Fylogenetická interpretácia, typy stromov, aplikácie

fylogenetický, v evolučnej biológii je to znázornenie evolučnej histórie skupiny organizmov alebo druhov, pričom sa zdôrazňuje zostupná línia a príbuzenské vzťahy medzi skupinami..

V súčasnosti používali biológovia údaje predovšetkým z morfológie a komparatívnej anatómie az génovej sekvencie na rekonštrukciu tisícov a tisícov stromov.

Tieto stromy sa snažia opísať evolučnú históriu rôznych druhov zvierat, rastlín, mikróbov a iných organických bytostí, ktoré obývajú zem..

Analógia so stromom života pochádza z obdobia Karola Darwina. Tento brilantný britský prírodovedec reflektuje majstrovské dielo.Pôvod druhov"Jeden obraz:" strom ", ktorý predstavuje vetvenie línií, počnúc od spoločného predka.

index

• 1 Čo je fylogenéza?
• 2 Čo je fylogenetický strom?
• 3 Ako sa interpretujú fylogenetické stromy?
• 4 Ako sa rekonštruujú fylogenézy?
  • 4.1 Homológne znaky
• 5 Typy stromov
• 6 Politomies
• 7 Evolučná klasifikácia
  • 7.1 Monofilné línie
  • 7.2 Parafyletické a polyetylénové línie
• 8 Aplikácie
• 9 Referencie

Čo je fylogenéza?

Vo svetle biologických vied je jednou z najúžasnejších udalostí, ktorá sa udiala, evolúcia. Uvedená zmena organických foriem s časom môže byť reprezentovaná fylogenetickým stromom. Preto, fylogenéza vyjadruje históriu línií a ako sa časom menili.

Jedným z priamych dôsledkov tohto grafu je spoločný pôvod. To znamená, že všetky organizmy, ktoré dnes vidíme, sa objavili ako potomkovia s úpravami minulých foriem. Táto myšlienka bola jednou z najvýznamnejších v dejinách vedy.

Všetky formy života, ktoré dnes môžeme oceniť - od mikroskopických baktérií, po rastliny a väčšie stavovce - sú spojené a tento vzťah je zastúpený v obrovskom a zložitom strome života..

V analógii stromu by druh, ktorý by dnes žil, predstavoval listy a zvyšok vetiev by bol ich evolučnou históriou..

Čo je fylogenetický strom?

Fylogenetický strom je grafickým znázornením evolučnej histórie skupiny organizmov. Tento model historických vzťahov je fylogenéziou, ktorú sa výskumníci snažia odhadnúť.

Stromy sa skladajú z uzlov, ktoré sa pripájajú k "vetvám". Terminálne uzly každej vetvy sú terminálnymi taxónmi a predstavujú sekvencie alebo organizmy, pre ktoré sú známe údaje - môžu to byť živé alebo vyhynuté druhy.

Vnútorné uzly predstavujú hypotetické predkov, zatiaľ čo predok, ktorý sa nachádza v koreni stromu, predstavuje predchodcu všetkých sekvencií reprezentovaných v grafe..

Ako sa interpretujú fylogenetické stromy?

Existuje mnoho spôsobov, ako reprezentovať fylogenetický strom. Preto je dôležité vedieť, či tieto rozdiely, ktoré sú pozorované medzi dvoma stromami, sú spôsobené rôznymi topológiami - to znamená reálnymi rozdielmi zodpovedajúcimi dvom grafom - alebo jednoducho sú to rozdiely týkajúce sa štýlu reprezentácie..

Napríklad poradie, v ktorom sa štítky zobrazujú na vrchu, sa môže líšiť bez toho, aby sa zmenil význam grafického znázornenia, zvyčajne názvu druhu, rodu, rodiny a iných kategórií..

K tomu dochádza preto, lebo stromy sa podobajú mobilu, kde sa vetvy môžu otáčať bez zmeny vzťahu reprezentovaných druhov.

V tomto zmysle nezáleží na tom, koľkokrát je poradie modifikované alebo objekty, ktoré sú „závesné“, sa otáčajú, pretože nemenia spôsob, akým sú prepojené - a to je dôležitá vec.

Ako sú rekonštruované fylogenézy?

Fylogénie sú hypotézy, ktoré sú formulované na základe nepriamych dôkazov. Zriedenie fylogenézy pripomína prácu vyšetrovateľa pri riešení zločinu sledovaním stopy miesta činu.

Biológovia často postulujú svoje fylogenézy pomocou poznatkov z viacerých odborov, ako je paleontológia, komparatívna anatómia, komparatívna embryológia a molekulárna biológia.

Fosílne záznamy, aj keď sú neúplné, poskytujú veľmi cenné informácie o časoch divergencie skupín druhov.

S časom prekonala molekulárna biológia všetky uvedené oblasti a väčšina fylogenézií je odvodená z molekulárnych údajov..

Cieľom rekonštrukcie fylogenetického stromu je rad hlavných nevýhod. Tam je približne 1,8 milióna menovaných druhov a mnoho ďalších bez toho, aby bol opísaný.

A hoci sa značný počet vedcov denne usiluje o obnovu vzťahov medzi druhmi, stále nemáme úplný strom.

Homológne znaky

Keď chcú biológovia popísať podobnosti medzi dvoma štruktúrami alebo procesmi, môžu tak urobiť v zmysle spoločných predkov (homológií), analógií (funkcie) alebo homoplázie (morfologická podobnosť)..

Na rekonštrukciu fylogenézy sa používajú iba homológne znaky. Homológia je kľúčovým pojmom evolúcie a rekreácie vzťahov medzi druhmi, pretože len adekvátne odráža spoločný pôvod organizmov.

