Phylogeny tolkning, tre typer, applikasjoner



en fylogeni, i evolusjonær biologi, er det en representasjon av den evolusjonære historien til en gruppe organismer eller av en art, understreker etterkommere og slektskapsforholdene mellom gruppene.

Foreløpig har biologer brukt data fra primært morfologi og komparativ anatomi, og fra gensekvenser for å rekonstruere tusenvis og tusenvis av trær.

Disse trærne søker å beskrive den evolusjonære historien til de ulike dyrearter, planter, mikrober og andre organiske vesener som bor på jorden.

Analysen med livets tre, stammer fra tiden for Charles Darwin. Denne briljante britiske naturalisten reflekterer på mesterverket "Opprinnelsen til arter"Et enkeltbilde: et" tre "som representerer forgreningen av linjene, fra en felles forfader.

index

  • 1 Hva er en fylogeni?
  • 2 Hva er et fylogenetisk tre?
  • 3 Hvordan fylogenetiske trær tolkes?
  • 4 Hvordan fylogenier rekonstrueres?
    • 4.1 Homologe tegn
  • 5 Typer trær
  • 6 Politomier
  • 7 Evolusjonær klassifisering
    • 7.1 Monofile linjer
    • 7.2 Parapetyletiske og polyfyletiske linjer
  • 8 applikasjoner
  • 9 referanser

Hva er en fylogeni?

I lys av de biologiske fagene er en av de mest fantastiske hendelsene som har skjedd, evolusjon. Nevnte forandring av de organiske former med tidenes forløp kan representeres i et fylogenetisk tre. Derfor uttrykker fylogeni historien om lineages og hvordan de har endret seg over tid.

En av de direkte konsekvensene av denne grafen er vanlig forfedre. Det vil si at alle organismer som vi ser i dag, har dukket opp som etterkommere med modifikasjoner av tidligere former. Denne ideen har vært en av de viktigste i vitenskapens historie.

Alle livsformer som vi kan sette pris på i dag - fra mikroskopiske bakterier, til planter og større vertebrater - er forbundet og dette forholdet er representert i det store og intrikate treet av livet.

Innenfor treets analogi vil arten som lever i dag representere bladene og resten av grenene ville være deres evolusjonære historie.

Hva er et fylogenetisk tre?

Et fylogenetisk tre er en grafisk fremstilling av den evolusjonære historien til en gruppe organismer. Dette mønsteret av historiske relasjoner er fylogenien som forskere prøver å estimere.

Trærne består av noder som forbinder til "grener". Den terminale node av hver gren er den terminale taxa og representerer sekvensene eller organismer for hvilke data er kjent - disse kan være levende eller utdøde arter.

De interne noder representerer hypotetiske forfedre, mens forfederen som finnes i roten av treet representerer forfederen til alle sekvensene som er representert i grafen.

Hvordan fylogenetiske trær tolkes?

Det er mange måter å representere et fylogenetisk tre på. Derfor er det viktig å vite om disse forskjellene som observeres mellom to trær skyldes forskjellige topologier - det vil si reelle forskjeller som tilsvarer to grafer - eller bare forskjeller knyttet til representasjonsstilen.

For eksempel, rekkefølgen som etikettene vises øverst, kan variere uten å endre betydningen av den grafiske representasjonen, vanligvis navnet på arten, slekten, familien, blant andre kategorier.

Dette skjer fordi trærne ligner en mobil, hvor grenene kan rotere uten å endre forholdet mellom representert art.

I denne forstand spiller det ingen rolle hvor mange ganger ordren er endret eller objektene som "henger" roteres, siden det ikke endrer måten de er koblet til - og det er det viktigste.

Hvordan fylylogener rekonstrueres?

Phylogenier er hypoteser som er formulert basert på indirekte bevis. Dilutere en fylogeni ligner en undersøkers arbeid i å løse en forbrytelse ved å følge sporene i forbrytelsesscenen.

Biologer postulerer ofte sine fylogenier ved å bruke kunnskap fra flere grener, som paleontologi, komparativ anatomi, komparativ embryologi og molekylærbiologi.

Den fossile posten, selv om den er ufullstendig, gir svært verdifull informasjon om dyktighetstider av artegrupper.

Med tiden har molekylærbiologi overgått alle nevnte felt, og de fleste fylogenier er avledet fra molekylære data..

Målet med å rekonstruere et fylogenetisk tre innebærer en rekke store ulemper. Det er ca 1,8 millioner navngitte arter og mange flere uten å bli beskrevet.

Og selv om et betydelig antall forskere strever daglig for å gjenoppbygge relasjoner mellom arter, har vi fortsatt ikke et komplett tre.

Homologe tegn

Når biologer ønsker å beskrive likhetene mellom to strukturer eller prosesser, kan de gjøre det når det gjelder felles forfedre (homologier), analogier (funksjon) eller homoplasi (morfologisk likhet)..

For å rekonstruere en fylogeni brukes kun homologe tegn. Homologi er et nøkkelbegrep i evolusjonen og i rekreasjonen av relasjoner mellom arter, siden det bare reflekterer tilstrekkelig organismenes fellesfødte.

