ФИЛОГЕНИЯ: ТОЛКОВАНИЕ, ВИДЫ ДЕРЕВЬЕВ, ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024

Филогенез , в эволюционной биологии, является представлением эволюционной истории группы организмов или вида, подчеркивая линию спуска и родственные отношения между группами.

Сегодня биологи использовали данные сравнительной морфологии и анатомии, а также последовательности генов, чтобы реконструировать тысячи и тысячи деревьев.

Источник: Wilson JEM Costa, через Wikimedia Commons.

Эти деревья стремятся описать эволюционную историю различных видов животных, растений, микробов и других органических существ, населяющих Землю.

Аналогия с деревом жизни восходит к временам Чарльза Дарвина. Этот гениальный британский натуралист запечатлел в шедевре «Происхождение видов» единственный образ: «дерево», представляющее собой разветвление родословных, начиная с общего предка.

Что такое филогения?

В свете биологических наук одним из самых удивительных событий, которые произошли, была эволюция. Указанное изменение органических форм с течением времени можно представить в виде филогенетического дерева. Следовательно, филогения выражает историю родословных и то, как они менялись с течением времени.

Одно из прямых следствий этого графа - общее происхождение. То есть все организмы, которые мы видим сегодня, возникли как потомки с модификациями прошлых форм. Эта идея была одной из самых значительных в истории науки.

Все формы жизни, которые мы можем оценить сегодня - от микроскопических бактерий до растений и самых крупных позвоночных - связаны между собой, и эти отношения представлены в огромном и сложном древе жизни.

По аналогии с деревом виды, которые живут сегодня, будут представлять листья, а остальные ветви - их эволюционную историю.

Что такое филогенетическое дерево?

Показана упрощенная филогения Metazoa. Для некоторых групп схематическое представление связано с некоторыми типами глаз, которые они могут представлять: чашка, камера с отверстием для входа света, камера с линзой, составление по наложению и составление по наложению. Лаура Бибиана, из Wikimedia Commons

Филогенетическое дерево - это графическое изображение эволюционной истории группы организмов. Этот образец исторических отношений и есть филогенез, который исследователи пытаются оценить.

Деревья состоят из узлов, соединяющих «ветви». Конечные узлы каждой ветви являются терминальными таксонами и представляют собой последовательности или организмы, для которых известны данные - это могут быть живые или вымершие виды.

Внутренние узлы представляют собой гипотетических предков, а предок, находящийся в корне дерева, представляет собой предка всех последовательностей, представленных на графе.

Как интерпретируются филогенетические деревья?

Есть много способов представить филогенетическое дерево. По этой причине важно знать, как распознать, вызваны ли эти различия, наблюдаемые между двумя деревьями, разными топологиями, то есть реальными различиями, соответствующими двум написаниям, или просто различиями, связанными со стилем представления.

Например, порядок, в котором метки появляются вверху, может изменяться без изменения значения графического изображения, обычно названия вида, рода, семейства и других категорий.

Это происходит потому, что деревья напоминают мобиль, где ветви могут вращаться, не меняя отношения представленных видов.

В этом смысле не имеет значения, сколько раз меняется порядок или поворачиваются «висячие» объекты, поскольку это не меняет способа их соединения - и это важно.

Как реконструируются филогении?

Филогении - это гипотезы, сформулированные на основе косвенных свидетельств. Выяснение филогении похоже на работу следователя, раскрывающего преступление, следуя уликам с места преступления.

Биологи часто постулируют свою филогению, используя знания из различных областей, таких как палеонтология, сравнительная анатомия, сравнительная эмбриология и молекулярная биология.

Летопись окаменелостей, хотя и неполная, дает очень ценную информацию о временах расхождения групп видов.

Со временем молекулярная биология переросла все упомянутые области, и большинство филогений основывается на молекулярных данных.

Задача восстановления филогенетического дерева имеет ряд серьезных недостатков. Существует около 1,8 миллиона названных видов, а многие другие еще не описаны.

И хотя значительное количество ученых каждый день стремятся восстановить взаимоотношения между видами, полного дерева до сих пор нет.

Гомологические персонажи

Когда биологи хотят описать сходство между двумя структурами или процессами, они могут сделать это в терминах общего происхождения (гомологии), аналогий (функции) или гомоплазии (морфологическое сходство).

Для реконструкции филогении используются исключительно гомологические признаки. Гомология - ключевая концепция эволюции и воссоздания взаимоотношений между видами, поскольку только она адекватно отражает общее происхождение организмов.

Предположим, мы хотим вывести филогенез трех групп: птиц, летучих мышей и людей. Для достижения нашей цели мы решили использовать верхние конечности в качестве характеристики, которая помогает нам различать структуру взаимоотношений.

Поскольку птицы и летучие мыши изменили структуру полета, мы можем ошибочно заключить, что летучие мыши и птицы больше связаны друг с другом, чем летучие мыши с людьми. Почему мы пришли к неправильному выводу? Потому что мы использовали аналогичный и негомологичный символ.

