FYLOGENEETTINEN PUU: TYYPIT JA NIIDEN OMINAISUUDET, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Fylogeneettisen puun on matemaattinen graafinen esitys historian ja esi-jälkeläinen suhteet ryhmien populaatiot, lajit, tai mikä tahansa muu taksonomisen luokan. Teoreettisesti kaikki fylogeneettiset puut voidaan ryhmitellä elämän puussa muodostaen universaalin puun.

Nämä graafiset esitykset ovat mullistaneet evoluutiobiologian tutkimuksen, koska niiden avulla voidaan laatia ja määritellä laji, testata erilaisia ​​evoluutiohypoteeseja (kuten endosymbioottiteoria), arvioida sairauksien (kuten HIV) alkuperä jne.

Lähde: John Gould (14. syyskuuta 1804 - 3. helmikuuta881)

Puut voidaan rekonstruoida käyttämällä morfologisia tai molekyylihahmoja tai molempia. Samalla tavalla on olemassa erilaisia ​​menetelmiä niiden rakentamiseksi, yleisin on cladist-menetelmä. Tällä pyritään tunnistamaan jaetut johdetut merkit, jotka tunnetaan synapomorfiana.

ominaisuudet

Yksi Charles Darwinin kehittämistä periaatteista on kaikkien elävien organismien yhteinen esi-isä - eli meillä kaikilla on etäinen esi-isä.

"Lajien alkuperä" -osiossa Darwin nostaa esiin "elämän puun" metaforin. Itse asiassa hän käyttää hypoteettista graafista puuta kehittääkseen ideansa (uteliaana, se on ainoa esimerkki alkuperästä).

Tämän metaforin esitys on se, mitä tunnetaan fylogeneettisinä puina, jonka avulla voimme graafisesti näyttää tietyn organismitryhmän historian ja suhteet.

Fylogeneettisen puun anatomia

Fylogeneettisissa puissa voimme erottaa seuraavat osat - jatkaen kasvitieteellistä analogiaa:

Oksat: Puun viivoja kutsutaan "oksiksi", ja ne edustavat tutkimuspopulaatioita ajan myötä. Puutyypistä riippuen (katso alla) oksan pituudella voi olla merkitys.

Haarojen kärjistä löydämme organismit, joita haluamme arvioida. Ne voivat olla tällä hetkellä elossa olevia kokonaisuuksia tai sukupuuttoon kuolevia olentoja. Laji olisi puumme lehtiä.

Juuri: Juuri on puun vanhin haara. Joillakin on se, ja niitä kutsutaan juurtuneiksi puiksi, kun taas toisissa ei.

Solmut: Kahden tai useamman rivin haarojen haarapisteitä kutsutaan solmuiksi. Piste edustaa jälkeläisten ryhmien viimeisintä yhteistä esi-isää (huomioi, että nämä esi-isät ovat hypoteettisia).

Solmun olemassaolo edellyttää erikoistumistapahtumaa - uusien lajien luomista. Tämän jälkeen jokainen laji seuraa evoluutiokurssiaan.

Lisäterminologia

Näiden kolmen peruskäsitteen lisäksi fylogeneettisiin puihin liittyy muita tarpeellisia termejä:

Poliomia: kun fylogeneettisella puulla on enemmän kuin kaksi haaraa solmussa, sanotaan olevan polytomia. Näissä tapauksissa fylogeneettinen puu ei ole täysin ratkaistu, koska mukana olevien organismien suhteet eivät ole selvät. Tämä tapahtuu usein tietojen puutteen takia, ja se voidaan korjata vasta, kun tutkija kertyy enemmän.

Ulkoinen ryhmä: fylogeneettisissä kysymyksissä on yleistä kuulla ulkoisen ryhmän käsite, jota kutsutaan myös outgroupiksi. Tämä ryhmä on valittu puun juurttamiseksi. Se tulisi valita taksoniksi, joka poikkesi aiemmin tutkimusryhmästä. Esimerkiksi, jos opiskelen piikkinahkoja, voit harrastaa meriroskat.

Tyypit

Puita on kolme perustyyppiä: cladogrammit, lisäpuut ja ultrametriset puut.

