ФИЛОГЕНЕТИЧНО ДЪРВО: ВИДОВЕ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А филогенетичното дърво е математически графично представяне на историята и предците на наследен взаимоотношения на групи, популации, видове, или всяка друга таксономична категория. Теоретично всички филогенетични дървета могат да бъдат групирани в дървото на живота, съставляващи универсалното дърво.

Тези графични изображения са революционизирали изследването на еволюционната биология, тъй като позволяват да се установи и дефинира вид, да се тестват различни еволюционни хипотези (като ендосимбиотична теория), да се оцени произходът на болестите (като ХИВ) и др.

Източник: Джон Гулд (14. септември 1804 г. - 3. февруари 1888 г.)

Дърветата могат да бъдат реконструирани с помощта на морфологични или молекулярни знаци или и двете. По същия начин съществуват различни методи за тяхното изграждане, като най-често срещаната е кладистката методология. Това се стреми да идентифицира споделени производни герои, известни като синапоморфия.

характеристики

Един от принципите, разработени от Чарлз Дарвин, е общото потекло на всички живи организми - тоест всички споделяме отдалечен предшественик.

В „Произходът на видовете“ Дарвин повдига метафората за „дървото на живота“. Всъщност той използва хипотетично графично дърво, за да развие идеята си (любопитно е, че това е единствената илюстрация на Произхода).

Представянето на тази метафора е това, което познаваме като филогенетични дървета, което ни позволява да изобразяваме графично историята и взаимоотношенията на конкретна група организми.

Анатомия на филогенетично дърво

В филогенетичните дървета можем да различим следните части - продължавайки с ботаническата аналогия:

Клони: линиите на дървото се наричат ​​"клони" и те представляват изследваните популации във времето. В зависимост от вида на дървото (вижте по-долу), дължината на клона може или няма значение.

В съветите на клоните откриваме организмите, които искаме да оценим. Това могат да бъдат същества, които в момента са живи, или изчезнали същества. Видът биха били листата на нашето дърво.

Корен: коренът е най-древният клон на дървото. Някои го имат и се наричат ​​вкоренени дървета, докато други не.

Възли: точките на разклонения на клони в две или повече линии се наричат ​​възли. Точката представлява най-скорошния общ прародител на потомствените групи (имайте предвид, че тези предци са хипотетични).

Наличието на възел предполага събитие със спецификация - създаване на нови видове. След това всеки вид следва своя еволюционен ход.

Допълнителна терминология

В допълнение към тези три основни понятия, има и други необходими термини, когато става дума за филогенетични дървета:

Политомия: когато филогенетичното дърво има повече от два клона във възел, се казва, че има политомия. В тези случаи филогенетичното дърво не е напълно разрешено, тъй като връзките между участващите организми не са ясни. Това често се случва поради липса на данни и може да бъде поправено само когато изследовател натрупа повече.

Външна група: във филогенетични въпроси е обичайно да се чуе концепцията за външна група - наричана още външна група. Тази група е избрана, за да може да изкорени дървото. Той трябва да бъде избран като таксон, който по-рано се е отклонил от изследваната група. Например, ако изучавам ехинодерми, можете да групирате морски шприцове.

Видове

Има три основни типа дървета: кладограми, добавъчни дървета и ултраметрични дървета.

Кладограмите са най-простите дървета и показват връзката на организмите по отношение на общото потекло. Информацията за този вид дърво се намира в моделите на разклоняване, тъй като размерът на клоните няма допълнително значение.

Вторият вид дърво е добавката, наричана още метрични дървета или филограми. Дължината на клоните е свързана с количеството на еволюционната промяна.

И накрая, имаме ултраметрични дървета или дендограми, където всички върхове на дърветата са на едно и също разстояние (което не е така във филограмата, където върхът може да изглежда по-нисък или по-висок от партньора му). Дължината на клона е свързана с еволюционното време.

Изборът на дървото е пряко свързан с еволюционния въпрос, на който искаме да отговорим. Например, ако се отнасяме само за взаимоотношенията между индивидите, за изследването ще е достатъчна кладограма.

Най-често срещани грешки при четене на филогенетични дървета

Въпреки че филогенетичните дървета често са широко използвани графики в еволюционната биология (и общата биология), има много студенти и професионалисти, които погрешно интерпретират съобщението, че тези очевидно прости графики са предназначени да предоставят на читателя.

Няма багажник

Първата грешка е да ги прочетете отстрани, като приемете, че еволюцията предполага напредък. Ако разберем правилно еволюционния процес, няма причина да мислим, че прародителният вид е отляво, а по-напредналите видове вдясно.

Въпреки че ботаническата аналогия на едно дърво е много полезна, идва момент, в който вече не е толкова точно. Има решаваща дървовидна структура, която няма в дървото: багажникът. Във филогенетичните дървета не намираме основни клонове.

По-конкретно, някои хора биха могли да смятат човека за крайна „цел“ на еволюцията и затова видът Homo sapiens винаги трябва да бъде разположен като крайна цялост.

