ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДЕРЕВО: ВИДЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Филогенетическое дерево представляет собой математическое графическое представление истории и предок-потомках отношений групп, популяций, видов, или любой другой таксономической категории. Теоретически все филогенетические деревья можно сгруппировать в древе жизни, составляя универсальное дерево.

Эти графические изображения произвели революцию в изучении эволюционной биологии, поскольку они позволяют установить и определить вид, проверить различные эволюционные гипотезы (например, эндосимбиотическую теорию), оценить происхождение заболеваний (например, ВИЧ) и т. Д.

Источник: Джон Гулд (14 сентября 1804 - 3 февраля 1881).

Деревья можно реконструировать, используя морфологические или молекулярные признаки, или и то, и другое. Таким же образом существуют различные методы их создания, наиболее распространенным из которых является методология кладиста. Это стремится идентифицировать общие производные символы, известные как синапоморфия.

характеристики

Один из принципов, разработанных Чарльзом Дарвином, - это общая родословная всех живых организмов, то есть у всех нас есть общий предок.

В «Происхождении видов» Дарвин использует метафору «древа жизни». Фактически, он использует гипотетическое графическое дерево для развития своей идеи (любопытно, что это единственная иллюстрация Происхождения).

Представление этой метафоры - это то, что мы знаем как филогенетические деревья, которые позволяют нам графически отображать историю и взаимоотношения определенной группы организмов.

Анатомия филогенетического дерева

В филогенетических деревьях мы можем выделить следующие части - продолжая ботаническую аналогию:

Ветви: линии дерева называются «ветвями», и они представляют исследуемые популяции с течением времени. В зависимости от типа дерева (см. Ниже) длина ветви может иметь или не иметь значения.

На концах ветвей мы находим организмы, которые хотим оценить. Это могут быть живые в настоящее время или вымершие существа. Видом будут листья нашего дерева.

Корень: корень - самая древняя ветвь дерева. У некоторых он есть и они называются корневыми деревьями, а у других нет.

Узлы: точки ветвления ветвей двух или более линий называются узлами. Точка представляет самого последнего общего предка групп потомков (обратите внимание, что эти предки являются гипотетическими).

Существование узла предполагает событие видообразования - создание новых видов. После этого каждый вид следует своему эволюционному пути.

Дополнительная терминология

Помимо этих трех основных понятий, существуют и другие необходимые термины, когда речь идет о филогенетических деревьях:

Политомия: когда филогенетическое дерево имеет более двух ветвей в узле, говорят, что существует политомия. В этих случаях филогенетическое древо не разрешается полностью, потому что отношения между вовлеченными организмами не ясны. Это часто происходит из-за недостатка данных и может быть исправлено только тогда, когда исследователь накапливает больше.

Внешняя группа: в филогенетических вопросах часто встречается концепция внешней группы, также называемой внешней группой. Эта группа выбрана, чтобы иметь возможность корневать дерево. Его следует выбрать как таксон, ранее отделившийся от исследуемой группы. Например, если я изучаю иглокожих, вы можете превзойти морских брызганов.

Типы

Существует три основных типа деревьев: кладограммы, аддитивные деревья и ультраметрические деревья.

Кладограммы - это простейшие деревья, показывающие родство организмов по общему происхождению. Информация об этом типе дерева содержится в шаблонах ветвления, поскольку размер ветвей не имеет никакого дополнительного значения.

Второй тип дерева - это аддитивное дерево, также называемое метрическими деревьями или филограммами. Длина ветвей связана с количеством эволюционных изменений.

Наконец, у нас есть ультраметрические деревья или дендограммы, где все кончики деревьев находятся на одинаковом расстоянии (чего нет в филограмме, где кончик может казаться ниже или выше своего партнера). Длина ветви связана со временем эволюции.

Выбор дерева напрямую связан с эволюционным вопросом, на который мы хотим ответить. Например, если нас интересуют только отношения между людьми, кладограмма будет достаточной для исследования.

Наиболее частые ошибки при чтении филогенетических деревьев

Хотя филогенетические деревья часто являются широко используемыми графиками в эволюционной биологии (и общей биологии), многие студенты и профессионалы неверно истолковывают идею, которую эти, казалось бы, простые графики предназначены донести до читателя.

Багажника нет

Первая ошибка - читать их сбоку, полагая, что эволюция предполагает прогресс. Если мы правильно понимаем эволюционный процесс, нет никаких оснований думать, что предковые виды находятся слева, а более продвинутые виды - справа.

Хотя ботаническая аналогия дерева очень полезна, наступает момент, когда она уже не так точна. Есть важная древовидная структура, которой нет в дереве: ствол. У филогенетических деревьев мы не находим основных ветвей.

В частности, некоторые люди могут рассматривать человека как конечную «цель» эволюции, и поэтому вид Homo sapiens всегда следует рассматривать как конечную сущность.

