FILOGENETIKUS FA: TÍPUSOK ÉS JELLEMZŐIK, PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A filogenetikai fa csoportok, populációk, fajok vagy bármely más taxonómiai kategória története és ősei-leszármazottai közötti kapcsolatok matematikai grafikus ábrázolása. Elméletileg az összes filogenetikai fát csoportosíthatjuk az életfájába, amely egyetemes fa.

Ezek a grafikus ábrázolások forradalmasították az evolúciós biológia tanulmányát, mivel lehetővé teszik egy faj megállapítását és meghatározását, különféle evolúciós hipotézisek tesztelését (például endosimbiotikus elmélet), a betegségek (például a HIV) eredetének értékelését stb.

Forrás: John Gould (1804. szeptember 14. - 1981. Február 3.)

A fák morfológiai vagy molekuláris karakterek, vagy mindkettő felhasználásával rekonstruálhatók. Ugyanígy különféle módszerek vannak ezek felépítésére, a leggyakoribb a kladista módszer. Ennek célja a megosztott származtatott karakterek azonosítása, úgynevezett synapomorphy.

jellemzők

Charles Darwin által kifejlesztett egyik alapelv az összes élő szervezet közös őse - azaz mindannyian távoli őseink vannak.

A "Fajok eredete" részben Darwin felveti az "életfa" metaforáját. Valójában hipotetikus grafikus fát használ az ötlete kidolgozására (kíváncsi módon ez az Eredet egyetlen illusztrációja).

Ezt a metaforát reprezentáljuk filogenetikai fákként, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy grafikusan ábrázoljuk az organizmusok egy adott csoportjának történetét és kapcsolatát.

A filogenetikai fa anatómiája

A filogenetikus fákban a következő részeket különböztethetjük meg - folytatva a botanikai analógiát:

Ágak: a fa vonalait "ágaknak" nevezzük, és ezek a vizsgálati populációkat jelzik az idő múlásával. A fa típusától függően (lásd alább) az ág hosszának lehet, vagy nincs jelentése.

Az ágak tippein találjuk azokat az organizmusokat, amelyeket ki akarunk értékelni. Ezek lehetnek élő elemek vagy kihalt lények. A faj a fánk levelei lennének.

Gyökér: a gyökér a fa legrégibb ága. Néhányuknak megvan, és gyökeres fának hívják őket, másoknak nem.

Csomópontok: Két vagy több vonalban lévő ágak elágazási pontjait csomópontoknak nevezzük. A pont a leszármazott csoportok legfrissebb őseit képviseli (vegye figyelembe, hogy ezek az ősek hipotetikusak).

A csomópont megléte feltételezési eseményt jelent - új fajok létrehozását. Ezt követően minden faj követi evolúciós útját.

Kiegészítő terminológia

Ezen a három alapfogalmon kívül a filogenetikai fákkal kapcsolatban vannak más szükséges kifejezések:

Politómia: ha egy filogenetikai fának kettőnél több ága van, akkor azt mondják, hogy van politómia. Ezekben az esetekben a filogenetikai fa nem oldódik meg teljesen, mivel az érintett organizmusok közötti kapcsolat nem egyértelmű. Ez gyakran az adatok hiánya miatt fordul elő, és csak akkor javítható, ha a kutató többet gyűjt.

Külső csoport: filogenetikai kérdésekben gyakori a külső csoport fogalmának meghallgatása, amelyet outgroup-nak is neveznek. Ezt a csoportot úgy választják meg, hogy képes legyen a fa gyökérzetére. Azt a taxont kell választani, amely korábban eltér a vizsgálati csoporttól. Például, ha tüskésbőrűeket tanulmányozok, akkor kihagyhatod a tengeri lövedékeket.

típusai

Három alaptípusú fa van: kladogramok, adalékfák és ultrametrikus fák.

A kladogramok a legegyszerűbb fák, amelyek megmutatják az organizmusok kapcsolatát a közös ősökben. Az ilyen fafajtákkal kapcsolatos információk az elágazási mintákban találhatók, mivel az ágak méretének nincs további jelentése.

A második fa fa az adalékanyag, más néven metrikus fák vagy filogramok. Az ágak hossza az evolúciós változás mértékével függ össze.

Végül ultrametrikus fákkal vagy dendogramokkal rendelkezünk, ahol a fák összes csúcsa azonos távolságra van (ez nem igaz a filogramban, ahol egy hegy alacsonyabb vagy magasabb lehet, mint partnerének). Az ág hossza az evolúciós idővel függ össze.

A fa kiválasztása közvetlenül kapcsolódik az evolúciós kérdéshez, amelyre meg akarunk válaszolni. Például, ha csak az egyének közötti kapcsolatokkal foglalkozunk, akkor a kladogram elegendő a vizsgálathoz.

A leggyakoribb hibák a filogenetikai fák olvasásakor

Noha a filogenetikai fákat gyakran használják grafikonokként az evolúciós biológiában (és az általános biológiában), sok diák és szakember félreértelmezi az üzenetet, amelyet ezeknek a látszólag egyszerű grafikonoknak az olvasónak szánták.

Nincs csomagtartó

Az első hiba az, hogy oldalról olvassa őket, feltételezve, hogy az evolúció előrehaladást jelent. Ha helyesen megértjük az evolúciós folyamatot, nincs ok arra gondolni, hogy az ősi fajok a bal oldalon, a fejlettebb fajok a jobb oldalon vannak.

Bár a fa botanikai analógiája nagyon hasznos, van olyan pont, ahol már nem olyan pontos. Van egy döntő faszerkezet, amely nincs jelen a fában: a törzs. A filogenetikus fákban nem találunk fõ ágakat.

