FILOGENETSKO DREVO: VRSTE IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

Filogenetski drevo je matematični grafični prikaz razmerij zgodovine in prednik, potomec skupine, populacije, vrste, ali katero koli drugo taksonomsko kategorijo. Teoretično lahko vsa filogenetska drevesa združimo v drevo življenja, ki predstavlja univerzalno drevo.

Ti grafični prikazi so revolucionarno preučevali evolucijsko biologijo, saj omogočajo vzpostavitev in definiranje vrste, preizkušanje različnih evolucijskih hipotez (kot je endosimbiotska teorija), ocenjevanje izvora bolezni (kot je HIV) itd.

Vir: John Gould (14. september 1804 - 3. februar 1888)

Drevesa je mogoče rekonstruirati z uporabo morfoloških ali molekularnih znakov ali obojega. Na enak način obstajajo različne metode za njihovo gradnjo, najpogostejša pa je kladistična metodologija. S tem naj bi prepoznali skupne izpeljane like, znane kot sinapomorfija.

značilnosti

Eno od načel, ki ga je razvil Charles Darwin, je skupna prednica vseh živih organizmov - torej vsi si delimo oddaljenega prednika.

V filmu "Izvor vrst" Darwin postavlja metaforo "drevesa življenja". Pravzaprav uporablja hipotetično grafično drevo, da razvije svojo idejo (radovedno je, da je to edina ilustracija nastanka).

Predstavitev te metafore je tisto, kar poznamo kot filogenetska drevesa, ki nam omogočajo grafično prikazovanje zgodovine in odnosov določene skupine organizmov.

Anatomija filogenetskega drevesa

V filogenetskih drevesih lahko ločimo naslednje dele - nadaljujemo z botanično analogijo:

Podružnice: vrstice drevesa imenujemo "veje", ki predstavljajo populacijo študije skozi čas. Dolžina veje lahko odvisno od vrste drevesa (glej spodaj) ali nima pomena.

Na konicah vej najdemo organizme, ki jih želimo oceniti. To so lahko bitja, ki so trenutno živa, ali izumrla bitja. Vrsta bi bili listi našega drevesa.

Korenina: korenina je najstarejša veja drevesa. Nekateri ga imajo in se imenujejo zakoreninjena drevesa, drugi pa ne.

Vozlišča: Točke vej v dveh ali več rodovih imenujemo vozlišča. Pika predstavlja zadnjega skupnega prednika skupin potomcev (upoštevajte, da so ti predniki hipotetični).

Obstoj vozlišča pomeni dogodek specifikacije - ustvarjanje novih vrst. Po tem vsaka vrsta sledi svojemu evolucijskemu poteku.

Dodatna terminologija

Poleg teh treh osnovnih pojmov obstajajo tudi drugi potrebni izrazi, kadar gre za filogenetska drevesa:

Politomija: kadar ima filogenetsko drevo več kot dve veji v vozlišču, rečemo, da obstaja poltomija. V teh primerih filogenetsko drevo ni popolnoma razrešeno, saj razmerja med vpletenimi organizmi niso jasna. To se pogosto zgodi zaradi pomanjkanja podatkov, odpraviti pa ga je mogoče le, če raziskovalec nabere več.

Zunanja skupina: v filogenetskih vprašanjih je običajno slišati koncept zunanje skupine - imenovane tudi zunanja skupina. Ta skupina je izbrana, da lahko drevo korenini. Izbrati ga je treba kot takson, ki se je prej oddaljil od študijske skupine. Na primer, če preučujem iglokožce, lahko prekrižate morske škripce.

Vrste

Obstajajo tri osnovne vrste dreves: kladogrami, drevesa z dodatki in ultrametrična drevesa.

Cladogrami so najpreprostejša drevesa in prikazujejo odnos organizmov v smislu skupnega prednika. Podatki o tej vrsti drevesa so v razvejanih vzorcih, saj velikost vej nima dodatnega pomena.

Druga vrsta drevesa je dodatek, imenovan tudi metrična drevesa ali filogrami. Dolžina vej je povezana s količino evolucijske spremembe.

Končno imamo ultrametrična drevesa ali dendograme, kjer so vsi konci dreves na isti razdalji (kar ne velja v filogramu, kjer se lahko konica zdi nižja ali višja od njenega partnerja). Dolžina veje je povezana z evolucijskim časom.

Izbira drevesa je neposredno povezana z evolucijskim vprašanjem, na katerega želimo odgovoriti. Na primer, če nas zadevajo samo odnosi med posamezniki, bo za študijo zadoščal kladogram.

Najpogostejše napake pri branju filogenetskih dreves

Čeprav se v evolucijski biologiji (in splošni biologiji) filogenetska drevesa pogosto pogosto uporabljajo, obstajajo številni študenti in strokovnjaki, ki napačno razlagajo sporočilo, da naj bi ti navidezno preprosti grafji posredovali bralcu.

Ni debla

Prva napaka je, da jih beremo po strani, ob predpostavki, da evolucija pomeni napredek. Če pravilno razumemo evolucijski proces, ni razloga, da bi mislili, da so vrste prednikov na levi, naprednejše vrste na desni.

Čeprav je botanična analogija drevesa zelo koristna, pride do točke, ko ni več tako natančna. Ključna je drevesna zgradba, ki je na drevesu ni: deblo. V filogenetskih drevesih ne najdemo nobenih glavnih vej.

Natančneje, nekateri bi človeka lahko smatrali za končni "cilj" evolucije, zato bi bilo treba vrsto homo sapiens vedno najti kot končno celoto.

