FILOGENETISK TRÆ: TYPER OG DERES EGENSKABER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Et fylogenetisk træ er en matematisk grafisk repræsentation af historien og forfader-efterkommer forhold mellem grupper, populationer, arter eller enhver anden taksonomisk kategori. Teoretisk set kan alle fylogenetiske træer grupperes i livets træ og udgør det universelle træ.

Disse grafiske repræsentationer har revolutioneret undersøgelsen af ​​evolutionær biologi, da de giver mulighed for at etablere og definere en art, teste forskellige evolutionære hypoteser (såsom endosymbiotisk teori), evaluere oprindelsen af ​​sygdomme (såsom HIV) osv.

Kilde: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881)

Træer kan rekonstrueres ved hjælp af morfologiske eller molekylære tegn eller begge dele. På samme måde er der forskellige metoder til at opbygge dem, hvor den mest almindelige er den kladistiske metode. Dette søger at identificere delte afledte tegn, kendt som synapomorphy.

egenskaber

Et af de principper, der er udviklet af Charles Darwin, er den fælles aner til alle levende organismer - det vil sige, vi alle deler en fjern forfader.

I "Artenes oprindelse" rejser Darwin metaforen for "livets træ." Faktisk bruger han et hypotetisk grafisk træ til at udvikle sin idé (underligt er det den eneste illustration af oprindelsen).

Repræsentationen af ​​denne metafor er det, vi kender som fylogenetiske træer, som gør det muligt for os grafisk at vise historien og forholdene til en bestemt gruppe organismer.

Anatomi af et fylogenetisk træ

I fylogenetiske træer kan vi skelne mellem følgende dele - fortsat med den botaniske analogi:

Grener: Træets linier kaldes "grene", og disse repræsenterer studiepopulationerne over tid. Afhængigt af træstypen (se nedenfor) kan længden af ​​grenen muligvis ikke have en betydning.

På spidsen af ​​grenene finder vi de organismer, vi vil evaluere. Dette kan være enheder, der i øjeblikket er i live eller uddøde væsener. Arten ville være bladene på vores træ.

Rod: roden er den mest gamle gren af ​​træet. Nogle har det og kaldes rodfæstede træer, mens andre ikke gør det.

Knudepunkter: Grenpunkterne af grene i to eller flere linier kaldes knudepunkter. Prikken repræsenterer den seneste fælles forfader til efterkommergrupperne (bemærk, at disse forfædre er hypotetiske).

Eksistensen af ​​en knude indebærer en speciation-hændelse - oprettelse af nye arter. Herefter følger hver art sit evolutionære forløb.

Yderligere terminologi

Ud over disse tre grundlæggende begreber er der andre nødvendige udtryk, når det kommer til fylogenetiske træer:

Politomi: Når et fylogenetisk træ har mere end to grene i en knude, siges det, at der er en polytomi. I disse tilfælde er det fylogenetiske træ ikke helt opløst, fordi forholdet mellem de involverede organismer ikke er tydeligt. Dette sker ofte på grund af mangel på data og kan kun rettes, når en forsker akkumulerer mere.

Ekstern gruppe: i fylogenetiske spørgsmål er det almindeligt at høre begrebet ekstern gruppe - også kaldet outgroup. Denne gruppe er valgt for at være i stand til at rodfæste træet. Det bør vælges som en takson, der tidligere divergerede fra studiegruppen. For eksempel, hvis jeg studerer pattedyr, kan du udgruppe søsprøjter.

typer

Der er tre grundlæggende typer træer: cladogrammer, additive træer og ultrametriske træer.

Cladograms er de enkleste træer og viser forholdet mellem organismer i form af fælles aner. Oplysningerne om denne type træ findes i forgreningsmønstrene, da størrelsen af ​​grenene ikke har nogen yderligere betydning.

Den anden type træ er additivet, også kaldet metriske træer eller filogrammer. Længden af ​​grenene er relateret til mængden af ​​evolutionær ændring.

Endelig har vi ultrametriske træer eller dendogrammer, hvor alle spidserne af træerne er i samme afstand (hvilket ikke er tilfældet i filylogen, hvor en spids kan forekomme lavere eller højere end dens partner). Længden af ​​grenen er relateret til evolutionær tid.

Valget af træet er direkte relateret til det evolutionære spørgsmål, som vi ønsker at besvare. For eksempel, hvis vi kun er optaget af forholdet mellem individer, vil et cladogram være tilstrækkeligt til undersøgelsen.

Mest almindelige fejl under læsning af fylogenetiske træer

Selvom fylogenetiske træer ofte er vidt anvendte grafer i evolutionær biologi (og generel biologi), er der mange studerende og fagfolk, der fejlagtigt fortolker budskabet om, at disse tilsyneladende enkle grafer er beregnet til at levere til læseren.

Der er ingen bagagerum

Den første fejl er at læse dem sidelæns under antagelse af, at evolution indebærer fremskridt. Hvis vi forstår evolutionsprocessen korrekt, er der ingen grund til at tro, at de forfædre arter er til venstre og de mere avancerede arter til højre.

Selvom den botaniske analogi af et træ er meget nyttig, kommer der et punkt, hvor det ikke længere er så nøjagtigt. Der er en afgørende træstruktur, der ikke findes i træet: bagagerummet. I filogenetiske træer finder vi ikke nogen hovedgrene.

