mūsdienu cilvēku.

Galvenā koncepcija ir izpratne par to, ka mēs neattīstījāmies no pašreizējiem pērtiķiem, bet gan kopīgi ar viņiem bijām kopīgi. Pērtiķu un cilvēku kokā izceļas, ka tas, ko mēs pazīstam kā “apeju”, nav derīga monofiliskā grupa, jo tas izslēdz cilvēkus.

Avots: Sagatavojusi Mariana Gelambi.

Cetartiodaktilu (Cetartiodactyla) filoģenēze

Evolucionāri runājot, vaļveidīgie pārstāvēja mugurkaulnieku grupu, kuru attiecības ar pārējiem līdzcilvēkiem nebija tik skaidras. Morfoloģiski vaļi, delfīni un citi locekļi nedaudz līdzinās citiem zīdītājiem.

Pašlaik, pateicoties dažādu morfoloģisko un molekulāro rakstzīmju izpētei, var secināt, ka lielo vaļveidīgo māsu grupu veido artiodaktili - nagaiņi ar patām kanopām.

Avots: Sagatavojusi Mariana Gelambi.

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. Kardongs, KV (2006). Mugurkaulnieki: salīdzinošā anatomija, funkcijas, evolūcija. Makgreivs.
6. Kliman, RM (2016). Evolūcijas bioloģijas enciklopēdija. Akadēmiskā prese.
7. Lososs, JB (2013). Prinstonas ceļvedis evolūcijai. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekulārā evolūcija: filoģenētiskā pieeja. Džons Vilijs un dēli.
9. Rīss, SA (2009). Evolūcijas enciklopēdija. Infobase izdevējdarbība.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Bioloģija: jēdzieni un pielietojumi bez fizioloģijas. Cengage mācīšanās.