FILOGENI: TOLKNING, TRESORTER, BRUKSOMRÅDER - BIOLOGI - 2026

En fylogeni , i evolusjonsbiologi, er en representasjon av evolusjonshistorien til en gruppe organismer eller en art, med vekt på nedstigningslinjen og slektskapsforholdene mellom gruppene.

I dag har biologer brukt data som hovedsakelig er hentet fra komparativ morfologi og anatomi, og fra gensekvenser for å rekonstruere tusenvis av tusenvis av trær.

Kilde: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Disse trærne prøver å beskrive evolusjonshistorien til de forskjellige artene av dyr, planter, mikrober og andre organiske vesener som bor på jorden.

Analogien med livets tre stammer fra Charles Darwins tid. Denne briljante britiske naturforskeren fanger i mesterverket "The Origin of Species" et enkelt bilde: et "tre" som representerer forgreningen av avstamninger, med utgangspunkt i en felles stamfar.

Hva er en fylogeni?

I lys av biologiske vitenskaper er evolusjonen en av de mest fantastiske hendelsene som har funnet sted. Nevnte endring i organiske former over tid kan være representert i et fylogenetisk tre. Derfor uttrykker fylogenien historien til avstamningene og hvordan de har endret seg over tid.

En av de direkte implikasjonene av denne grafen er vanlig aner. 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 mest betydningsfulle i vitenskapens historie.

Alle livsformene som vi kan sette pris på i dag - fra mikroskopiske bakterier, til planter og de største virveldyrene - er koblet sammen, og det forholdet er representert i livets enorme og intrikate tre.

Innenfor analogien til treet ville artene som lever i dag representere bladene og resten av greinene være deres evolusjonshistorie.

Hva er et fylogenetisk tre?

En forenklet fylogeni av Metazoa er vist. For noen grupper er en skjematisk fremstilling assosiert for noen av øynene som de kan presentere: Kopp, Kamera med lett inngangshull, Kamera med objektiv, Kompositt etter apposisjon og Komponert av superposisjon. Laura bibiana, fra Wikimedia Commons

Et fylogenetisk tre er en grafisk fremstilling av evolusjonshistorien til en gruppe organismer. Dette mønsteret med historiske forhold er fylogenien som forskerne prøver å estimere.

Trær består av noder som forbinder "grenene". Terminalknutene til hver gren er de terminale taxaene og representerer sekvensene eller organismene som data er kjent for - disse kan være levende eller utdødde arter.

De indre nodene representerer hypotetiske forfedre, mens forfederen som ble funnet ved roten av treet, representerer stamfaren til alle sekvensene som er representert i grafen.

Hvordan tolkes fylogenetiske trær?

Det er mange måter å representere et fylogenetisk tre. Derfor er det viktig å vite hvordan man kan gjenkjenne om disse forskjellene som er observert mellom to trær skyldes forskjellige topologier - det vil si reelle forskjeller som tilsvarer to stavemåter - eller rett og slett er forskjeller relatert til representasjonsstilen.

For eksempel kan rekkefølgen etikettene vises på toppen 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, der greinene kan rotere uten å endre forholdet til den representerte arten.

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

Hvordan rekonstrueres fylogenier?

Filogenier er hypoteser som er formulert basert på indirekte bevis. Å belyse en fylogeni ligner jobben som en etterforsker som løser en forbrytelse ved å følge ledetrådene fra forbrytelsesstedet.

Biologer postulerer ofte fylogenene sine ved å bruke kunnskap fra forskjellige grener, for eksempel paleontologi, komparativ anatomi, komparativ embryologi og molekylærbiologi.

Selv om fossilprotokollen er ufullstendig, gir den svært verdifull informasjon om divergensetidene for grupper av arter.

Med tiden har molekylærbiologi vokst frem alle nevnte felt, og de fleste fylogenier er utledet fra molekylære data.

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

Og selv om et betydelig antall forskere streber hver dag for å rekonstruere forhold mellom arter, er det fortsatt ikke et komplett tre.

Homologe karakterer

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

For å rekonstruere en fylogeni brukes utelukkende homologe tegn. Homologi er et nøkkelbegrep i evolusjonen og i gjenskaper av forhold mellom arter, siden det bare reflekterer organismenes vanlige aner.

Anta at vi vil utlede fylogenien til tre grupper: fugler, flaggermus og mennesker. For å oppnå vårt mål, bestemte vi oss for å bruke overekstremitetene som et kjennetegn som hjelper oss å forstå mønsteret av forhold.