Vendar to stališče ni v skladu z evolucijskimi načeli. Če razumemo, da so filogenetska drevesa mobilni elementi, lahko Homo postavimo v kateri koli terminalni položaj drevesa, saj ta značilnost ni pomembna pri predstavitvi.

Vozlišča se lahko vrtijo

Ključna lastnost, ki jo moramo razumeti pri filogenetskih drevesih, je ta, da predstavljajo nestatične grafe.

V njih se lahko vse te veje vrtijo - na enak način kot mobilni telefon. Ne mislimo, da lahko premikamo veje po svoji volji, ker bi nekatera gibanja vključevala spremembo vzorca ali topologije drevesa. Kar lahko vrtimo so vozlišča.

Za razlago sporočila drevesa se ne smemo osredotočati na konice vej, osredotočiti se moramo na veje točke, ki so najpomembnejši vidik grafa.

Poleg tega moramo upoštevati, da obstaja več načinov za risanje drevesa. Velikokrat je to odvisno od sloga knjige ali revije in spremembe oblike in položaja vej ne vplivajo na informacije, ki nam jih želijo posredovati.

Ne moremo sklepati o obstoju sedanjih prednikov ali "starih" vrst

Ko se bomo nanašali na trenutne vrste, nanje ne bi smeli uporabljati konotacij prednikov. Na primer, ko razmišljamo o odnosih med šimpanzi in ljudmi, lahko napačno razumemo, da so šimpanzi predniki naše rodovine.

Vendar skupni prednik šimpanzov in ljudi ni bil noben. Če bi pomislili, da je šimpanza prednik, bi bilo domnevati, da se je njen razvoj ustavil, ko sta se obe rodovi ločili.

Po isti logiki teh idej nam filogenetsko drevo ne pove, ali obstajajo tudi mlade vrste. Ker se alelne frekvence nenehno spreminjajo in se sčasoma spreminjajo novi znaki, je težko določiti starost vrste in zagotovo nam drevo ne daje takšnih informacij.

"Sprememba frekvenc alelov sčasoma" je način, kako populacijska genetika določa evolucijo.

So nespremenljivi

Ko gledamo filogenetsko drevo, moramo razumeti, da je ta graf preprosto hipoteza, ki izhaja iz konkretnih dokazov. Mogoče je, da če drevesu dodamo več znakov, bo to spremenilo njegovo topologijo.

Ključno je znanje znanstvenikov pri izbiri najboljših znakov za razjasnitev odnosov zadevnih organizmov. Poleg tega obstajajo zelo močna statistična orodja, ki raziskovalcem omogočajo, da ocenijo drevesa in izberejo najbolj verjetno.

Primeri

Tri življenjska področja: Archaea, Bakterije in Eukarya

Leta 1977 je raziskovalec Carl Woese predlagal združevanje živih organizmov v tri domene: Archaea, Bakcteria in Eukarya. Ta nov sistem razvrščanja (prej sta bili le dve kategoriji, Eukaryota in Prokaryota) je temeljil na molekularnem markerju ribosomske RNA.

Bakterije in evkarionti so splošno znani organizmi. Arhee pogosto zmotijo ​​bakterije. Vendar se ti močno razlikujejo v strukturi njihovih celičnih komponent.

Čeprav gre za mikroskopske organizme kot bakterije, so člani področja Archaea bolj povezani z evkarioti - ker imajo bližje skupnega prednika.

Vir: Pripravila Mariana Gelambi.

Filogenija primatov

V evolucijski biologiji je ena najbolj kontroverznih tem evolucija človeka. Za nasprotnike te teorije evolucija, ki se začne od prednika, ki se ponaša z majmuni, je rodila sodobnega človeka, ni logična.

Ključni koncept je razumevanje, da se nismo razvili iz sedanjih opic, temveč smo z njimi delili skupnega prednika. Pri drevesu opic in ljudi izstopa, da tisto, kar poznamo kot "opica", ni veljavna monofiletna skupina, saj izključuje človeka.

Vir: Pripravila Mariana Gelambi.

Filogenija cetartiodaktilov (Cetartiodactyla)

Evolucijsko gledano so kitovi predstavljali skupino vretenčarjev, katerih odnosi s preostalimi kolegi sesalci niso bili zelo jasni. Kitovi, delfini in drugi člani so morfološko zelo podobni drugim sesalcem.

Trenutno je po zaslugi preučevanja različnih morfoloških in molekulskih znakov mogoče sklepati, da sestrsko skupino velikih kitov tvorijo artiodaktili - kopitarji z enakomernimi kopiti.

Vir: Pripravila Mariana Gelambi.

Reference

1. Baum, DA, Smith, SD in Donovan, SS (2005). Izziv za razmišljanje o drevesu. Znanost, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., in Barnes, NS (1994). Povabilo k biologiji. Macmillan.
3. Hall, BK (ur.). (2012). Homologija: Hierarhična osnova primerjalne biologije. Akademski tisk.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije. McGraw - Hill.
5. Kardong, KV (2006). Vretenčarji: primerjalna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Enciklopedija evolucijske biologije. Akademski tisk.
7. Losos, JB (2013). Princeton vodnik k evoluciji. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekularna evolucija: filogenetski pristop. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Enciklopedija evolucije. Založništvo Infobase
10. Starr, C., Evers, C., in Starr, L. (2010). Biologija: koncepti in aplikacije brez fiziologije. Cengage Learning.