FYLOGENY: TULKINTA, PUUTYYPIT, SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2026

Fylogenia vuonna evoluutiobiologian, on esitys evoluutiohistoriasta eliöryhmään tai laji, korostaen alenevassa polvessa ja sukulaisuus suhteet ryhmien välillä.

Nykyään biologit ovat käyttäneet tietoja pääasiassa vertailevasta morfologiasta ja anatomiasta sekä geenisekvensseistä rekonstruoidakseen tuhansia tuhansia puita.

Lähde: Wilson JEM Costa, Wikimedia Commonsin kautta

Näiden puiden tarkoituksena on kuvailla maassa asuvien eläinlajien, kasvien, mikrobien ja muiden orgaanisten olentojen evoluutiohistoriaa.

Analogia elämäpuun kanssa on peräisin Charles Darwinin ajasta. Tämä loistava brittiläinen luonnontieteilijä vangitsee mestariteoksessa "Lajien alkuperä" yhden kuvan: "puun", joka edustaa sukupolvien rakentumista, alkaen yhteisestä esiisästä.

Mikä on fylogeny?

Biologisten tieteiden valossa yksi hämmästyttävimmistä tapahtumista on evoluutio. Mainittu orgaanisten muotojen muutos ajan myötä voidaan esittää fylogeneettisessa puussa. Siksi fylogeny ilmaisee suvun historian ja kuinka ne ovat muuttuneet ajan myötä.

Yksi tämän kaavion suorista vaikutuksista on yhteinen esi-isä. Toisin sanoen kaikki organismit, jotka tänään näemme, ovat syntyneet jälkeläisinä muutoksilla aiemmista muodoista. Tämä ajatus on ollut yksi merkittävimmistä tieteen historiassa.

Kaikki elämän muodot, joita tänään voimme nähdä - mikroskooppisista bakteereista kasveihin ja suurimpiin selkärankaisiin - ovat yhteydessä toisiinsa, ja tämä suhde on esitetty valtavassa ja monimutkaisessa elämäpuussa.

Puun analogian mukaisesti tänään elävät lajit edustaisivat lehtiä ja loput oksat olisivat heidän evoluutiohistoriaansa.

Mikä on fylogeneettinen puu?

Metazoon yksinkertaistettu fylogeny on esitetty. Joillekin ryhmille kaavamainen esitys liittyy tietyntyyppisiin silmätyyppeihin, joita voi esiintyä: Kuppi, kamera, jossa on valoaukko, kamera objektiivilla, säveltänyt määrityksellä ja koostettu superpositiolla. Laura bibiana, Wikimedia Commonsista

Fylogeneettinen puu on graafinen esitys organismiryhmän evoluutiohistoriasta. Tämä historiallisten suhteiden malli on fylogeenia, jota tutkijat yrittävät arvioida.

Puut koostuvat solmuista, jotka yhdistävät "oksat". Kunkin haaran terminaalisolmut ovat terminaalitaksoneja ja edustavat sekvenssejä tai organismeja, joista tietoja tiedetään - nämä voivat olla eläviä tai sukupuuttoon kuolleita lajeja.

Sisäiset solmut edustavat hypoteettisia esi-isiä, kun taas puun juuresta löytyvä esi-isä edustaa kaikkien kuvaajan esittämien sekvenssien edeltäjää.

Kuinka fylogeneettiset puut tulkitaan?

Fylogeneettisen puun edustamiseen on monia tapoja. Tästä syystä on tärkeätä osata tunnistaa, johtuvatko näiden kahden puun välillä havaitut erot erilaisista topologioista - toisin sanoen kahta oikeinkirjoitusta vastaavat todelliset erot - vai ovatko yksinkertaisesti esitystapaan liittyvät erot.

Esimerkiksi merkintöjen yläreunajärjestys voi vaihdella muuttamatta graafisen esityksen merkitystä, yleensä lajin, suvun, perheen nimeä muiden luokkien joukossa.

Tämä johtuu siitä, että puut muistuttavat liikkuvaa, jossa oksat voivat pyöriä muuttamatta edustamien lajien suhdetta.

