Interpretace fylogeneze, typy stromů, aplikace

Jeden fylogeneze, v evoluční biologii, to je reprezentace evoluční historie skupiny organismů nebo druhu, zdůrazňovat sestupnou linku a vztahy příbuznosti mezi skupinami..

V současné době využívají biologové data především z morfologie a komparativní anatomie az genových sekvencí rekonstruují tisíce a tisíce stromů..

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 Karla Darwina. Tento skvělý britský přírodovědec se odráží na mistrovském díle "Původ druhů“Jeden obraz:“ strom ”, který reprezentuje větvení linií, začínat od společného předka.

Index

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

Co je to fylogeneze?

Ve světle biologických věd je jednou z nejúžasnějších událostí, která se odehrála, evoluce. Uvedená změna organických forem v průběhu času může být reprezentována fylogenetickým stromem. Proto fylogeneze vyjadřuje historii linií a způsob, jakým se v průběhu času měnily.

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

Všechny formy života, které dnes můžeme ocenit - od mikroskopických bakterií, přes rostliny a větší obratlovce - jsou spojeny a tento vztah je zastoupen v rozlehlém a složitém stromě života.

V analogii stromu by druh, který by dnes žil, představoval listy a zbytek větví by byl jejich vývojovou historií..

Co je fylogenetický strom?

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

Stromy se skládají z uzlů, které se připojují k větvím. Terminální uzly každé větve jsou terminálními taxony a představují sekvence nebo organismy, pro které jsou data známa - mohou to být živé nebo vyhynulé druhy.

Vnitřní uzly představují hypotetické předky, zatímco předek nalezený v kořenu stromu představuje předchůdce všech sekvencí reprezentovaných v grafu..

Jak jsou interpretovány fylogenetické stromy?

Existuje mnoho způsobů, jak reprezentovat fylogenetický strom. Proto je důležité vědět, zda tyto rozdíly, které jsou pozorovány mezi dvěma stromy, jsou způsobeny různými topologiemi - tedy skutečnými rozdíly odpovídajícími dvěma grafům - nebo jednoduše rozdíly mezi stylem reprezentace.

Například pořadí, ve kterém se štítky zobrazují nahoře, se může měnit, aniž by se změnil význam grafického znázornění, obvykle název druhu, rodu, rodiny, mezi jinými kategoriemi..

K tomu dochází, protože stromy se podobají mobilu, kde se větve mohou otáčet, aniž by se změnil vztah reprezentovaných druhů.

V tomto smyslu nezáleží na tom, kolikrát je pořadí pozměněno nebo objekty, které jsou „zavěšeny“, jsou otočeny, protože nemění způsob, jakým jsou spojeny - a to je důležitá věc.

Jak jsou rekonstruovány fylogeneze?

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

Biologové často postulují své fylogeneze s využitím poznatků z několika oborů, jako je paleontologie, komparativní anatomie, komparativní embryologie a molekulární biologie..

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

S časem, molekulární biologie překonala všechna zmíněná pole, a většina fylogenies je odvozena z molekulárních dat..

Cílem rekonstrukce fylogenetického stromu je řada hlavních nevýhod. Tam je přibližně 1.8 milión jmenovaných druhů a mnoho více bez bytí popisovalo.

A přestože významný počet vědců denně usiluje o obnovu vztahů mezi druhy, stále nemáme úplný strom.

Homologní postavy

Když biologové chtějí popsat podobnosti mezi dvěma strukturami nebo procesy, mohou tak učinit z hlediska společného původu (homologie), analogií (funkce) nebo homoplasie (morfologická podobnost)..

Pro rekonstrukci fylogeneze se používají pouze homologní znaky. Homologie je klíčovým pojmem evoluce a obnovy vztahů mezi druhy, protože pouze odpovídajícím způsobem odráží společný původ organismů..

Předpokládejme, že chceme odvodit fylogenezi tří skupin: ptáků, netopýrů a lidí. Pro naplnění našeho cíle jsme se rozhodli použít horní končetiny jako charakteristiku, která nám pomáhá rozeznat vzor vztahů.