Pontosabban, néhány ember az evolúció végső céljának tekintheti az embert, ezért a Homo sapiens fajokat mindig a végső entitásnak kell elhelyezni.

Ez a nézet azonban nincs összhangban az evolúciós alapelvekkel. Ha megértjük, hogy a filogenetikai fák mozgó elemek, akkor a Homo-t a fa bármilyen véghelyzetébe elhelyezhetjük, mivel ez a jellemző nem releváns a reprezentációban.

A csomópontok foroghatnak

Létfontosságú tulajdonság, amelyet meg kell értenünk a filogenetikai fákkal kapcsolatban, hogy nem statikus grafikonokat képviselnek.

Benne ezek az ágak foroghatnak - ugyanúgy, mint egy mobil. Nem azt értjük, hogy szabadon mozgathatjuk az ágakat, mert néhány mozgás magában foglalja a fa mintázatának vagy topológiájának megváltoztatását. A csomópontok amit forgathatunk.

A fa üzenetének értelmezéséhez nem szabad az ágak hegyére összpontosítanunk, hanem az ág pontokra kell összpontosítanunk, amelyek a grafikon legfontosabb szempontjai.

Ezen felül nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a fa rajzolására többféle mód van. Sokszor ez a könyv vagy a magazin stílusától függ, és a fióktelepek alakjának és helyzetének változásai nem befolyásolják azt az információt, amelyet át akarnak adni nekünk.

Nem vonhatjuk le a jelenlegi ősi vagy "régi" fajok létezését

Amikor a jelenlegi fajokra hivatkozunk, nem szabad az ősi konnotációkat alkalmazni rájuk. Például, amikor gondolkodunk a csimpánzok és az emberek közötti kapcsolatokról, félreérthetjük, hogy a csimpánzok ősei származásunkhoz.

A csimpánzok és az emberek közös őse azonban egyik sem volt. Ha azt gondolnánk, hogy a csimpánz őse, akkor azt feltételezzük, hogy evolúciója abbahagyja, amikor mindkét vonal elválasztódik.

Ezen ötletek ugyanazon logikáját követve a filogenetikai fa nem mondja el, hogy vannak-e fiatal fajok is. Mivel az allél gyakorisága folyamatosan változik, és új karakterek is változnak az idő múlásával, nehéz meghatározni a faj korát, és természetesen egy fa nem ad nekünk ilyen információt.

Az allélfrekvencia változása az idő múlásával határozza meg a populációgenetika az evolúciót.

Változatlanok

A filogenetikai fát tekintve meg kell értenünk, hogy ez a grafikon egyszerűen egy konkrét bizonyítékokból származó hipotézis. Lehet, hogy ha további karaktereket adunk a fához, akkor módosul a topológiája.

A kérdéses organizmusok kapcsolatának tisztázására a legjobb karakterek kiválasztásában a tudósok szakértelme kulcsfontosságú. Ezen kívül vannak nagyon hatékony statisztikai eszközök, amelyek lehetővé teszik a kutatók számára a fák értékelését és a legmegbízhatóbb eszköz kiválasztását.

Példák

Az élet három területe: Archaea, baktériumok és Eukarya

1977-ben Carl Woese kutatója azt javasolta, hogy az élő organizmusokat három területre csoportosítsák: Archaea, baktériumok és Eukarya. Ez az új osztályozási rendszer (korábban csak két kategória volt, az Eukaryota és a Prokariota) a riboszomális RNS molekuláris markereken alapult.

A baktériumok és az eukarióták széles körben ismert organizmusok. Az archaea gyakran tévedett a baktériumokkal. Ezek azonban jelentősen különböznek celluláris komponenseik felépítésében.

Ezért, bár mikroszkopikus organizmusok, mint a baktériumok, az Archaea domén tagjai szorosabban kapcsolódnak az eukariótákhoz - mert szorosabb közös őseik vannak.

Forrás: Mariana Gelambi készítette.

A főemlősök filogenia

Az evolúciós biológián belül az egyik legvitatottabb téma az ember evolúciója. Ennek az elméletnek az ellenfelei számára nem logikus az a fejlõdés, amely a majomkori idõstõl kezdõdik, és amely a modern emberhez vezetett.

Kulcsfontosságú fogalom az annak megértése, hogy nem a jelenlegi majmokból fejlődtünk ki, hanem közös õket osztottunk meg velük. A majmok és az emberek fájában kiemelkedik, hogy az, amit "majomnak" hívunk, nem érvényes monofiletikus csoport, mivel kizárja az embereket.

Forrás: Mariana Gelambi készítette.

Cetartiodaktil-filogenia (Cetartiodactyla)

Evolúciós szempontból a cetfélék egy olyan gerinces csoportot képviseltek, amelynek kapcsolata más emlősök többi részével nem volt nagyon világos. Morfológiai szempontból a bálnák, a delfinek és a többi tag kevés hasonlít más emlősökhöz.

Jelenleg, a különféle morfológiai és molekuláris karakterek tanulmányozásának köszönhetően megállapítható, hogy a nagy cetfélék testvércsoportját artiodaktilok alkotják - páros pattokkal pattogatnak.

Forrás: Mariana Gelambi készítette.

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. Kardong, KV (2006). Gerinces: összehasonlító anatómia, funkció, evolúció. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Az evolúciós biológia enciklopédia. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). A Princeton útmutatása az evolúcióhoz. Princeton University Press.
8. Page, RD és Holmes, EC (2009). Molekuláris evolúció: filogenetikai megközelítés. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Az evolúció enciklopédia. Infobase Publishing.
10. Starr, C., Evers, C., és Starr, L. (2010). Biológia: fogalmak és alkalmazások élettan nélkül. Cengage tanulás.