Tässä mielessä ei ole väliä kuinka monta kertaa järjestystä vaihdetaan tai "roikkuvia" esineitä pyöritetään, koska se ei muuta tapaa, jolla ne kytketään - ja se on tärkeä asia.

Kuinka fylogeniat rekonstruoidaan?

Fylogeneesit ovat hypoteeseja, jotka muotoillaan epäsuoran näytön perusteella. Fylogenian selvittäminen on samanlainen kuin tutkijan työ, joka ratkaisee rikoksen seuraamalla johtolankoja rikospaikalta.

Biologit postuloivat usein fylogeneesinsä eri alojen, kuten paleontologian, vertailevan anatomian, vertailevan embryologian ja molekyylibiologian, avulla.

Fossiilitiedot ovat epätäydellisiä, mutta ne tarjoavat erittäin arvokasta tietoa laeryhmien eroaikoista.

Ajan myötä molekyylibiologia on ylittänyt kaikki mainitut alat, ja suurin osa fylogeenisuuksista johdetaan molekyylitiedoista.

Fylogeneettisen puun uudelleenrakentamistavoitteella on monia merkittäviä haittoja. Nimeltään lajeja on noin 1,8 miljoonaa ja monia muita kuvamatta.

Ja vaikka huomattava määrä tutkijoita pyrkii päivittäin palauttamaan lajien väliset suhteet, ei vieläkään ole kokonaista puuta.

Homologiset merkit

Kun biologit haluavat kuvata kahden rakenteen tai prosessin samankaltaisuuksia, he voivat tehdä niin yhteisen esi-ison (homologiat), analogioiden (toiminto) tai homoplasian (morfologinen samankaltaisuus) kannalta.

Fylogenian rekonstruoimiseksi käytetään yksinomaan homologisia merkkejä. Homologia on avainkäsite evoluutiossa ja lajien välisten suhteiden uudelleen luomisessa, koska vain se heijastaa riittävästi organismien yhteistä esi-isää.

Oletetaan, että haluamme päätellä kolmen ryhmän fylogenia: linnut, lepakot ja ihmiset. Päämäärän saavuttamiseksi päätimme käyttää yläraajoja ominaisuutena, joka auttaa meitä erottamaan suhteiden mallin.

Koska linnuilla ja lepakoilla on modifioitu rakenne lentoa varten, voimme virheellisesti päätellä, että lepakot ja linnut liittyvät enemmän toisiinsa kuin lepakot ihmisiin. Miksi olemme tulleet väärään johtopäätökseen? Koska olemme käyttäneet analogista ja ei-homologista merkkiä

Oikean suhteen löytämiseksi minun on etsittävä homologista merkkiä, kuten hiusten, maitorauhasten ja kolmen pienen luun esiintyminen välikorvassa - vain muutamia mainitakseni. Homologioita ei kuitenkaan ole helppo diagnosoida.

Puutyypit

Kaikki puut eivät ole samoja, on olemassa erilaisia ​​graafisia esityksiä ja jokainen pystyy sisällyttämään ryhmän evoluutiolle ominaisia ​​piirteitä.

Peruspuut ovat cladogrammeja. Nämä kaaviot esittävät suhteita yhteisen esi-isän suhteen (viimeisimpien yhteisten esi-isien mukaan).

Lisäainepuut sisältävät lisätietoja ja esitetään oksien pituudessa.

Jokaiseen haaraan liittyvät numerot vastaavat jotakin sekvenssin ominaisuutta - kuten evoluutiomuutoksen määrää, jonka organismit ovat käyneet läpi. "Lisäpuiden" lisäksi niitä kutsutaan myös metrisiksi puiksi tai fylogrammeiksi.

Ultrametriset puut, joita kutsutaan myös dendogrammeiksi, ovat erityistapaus lisäpuista, joissa puun kärjet ovat etäisyydellä juurista puuhun.

Näissä kahdessa viimeisessä variantissa on kaikki tiedot, jotka voimme löytää cladogrammista, ja lisätietoja. Siksi ne eivät ole yksinoikeudella ellei toisiaan täydentäviä.

