PHYLOGENY: ÉRTELMEZÉS, FÁTÍPUSOK, ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A filogenezis az evolúciós biológiában egy organizmuscsoport vagy egy faj evolúciós történetének ábrázolása, hangsúlyozva az ereszkedés sorát és a csoportok közötti rokonsági viszonyokat.

Manapság a biológusok elsősorban az összehasonlító morfológiából és az anatómiából, valamint a génszekvenciákból származó adatokat használtak, hogy több ezer fán rekonstruálhassanak.

Forrás: Wilson JEM Costa, a Wikimedia Commonson keresztül

Ezek a fák a földön lakó különböző állatfajok, növények, mikrobák és más szerves lények evolúciós történetét kívánják leírni.

Az analógia az életfával Charles Darwin idejéből származik. Ez a ragyogó brit naturista a "Fajok eredete" remekműben egyetlen képet rögzít: egy "fát", amely a törzsképződést ábrázolja, kezdve a közös ősektől.

Mi az a filogenia?

A biológiai tudományok fényében az egyik legcsodálatosabb esemény az evolúció. A szerves formák időbeli változása a filogenetikai fában ábrázolható. Ezért a filogenia kifejezi a vonalak történetét és azt, hogy azok miként változtak az idő múlásával.

Ennek a grafikonnak az egyik közvetlen következménye a közös ős. Vagyis az összes organizmus, amelyet ma látunk, leszármazottakként jelentkezett a múlt formáinak módosításaival. Ez az ötlet a tudomány történetének egyik legjelentősebb része.

Az összes életforma, amelyet ma láthatunk - a mikroszkopikus baktériumoktól a növényekig és a legnagyobb gerincesekig - kapcsolódik egymáshoz, és ezt a kapcsolatot ábrázolja az élet hatalmas és bonyolult fája.

A fa analógiáján belül a ma élő fajok képviselik a leveleket, a többi ág pedig evolúciós történelemük lesz.

Mi az a filogenetikus fa?

Megmutatjuk a Metazoa egyszerűsített filogenetáját. Egyes csoportok esetében a vázlatos ábrázolás társulhat bizonyos szemtípusokhoz: Kupa, Fényképezőgép fénybejutó nyílással, Fényképezőgép lencsével, Helyzetbe állítva és Szuperpozícióból áll. Bibiana Laura, a Wikimedia Commonsból

A filogenetikai fa egy organizmuscsoport evolúciós történetének grafikus ábrázolása. A történeti kapcsolatok e mintája a filogenezis, amelyet a kutatók megkísérelnek megbecsülni.

A fák csomópontokból állnak, amelyek az "ágakat" összekötik. Az egyes ágak terminális csomópontjai a terminális taxonok és képviselik azokat a szekvenciákat vagy organizmusokat, amelyekről az adatok ismertek - ezek lehetnek élő vagy kihalt fajok.

A belső csomópontok hipotetikus őseket, míg a fa gyökerében található ősek a grafikonban ábrázolt összes szekvencia őseit képviselik.

Hogyan értelmezzük a filogenetikai fákat?

A filogenetikai fa ábrázolására sokféle lehetőség van. Ezért fontos tudni, hogyan lehet felismerni, hogy ezek a két fa között megfigyelt különbségek eltérő topológiákból származnak - vagyis a két helyesírásnak megfelelő valós különbségekből származnak -, vagy egyszerűen csak a megjelenítés stílusához kapcsolódó különbségek.

Például a címkék tetején megjelenésének sorrendje változhat, anélkül, hogy a grafikus ábrázolás jelentését megváltoztatná, általában a faj, a nemzetség, a család nevét, más kategóriák között.

Ennek oka az, hogy a fák mozgóra hasonlítanak, ahol az ágak elforoghatnak anélkül, hogy megváltoztatnák a képviselt faj viszonyát.

