Fylogenetická interpretace, typy stromů, aplikace

1881
Charles McCarthy

A fylogeneze, V evoluční biologii je to reprezentace evoluční historie skupiny organismů nebo druhů, zdůrazňující linii původu a příbuzenské vztahy mezi skupinami..

Dnes biologové používají data především ze srovnávací morfologie a anatomie a z genových sekvencí k rekonstrukci tisíců a tisíců stromů..

Zdroj: Wilson J. E. M. Costa [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], prostřednictvím Wikimedia Commons

Tyto stromy se snaží popsat evoluční historii různých druhů zvířat, rostlin, mikrobů a dalších organických bytostí, které obývají Zemi..

Analogie se stromem života pochází z doby Charlese Darwina. Tento skvělý britský přírodovědec zachycuje mistrovské dílo "Původ druhů„Jediný obrázek:„ strom “, který představuje rozvětvení linií, počínaje společným předkem.

Rejstřík článků

  • 1 Co je to fylogeneze?
  • 2 Co je to fylogenetický strom?
  • 3 Jak jsou interpretovány fylogenetické stromy?
  • 4 Jak jsou rekonstruovány fylogeneze?
    • 4.1 Homologní znaky
  • 5 druhů stromů
  • 6 Politomias
  • 7 Evoluční klasifikace
    • 7.1 Monofyletické linie
    • 7.2 Parafyletické a polyfyletické linie
  • 8 Aplikace
  • 9 Odkazy

Co je to fylogeneze?

Ve světle biologických věd je jednou z nejúžasnějších událostí, ke kterým došlo, evoluce. Tuto změnu v organických formách v průběhu času lze vyjádřit ve fylogenetickém stromu. Fylogeneze proto vyjadřuje historii linií a to, jak se v průběhu času měnily..

Jedním z přímých důsledků tohoto grafu je společný původ. To znamená, že všechny organismy, které dnes vidíme, se ukázaly jako potomci s modifikacemi minulých forem. Tato myšlenka byla jednou z nejvýznamnějších v historii vědy.

Všechny formy života, které dnes dokážeme ocenit - od mikroskopických bakterií po rostliny a největší obratlovce - jsou propojeny a tento vztah je zastoupen v obrovském a složitém stromu života..

V rámci analogie stromu by druhy, které dnes žijí, představovaly listy a zbytek větví by byl jejich evoluční historií.

Co je to fylogenetický strom?

Je zobrazena zjednodušená fylogeneze Metazoa. U některých skupin je schematické znázornění spojeno s některými typy očí, které se mohou projevit: Šálek, Fotoaparát se vstupním otvorem pro světlo, Fotoaparát s objektivem, Složeno apozicí a Složeno superpozicí. Laura bibiana [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], z Wikimedia Commons

Fylogenetický strom je grafickým znázorněním evoluční historie skupiny organismů. Tento vzorec historických vztahů je fylogeneze, kterou se vědci snaží odhadnout..

Stromy se skládají z uzlů, které spojují „větve“. Terminální uzly každé větve jsou terminální taxony a představují sekvence nebo organismy, pro které jsou data známa - mohou to být živé nebo vyhynulé druhy.

Vnitřní uzly představují hypotetické předky, zatímco předchůdce nalezený v kořenovém adresáři stromu představuje předka všech sekvencí znázorněných v grafu..

Jak jsou interpretovány fylogenetické stromy?

Existuje mnoho způsobů, jak reprezentovat fylogenetický strom. Proto je důležité vědět, jak rozpoznat, zda tyto rozdíly pozorované mezi dvěma stromy jsou způsobeny odlišnou topologií - tj. Skutečnými rozdíly odpovídajícími dvěma hláskováním - nebo jsou to jednoduše rozdíly související se stylem reprezentace..

Například pořadí, ve kterém se štítky objevují nahoře, se může lišit, aniž by se měnil význam grafického znázornění, mimo jiné obecně název druhu, rodu, čeledi..

K tomu dochází, protože stromy připomínají mobil, kde se větve mohou otáčet, aniž by se změnil vztah zastoupeného druhu..

V tomto smyslu nezáleží na tom, kolikrát se změní pořadí nebo se otočí objekty, které „visí“, protože to nezmění způsob, jakým jsou spojeny - a to je důležité..

Jak jsou rekonstruovány fylogeneze?

Fylogeneze jsou hypotézy, které jsou formulovány na základě nepřímých důkazů. Objasnění fylogeneze se podobá práci vyšetřovatele při řešení zločinu sledováním vodítek z místa činu.

Biologové často předpokládají své fylogeneze pomocí znalostí z různých oborů, jako je paleontologie, srovnávací anatomie, srovnávací embryologie a molekulární biologie..

Fosilní záznam, i když neúplný, poskytuje velmi cenné informace o dobách divergence skupin druhů.

Postupem času překonala molekulární biologie všechna výše uvedená pole a většina fylogenezí je odvozena z molekulárních dat..

Cíl rekonstrukce fylogenetického stromu má řadu hlavních nevýhod. Existuje přibližně 1,8 milionu pojmenovaných druhů a mnoho dalších, aniž by byly popsány.

A ačkoli se značný počet vědců snaží každý den rekonstruovat vztahy mezi druhy, stále neexistuje žádný úplný strom.

Homologní postavy

Pokud si biologové přejí popsat podobnosti mezi dvěma strukturami nebo procesy, mohou tak učinit z hlediska společného původu (homologie), analogií (funkce) nebo homoplazie (morfologická podobnost)..