Cladogrammit ovat yksinkertaisimpia puita, ja ne osoittavat organismien suhteen yleisen esi-isän suhteen. Tiedot tämäntyyppisestä puusta sijaitsevat haarautumismalleissa, koska oksien koolla ei ole ylimääräistä merkitystä.

Toinen puutyyppi on lisäaine, jota kutsutaan myös metripuiksi tai fylogrammeiksi. Haarojen pituus liittyy evoluutiovaiheen määrään.

Viimeinkin, meillä on ultrametrisiä puita tai dendogrammeja, joissa kaikki puiden kärjet ovat samalla etäisyydellä (mikä ei ole fylogrammissa, jossa kärki voi näyttää alempana tai korkeampana kuin kumppaninsa). Haaran pituus liittyy evoluutioaikaan.

Puun valinta liittyy suoraan evoluutiokysymykseen, johon haluamme vastata. Esimerkiksi, jos olemme tekemisissä vain yksilöiden välisten suhteiden kanssa, cladogram riittää tutkimukseen.

Yleisimmät virheet luettaessa fylogeneettisiä puita

Vaikka fylogeneettisiä puita käytetään usein laajasti kuvaajina evoluutiobiologiassa (ja yleisessä biologiassa), monet opiskelijat ja ammattilaiset tulkitsevat väärin viestiä, jonka näiden näennäisesti yksinkertaisten kaavioiden on tarkoitus toimittaa lukijalle.

Ei ole tavaratilaa

Ensimmäinen virhe on lukea ne sivuttain olettaen, että evoluutio merkitsee kehitystä. Jos ymmärrämme evoluutioprosessin oikein, ei ole syytä ajatella, että esi-isälajit ovat vasemmalla ja edistyneemmät lajit oikealla.

Vaikka puun kasvitieteellinen analogia on erittäin hyödyllinen, tulee kohta, jossa se ei ole enää niin tarkka. Puussa on ratkaiseva puurakenne, jota ei ole puussa: runko. Fylogeneettisissa puissa ei löydy mitään päähaaraa.

Erityisesti jotkut ihmiset saattavat pitää ihmistä evoluution perimmäisenä "tavoitteena", ja siksi Homo sapiens -lajien tulisi aina sijaita lopullisena kokonaisuutena.

Tämä näkemys ei kuitenkaan ole yhdenmukainen evoluutioperiaatteiden kanssa. Jos ymmärrämme, että fylogeneettiset puut ovat liikkuvia elementtejä, voimme sijoittaa homon mihin tahansa puun pääteasentoon, koska tällä ominaisuudella ei ole merkitystä esityksessä.

Solmut voivat kiertää

Tärkeä ominaisuus, joka meidän on ymmärrettävä fylogeneettisissa puissa, on, että ne edustavat ei-staattisia kuvaajia.

Niissä kaikki nämä haarat voivat pyöriä - samalla tavalla kuin matkapuhelin pystyy. Emme tarkoita sitä, että voimme siirtää oksat haluttaessa, koska joihinkin liikkeisiin liittyy puun kuvion tai topologian muuttaminen. Mitä voimme kiertää, ovat solmut.

Puun viestin tulkitsemiseksi emme saa keskittyä oksien kärkiin, meidän on keskityttävä haarapisteisiin, jotka ovat kaavion tärkein osa.

Lisäksi meidän on pidettävä mielessä, että puun piirtämiseen on useita tapoja. Monta kertaa se riippuu kirjan tai lehden tyylistä, ja oksien muodon ja sijainnin muutokset eivät vaikuta tietoihin, jotka he haluavat välittää meille.

Emme voi päätellä nykyisten esi-isien tai "vanhojen" lajien olemassaoloa

Kun aiomme viitata nykyisiin lajeihin, meidän ei pitäisi soveltaa esi-ikäisiä merkityksiä niihin. Esimerkiksi, kun ajatellaan simpanssien ja ihmisten välisiä suhteita, saatamme väärin ymmärtää, että simpanssit ovat esi-ikäisiä linjaamme.

Simpanssien ja ihmisten yhteinen esi-isä ei kuitenkaan ollut kumpikaan. Ajatella, että simpanssi on esi-isä, olisi olettaa, että sen kehitys pysähtyi, kun molemmat suvut erottuvat.

