FILOGENIJA: INTERPRETACIJA, MEDŽIŲ RŪŠYS, PRITAIKYMAI - BIOLOGIJA - 2025

Filogenija iš evoliucinės biologijos, yra evoliucijos istoriją iš organizmų ar rūšių grupės atstovavimas, pabrėžiant kilmės linijos ir giminystės ryšius tarp grupių.

Šiandien biologai rekonstravo tūkstančius medžių, naudodamiesi duomenimis, gautais iš palyginamosios morfologijos ir anatomijos bei iš genų sekų.

Šaltinis: Wilson JEM Costa, per „Wikimedia Commons“

Šie medžiai siekia aprašyti skirtingų rūšių gyvūnų, augalų, mikrobų ir kitų organinių būtybių, gyvenančių žemėje, evoliucijos istoriją.

Analogija su gyvybės medžiu datuojama Charleso Darwino laikais. Šis puikus britų gamtininkas šedevre „Rūšių kilmė“ užfiksuoja vieną vaizdą: „medį“, kuris žymi linijų skaičių, pradedant nuo bendro protėvio.

Kas yra filogenija?

Atsižvelgiant į biologinius mokslus, vienas nuostabiausių įvykių, kuris įvyko, yra evoliucija. Minėti organinių formų pokyčiai laikui bėgant gali būti pavaizduoti filogenetiniame medyje. Todėl filogenija išreiškia linijų istoriją ir kaip laikui bėgant jos pasikeitė.

Vienas iš tiesioginių šio grafiko padarinių yra dažnas protėvis. T. y., Visi organizmai, kuriuos mes matome šiandien, tapo palikuonimis, pakeitusiais ankstesnes formas. Ši idėja buvo viena reikšmingiausių mokslo istorijoje.

Visos gyvybės formos, kurias galime pamatyti šiandien - nuo mikroskopinių bakterijų iki augalų ir didžiausių stuburinių - yra sujungtos, ir šis ryšys pavaizduotas didžiuliame ir painiame gyvenimo medyje.

Remiantis medžio analogija, šiandien gyvenančios rūšys vaizduoja lapus, o likusios šakos - jų evoliucijos istoriją.

Kas yra filogenetinis medis?

Parodyta supaprastinta Metazo filogenija. Kai kurioms grupėms kai kurių tipų akys, kurias jos gali pateikti, yra schematiškai vaizduojamos: Taurė, Fotoaparatas su šviesos įėjimo anga, Kamera su objektyvu, Sudėtinė pagal paskyrimą ir Sudaryta superpozicija. Laura bibiana, iš „Wikimedia Commons“

Filogenetinis medis yra organizmų grupės evoliucijos istorijos grafinis vaizdas. Šis istorinių santykių modelis yra filogenija, kurią tyrėjai bando įvertinti.

Medžius sudaro mazgai, jungiantys „šakas“. Kiekvienos šakos galiniai mazgai yra galiniai taksonai ir žymi sekas ar organizmus, apie kuriuos yra žinoma duomenų - tai gali būti gyvos ar išnykusios rūšys.

Vidiniai mazgai žymi hipotetinius protėvius, o medžio šaknyje rastas protėvis žymi visų grafike pavaizduotų sekų protėvius.

Kaip aiškinami filogenetiniai medžiai?

Filogenetinį medį galima apibūdinti įvairiais būdais. Dėl šios priežasties svarbu žinoti, kaip atpažinti, ar šie skirtumai, pastebimi tarp dviejų medžių, atsiranda dėl skirtingų topologijų - tai yra realūs skirtumai, atitinkantys dvi rašybos rūšis, ar tai tiesiog skirtumai, susiję su vaizdavimo stiliumi.

Pvz., Etikečių pateikimo tvarka viršuje gali skirtis, nekeičiant grafinio paveikslo prasmės, paprastai rūšies, genties, šeimos pavadinimo ir kitų kategorijų.

Taip nutinka todėl, kad medžiai primena mobilųjį, kuriame šakos gali pasisukti nekeisdamos atstovaujamų rūšių santykio.