Ebben az értelemben nem számít, hányszor változtatja meg a sorrendet, vagy a „függő” objektumokat elforgatják, mivel ez nem változtatja meg egymáshoz kapcsolásuk módját - és ez a fontos dolog.

Hogyan rekonstruálják a filogéniákat?

A filogenitások olyan hipotézisek, amelyeket közvetett bizonyítékok alapján fogalmaznak meg. A filogenia tisztítása hasonló ahhoz a nyomozóhoz, aki a bűncselekmény helyszínéről szóló nyomokat követve bűncselekményt old meg.

A biológusok gyakran filozófiájukat állítják fel különféle ágazatokból származó ismeretek felhasználásával, mint például a paleontológia, az összehasonlító anatómia, az összehasonlító embriológia és a molekuláris biológia.

A fosszilis adatok, bár hiányosak, nagyon értékes információkat szolgáltatnak a fajcsoportok eltérési idejeiről.

Az idő múlásával a molekuláris biológia kinyújtotta az összes említett területet, és a legtöbb filogenitást a molekuláris adatok alapján vonják le.

A filogenetikai fa újjáépítésének célja számos jelentős hátrányt jelent. Körülbelül 1,8 millió elnevezett faj létezik, és még sokan mások, leírás nélkül.

És bár jelentős tudósok minden nap arra törekszenek, hogy rekonstruálják a fajok közötti kapcsolatokat, még mindig nincs teljes fa.

Homológ karakterek

Amikor a biológusok szeretnék leírni a két struktúra vagy folyamat hasonlóságait, megtehetik ezt a közös ősök (homológiák), analógiák (funkció) vagy homoplazia (morfológiai hasonlóság) szempontjából.

A filogenia rekonstruálására kizárólag homológ karaktereket használunk. A homológia kulcsfontosságú fogalom az evolúcióban és a fajok közötti kapcsolatok újjáteremtésében, mivel csak az tükrözi megfelelően az organizmusok közös ősét.

Tegyük fel, hogy három csoport filogenetáját szeretnénk levezetni: madarak, denevérek és emberek. Célunk elérése érdekében úgy döntöttünk, hogy a felső végtagokat olyan jellemzőként használjuk, amely segít felismerni a kapcsolatok mintáját.

Mivel a madarak és a denevérek módosított szerkezetűek repülésre, tévesen következtethetünk arra, hogy a denevérek és a madarak inkább rokonok, mint az emberek denevérei. Miért tévedtünk rosszul? Mert analóg és nem homológ karaktereket használtunk.

A helyes kapcsolat megtalálásához homológ karaktert kell keresnem, például haj, emlőmirigy és három kis csont jelenléte a középfülben - csak néhányat említek. A homológiákat azonban nem könnyű diagnosztizálni.

A fák típusai

Nem minden fa azonos, vannak különböző grafikai ábrázolások, és mindegyik képes beépíteni a csoport fejlődésének sajátos jellemzőit.

A legalapvetőbb fák a cladogramok. Ezek a grafikonok a kapcsolatokat a közös ősök szempontjából mutatják (a legutóbbi közös ősek szerint).

Az adalékfák további információkat tartalmaznak, és ábrázolva vannak az ágak hosszában.

Az egyes ágakhoz rendelt számok megfelelnek a sorozat bizonyos tulajdonságainak - például az evolúciós változás mértékének, amelyet az organizmusok átéltek. Az "adalékfák" mellett metrikus fáknak vagy filogramoknak is nevezik őket.

Az ultrametrikus fák, más néven dendogramok, az additív fák különleges esete, ahol a fa csúcsa egyforma távolságra van a gyöktől a faig.

Ez az utolsó két változat tartalmazza az összes olyan információt, amelyet a cladogramban találhatunk, és további információkat tartalmaz. Ezért nem kizárólagosak, ha nem kiegészítik egymást.