Siden fugler og flaggermus har endret strukturer for flukt, kan vi feilaktig konkludere med at flaggermus og fugl er mer relatert til hverandre enn flaggermus til mennesker. Hvorfor har vi kommet til feil konklusjon? Fordi vi har brukt en analog og ikke-homolog karakter.

For å finne riktig forhold må jeg se etter en homolog karakter, for eksempel tilstedeværelsen av hår, brystkjertler og tre små bein i mellomøret - bare for å nevne noen. Homologier er imidlertid ikke enkle å diagnostisere.

Typer trær

Ikke alle trær er like, det er forskjellige grafiske fremstillinger, og hver og en klarer å innlemme noen særegne kjennetegn ved utviklingen av gruppen.

De mest grunnleggende trærne er kladogram. Disse grafene viser sammenhengene når det gjelder felles aner (i henhold til de nyeste vanlige aner).

Additive trær inneholder tilleggsinformasjon og er representert i lengden på grenene.

Tallene knyttet til hver gren tilsvarer en del attributt i sekvensen - for eksempel mengden evolusjonsendring som organismer har gjennomgått. I tillegg til "additive trær", er de også kjent som metriske trær eller filogrammer.

Ultrametriske trær, også kalt dendogrammer, er et spesielt tilfelle av additive trær, der spissene til treet er like langt fra roten til treet.

Disse to siste variantene har alle dataene som vi kan finne i et kladogram, og ekstra informasjon. Derfor er de ikke eksklusive, om ikke utfyllende.

Politomias

Mange ganger er ikke knutene til trærne fullstendig løst. Visuelt sies det at det er en polytomi, når mer enn tre grener dukker opp fra en ny (det er en enkel stamfar for mer enn to umiddelbare etterkommere). Når et tre ikke har polytomier, sies det å være fullstendig løst.

Det er to typer polytomier. De første er de "harde" polytomiene. Disse er iboende for studiegruppen, og indikerer at etterkommerne utviklet seg samtidig. Alternativt indikerer "myke" polytomier uavklarte forhold forårsaket av dataene i seg selv.

Evolusjonær klassifisering

Monofyletiske linjer

Evolusjonsbiologer søker å finne en klassifisering som passer forgreningsmønsteret i den fylogenetiske historien til grupper. I denne prosessen er det utviklet en serie begreper som er mye brukt i evolusjonsbiologien: monofyletisk, parafyletisk og polyfyletisk.

Et monofyletisk takson eller avstamning er en som består av en forfedres art, som er representert i noden, og alle dens etterkommere, men ikke andre arter. Denne grupperingen kalles en klede.

Monofyletiske linjer er definert på hvert nivå i det taksonomiske hierarkiet. For eksempel regnes Family Felidae, en avstamning som inneholder kattedyr (inkludert huskatter), monofyletisk.

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

Paraphyletic og polyfyletic linjer

Imidlertid er det ikke alle biologer som har kladistisk klassifiseringstenking. I tilfeller hvor dataene ikke er fullstendige eller bare for enkelhets skyld, navngis det visse taxaer som inkluderer arter fra forskjellige klader eller høyere taxaer som ikke har en nyere felles stamfar.

På denne måten er et taxon polyfyletisk, det er definert som en gruppe som inkluderer organismer fra forskjellige klader, og disse har ikke en felles stamfar. For eksempel, hvis vi ønsker å utpeke en gruppe hjemmetermer, vil det inkludere fugler og pattedyr.

I kontrast inneholder en parafyletisk gruppe ikke alle etterkommere til den siste vanlige stamfar. Det ekskluderer med andre ord noen av medlemmene i gruppen. Det mest brukte eksemplet er krypdyr, denne gruppen inneholder ikke alle etterkommere til den siste vanlige stamfar: fugler.

applikasjoner

I tillegg til å bidra til den tøffe oppgaven å belyse livets tre, har fylogenier også noen ganske betydningsfulle bruksområder.

I det medisinske feltet brukes fylogenier for å spore opprinnelsen og overføringshastigheten for smittsomme sykdommer, som AIDS, dengue og influensa.

De brukes også innen konserveringsbiologi. Kunnskap om fylogeni av en truet art er avgjørende for å spore krysningsmønstrene og nivået av hybridisering og innavl mellom individer.

referanser

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Den tretankende utfordringen. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
3. Hall, BK (red.). (2012). Homologi: Det hierarkiske grunnlaget for sammenlignende biologi. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrerte zoologiske prinsipper. 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 omfattende livstre. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Virveldyr: komparativ anatomi, funksjon, evolusjon. McGraw-Hill.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylær evolusjon: en fylogenetisk tilnærming. John Wiley & Sons.