FILOGENETISK TRE: TYPER OG DERES EGENSKAPER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

Et fylogenetisk tre er en matematisk grafisk fremstilling av historien og stamfar-etterkommer-forholdet til grupper, bestander, arter eller andre taksonomiske kategorier. Teoretisk sett kan alle fylogenetiske trær grupperes i livets tre, og utgjør det universelle treet.

Disse grafiske fremstillingene har revolusjonert studiet av evolusjonsbiologi, siden de tillater å etablere og definere en art, teste forskjellige evolusjonshypoteser (for eksempel endosymbiotisk teori), evaluere opprinnelsen til sykdommer (som HIV), etc.

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

Trær kan rekonstrueres ved bruk av morfologiske eller molekylære tegn, eller begge deler. På samme måte er det forskjellige metoder for å bygge dem, den vanligste er kladistmetodikken. Dette søker å identifisere delte avledede tegn, kjent som synapomorphy.

kjennetegn

Et av prinsippene som er utviklet av Charles Darwin er den felles aner til alle levende organismer - det vil si at vi alle deler en ekstern forfader.

I "Artenes opprinnelse" reiser Darwin metaforen om "livets tre." Faktisk bruker han et hypotetisk grafisk tre for å utvikle ideen sin (underlig nok er det den eneste illustrasjonen av Origin).

Representasjonen av denne metaforen er det vi kjenner som fylogenetiske trær, som lar oss grafisk vise historien og forholdene til en spesifikk gruppe organismer.

Anatomi av et fylogenetisk tre

I fylogenetiske trær kan vi skille følgende deler - fortsette med den botaniske analogien:

Grener: linjene i treet kalles "grener", og disse representerer studiepopulasjonene over tid. Avhengig av tretypen (se nedenfor), kan lengden på grenen kanskje ikke ha noen betydning.

På spissen av grenene finner vi de organismer vi ønsker å evaluere. Dette kan være enheter som for tiden er i live, eller utdøde vesener. Arten ville være bladene på treet vårt.

Rot: roten er den eldste treet av treet. Noen har det og kalles forankrede trær, mens andre ikke har det.

Knutepunkt: Grenpunktene på grener i to eller flere slekter kalles noder. Prikken representerer den nyeste vanlige stamfaren til etterkommergruppene (merk at disse forfedrene er hypotetiske).

Eksistensen av en nod impliserer en spesifikasjonshendelse - opprettelse av nye arter. Etter dette følger hver art sitt evolusjonsforløp.

Ytterligere terminologi

I tillegg til disse tre grunnleggende konseptene, er det andre nødvendige begreper når det gjelder fylogenetiske trær:

Politomi: Når et fylogenetisk tre har mer enn to grener i en node, sies det at det er en polytomi. I disse tilfellene er det fylogenetiske treet ikke helt løst, fordi forholdene mellom de involverte organismer ikke er klare. Dette skjer ofte på grunn av mangel på data, og kan bare fikses når en forsker akkumulerer mer.

Ekstern gruppe: i fylogenetiske spørsmål er det vanlig å høre begrepet ekstern gruppe - også kalt outgroup. Denne gruppen er valgt for å kunne forankre treet. Det bør velges som et takson som tidligere avviket fra studiegruppen. For eksempel, hvis jeg studerer pigghuder, kan du gruppere havklynger.

typer

Det er tre grunnleggende trærtyper: kladogram, additive trær og ultrametriske trær.

Cladograms er de enkleste trærne og viser forholdet mellom organismer når det gjelder felles aner. Informasjonen om denne typen tre ligger i forgreningsmønstrene, siden størrelsen på grenene ikke har noen ekstra betydning.

Den andre typen tre er tilsetningsstoffet, også kalt metriske trær eller filogrammer. Lengden på grenene er relatert til mengden evolusjonsendring.

Til slutt har vi ultrametriske trær eller dendogrammer, der alle spissene til trærne er på samme avstand (noe som ikke er tilfelle i filogrammet, der en spiss kan virke lavere eller høyere enn partneren). Lengden på grenen er relatert til evolusjonær tid.

Valget av treet er direkte relatert til det evolusjonsspørsmålet vi ønsker å svare på. For eksempel, hvis vi bare er opptatt av forholdene mellom individer, vil et kladogram være tilstrekkelig for studien.

Vanligste feil når du leser fylogenetiske trær

Selv om fylogenetiske trær ofte er mye brukte grafer i evolusjonsbiologi (og generell biologi), er det mange studenter og fagpersoner som feiltolker meldingen om at disse tilsynelatende enkle grafene er ment å levere til leseren.

Det er ingen bagasjerom

Den første feilen er å lese dem sidelengs, forutsatt at evolusjonen innebærer fremgang. Hvis vi forstår evolusjonsprosessen riktig, er det ingen grunn til å tro at forfedrene er til venstre og de mer avanserte artene til høyre.

Selv om den botaniske analogien til et tre er veldig nyttig, kommer det et punkt hvor det ikke lenger er så nøyaktig. Det er en avgjørende trestruktur som ikke er til stede i treet: bagasjerommet. I fylogenetiske trær finner vi ingen hovedgrener.