Šia prasme nesvarbu, kiek kartų keičiama tvarka ar pasukami „kabantys“ objektai, nes tai nekeičia jų sujungimo būdo - ir tai yra svarbus dalykas.

Kaip rekonstruojamos filogenijos?

Filogenijos yra hipotezės, kurios formuluojamos remiantis netiesioginiais įrodymais. Filogenijos likvidavimas yra panašus į tyrėjo darbą, tiriantį nusikaltimą, sekant įkalčiais iš nusikaltimo vietos.

Biologai savo filogeniją dažnai postuluoja naudodamiesi įvairių šakų, tokių kaip paleontologija, lyginamoji anatomija, lyginamoji embriologija ir molekulinė biologija, žiniomis.

Iškastiniai duomenys, nors ir neišsamūs, pateikia labai vertingos informacijos apie rūšių grupių skirtumus.

Laikui bėgant, molekulinė biologija aplenkė visas paminėtas sritis, o dauguma filogenijų yra išvestos iš molekulinių duomenų.

Tikslas atstatyti filogenetinį medį turi keletą pagrindinių trūkumų. Apytiksliai 1,8 milijono rūšių yra aprašyta ir dar daugiau jų neaprašyta.

Ir nors nemažas skaičius mokslininkų kiekvieną dieną stengiasi atkurti rūšių ryšius, vis dar nėra išbaigto medžio.

Homologiški personažai

Kai biologai nori apibūdinti dviejų struktūrų ar procesų panašumus, jie gali tai padaryti bendrų protėvių (homologijų), analogijų (funkcijos) ar homoplazijos (morfologinio panašumo) prasme.

Norėdami rekonstruoti filogeniją, naudojami išskirtinai homologiniai simboliai. Homologija yra pagrindinė evoliucijos ir rūšių santykių atstatymo samprata, nes tik ji tinkamai atspindi bendrą organizmų protėvį.

Tarkime, kad norime daryti išvadą apie trijų grupių filogeniją: paukščių, šikšnosparnių ir žmonių. Norėdami pasiekti savo tikslą, nusprendėme naudoti viršutines galūnes kaip savybę, padedančią mums atskirti santykių modelį.

Kadangi paukščiai ir šikšnosparniai turi modifikuotas skrydžio struktūras, mes galime klaidingai daryti išvadą, kad šikšnosparniai ir paukščiai yra labiau susiję vienas su kitu nei šikšnosparniai žmonėms. Kodėl priėjome klaidingą išvadą? Nes mes panaudojome analogišką ir nehomologinį charakterį.

Norėdamas rasti teisingus santykius, turiu ieškoti homologinio pobūdžio, pavyzdžiui, plaukų, pieno liaukų ir trijų mažų kaulų vidurinėje ausyje - tereikia paminėti kelis. Tačiau homologijas nėra lengva diagnozuoti.

Medžių rūšys

Ne visi medžiai yra vienodi, yra skirtingi grafiniai vaizdai ir kiekvienas iš jų sugeba įkomponuoti savitą grupės evoliucijos bruožą.

Pagrindiniai medžiai yra kladogramos. Šie grafikai parodo ryšius pagal bendrąją protėvį (pagal naujausius bendruosius protėvius).

Prieduose yra papildomos informacijos ir jie vaizduojami šakų ilgio atžvilgiu.

Skaičiai, susieti su kiekviena šaka, atitinka tam tikrą sekos požymį - pavyzdžiui, evoliucijos pokyčių, kuriuos išgyveno organizmai, kiekį. Be „priedų medžių“, jie dar žinomi kaip metriniai medžiai arba filogramos.

Ultrametriniai medžiai, dar vadinami dendogramomis, yra ypatingas priedų medžių atvejis, kai medžio galiukai yra vienodai nutolę nuo šaknies iki medžio.

Šie du paskutiniai variantai turi visus duomenis, kuriuos galime rasti kladogramoje, ir papildomos informacijos. Todėl jie nėra išskirtiniai, jei ne papildomi.