Чтобы найти правильные отношения, я должен искать гомологичный признак, такой как наличие волос, молочных желез и трех маленьких костей в среднем ухе - и это лишь некоторые из них. Однако гомологии диагностировать непросто.

Виды деревьев

Не все деревья одинаковы, существуют разные графические изображения, и каждому удается включить в себя некоторые специфические характеристики эволюции группы.

Самые простые деревья - кладограммы. Эти графики отображают отношения с точки зрения общего происхождения (в соответствии с самыми последними общими предками).

Аддитивные деревья содержат дополнительную информацию и представлены длиной ветвей.

Цифры, связанные с каждой ветвью, соответствуют некоторому атрибуту в последовательности, например количеству эволюционных изменений, которым подверглись организмы. В дополнение к «аддитивным деревьям» они также известны как метрические деревья или филограммы.

Ультраметрические деревья, также называемые дендограммами, представляют собой частный случай аддитивных деревьев, в которых вершины дерева равноудалены от корня к дереву.

Эти последние два варианта содержат все данные, которые мы можем найти на кладограмме, и дополнительную информацию. Следовательно, они не являются исключительными, если не дополнительными.

Politomias

Часто узлы деревьев не решаются полностью. Визуально говорят, что существует политомия, когда более трех ветвей возникают из новой (есть один предок для более чем двух непосредственных потомков). Когда дерево не имеет политомий, оно считается полностью разрешенным.

Есть два типа политомий. Первый - это «жесткие» политомии. Они присущи исследуемой группе и указывают на то, что потомки развивались одновременно. Альтернативно, «мягкие» политомии указывают на неразрешенные отношения, вызванные данными как таковыми.

Эволюционная классификация

Монофилетические линии

Биологи-эволюционисты стремятся найти классификацию, которая соответствовала бы схеме ветвления филогенетической истории групп. В ходе этого процесса был разработан ряд терминов, широко используемых в эволюционной биологии: монофилетический, парафилетический и полифилетический.

Монофилетический таксон или линия - это таксон, который включает предковый вид, представленный в узле, и всех его потомков, но не другие виды. Эта группировка называется кладой.

Монофилетические линии определены на каждом уровне таксономической иерархии. Например, семейство Felidae, линия, в которой есть представители семейства кошачьих (включая домашних кошек), считается монофилетической.

Аналогичным образом, Animalia также является монофилетическим таксоном. Как мы видим, семейство Felidae входит в состав Animalia, поэтому монофилетические группы могут быть вложенными.

Парафилетические и полифилетические линии

Однако не все биологи разделяют мышление кладистской классификации. В случаях, когда данные неполные или просто для удобства, определенные таксоны названы, которые включают виды из разных клад или более высокие таксоны, которые не имеют более позднего общего предка.

Таким образом, таксон является полифилетическим, он определяется как группа, в которую входят организмы из разных клад, которые не имеют общего предка. Например, если мы хотим обозначить группу гомеотерм, она будет включать птиц и млекопитающих.

Напротив, парафилетическая группа не включает всех потомков самого недавнего общего предка. Другими словами, он исключает некоторых членов группы. Наиболее часто используемый пример - рептилии, эта группа не включает всех потомков последнего общего предка: птиц.

Приложения

Филогения не только вносит свой вклад в трудную задачу по выяснению древа жизни, но и имеет довольно важные приложения.

В области медицины филогении используются для отслеживания происхождения и скорости передачи инфекционных заболеваний, таких как СПИД, денге и грипп.

Они также используются в области природоохранной биологии. Знание филогении исчезающих видов необходимо для отслеживания моделей скрещивания и уровня гибридизации и инбридинга между особями.

Ссылки

1. Баум, Д.А., Смит, С.Д., и Донован, С.С. (2005). Вызов древовидного мышления. Наука, 310 (5750), 979-980.
2. Кертис, Х., и Барнс, Н.С. (1994). Приглашение в биологию. Macmillan.
3. Холл, Б.К. (ред.). (2012). Гомология: иерархическая основа сравнительной биологии. Академическая пресса.
4. Хикман, С.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.К., и Гаррисон, К. (2001). Интегральные принципы зоологии. МакГроу - Хилл.
5. Хинчлифф, К.Э., Смит, С.А., Оллман, Дж. Ф., Берли, Дж. Г., Чаудхари, Р., Когхилл, Л. М., Крэндалл, К. А., Дэн, Дж., Дрю, Б. Т., Газис, Р., Гуд, К., Хиббет, Д.С., Кац, Лос-Анджелес, Laughinghouse, HD, Мактавиш, EJ, Мидфорд, PE, Оуэн, CL, Ри, RH, Рис, JA, Солтис, DE, Уильямс, T.,… Крэнстон, KA (2015). Синтез филогении и систематики в единое древо жизни. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 112 (41), 12764-9.
6. Кардонг, К.В. (2006). Позвоночные животные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. McGraw-Hill.
7. Пейдж, RD, и Холмс, EC (2009). Молекулярная эволюция: филогенетический подход. Джон Вили и сыновья.