Vzhledem k tomu, že ptáci a netopýři mají struktury modifikované pro let, mohli bychom chybně konstatovat, že netopýři a ptáci jsou pro člověka více příbuzní než netopýři. Proč jsme dospěli k nesprávnému závěru? Protože jsme použili analogický a nehomologní charakter.

Abych našel ten správný vztah, měl bych hledat homologní charakter, jako je přítomnost vlasů, mléčných žláz a tří malých kostí ve středním uchu - jen pár z nich. Homologie však není snadné diagnostikovat.

Typy stromů

Ne všechny stromy jsou stejné, existují různé grafické znázornění a každý z nich dokáže začlenit některé zvláštní charakteristiky vývoje skupiny..

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

Doplňkové stromy obsahují další informace a jsou znázorněny v délce větví.

Čísla, která jsou spojena s každou větví odpovídají nějakému atributu v posloupnosti - takový jako množství evoluční změny že organismy zažily. Kromě "aditivních stromů" jsou také známé jako metrické stromy nebo fylogramy.

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

Tyto poslední dvě varianty mají všechny údaje, které můžeme najít v kladogramu, a další informace. Proto se vzájemně nevylučují, pokud nejsou komplementární.

Politomies

Mnohokrát, uzly stromů nejsou úplně vyřešeny. Vizuálně se říká, že existuje politika, kdy nový člověk opustí více než tři větve (existuje pouze jeden předek pro více než dva bezprostřední potomky). Když strom nemá polytomie, říká se, že je úplně vyřešen.

Existují dva typy polytomií. První jsou "tvrdé" politiky. Ty jsou podstatné pro studijní skupinu a naznačují, že se potomci vyvinuli ve stejnou dobu. Alternativně "měkké" polytomy označují nevyřešené vztahy způsobené daty per se.

Evoluční klasifikace

Monofyletické linie

Evoluční biologové se snaží najít klasifikaci, která by odpovídala větvícímu vzoru fylogenetické historie skupin. V tomto procesu byla vyvinuta řada termínů široce používaných v evoluční biologii: monofyletická, parafyletická a polyfyletická.

Taxon nebo monophyletic počet řádků je ten, který zahrnuje ancentral druh, který je reprezentován v uzlu, a všichni jeho potomci, ale ne jiný druh. Toto seskupení se nazývá clade.

Monofyletické linie jsou definovány na každé úrovni taxonomické hierarchie. Například, rodina Felidae, počet řádků, který obsahuje kočkovité šelmy (včetně domácích koček), je považován za monofyletický..

Podobně, Animalia je také monophyletic taxon. Jak vidíme rodinu Felidae je uvnitř Animalia, tak monophyletic skupiny mohou být vnořeny.

Paraphyletické a polyfyletické linie

Nicméně, ne všichni biologové sdílejí myšlenku cladistic klasifikace. V případech, kdy údaje nejsou úplné nebo pouze pro usnadnění, jsou pojmenovány určité taxony, které zahrnují druhy různých druhů nebo vyšší taxony, které nesdílejí novější společný předek..

Tak, polyfyletický taxon je definován jako skupina, která zahrnuje organismy různých clades, a tito nesdílejí společného předka. Pokud například chceme určit skupinu homeoterm, bude to zahrnovat ptáky a savce.

Naproti tomu paraphyletická skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka. Jinými slovy vyloučete všechny členy skupiny. Nejpoužívanějším příkladem jsou plazi, tato skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka: ptáků.

Aplikace

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

V oblasti medicíny se fylogeneze používají ke sledování původu a rychlosti přenosu infekčních onemocnění, jako je AIDS, dengue a chřipka..

Používají se také v oboru biologie konzervace. Znalosti o fylogenezi ohroženého druhu jsou nezbytné pro sledování vzorců křížení a úroveň hybridizace a inbreedingu mezi jedinci..

Odkazy

1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S. S. (2005). Výzva na stromové myšlení. Věda, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biologii. Macmillan.
3. Hall, B. K. (Ed.). (2012). Homologie: hierarchický základ komparativní biologie. Akademická tisková zpráva.
4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrované zásady 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 amerických, 112(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.