Anta at vi vil utlede fylogenien av tre grupper: fugler, flaggermus og mennesker. For å oppfylle vårt mål, bestemte vi oss for å bruke de øvre ekstremiteter som en egenskap som hjelper oss å skille mellom mønsteret av relasjoner.

Siden fugler og flaggermus har strukturer som er modifisert for fly, kan vi konkludere konkludere med at flaggermus og fugler er mer relaterte enn flaggermus til mennesker. Hvorfor har vi kommet til feil konklusjon? Fordi vi har brukt en analog og ikke-homolog karakter.

For å finne det rette forholdet, bør jeg se etter en homolog karakter, som tilstedeværelse av hår, brystkjertler og tre små ben i mellomøret - for bare å nevne noen. Imidlertid er homologier ikke lett å diagnostisere.

Typer av trær

Ikke alle trær er de samme, det er forskjellige grafiske representasjoner, og hver enkelt klarer å innlemme noen spesiell karakteristisk for utviklingen av gruppen.

De mest grunnleggende trærne er kladogrammene. Disse grafene viser forholdene i form av fellesfødte (ifølge de nyeste vanlige forfedrene).

Tilleggstrærene inneholder tilleggsinformasjon og er representert i lengden av grenene.

Tallene som er knyttet til hver gren, tilsvarer noe attributt i sekvensen - for eksempel mengden av evolusjonelle endringer som organismer har opplevd. I tillegg til "additive trees", er de også kjent som metriske trær eller phylogrammer.

Ultrametriske trær, også kalt dendogrammer, er et spesielt tilfelle av additivtrær, hvor treets spisser er like langt fra roten til treet.

Disse to siste varianter har alle dataene vi finner i et kladogram og ekstra informasjon. Derfor er de ikke gjensidig eksklusive, om ikke komplementære.

polytomies

Mange ganger er trærne ikke helt løst. Visuelt er det sagt at det er politikk når en ny forlater mer enn tre grener (det er bare en forfedre for mer enn to nærmeste etterkommere). Når et tre ikke har polytomier, sies det å være helt løst.

Det er to typer polytomier. Den første er de "harde" politiene. Disse er iboende for studiegruppen, og indikerer at etterkommerne utviklet seg samtidig. Alternativt indikerer "myke" polytomier uløste forhold forårsaket av data i seg selv.

Evolusjonær klassifisering

Monofyletiske linjer

Evolusjonære biologer forsøker å finne en klassifisering som stemmer overens med forgreningsmønsteret av gruppens fylogenetiske historie. I denne prosessen er det utviklet en rekke termer som er mye brukt i evolusjonær biologi: monofyletisk, parapetyletisk og polyfyletisk.

En taxon- eller monofyletisk linje er en som består av en ancentral art, som er representert i knuten, og alle dens etterkommere, men ikke andre arter. Denne gruppen kalles en kappe.

Monofyletiske linjer er definert på hvert nivå av det taksonomiske hierarkiet. For eksempel er Felidae-familien, en slanking som inneholder feliner (inkludert katter), betraktet som monofyletisk..

På samme måte er Animalia også et monofyletisk taxon. Som vi ser Felidae familien er innenfor Animalia, så monofyletiske grupper kan nestes.

Paraphyletic og polyphyletic linjer

Men ikke alle biologer deler tanken på kladistisk klassifisering. I tilfeller der dataene ikke er fullstendige eller bare for enkelhets skyld, er det oppgitt visse taxa som inkluderer arter av forskjellige klader eller høyere taxa som ikke deler en nyere felles forfader.

Således er et polyfyletisk taxon definert som en gruppe som inkluderer organismer av forskjellige klader, og disse deler ikke en felles forfader. For eksempel, hvis vi ønsker å utpeke en gruppe hjemmotermier, vil det inkludere fugler og pattedyr.

I kontrast inneholder ikke en parafylisk gruppe alle etterkommerne til den siste vanlige forfederen. Med andre ord, unntatt noen av gruppemedlemmene. Det mest brukte eksempelet er reptiler, denne gruppen inneholder ikke alle etterkommere av den siste vanlige forfederen: fugler.

søknader

I tillegg til å bidra til den vanskelige oppgaven med å belyse livets tre, har fylogenier også noen ganske viktige anvendelser.

På medisinske felt brukes fylogenier til å spore opprinnelses- og overføringshastigheten til smittsomme sykdommer, som AIDS, dengue og influensa.

De brukes også i grenen av bevaringsbiologi. Kunnskap om fylogeni av truede arter er viktig å spore mønstre og planovergang hybridisering og innavl blant individer.

referanser

  1. Baum, D. A., Smith, S. D., & Donovan, S. S. (2005). Tre-tenkning utfordringen. vitenskap, 310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
  3. Hall, B. K. (red.). (2012). Homologi: Det hierarkiske grunnlaget for komparativ biologi. Academic Press.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrerte prinsipper for zoologi. 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 av fylogeni og taksonomi til et helhetlig tre av livet. Foredrag av Nasjonalt akademi for vitenskap i USA, 112(41), 12764-9.
  6. Kardong, K. V. (2006). Vertebrater: komparativ anatomi, funksjon, evolusjon. McGraw-Hill.
  7. Page, R. D., & Holmes, E. C. (2009). Molekylær evolusjon: en fylogenetisk tilnærming. John Wiley & Sons.