Однако эта точка зрения не согласуется с принципами эволюции. Если мы понимаем, что филогенетические деревья являются мобильными элементами, мы можем поместить Homo в любую конечную позицию дерева, поскольку эта характеристика не имеет отношения к представлению.

Узлы могут вращаться

Важная особенность филогенетических деревьев, которую мы должны понимать, заключается в том, что они представляют собой нестатические графы.

В них все эти ветки могут вращаться - так же, как и мобильный телефон. Мы не имеем в виду, что мы можем перемещать ветви по своему желанию, потому что некоторые перемещения могут повлечь за собой изменение рисунка или топологии дерева. Мы можем вращать узлы.

Чтобы интерпретировать сообщение дерева, мы не должны сосредотачиваться на кончиках ветвей, мы должны сосредоточиться на точках ветвления, которые являются наиболее важным аспектом графа.

Кроме того, надо учитывать, что есть несколько способов нарисовать дерево. Во многих случаях это зависит от стиля книги или журнала, и изменения формы и положения ветвей не влияют на информацию, которую они хотят передать нам.

Мы не можем сделать вывод о существовании нынешних предков или «старых» видов.

Когда мы собираемся обратиться к существующим видам, мы не должны применять к ним наследственные коннотации. Например, когда мы думаем об отношениях между шимпанзе и людьми, мы можем неправильно понять, что шимпанзе являются предками нашей линии.

Однако общего предка шимпанзе и человека не было. Думать, что шимпанзе являются предками, значило бы предполагать, что его эволюция прекратилась после разделения обеих линий.

Следуя той же логике этих идей, филогенетическое дерево также не сообщает нам, есть ли молодые виды. Поскольку частоты аллелей постоянно меняются, и со временем меняются новые признаки, трудно определить возраст вида, и, конечно же, дерево не дает нам такой информации.

«Изменение частот аллелей с течением времени» - вот как популяционная генетика определяет эволюцию.

Они неизменны

Глядя на филогенетическое дерево, мы должны понимать, что этот граф - просто гипотеза, созданная на основе конкретных данных. Возможно, если мы добавим в дерево больше символов, оно изменит его топологию.

Опыт ученых в выборе лучших персонажей для выяснения отношений рассматриваемых организмов является ключевым. Кроме того, существуют очень мощные статистические инструменты, которые позволяют исследователям оценивать деревья и выбирать наиболее правдоподобное.

Примеры

Три области жизни: археи, бактерии и эукария.

В 1977 году исследователь Карл Вёзе предложил разделить живые организмы на три области: археи, бактерии и эукарии. Эта новая система классификации (ранее существовало только две категории, Eukaryota и Prokaryota) была основана на молекулярном маркере рибосомной РНК.

Бактерии и эукариоты - широко известные организмы. Археи часто принимают за бактерии. Однако они сильно различаются по структуре своих клеточных компонентов.

Таким образом, хотя они являются микроскопическими организмами, такими как бактерии, члены домена архей более тесно связаны с эукариотами - потому что у них есть более близкий общий предок.

Источник: Подготовлено Марианой Геламби.

Филогения приматов

В эволюционной биологии одна из самых противоречивых тем - эволюция человека. Для противников этой теории, эволюция, начавшаяся от обезьяноподобного предка, давшего начало современному человеку, нелогична.

Ключевой концепцией является понимание того, что мы не произошли от современных обезьян, а имели общего с ними предка. В древе человекообразных обезьян и людей выделяется то, что мы знаем как «обезьяны», не является действительной монофилетической группой, поскольку она исключает людей.

Источник: Подготовлено Марианой Геламби.

Филогения цетартиодактилей (Cetartiodactyla)

С точки зрения эволюции китообразные представляли группу позвоночных, чьи отношения с остальными их собратьями-млекопитающими были не очень ясны. Морфологически киты, дельфины и другие члены мало похожи на других млекопитающих.

В настоящее время, благодаря изучению различных морфологических и молекулярных признаков, можно сделать вывод, что сестринская группа больших китообразных образована парнокопытными - копытными с ровными копытами.

Источник: Подготовлено Марианой Геламби.

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. Кардонг, К.В. (2006). Позвоночные животные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. McGraw-Hill.
6. Климан, РМ (2016). Энциклопедия эволюционной биологии. Академическая пресса.
7. Лосос, Дж. Б. (2013). Принстонский гид по эволюции. Издательство Принстонского университета.
8. Пейдж, RD, и Холмс, EC (2009). Молекулярная эволюция: филогенетический подход. Джон Вили и сыновья.
9. Райс, SA (2009). Энциклопедия эволюции. Публикация информационной базы.
10. Старр, К., Эверс, К., и Старр, Л. (2010). Биология: концепции и приложения без физиологии. Cengage Learning.