Spesifikt kan noen mennesker betrakte mennesket som det endelige "målet" for evolusjonen, og derfor bør Homo sapiens-arten alltid være lokalisert som den endelige enheten.

Imidlertid er dette synet ikke i samsvar med evolusjonsprinsipper. Hvis vi forstår at fylogenetiske trær er mobile elementer, kan vi plassere Homo i en hvilken som helst terminalposisjon av treet, siden denne egenskapen ikke er relevant i representasjonen.

Knutepunktene kan rotere

En viktig funksjon som vi må forstå om fylogenetiske trær, er at de representerer ikke-statiske grafer.

I dem kan alle disse grenene rotere - på samme måte som en mobil kan. Vi mener ikke at vi kan flytte grenene når du vil, fordi noen bevegelser vil innebære å endre mønsteret eller topologien til treet. Det vi kan rotere er nodene.

For å tolke budskapet til et tre, må vi ikke fokusere på spissene til grenene, vi må fokusere på grenpunktene, som er det viktigste aspektet av grafen.

I tillegg må vi huske på at det er flere måter å tegne et tre på. Mange ganger avhenger det av stilen i boka eller magasinet, og endringer i grenenes form og plassering påvirker ikke informasjonen de ønsker å formidle til oss.

Vi kan ikke utlede eksistensen av nåværende forfedres eller "gamle" arter

Når vi skal referere til nåværende arter, skal vi ikke bruke forfedres konnotasjoner på dem. Når vi for eksempel tenker på forholdene mellom sjimpanser og mennesker, kan vi misforstå at sjimpanser er forfedre til vår avstamning.

Den vanlige stamfaren til sjimpanser og mennesker var imidlertid ingen. Å tro at sjimpansen er forfedre, vil være å anta at dens utvikling stoppet når begge avstamningene ble skilt.

Etter den samme logikken i disse ideene, forteller ikke et fylogenetisk tre oss om det også er unge arter. Siden de allelle frekvensene stadig endres og det er nye karakterer som endrer seg over tid, er det vanskelig å bestemme en arts alder, og et tre gir oss ikke slik informasjon.

"Endring av allelfrekvenser over tid" er hvordan populasjonsgenetikk definerer evolusjonen.

De er uforanderlige

Når vi ser på et fylogenetisk tre, må vi forstå at denne grafen ganske enkelt er en hypotese generert fra konkrete bevis. Det kan være at hvis vi legger til flere tegn til treet, vil det endre topologien.

Forskernes ekspertise når det gjelder å velge de beste karakterene for å belyse forholdene til de aktuelle organismer, er nøkkelen. I tillegg er det veldig kraftige statistiske verktøy som lar forskere evaluere trær og velge det mest sannsynlige.

eksempler

De tre livets domener: Archaea, Bacteria og Eukarya

I 1977 foreslo forskeren Carl Woese å gruppere levende organismer i tre domener: Archaea, Bacteria og Eukarya. Dette nye klassifiseringssystemet (tidligere var det bare to kategorier, Eukaryota og Prokaryota) var basert på den ribosomale RNA molekylære markøren.

Bakterier og eukaryoter er allment kjente organismer. Archaea blir ofte forvekslet med bakterier. Disse er imidlertid veldig forskjellige i strukturen til deres cellulære komponenter.

Selv om de er mikroskopiske organismer som bakterier, er medlemmene av Archaea-domenet nærmere knyttet til eukaryoter - fordi de deler en nærmere felles stamfar.

Kilde: Utarbeidet av Mariana Gelambi.

Filogeni av primater

Innenfor evolusjonsbiologi er et av de mest kontroversielle temaene utviklingen av mennesket. For motstanderne av denne teorien er en evolusjon som starter fra en ekte forfader som ga opphav til det moderne menneske, ikke logisk.

Et sentralt begrep er forståelsen av at vi ikke utviklet seg fra nåværende aper, men heller delte en felles stamfar med dem. I treet til aper og mennesker skiller det seg ut at det vi kjenner som "ape" ikke er en gyldig monofyletisk gruppe, siden det utelukker mennesker.

Kilde: Utarbeidet av Mariana Gelambi.

Filogeni av cetartiodactyls (Cetartiodactyla)

Evolusjonært sett representerte hvalterier en gruppe virveldyr hvis forhold til resten av sine medpattedyr ikke var veldig tydelige. Morfologisk har hvaler, delfiner og andre medlemmer liten likhet med andre pattedyr.

For øyeblikket, takket være studien av forskjellige morfologiske og molekylære karakterer, har det vært mulig å konkludere med at søstergruppen til de store hvaler er dannet av artiodactyls - hovdyr med jevn hov.

Kilde: Utarbeidet av Mariana Gelambi.

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. Kardong, KV (2006). Virveldyr: komparativ anatomi, funksjon, evolusjon. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). Princeton-guiden til evolusjon. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylær evolusjon: en fylogenetisk tilnærming. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Evolution leksikon. Infobase Publishing.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologi: begreper og anvendelser uten fysiologi. Cengage Learning.