ФІЛОГЕНІЯ: ІНТЕРПРЕТАЦІЯ, ВИДИ ДЕРЕВ, ДОДАТКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Філогенез , в еволюційної біології, є поданням еволюційної історії групи організмів або виду, підкреслюючи лінію спуску і родинні стосунки між групами.

Сьогодні біологи використовували дані, отримані насамперед із порівняльної морфології та анатомії, а також із послідовностей генів для реконструкції тисяч до тисяч дерев.

Джерело: Wilson JEM Costa, через Wikimedia Commons

Ці дерева прагнуть описати еволюційну історію різних видів тварин, рослин, мікробів та інших органічних істот, які населяють землю.

Аналогія з деревом життя датується часом Чарльза Дарвіна. Цей блискучий британський натураліст фіксує у шедеврі "Походження видів" єдине зображення: "дерево", яке представляє розгалуження ліній, починаючи від спільного предка.

Що таке філогенія?

У світлі біологічних наук одна з найдивовижніших подій, що відбулася, - це еволюція. Зазначені зміни органічних форм з часом можуть бути представлені у філогенетичному дереві. Тому філогенія виражає історію ліній і те, як вони змінювалися з часом.

Одним із прямих наслідків цього графіка є загальне походження. Тобто всі організми, які ми бачимо сьогодні, з'явилися нащадками з модифікаціями минулих форм. Ця ідея була однією з найбільш значущих в історії науки.

Усі життєві форми, які ми сьогодні можемо бачити - від мікроскопічних бактерій до рослин та найбільших хребетних - пов’язані між собою, і цей взаємозв'язок представлений у величезному і заплутаному дереві життя.

Відповідно до дерева, види, які живуть сьогодні, представляли б листя, а решта гілок - це їх еволюційна історія.

Що таке філогенетичне дерево?

Показана спрощена філогенез метазоа. Для деяких груп схематичне зображення пов'язане з деякими типами очей, які можуть бути присутніми: Чашка, Камера з отвором для входу у світло, Камера з лінзою, Складена шляхом призначення та Складена за допомогою суперпозиції. Laura bibiana, з Вікісховища

Філогенетичне дерево - це графічне зображення еволюційної історії групи організмів. Ця закономірність історичних стосунків - це філогенія, яку намагаються оцінити дослідники.

Дерева складаються з вузлів, що з'єднують «гілки». Кінцеві вузли кожної гілки є кінцевими таксонами і являють собою послідовності або організми, для яких відомі дані - це можуть бути живі або вимерлі види.

Внутрішні вузли представляють гіпотетичних предків, тоді як предк, знайдений у корені дерева, являє собою предка всіх послідовностей, представлених на графіку.

Як трактуються філогенетичні дерева?

Існує багато способів зобразити філогенетичне дерево. З цієї причини важливо знати, як розпізнати, чи є ці відмінності, які спостерігаються між двома деревами, через різні топології - тобто реальні відмінності, що відповідають двом написанням, - чи це просто відмінності, пов'язані зі стилем представлення.

Наприклад, порядок появи міток у верхній частині може змінюватись, не змінюючи значення графічного зображення, як правило, найменування виду, роду, родини серед інших категорій.

Це відбувається тому, що дерева нагадують рухливий, де гілки можуть обертатися, не змінюючи відношення представленого виду.

У цьому сенсі не має значення, скільки разів змінюється порядок або обертаються предмети, які "висять", оскільки це не змінює спосіб їх з'єднання - і це важливо.

Як реконструюються філогенії?

Філогенії - це гіпотези, які формулюються на основі непрямих доказів. Вияснення філогенії схоже на роботу слідчого, який розкриває злочин, дотримуючись підказки з місця злочину.

Біологи часто постулюють свої філології, використовуючи знання з різних галузей, таких як палеонтологія, порівняльна анатомія, порівняльна ембріологія та молекулярна біологія.

Запис копалин, хоча і неповний, надає дуже цінну інформацію про часи розбіжності груп видів.

З плином часу молекулярна біологія переросла всі згадані поля, і більшість філогеній виводяться з молекулярних даних.

Мета відновлення філогенетичного дерева має ряд основних недоліків. Існує приблизно 1,8 мільйона названих видів і багато інших без їх опису.

І хоча щодня значна кількість вчених прагнуть відновлювати стосунки між видами, все ще немає повного дерева.