Politomias

A fák csomópontjai sokszor nem oldódtak meg teljesen. Vizuálisan azt mondják, hogy van egy politómia, amikor több mint három ág lép ki egy újból (több mint két közvetlen leszármazottnak egyetlen őse van). Ha egy fa nem rendelkezik politómákkal, azt mondják, hogy teljesen feloldódott.

Kétféle politom létezik. Az első a "kemény" politóma. Ezek lényegesek a tanulmányozó csoport számára, és azt jelzik, hogy az leszármazottak ugyanakkor fejlődtek. Alternatív megoldásként a "lágy" politómiák az adatok által önmagában okozott fel nem oldott kapcsolatokat jelzik.

Evolúciós osztályozás

Monofillikus vonal

Az evolúciós biológusok olyan osztályozást keresnek, amely megfelel a csoportok filogenetikai története elágazási mintájának. Ebben a folyamatban az evolúciós biológiában széles körben használt kifejezések sorozatát fejlesztették ki: monofiletikus, parafieta és polifiletikus.

A monofiletikus taxon vagy törzs egy olyan ősi faj, amely a csomópontban van jelen, és annak minden leszármazottja, de más fajok nem. Ezt a csoportosítást clade-nek hívják.

A monofiletikus vonalokat a taxonómiai hierarchia minden szintjén meghatározzuk. Például a Family Felidae családot, amely macskaféléket (beleértve a házimacskákat is) tartalmaz, monofóliásnak tekintik.

Hasonlóképpen, az Animalia egy monofületi taxon is. Mint látjuk, a Felidae család az Animalia-ban található, így a monofiletikus csoportok beágyazhatók.

Paraphyletikus és polyphyletikus vonal

Ugyanakkor nem minden biológus osztja a kladista osztályozási gondolkodást. Azokban az esetekben, amikor az adatok nem teljesek, vagy egyszerűen az egyszerűség kedvéért, elneveznek bizonyos taxonokat, amelyek különféle kladákból vagy magasabb taxonokból származó fajokat tartalmaznak, amelyek nem rendelkeznek újabb közös ősökkel.

Ilyen módon a taxon többgyulladásos, azt a csoportot definiálják, amelybe a különféle kólákból származó organizmusok tartoznak, és ezeknek nincs közös elődeik. Például, ha a homeotermák csoportját akarjuk kijelölni, akkor az madarakat és emlősöket is magában foglal.

Ezzel ellentétben egy paraphyletikus csoport nem tartalmazza a legutóbbi közös ősi leszármazottait. Más szavakkal, kizárja a csoport néhány tagját. A leggyakrabban használt példa a hüllők, ez a csoport nem tartalmazza a legutóbbi közös ősi leszármazottait: a madarakat.

Alkalmazások

A filogeneseknek, amellett, hogy hozzájárulnak az életfa megvilágításának nehéz feladatához, meglehetősen jelentős alkalmazások is vannak.

Az orvostudományban a filogénákat használják a fertőző betegségek, például az AIDS, a denguexpresszió és az influenza eredetének és terjedési sebességének nyomon követésére.

Ezeket a természetvédelmi biológia területén is használják. A veszélyeztetett fajok filogenetájának ismerete elengedhetetlen az egyedek közötti kereszteződés mintáinak, valamint a hibridizáció és beltenyésztés szintjének nyomon követéséhez.

Irodalom

1. Baum, DA, Smith, SD, és Donovan, SS (2005). A fa-gondolkodás kihívása. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H. és Barnes, NS (1994). Meghívás a biológiára. Macmillan.
3. Hall, BK (Szerkesztő). (2012). Homológia: Az összehasonlító biológia hierarchikus alapja. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, és Garrison, C. (2001). Az állattan integrált alapelvei. 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). A filogenezis és a taxonómia szintézise egy átfogó életfában. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Gerinces: összehasonlító anatómia, funkció, evolúció. McGraw-Hill.
7. Page, RD és Holmes, EC (2009). Molekuláris evolúció: filogenetikai megközelítés. John Wiley & Sons.