FILOGENI: FORTOLKNING, TRÆSTYPER, ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

En fylogeni, i evolutionær biologi, er en repræsentation af den evolutionshistorie for en gruppe organismer eller en art, der understreger nedstigningen og slægtskabsforholdene mellem grupperne.

I dag har biologer primært anvendt data fra sammenlignende morfologi og anatomi og fra gensekvenser til at rekonstruere tusinder på tusinder af træer.

Kilde: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Disse træer forsøger at beskrive den evolutionære historie for de forskellige arter af dyr, planter, mikrober og andre organiske væsener, der bebor jorden.

Analogien med livets træ stammer fra Charles Darwins tid. Denne strålende britiske naturforsker fanger i mesterværket "The Origin of Species" et enkelt billede: et "træ", der repræsenterer forstærkningen af ​​afstamninger, der starter fra en fælles stamfar.

Hvad er en fylogeni?

I lyset af de biologiske videnskaber er evolutionen en af ​​de mest fantastiske begivenheder, der har fundet sted. Nævnte ændring i organiske former over tid kan repræsenteres i et fylogenetisk træ. Derfor udtrykker fylogenien slægtenes historie og hvordan de har ændret sig over tid.

En af de direkte implikationer af denne graf er fælles aner. Det vil sige, at alle de organismer, vi ser i dag, er fremkommet som efterkommere med ændringer af tidligere former. Denne idé har været en af ​​de mest betydningsfulde i videnskabshistorien.

Alle de livsformer, som vi kan værdsætte i dag - fra mikroskopiske bakterier, til planter og de største hvirveldyr - er forbundet, og det forhold repræsenteres i det store og indviklede livstræ.

Inden for træets analogi ville de arter, der lever i dag, repræsentere bladene, og resten af ​​grene ville være deres evolutionære historie.

Hvad er et fylogenetisk træ?

En forenklet fylogeni af Metazoa er vist. For nogle grupper er der en skematisk repræsentation forbundet med nogle af de typer øjne, der kan forekomme: Kugle, Kamera med lysindgangshul, Kamera med linse, Komponeret efter placering og Komponeret af superposition. Laura bibiana, fra Wikimedia Commons

Et fylogenetisk træ er en grafisk repræsentation af den evolutionshistorie for en gruppe organismer. Dette mønster med historiske forhold er den fylogeni, som forskerne forsøger at estimere.

Træer består af knuder, der forbinder "grene". Terminalknudepunkterne for hver gren er de terminale taxaer og repræsenterer de sekvenser eller organismer, som data er kendt for - disse kan være levende eller uddøde arter.

De interne knudepunkter repræsenterer hypotetiske forfædre, mens forfæderen, der findes ved roden af ​​træet, repræsenterer stamfaren til alle sekvenser, der er repræsenteret i grafen.

Hvordan tolkes filogenetiske træer?

Der er mange måder at repræsentere et fylogenetisk træ på. Af denne grund er det vigtigt at vide, hvordan man kan erkende, om disse forskelle, der er observeret mellem to træer, skyldes forskellige topologier - det vil sige reelle forskelle, der svarer til to stavemåder - eller blot er forskelle i relation til repræsentationsstilen.

For eksempel kan rækkefølgen, hvor etiketterne vises øverst, variere uden at ændre betydningen af ​​den grafiske repræsentation, generelt navnet på arten, slægten, familien og andre kategorier.

Dette sker, fordi træerne ligner en mobil, hvor grenene kan rotere uden at ændre forholdet mellem de repræsenterede arter.

I denne forstand er det ligegyldigt, hvor mange gange ordren ændres, eller objekterne, der "hænger", roteres, da det ikke ændrer den måde, hvorpå de er forbundet - og det er den vigtige ting.

Hvordan rekonstrueres fylogenier?

Filogenier er hypoteser, der er formuleret baseret på indirekte bevis. At belyse en fylogeni ligner jobbet som en efterforsker, der løser en forbrydelse ved at følge ledetrådene fra forbrydelsesområdet.

Biologer postulerer ofte deres fylogenier ved hjælp af viden fra forskellige grene, såsom paleontologi, komparativ anatomi, komparativ embryologi og molekylærbiologi.

Selv om fossilprotokollen er ufuldstændig, giver den meget værdifuld information om forskelligtider for grupper af arter.

Med tiden er molekylærbiologien vokset ud af alle de nævnte felter, og de fleste fylogenier udledes af molekylære data.

Målet med at genopbygge et fylogenetisk træ har en række store ulemper. Der er cirka 1,8 millioner navngivne arter og mange flere uden at blive beskrevet.

Og selv om et betydeligt antal forskere hver dag bestræber sig på at rekonstruere forholdet mellem arter, er der stadig ikke et komplet træ.

Homologe figurer

Når biologer ønsker at beskrive lighederne mellem to strukturer eller processer, kan de gøre det med hensyn til fælles aner (homologier), analogier (funktion) eller homoplasi (morfologisk lighed).

Til rekonstruktion af en fylogeni anvendes udelukkende homologe tegn. Homologi er et nøglebegreb i evolutionen og i genskabelsen af ​​forholdet mellem arter, da det kun afspejler den organisme, der er almindelig med.