Predpokladajme, že chceme odvodiť fylogenézu troch skupín: vtákov, netopierov a ľudí. Na splnenie nášho cieľa sme sa rozhodli použiť horné končatiny ako charakteristiku, ktorá nám pomáha rozoznať vzorec vzťahov.

Vzhľadom k tomu, vtáky a netopiere majú štruktúry modifikované pre let, môžeme uzavrieť, mylne, že netopiere a vtáky sú viac ako ľudia netopierov. Prečo sme dospeli k nesprávnemu záveru? Pretože sme použili analogický a nehomológny charakter.

Aby som našiel ten správny vzťah, mal by som hľadať homológny charakter, ako napríklad prítomnosť vlasov, prsných žliaz a tri malé kosti v strednom uchu. Nie je však ľahké diagnostikovať homológie.

Druhy stromov

Nie všetky stromy sú rovnaké, existujú rôzne grafické znázornenia a každému sa podarí zahrnúť niektoré zvláštne charakteristiky vývoja skupiny..

Najzákladnejšie stromy sú kladogramy. Tieto grafy zobrazujú vzťahy v zmysle spoločného pôvodu (podľa najnovších bežných predkov).

Prídavné stromy obsahujú ďalšie informácie a sú znázornené v dĺžke vetiev.

Čísla, ktoré sú spojené s každou vetvou, zodpovedajú určitému atribútu v sekvencii - ako napríklad množstvo evolučnej zmeny, ktorú organizmus zažil. Okrem "prídavných stromov" sú tiež známe ako metrické stromy alebo fylogramy.

Ultrametrické stromy, tiež nazývané dendogramy, sú konkrétnym prípadom aditívnych stromov, kde špičky stromu sú v rovnakej vzdialenosti od koreňa ku stromu..

Tieto posledné dve varianty majú všetky údaje, ktoré môžeme nájsť v kladogramu, a ďalšie informácie. Preto sa vzájomne nevylučujú, ak nie sú komplementárne.

polytomies

Mnohokrát nie sú uzly stromov úplne vyriešené. Z vizuálneho hľadiska sa hovorí, že existuje politika, keď nový ponecháva viac ako tri vetvy (existuje len jeden predok pre viac ako dvoch bezprostredných potomkov). Keď strom nemá polytómie, hovorí sa, že je úplne vyriešený.

Existujú dva typy polytómov. Prvým z nich sú "tvrdé" politiky. Tieto sú podstatné pre študijnú skupinu a naznačujú, že potomkovia sa vyvinuli v rovnakom čase. Prípadne "mäkké" polytómy označujú nevyriešené vzťahy spôsobené údajmi per se.

Evolučná klasifikácia

Monofyletické línie

Evoluční biológovia sa snažia nájsť klasifikáciu, ktorá by zodpovedala vetviacej štruktúre fylogenetickej histórie skupín. V tomto procese sa vyvinula séria výrazov široko používaných v evolučnej biológii: monofyletická, parafyletická a polyfyletická.

Taxón alebo monofyletická línia je taká, ktorá obsahuje ancentrálny druh, ktorý je zastúpený v uzle, a všetky jeho potomky, ale nie iné druhy. Toto zoskupenie sa nazýva clade.

Monofyletické línie sú definované na každej úrovni taxonomickej hierarchie. Napríklad rodina Felidae, rod, ktorý obsahuje mačkovité šelmy (vrátane domácich mačiek), sa považuje za monofyletickú..

Podobne, Animalia je tiež monofyletický taxón. Ako vidíme, rodina Felidae je v Animalia, takže monofyletické skupiny môžu byť vnorené.

Parafyletické a polyetylénové línie

Nie všetci biológovia však zdieľajú myšlienku cladistickej klasifikácie. V prípadoch, keď údaje nie sú úplné alebo len pre pohodlie, sú uvedené určité taxóny, ktoré zahŕňajú druhy rôznych cladov alebo vyšších taxónov, ktoré nezdieľajú novší spoločný predok..

Polyfyletický taxón je teda definovaný ako skupina, ktorá obsahuje organizmy rôznych cladov a tieto nemajú spoločný predok. Ak napríklad chceme označiť skupinu homeoterm, bude to zahŕňať vtáky a cicavce.

Naproti tomu parafyletická skupina neobsahuje všetkých potomkov posledného spoločného predka. Inými slovami, vylúčiť ktoréhokoľvek člena skupiny. Najpoužívanejším príkladom sú plazy, táto skupina neobsahuje všetkých potomkov posledného spoločného predka: vtákov.

aplikácie

Okrem toho, že fylogénie prispievajú k zložitej úlohe objasnenia stromu života, majú aj niektoré pomerne významné aplikácie..

V oblasti medicíny sa fylogénie používajú na sledovanie pôvodu a miery prenosu infekčných chorôb, ako sú AIDS, horúčka dengue a chrípka..

Používajú sa aj v oblasti ochrany biológie. Znalosť fylogenézy ohrozeného druhu je nevyhnutná na sledovanie vzorcov kríženia a úrovne hybridizácie a inbreedingu medzi jedincami..

referencie

1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S. S. (2005). Strom-myslenie výzvou. veda, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biológiu. Macmillan.
3. Hall, B. K. (Ed.). (2012). Homológia: hierarchický základ komparatívnej biológie. Akademická tlač.
4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrované zásady zoológie. 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 fylogenézy a taxonómie do komplexného stromu života. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 112(41), 12764-9.
6. Kardong, K. V. (2006). Stavovce: porovnávacia anatómia, funkcia, evolúcia. McGraw-Hill.
7. Page, R. D., & Holmes, E. C. (2009). Molekulárna evolúcia: fylogenetický prístup. John Wiley & Sons.