Politomias

Monta kertaa puiden solmut eivät ole täysin ratkaistu. Visuaalisesti sanotaan, että tapahtuu polytomia, kun uudesta oksasta nousee yli kolme haaraa (on yksi esi-ikä useammalle kuin kahdelle välittömälle jälkeläiselle). Kun puulla ei ole polytomia, sen sanotaan olevan täysin ratkaistu.

Polytomia on kahta tyyppiä. Ensimmäiset ovat "kovia" polytomia. Nämä ovat luontaisia ​​tutkimusryhmälle ja osoittavat, että jälkeläiset kehittyivät samanaikaisesti. Vaihtoehtoisesti "pehmeät" polytomiat osoittavat ratkaisemattomia suhteita, joita data sinänsä aiheuttaa.

Evolutionaarinen luokittelu

Monofiiliset suvut

Evoluutiobiologit pyrkivät löytämään luokituksen, joka sopii ryhmien fylogeneettisen historian haarautumismalliin. Tässä prosessissa on kehitetty joukko evoluutiobiologiassa laajasti käytettyjä termejä: monofiiliset, parafyleettiset ja polyfüleettiset.

Monofiilinen taksoni tai suvunjohto on sellainen, joka käsittää solmupisteessä esiintyvän esi-isän lajin ja kaikki sen jälkeläiset, mutta ei muita lajeja. Tätä ryhmittelyä kutsutaan kladeksi.

Monofleettiset linjat määritetään taksonomisen hierarkian jokaisella tasolla. Esimerkiksi Family Felidae -perhettä, sukulaista, joka sisältää kissaeläimiä (mukaan lukien kotikissat), pidetään monofiilisinä.

Samoin Animalia on myös monofiilinen taksi. Kuten voimme nähdä, Felidae-suku on Animalian sisällä, joten monofyettiset ryhmät voivat olla pesässä.

Parafyleettiset ja polyfyleettiset suvut

Kaikilla biologilla ei kuitenkaan ole kladistista luokitteluajattelua. Tapauksissa, joissa tiedot eivät ole täydellisiä tai yksinkertaisesti mukavuuden vuoksi, nimetään tiettyjä takseja, jotka sisältävät lajeja erilaisista kladeista tai korkeammista taksoista, joilla ei ole uudempaa yhteistä esi-isää.

Tällä tavoin taksoni on monofyleettinen, se määritellään ryhmäksi, joka sisältää organismeja erilaisista kladeista, ja näillä ei ole yhteistä esi-isää. Esimerkiksi, jos haluamme nimetä homeotermien ryhmän, siihen kuuluvat linnut ja nisäkkäät.

Parafyleettinen ryhmä ei sitä vastoin sisällä kaikkia viimeisimmän yhteisen esi-isän jälkeläisiä. Toisin sanoen se sulkee pois jotkut ryhmän jäsenistä. Käytetyin esimerkki on matelijat, tämä ryhmä ei sisällä kaikkia viimeisimmän yhteisen esi-isän jälkeläisiä: lintuja.

Sovellukset

Sen lisäksi, että fylogeneesillä on vaikea tehtävä selvittää elämäpuuta, heillä on myös joitain melko merkittäviä sovelluksia.

Lääketieteen alalla fylogeenejä käytetään jäljittämään tartuntatautien, kuten aids, dengue ja influenssa, alkuperä ja leviämisaste.

Niitä käytetään myös säilyttämisbiologian alalla. Tiedot uhanalaisten lajien fylogeenisuudesta on välttämätöntä jäljitettäessä risteytymismalleja ja yksilöiden välisen hybridisaation ja sisäsiitoksen tasoa.

Viitteet

1. Baum, DA, Smith, SD, ja Donovan, SS (2005). Puun ajattelun haaste. Science, 310 (5750), 979 - 980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Kutsu biologiaan. Macmillan.
3. Hall, BK (Toimitus). (2012). Homologia: Vertailevan biologian hierarkkinen perusta. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integroituneet eläintieteen periaatteet. 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). Fylogenian ja taksonomian synteesi kattavaksi elämäpuuksi. Amerikan yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Selkärankaiset: vertaileva anatomia, toiminta, evoluutio. McGraw-Hill.
7. Page, RD, ja Holmes, EC (2009). Molekyylin kehitys: fylogeneettinen lähestymistapa. John Wiley & Sons.