Näiden ideoiden saman logiikan mukaisesti fylogeneettinen puu ei kerro meille, onko siellä myös nuoria lajeja. Koska alleelitaajuudet muuttuvat jatkuvasti ja ajan myötä muuttuu uusia merkkejä, lajin ikä on vaikea määrittää, ja puu ei varmasti anna meille tällaista tietoa.

"Alleelitaajuuksien muutos ajan myötä" on se, kuinka populaatiogenetiikka määrittelee evoluution.

Ne ovat muuttumattomia

Kun tarkastellaan fylogeneettistä puuta, meidän on ymmärrettävä, että tämä kuvaaja on yksinkertaisesti konkreettisista todisteista syntyvä hypoteesi. Voi olla, että jos lisäämme puuhun enemmän merkkejä, se muuttaa sen topologiaa.

Tutkijoiden asiantuntemus parhaiden hahmojen valinnassa kyseisten organismien suhteiden selvittämiseksi on avainasemassa. Lisäksi on olemassa erittäin tehokkaita tilastollisia työkaluja, joiden avulla tutkijat voivat arvioida puita ja valita todennäköisimmän.

esimerkit

Elämän kolme osa-aluetta: Archaea, bakteerit ja Eukarya

Vuonna 1977 tutkija Carl Woese ehdotti elävien organismien ryhmittämistä kolmeen osa-alueeseen: Archaea, bakteerit ja Eukarya. Tämä uusi luokittelujärjestelmä (aiemmin oli vain kaksi luokkaa, Eukaryota ja Prokaryota) perustui ribosomaaliseen RNA-molekyylimarkkeriin.

Bakteerit ja eukaryootit ovat yleisesti tunnettuja organismeja. Archaea sekoittuu usein bakteereihin. Nämä eroavat kuitenkin huomattavasti solukomponenttien rakenteesta.

Vaikka Archaea-domeenin jäsenet ovat mikroskooppisia organismeja, kuten bakteereja, ne liittyvät läheisemmin eukaryooteihin - koska heillä on läheisempi yhteinen esi-isä.

Lähde: Valmistaja Mariana Gelambi.

Kädellisten fylogeny

Evoluutiobiologiassa yksi kiistanalaisimmista aiheista on ihmisen evoluutio. Tämän teorian vastustajille ei ole loogista evoluutiota, joka alkaa appeen esi-isältä, joka sai aikaan modernin ihmisen.

Avainkäsite on ymmärtäminen, että emme ole kehittyneet nykyisistä apinoista, vaan meillä on pikemminkin yhteinen esi-isä heidän kanssaan. Apinoiden ja ihmisten puussa erottuu siitä, että "apina" tunnetut tiedot eivät ole kelvollinen monofiilinen ryhmä, koska se sulkee ihmiset pois.

Lähde: Valmistaja Mariana Gelambi.

Ketartiodaktyylien fylogeny (Cetartiodactyla)

Evolutionaarisesti valaat edustivat selkärankaisten ryhmää, jonka suhteet muihin muihin nisäkkäisiin eivät olleet kovin selviä. Morfologisesti valaat, delfiinit ja muut jäsenet muistuttavat vain vähän toisia nisäkkäitä.

Tällä hetkellä erilaisten morfologisten ja molekyylisten hahmojen tutkimuksen ansiosta on voitu päätellä, että suurten valaiden sisaryhmä muodostuu artiodaktyyleistä - sorkka- ja kavioeläimistä, joissa on jopa parveja.

Lähde: Valmistaja Mariana Gelambi.

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. Kardong, KV (2006). Selkärankaiset: vertaileva anatomia, toiminta, evoluutio. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). Princetonin opas evoluutioon. Princeton University Press.
8. Page, RD, ja Holmes, EC (2009). Molekyylin kehitys: fylogeneettinen lähestymistapa. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Tietosanakirja evoluutiosta. Infobase-julkaisu.
10. Starr, C., Evers, C., ja Starr, L. (2010). Biologia: käsitteet ja sovellukset ilman fysiologiaa. Cengagen oppiminen.