Politomijos

Daugybę kartų medžių mazgai nėra visiškai ištaisyti. Vizualiai sakoma, kad yra politomija, kai iš naujos iškyla daugiau nei trys šakos (yra vienas protėvis daugiau nei dviem tiesioginiams palikuonims). Kai medis neturi polomijų, sakoma, kad jis visiškai išnyks.

Yra dviejų tipų polimerai. Pirmieji yra „kieti“ politomai. Tai būdingi tyrimo grupei ir rodo, kad palikuonys evoliucionavo tuo pačiu metu. Kaip alternatyva, „minkštos“ politomijos rodo neišspręstus ryšius, kuriuos sukelia duomenys per se.

Evoliucinė klasifikacija

Monofilinės linijos

Evoliucijos biologai siekia rasti klasifikaciją, atitinkančią filogenetinės grupių istorijos išsišakojimo modelį. Šiame procese buvo sukurta evoliucijos biologijoje plačiai naudojamų terminų serija: monofiletinė, parafiletinė ir polifiletinė.

Monofilinis taksonas arba giminė yra tokia, kurią sudaro protėvių rūšys, kurios yra pavaizduotos mazge, ir visi jo palikuonys, bet ne kitos rūšys. Šis grupavimas vadinamas klade.

Kiekviename taksonominės hierarchijos lygyje yra apibrėžtos monofiletinės linijos. Pavyzdžiui, šeima Felidae, kilmė, kurioje yra kačių (įskaitant namines kates), laikoma monofiline.

Panašiai „Animalia“ taip pat yra monofilinis taksonas. Kaip matome, Felidae šeima yra Animalia, todėl monofiletines grupes galima sukti į lizdus.

Parafiletinės ir polifiletinės linijos

Tačiau ne visiems biologams būdingas kladistinis klasifikavimo mąstymas. Tais atvejais, kai duomenys nėra išsamūs arba paprasčiausiai patogumo dėlei, yra įvardijami tam tikri taksonai, į kuriuos įeina rūšys iš skirtingų kladų ar aukštesnių taksonų, kurie neturi naujausio bendro protėvio.

Tokiu būdu taksonas yra polifiletinis, jis apibrėžiamas kaip grupė, kurią sudaro organizmai iš skirtingų kladelių, ir jie neturi bendro protėvio. Pvz., Jei norime paskirti homeotermų grupę, ją sudarytų paukščiai ir žinduoliai.

Priešingai, parafiletinėje grupėje nėra visų naujausių protėvių palikuonių. Kitaip tariant, tai neįtraukia kai kurių grupės narių. Labiausiai naudojamas pavyzdys yra ropliai, šioje grupėje nėra visų naujausio protėvio palikuonių: paukščių.

Programos

Filogenijos, ne tik prisidedančios prie sunkios gyvybės medžio išaiškinimo, turi ir gana reikšmingų taikymo būdų.

Medicinos srityje filogenijos naudojamos norint nustatyti infekcinių ligų, tokių kaip AIDS, dengės karštligė ir gripas, kilmę ir plitimo greitį.

Jie taip pat naudojami išsaugojimo biologijos srityje. Žinios apie nykstančios rūšies filogenezę yra būtinos norint nustatyti individų tarpusavio susimaišymo modelius ir hibridizacijos bei įbrėžimo laipsnį.

Nuorodos

1. Baum, DA, Smith, SD ir Donovan, SS (2005). Medžio mąstymo iššūkis. Mokslas, 310 (5750), 979–980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Kvietimas į biologiją. Macmillanas.
3. Salė, BK (red.). (2012). Homologija: hierarchinis lyginamosios biologijos pagrindas. Akademinė spauda.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integruoti zoologijos principai. „McGraw“ - kalva.
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). Filogenijos ir taksonomijos sintezė į išsamų gyvenimo medį. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 112 (41), 12764-9.
6. Kardongas, KV (2006). Stuburiniai gyvūnai: lyginamoji anatomija, funkcijos, evoliucija. McGraw-Hill.
7. Puslapis, RD ir Holmes, EC (2009). Molekulinė evoliucija: filogenetinis požiūris. Johnas Wiley ir sūnūs.