Lad os antage, at vi vil udlede filogenen fra tre grupper: fugle, flagermus og mennesker. For at nå vores mål besluttede vi at bruge de øvre lemmer som et kendetegn, der hjælper os med at skelne mønsteret af forhold.

Da fugle og flagermus har ændret strukturer til flyvning, kunne vi fejlagtigt konkludere, at flagermus og fugle er mere relaterede til hinanden end flagermus til mennesker. Hvorfor er vi kommet til den forkerte konklusion? Fordi vi har brugt en analog og ikke-homolog karakter.

For at finde det korrekte forhold skal jeg kigge efter en homolog karakter, såsom tilstedeværelsen af ​​hår, brystkirtler og tre små knogler i mellemøret - bare for at nævne nogle få. Homologier er imidlertid ikke let at diagnosticere.

Typer af træer

Ikke alle træer er ens, der er forskellige grafiske repræsentationer, og hver og en formår at indarbejde et særligt kendetegn ved gruppens udvikling.

De mest basale træer er kladogrammer. Disse grafer viser forholdene i form af fælles aner (i henhold til de seneste fælles forfædre).

Additive træer indeholder yderligere oplysninger og er repræsenteret i længden af ​​grenene.

Tallene, der er knyttet til hver gren, svarer til en eller anden attribut i sekvensen - såsom mængden af ​​evolutionær ændring, som organismer har gennemgået. Ud over "additive træer" er de også kendt som metriske træer eller filogrammer.

Ultrametriske træer, også kaldet dendogrammer, er et særligt tilfælde af additive træer, hvor spidserne af træet er lige store fra rod til træ.

Disse to sidste varianter har alle de data, vi kan finde i et cladogram, og ekstra information. Derfor er de ikke eksklusive, hvis ikke komplementære.

Politomias

Mange gange er træernes knuder ikke fuldt ud løst. Visuelt siges det, at der er en polytomi, når mere end tre grene kommer ud af en ny (der er en enkelt stamfar til mere end to umiddelbare efterkommere). Når et træ ikke har polytomier, siges det, at det er helt løst.

Der er to typer polytomier. De første er de "hårde" polytomier. Disse er iboende for studiegruppen og indikerer, at efterkommerne udviklede sig på samme tid. Alternativt indikerer "bløde" polytomier uopløste forhold forårsaget af i sig selv data.

Evolutionær klassificering

Monofyletiske linjer

Evolutionsbiologer forsøger at finde en klassificering, der passer til forgreningsmønsteret i gruppenes fylogenetiske historie. I denne proces er der udviklet en række udtryk, der er meget anvendt i evolutionær biologi: monofyletisk, paraphyletisk og polyfyletisk.

En monofyletisk taxon eller afstamning er en, der omfatter en forfædres art, der er repræsenteret i knuden og alle dens efterkommere, men ikke andre arter. Denne gruppering kaldes en clade.

Monofyletiske linier defineres på hvert niveau i det taksonomiske hierarki. F.eks. Betragtes Family Felidae, en afstamning, der indeholder kattedyr (inklusive huskatte), monofyletisk.

På lignende måde er Animalia også et monofyletisk taxon. Som vi kan se, er familien Felidae inden for Animalia, så monofyletiske grupper kan indlejres.

Paraphyletic og polyfyletic linier

Imidlertid er det ikke alle biologer, der deler kladistisk klassificeringstænkning. I tilfælde, hvor dataene ikke er komplette eller blot for nemheds skyld, kaldes der visse taxaer, der inkluderer arter fra forskellige clades eller højere taxaer, der ikke deler en nyere fælles stamfar.

På denne måde er et taxon polyfyletisk, det er defineret som en gruppe, der inkluderer organismer fra forskellige clades, og disse har ikke en fælles stamfar. For eksempel, hvis vi ønsker at udpege en gruppe af homoterme, vil det omfatte fugle og pattedyr.

I modsætning hertil indeholder en paraphyletisk gruppe ikke alle efterkommere til den seneste fælles forfader. Med andre ord udelukker det nogle af gruppemedlemmerne. Det mest anvendte eksempel er krybdyr, denne gruppe indeholder ikke alle efterkommere til den seneste fælles stamfar: fugle.

Applikationer

Ud over at bidrage til den hårde opgave at belyse livstræet har fylogenier også nogle ret betydelige anvendelser.

På det medicinske område bruges fylogenier til at spore oprindelses- og transmissionshastigheden for infektionssygdomme, såsom AIDS, dengue og influenza.

De bruges også inden for konserveringsbiologi. Kendskab til fylogeni af en truet art er vigtig for at spore krydsningsmønstre og niveauet af hybridisering og indavl mellem individer.

Referencer

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Træ-tænkning udfordring. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation til biologi. Macmillan.
3. Hall, BK (red.). (2012). Homologi: Det hierarkiske grundlag for sammenlignende biologi. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrerede zoologiske principper. 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). Syntese af fylogeni og taksonomi til et omfattende livstræ. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Virveldyr: komparativ anatomi, funktion, evolution. McGraw-Hill.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylær evolution: en fylogenetisk tilgang. John Wiley & sønner.