Specifikt kan nogle mennesker betragte mennesket som det ultimative "mål" for evolutionen, og derfor bør Homo sapiens-arter altid være placeret som den endelige enhed.

Imidlertid er dette synspunkt ikke i overensstemmelse med evolutionære principper. Hvis vi forstår, at fylogenetiske træer er mobile elementer, kan vi placere Homo i enhver terminal placering af træet, da denne egenskab ikke er relevant i repræsentationen.

Knudepunkter kan rotere

En vigtig funktion, som vi skal forstå om fylogenetiske træer, er, at de repræsenterer ikke-statiske grafer.

I dem kan alle disse grene rotere - på samme måde som en mobil kan. Vi mener ikke, at vi kan bevæge grene efter eget ønske, fordi nogle bevægelser vil indebære ændring af træets mønster eller topologi. Hvad vi kan rotere er knudepunkterne.

For at fortolke et træs meddelelse må vi ikke fokusere på spidsen af ​​grenene, vi skal fokusere på grenpunkterne, som er det vigtigste aspekt af grafen.

Derudover må vi huske, at der er flere måder at tegne et træ på. Mange gange afhænger det af stilen i bogen eller magasinet, og ændringer i filialernes form og placering påvirker ikke den information, de vil videregive til os.

Vi kan ikke udlede eksistensen af ​​aktuelle forfædres eller "gamle" arter

Når vi henviser til aktuelle arter, bør vi ikke anvende forfædres konnotationer på dem. Når vi for eksempel tænker på forholdet mellem chimpanser og mennesker, kan vi muligvis misforstå, at chimpanser er forfædre til vores afstamning.

Den fælles stamfar til chimpanser og mennesker var imidlertid ingen. At tro, at sjimpansen er forfædre, ville være at antage, at dens udvikling stoppede, når begge linjer adskiltes.

Efter den samme logik af disse ideer fortæller et fylogenetisk træ ikke os, om der også er unge arter. Da alleliske frekvenser konstant ændrer sig, og der er nye karakterer, der ændrer sig over tid, er det vanskeligt at bestemme en arts alder, og et træ giver os bestemt ikke sådan information.

"Ændring af allelfrekvenser over tid" er, hvordan populationsgenetik definerer evolution.

De er uforanderlige

Når vi ser på et fylogenetisk træ, må vi forstå, at denne graf simpelthen er en hypotese genereret fra konkret bevis. Det kan være, at hvis vi tilføjer flere tegn til træet, vil det ændre dets topologi.

Forskernes ekspertise i at vælge de bedste karakterer til at belyse forholdene mellem de pågældende organismer er nøglen. Derudover er der meget stærke statistiske værktøjer, der giver forskere mulighed for at evaluere træer og vælge det mest plausible.

eksempler

De tre livsområder: Archaea, Bakterier og Eukarya

I 1977 foreslog forskeren Carl Woese at gruppere levende organismer i tre domæner: Archaea, Bacteria og Eukarya. Dette nye klassificeringssystem (tidligere var der kun to kategorier, Eukaryota og Prokaryota) var baseret på den ribosomale RNA-molekylmarkør.

Bakterier og eukaryoter er kendte organismer. Archaea forveksles ofte med bakterier. Disse adskiller sig imidlertid meget i strukturen af ​​deres cellulære komponenter.

Selvom de er mikroskopiske organismer som bakterier, er medlemmerne af Archaea-domænet derfor mere beslægtede med eukaryoter - fordi de deler en tættere fælles forfader.

Kilde: Udarbejdet af Mariana Gelambi.

Filogen af ​​primater

Inden for evolutionær biologi er et af de mest kontroversielle emner menneskets udvikling. For modstanderne af denne teori er en udvikling, der starter fra en ægtsom forfader, der gav anledning til det moderne menneske, ikke logisk.

Et nøglekoncept er forståelsen af, at vi ikke udviklede sig fra nuværende aber, men snarere delte en fælles stamfar med dem. I aber og mennesketræ fremgår det, at det, vi kender som "ab", ikke er en gyldig monofyletisk gruppe, da det udelukker mennesker.

Kilde: Udarbejdet af Mariana Gelambi.

Phylogeni af cetartiodactyls (Cetartiodactyla)

Evolutionelt set repræsenterede hvalderier en gruppe hvirveldyr, hvis forhold til resten af ​​deres medpattedyr ikke var særlig tydelige. Morfologisk ligner hvaler, delfiner og andre medlemmer lidt lighed med andre pattedyr.

I øjeblikket, takket være undersøgelsen af ​​forskellige morfologiske og molekylære karakterer, har det været muligt at konkludere, at søstergruppen til de store hvaler dannes af artiodactyls - hovdyr med jævne hover.

Kilde: Udarbejdet af Mariana Gelambi.

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. Kardong, KV (2006). Virveldyr: komparativ anatomi, funktion, evolution. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). Princeton guide til evolution. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylær evolution: en fylogenetisk tilgang. John Wiley & sønner.
9. Rice, SA (2009). Evolutionens encyklopædi. Infobase Publishing.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologi: begreber og anvendelser uden fysiologi. Cengage Learning.