K rekonstrukci fylogeneze se používají výhradně homologní znaky. Homologie je klíčovým pojmem v evoluci a obnově vztahů mezi druhy, protože pouze adekvátně odráží společný původ organismů.

Předpokládejme, že chceme odvodit fylogenezi tří skupin: ptáků, netopýrů a lidí. Abychom splnili náš cíl, rozhodli jsme se použít horní končetiny jako charakteristiku, která nám pomáhá rozeznat vzor vztahů..

Vzhledem k tomu, že ptáci a netopýři mají za letu upravenou strukturu, mohli bychom mylně dojít k závěru, že netopýři a ptáci jsou si navzájem bližší než netopýři. Proč jsme dospěli ke špatnému závěru? Protože jsme použili analogický a nehomologní znak.

Abych našel správný vztah, musím hledat homologní charakter, jako je přítomnost vlasů, mléčných žláz a tří malých kostí ve středním uchu - abych jmenoval alespoň některé. Homologie však není snadné diagnostikovat.

Druhy stromů

Ne všechny stromy jsou stejné, existují různá grafická znázornění a každému z nich se podaří začlenit některé zvláštní charakteristiky vývoje skupiny.

Nejzákladnější stromy jsou kladogramy. Tyto grafy ukazují vztahy z hlediska společného původu (podle nejnovějších společných předků).

Aditivní stromy obsahují další informace a jsou zastoupeny v délce větví.

Čísla spojená s každou větví odpovídají určitým atributům v sekvenci - například množství evoluční změny, kterou organismy prošly. Kromě „aditivních stromů“ jsou známé také jako metrické stromy nebo fylogramy..

Ultrametrické stromy, nazývané také dendogramy, jsou zvláštním případem aditivních stromů, kde jsou špičky stromu ve stejné vzdálenosti od kořene ke stromu.

Tyto poslední dvě varianty mají všechna data, která můžeme najít na kladogramu, a další informace. Proto nejsou výlučné, ne-li doplňkové.

Politomias

Uzly stromů mnohokrát nejsou zcela vyřešeny. Vizuálně se říká, že existuje polytomie, kdy se z nové vynoří více než tři větve (pro více než dva bezprostřední potomky existuje jediný předek). Když strom nemá polytomie, říká se, že je plně vyřešen.

Existují dva typy polytomií. První jsou „tvrdé“ polytomie. Ty jsou vlastní studijní skupině a naznačují, že potomci se vyvinuli současně. Alternativně „měkké“ polytomie označují nevyřešené vztahy způsobené daty per se.

Evoluční klasifikace

Monofyletické linie

Evoluční biologové se snaží najít klasifikaci, která odpovídá rozvětvujícímu se vzorci fylogenetické historie skupin. V tomto procesu byla vyvinuta řada termínů široce používaných v evoluční biologii: monofyletické, parafyletické a polyfyletické..

Monofyletický taxon nebo linie je ten, který zahrnuje rodový druh, který je zastoupen v uzlu, a všechny jeho potomky, ale ne jiné druhy. Tomuto seskupení se říká clade.

Monofyletické linie jsou definovány na každé úrovni taxonomické hierarchie. Například rodina Felidae, linie, která obsahuje kočkovité šelmy (včetně domácích koček), je považována za monofyletickou..

Podobně je Animalia také monofyletický taxon. Jak vidíme, rodina Felidae je v Animalia, takže mohou být vnořeny monofyletické skupiny.

Parafyletické a polyfyletické linie

Ne všichni biologové však sdílejí kladistické klasifikační myšlení. V případech, kdy údaje nejsou úplné nebo jen pro větší pohodlí, jsou pojmenovány určité taxony, které zahrnují druhy z různých subtypů nebo vyšších taxonů, které nesdílejí novějšího společného předka..

Tímto způsobem je taxon polyfyletický, je definován jako skupina zahrnující organismy z různých subtypů, které nesdílejí společného předka. Například pokud chceme určit skupinu homeoterm, zahrnovalo by to ptáky a savce..

Naproti tomu parafyletická skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka. Jinými slovy to vylučuje některé členy skupiny. Nejpoužívanějším příkladem jsou plazi, tato skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka: ptáky.

Aplikace

Kromě toho, že přispívají k obtížnému úkolu objasnit strom života, mají fylogeneze také některé poměrně významné aplikace.

V lékařské oblasti se fylogeneze používají ke sledování původu a přenosových rychlostí infekčních nemocí, jako je AIDS, horečka dengue a chřipka..

Používají se také v oblasti biologie ochrany. Znalost fylogeneze ohroženého druhu je nezbytná pro sledování vzorců křížení a úrovně hybridizace a příbuzenského křížení mezi jednotlivci..

Reference

  1. Baum, D. A., Smith, S. D., a Donovan, S. S. (2005). Výzva stromového myšlení. Věda310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biologii. Macmillana.
  3. Hall, B. K. (ed.). (2012). Homologie: Hierarchický základ srovnávací biologie. Akademický tisk.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W. C., & Garrison, C. (2001). Integrované principy zoologie. 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). Syntéza fylogeneze a taxonomie do komplexního stromu života. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických112(41), 12764-9.
  6. Kardong, K. V. (2006). Obratlovci: srovnávací anatomie, funkce, evoluce. McGraw-Hill.
  7. Page, R. D., & Holmes, E. C. (2009). Molekulární evoluce: fylogenetický přístup. John Wiley & Sons.

Zatím žádné komentáře