Филогения, интерпретация, типы деревьев, приложения



филогения, в эволюционной биологии это представление об эволюционной истории группы организмов или вида, подчеркивая нисходящую линию и родственные отношения между группами.

В настоящее время биологи использовали данные, прежде всего, из морфологии и сравнительной анатомии, а также из последовательностей генов, чтобы восстановить тысячи и тысячи деревьев..

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

Аналогия с древом жизни датируется временем Чарльза Дарвина. Этот гениальный британский натуралист размышляет над шедевром »Происхождение видов«Единственное изображение:« дерево », которое представляет собой ветвление линий, начиная с общего предка.

индекс

  • 1 Что такое филогения?
  • 2 Что такое филогенетическое дерево?
  • 3 Как филогенетические деревья интерпретируются?
  • 4 Как филогении восстанавливаются?
    • 4.1 Гомологичные символы
  • 5 видов деревьев
  • 6 политик
  • 7 Эволюционная классификация
    • 7.1 Монофильные линии
    • 7.2 Парафилетические и полифилетические линии
  • 8 приложений
  • 9 Ссылки

Что такое филогения?

В свете биологических наук, одним из самых удивительных событий, которые произошли, является эволюция. Указанное изменение органических форм с течением времени может быть представлено в филогенетическом дереве. Таким образом, филогения выражает историю происхождения и как они изменились с течением времени.

Одним из прямых следствий этого графа является общее происхождение. То есть, все организмы, которые мы видим сегодня, появились 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 более крупных позвоночных - связаны, и эти отношения представлены в огромном и сложном древе жизни.

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

Что такое филогенетическое дерево?

Филогенетическое древо - это графическое представление эволюционной истории группы организмов. Эта модель исторических отношений - филогения, которую исследователи пытаются оценить.

Деревья состоят из узлов, которые соединяются с «ветвями». Конечные узлы каждой ветви представляют собой терминальные таксоны и представляют последовательности или организмы, для которых известны данные - это могут быть живые или вымершие виды.

Внутренние узлы представляют гипотетических предков, в то время как предок, найденный в корне дерева, представляет предка всех последовательностей, представленных в графе..

Как филогенетические деревья интерпретируются?

Есть много способов представить филогенетическое дерево. Следовательно, важно знать, связаны ли эти различия, которые наблюдаются между двумя деревьями, с разными топологиями, то есть с реальными различиями, соответствующими двум графам, или просто с различиями, связанными со стилем представления..

Например, порядок, в котором метки появляются вверху, может варьироваться без изменения значения графического представления, обычно названия вида, рода, семейства, среди других категорий.

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

В этом смысле не имеет значения, сколько раз изменяется порядок или вращаются «зависшие» объекты, поскольку это не меняет способ их соединения - и это важно.

Как филогении восстанавливаются?

Филогении - это гипотезы, сформулированные на основе косвенных данных. Разбавление филогении напоминает работу следователя по раскрытию преступления, следуя следам места преступления.

Биологи часто постулируют свои филогении, используя знания из нескольких отраслей, таких как палеонтология, сравнительная анатомия, сравнительная эмбриология и молекулярная биология..

Окаменелость, хотя и неполная, дает очень ценную информацию о времени расхождения видов.

С течением времени молекулярная биология превзошла все упомянутые области, и большинство филогений выводится из молекулярных данных..

Цель реконструкции филогенетического дерева включает в себя ряд основных недостатков. Существует около 1,8 миллиона названных видов и многие другие, не описанные.

И хотя значительное число ученых ежедневно стремятся восстановить отношения между видами, у нас все еще нет полного дерева.

Гомологичные персонажи

Когда биологи хотят описать сходство между двумя структурами или процессами, они могут сделать это с точки зрения общего происхождения (гомологии), аналогий (функции) или гомоплазии (морфологического сходства)..

Для восстановления филогении используются только гомологичные символы. Гомология является ключевым понятием в эволюции и восстановлении отношений между видами, поскольку только она адекватно отражает общее происхождение организмов..

Предположим, мы хотим сделать вывод о филогении трех групп: птиц, летучих мышей и людей. Чтобы достичь нашей цели, мы решили использовать верхние конечности как характеристику, которая помогает нам различать структуру отношений.

Поскольку птицы и летучие мыши имеют конструкции, модифицированные для полета, мы можем ошибочно сделать вывод, что летучие мыши и птицы больше связаны, чем летучие мыши, с людьми. Почему мы пришли к неправильному выводу? Потому что мы использовали аналогичный и негомологичный характер.