Това мнение обаче не е в съответствие с еволюционните принципи. Ако разберем, че филогенетичните дървета са мобилни елементи, можем да поставим Homo във всяко крайно положение на дървото, тъй като тази характеристика не е релевантна в представянето.

Възлите могат да се въртят

Жизненоважна характеристика, която трябва да разберем за филогенетичните дървета е, че те представляват нестатични графики.

В тях всички тези клонове могат да се въртят - по същия начин, по който може да се движи мобилен телефон. Нямаме предвид, че можем да преместваме клоните по желание, защото някои движения ще включват промяна на модела или топологията на дървото. Това, което можем да въртим, са възлите.

За да интерпретираме съобщението на дърво, не трябва да се фокусираме върху върховете на клоните, трябва да се съсредоточим върху точките на клоните, които са най-важният аспект на графиката.

Освен това трябва да имаме предвид, че има няколко начина да нарисуваме дърво. Много пъти това зависи от стила на книгата или списанието и промените във формата и позицията на клоните не влияят на информацията, която искат да ни предадат.

Не можем да заключим за съществуването на сегашни предшественици или „стари“ видове

Когато ще се отнасяме към настоящите видове, не трябва да прилагаме конотации от предци към тях. Например, когато мислим за връзките между шимпанзетата и хората, можем да разберем погрешно, че шимпанзетата са предци на нашата родова линия.

Въпреки това, общият прародител на шимпанзетата и хората не беше нито едното, нито другото. Да си помислим, че шимпанзето е родословно би било да се приеме, че еволюцията му е спряла, след като и двете линии се разделят.

Следвайки същата логика на тези идеи, филогенетичното дърво не ни казва дали има и млади видове. Тъй като алелните честоти непрекъснато се променят и има нови символи, които се променят с течение на времето, е трудно да се определи възрастта на един вид и със сигурност едно дърво не ни дава такава информация.

"Промяната на алелните честоти във времето" е как популационната генетика определя еволюцията.

Те са непроменими

Когато гледаме филогенетично дърво, трябва да разберем, че тази графика е просто хипотеза, генерирана от конкретни доказателства. Възможно е, ако добавим още знаци към дървото, то ще промени топологията му.

Ключов е опитът на учените в избора на най-добрите персонажи за изясняване на връзките на въпросните организми. Освен това има много мощни статистически инструменти, които позволяват на изследователите да оценят дърветата и да изберат най-правдоподобното.

Примери

Трите области на живота: Архея, Бактерия и Еукария

През 1977 г. изследователят Карл Уиз предлага групиране на живите организми в три области: Архея, Бактерия и Еукария. Тази нова класификационна система (преди имаше само две категории, Eukaryota и Prokaryota) се основаваше на молекулярния маркер на рибозомната РНК.

Бактериите и еукариотите са широко известни организми. Археите често се заблуждават с бактерии. Те обаче се различават дълбоко в структурата на техните клетъчни компоненти.

Следователно, въпреки че са микроскопични организми като бактерии, членовете на домена Archaea са по-тясно свързани с еукариотите - защото имат по-близък общ прародител.

Източник: Подготвил Мариана Геламби.

Филогения на примати

В еволюционната биология една от най-противоречивите теми е еволюцията на човека. За противниците на тази теория еволюция, започваща от маймунски предшественик, която е породила съвременния човек, не е логична.

Ключова концепция е разбирането, че ние не сме се развили от сегашните маймуни, а по-скоро споделихме общ прародител с тях. В дървото на маймуните и хората се откроява, че това, което знаем като „маймуна“, не е валидна монофилетична група, тъй като изключва хората.

Източник: Подготвил Мариана Геламби.

Филогения на цетартиодактили (Cetartiodactyla)

Еволюционно казано, китообразните представляват група гръбначни животни, чиито взаимоотношения с останалите им колеги бозайници не са много ясни. Морфологично, китовете, делфините и другите членове имат малка прилика с други бозайници.

В момента, благодарение на изследването на различни морфологични и молекулярни характери, беше възможно да се заключи, че сестринската група на големите китоподобни се образува от артиодактили - копитни животни с равномерни копита.

Източник: Подготвил Мариана Геламби.

Препратки

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Предизвикателството за мислене на дървото. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Покана за биология. Macmillan.
3. Зала, БК (Ред.). (2012 г.). Хомология: Йерархичната основа на сравнителната биология. Академична преса.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Интегрирани принципи на зоологията. McGraw - Хил.
5. Kardong, KV (2006). Гръбначни: сравнителна анатомия, функция, еволюция. McGraw-Hill.
6. Климан, РМ (2016). Енциклопедия на еволюционната биология. Академична преса.
7. Losos, JB (2013). Ръководството на Принстън към еволюцията. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Молекулярна еволюция: филогенетичен подход. John Wiley & Sons.
9. Райс, SA (2009). Енциклопедия на еволюцията. Издаване на база данни
10. Starr, C., Evers, C., и Starr, L. (2010). Биология: концепции и приложения без физиология. Учене в Cengage.