Чтобы найти правильные отношения, я должен искать гомологичный характер, такой как наличие волос, молочных желез и трех маленьких костей в среднем ухе - это лишь некоторые из них. Тем не менее, гомологии не легко диагностировать.

Типы деревьев

Не все деревья одинаковы, существуют разные графические изображения, и каждому из них удается включить какую-то особенную характеристику эволюции группы.

Самыми основными деревьями являются кладограммы. Эти графики показывают отношения с точки зрения общих предков (согласно самым последним общим предкам).

Аддитивные деревья содержат дополнительную информацию и представлены в длине ветвей.

Числа, которые связаны с каждой ветвью, соответствуют некоторому атрибуту в последовательности - такой как количество эволюционных изменений, которые испытали организмы. В дополнение к «аддитивным деревьям» они также известны как метрические деревья или филограммы.

Ультраметрические деревья, также называемые дендограммами, являются частным случаем аддитивных деревьев, где вершины дерева равноудалены от корня до дерева.

Эти два последних варианта имеют все данные, которые мы можем найти в кладограмме, и дополнительную информацию. Поэтому они не являются взаимоисключающими, если не дополняют друг друга.

polytomies

Во многих случаях узлы деревьев не полностью разрешены. Визуально говорят, что существует политика, когда новая оставляет более трех ветвей (у более чем двух непосредственных потомков только один предок). Когда у дерева нет политомий, оно считается полностью разрешенным.

Есть два типа политомий. Первыми являются «жесткие» политомии. Они присущи исследовательской группе и указывают на то, что потомки развивались одновременно. Альтернативно, «мягкие» политомии указывают на неразрешенные отношения, вызванные данными per se.

Эволюционная классификация

Монофилетические линии

Эволюционные биологи стремятся найти классификацию, которая соответствует паттерну ветвления филогенетической истории групп. В этом процессе был разработан ряд терминов, широко используемых в эволюционной биологии: монофилетический, парафилетический и полифилетический..

Таксон или монофилетическая линия - это та, которая включает в себя нецентральный вид, который представлен в узле, и всех его потомков, но не другие виды. Эта группировка называется кладой.

Монофилетические линии определяются на каждом уровне таксономической иерархии. Например, семейство Felidae, линия, которая содержит кошек (включая домашних кошек), считается монофилетической..

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

Парафилетические и полифилетические линии

Однако не все биологи разделяют мысль о кладистической классификации. В тех случаях, когда данные не являются полными или просто для удобства, называются определенные таксоны, которые включают виды разных клад или более высоких таксонов, которые не имеют более общего общего предка.

Таким образом, полифилетический таксон определяется как группа, включающая организмы разных клад, которые не имеют общего предка. Например, если мы хотим обозначить группу гомеотерм, это будет включать птиц и млекопитающих.

Напротив, парафилетическая группа не содержит всех потомков самого последнего общего предка. Другими словами, исключите любого из членов группы. Наиболее часто используемым примером являются рептилии, эта группа не содержит всех потомков самого последнего общего предка: птиц.

приложений

Помимо внесения вклада в трудную задачу выяснения древа жизни, филогении также имеют несколько весьма важных применений..

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

Они также используются в области биологии сохранения. Знание филогении находящихся под угрозой исчезновения видов имеет важное значение для отслеживания моделей скрещивания и уровня гибридизации и инбридинга среди особей..

ссылки

  1. Баум Д.А., Смит С.Д. и Донован С.С. (2005). Древовидный вызов. наука, 310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H. & Barnes, N.S. (1994). Приглашение к биологии. Macmillan.
  3. Холл Б.К. (ред.). (2012). Гомология: иерархическая основа сравнительной биологии. Академическая пресса.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Интегрированные принципы зоологии. 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, Д.С., Кац Л.А., Лафингхаус, Х.Д., Мактавиш, Э.Дж., Мидфорд, П.Е., Оуэн, К.Л., Ри, Р.Х., Рис, Дж.А., Солтис, Д.Е., Уильямс, Т., ... Крэнстон, К.А. Синтез филогении и таксономии во всеобъемлющее древо жизни. Слушания Национальной Академии Наук Соединенных Штатов Америки, 112(41), 12764-9.
  6. Кардонг, К. В. (2006). Позвоночные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. McGraw-Hill.
  7. Пейдж Р.Д. и Холмс Э.С. (2009). Молекулярная эволюция: филогенетический подход. Джон Вили и сыновья.