Гомологічні персонажі

Коли біологи хочуть описати схожість між двома структурами чи процесами, вони можуть це зробити з точки зору загального роду (гомологій), аналогій (функції) або гомоплазії (морфологічної подібності).

Для реконструкції філогенії використовуються виключно гомологічні символи. Гомологія є ключовим поняттям в еволюції та відтворенні відносин між видами, оскільки лише вона адекватно відображає загальний рід батьківства.

Припустимо, ми хочемо зробити висновок про філогенез трьох груп: птахів, кажанів та людей. Для досягнення своєї мети ми вирішили використати верхні кінцівки як характеристику, яка допомагає нам розрізнити закономірність стосунків.

Оскільки птахи та кажани мають змінені структури для польоту, ми могли б помилково зробити висновок, що кажани та птахи більше пов’язані між собою, ніж кажани для людини. Чому ми дійшли неправильного висновку? Тому що ми використовували аналогічний та негомологічний характер.

Щоб знайти правильний взаємозв'язок, я повинен шукати гомологічного характеру, наприклад, наявність волосся, молочних залоз та трьох маленьких кісток у середньому вусі - лише декілька. Однак гомології діагностувати непросто.

Види дерев

Не всі дерева однакові, є різні графічні зображення, і кожне з них вдається включити якусь своєрідну характеристику еволюції групи.

Найбільш основні дерева - це кладограми. Ці графіки відображають відносини з точки зору загального предка (за останніми загальними предками).

Дерева з добавками містять додаткову інформацію і представлені у довжину гілок.

Числа, пов'язані з кожною гілкою, відповідають деякому атрибуту в послідовності - наприклад, кількості еволюційних змін, які зазнали організми. Окрім «дерев з добавками», вони також відомі як метричні дерева або філограми.

Ультраметричні дерева, які також називаються дендограмами, є особливим випадком дерев з добавками, де кінчики дерева рівновіддалені від кореня до дерева.

Останні два варіанти мають усі дані, які ми можемо знайти в кладограмі, та додаткову інформацію. Тому вони не є ексклюзивними, якщо не доповнюють один одного.

Політомії

Багато разів вузли дерев не повністю вирішені. Візуально говорять, що існує політомія, коли з нової з'являється більше трьох гілок (є один предк для більш ніж двох безпосередніх нащадків). Коли дерево не має політомій, воно, як кажуть, повністю вирішене.

Існує два типи політомій. Перші - це "жорсткі" політоми. Вони характерні для дослідницької групи і вказують на те, що нащадки еволюціонували одночасно. Крім того, "м'які" політоми вказують на невирішені зв'язки, викликані самими даними.

Еволюційна класифікація

Монофілетичні лінії

Еволюційні біологи прагнуть знайти класифікацію, яка б відповідала схемі розгалуження філогенетичної історії груп. У цьому процесі була розроблена низка термінів, широко застосовуваних в еволюційній біології: монофілетичні, парафілетичні та поліфілетичні.

Монофілетичний таксон або родовід - це той, що складається з предкових видів, який представлений у вузлі, та всіх його нащадків, але не інших видів. Це групування називається кладом.

Монофілетичні лінії визначаються на кожному рівні таксономічної ієрархії. Наприклад, сімейство Фелідей, родовід, який містить котячих (включаючи домашніх котів), вважається монофілетом.

Аналогічно, Анімалія також є монофілетичним таксоном. Як ми бачимо, сімейство Felidae знаходиться в межах Animalia, тому монофілетні групи можуть гніздитися.

Парафілетичні та поліфілетичні лінії

Однак не всі біологи поділяють кладистичне класифікаційне мислення. У випадках, коли дані не є повними або просто для зручності, називаються певні таксони, які включають види з різних кладов або вищих таксонів, які не мають спільного з останніми загальними предками.

Таким чином таксон є поліфілетичним, він визначається як група, що включає організми з різних кладов, і ці не мають спільного предка. Наприклад, якщо ми хочемо позначити групу гомеотерм, до неї входили б птахи та ссавці.

Навпаки, парафілетична група не містить усіх нащадків самого останнього загального предка. Іншими словами, це виключає деяких членів групи. Найбільш використовуваний приклад - рептилії, ця група не містить усіх нащадків самого останнього загального предка: птахів.

Програми

Окрім того, щоб сприяти важкому завданню з’ясування дерева життя, філогенії також мають деякі досить значні застосування.

У галузі медицини філогенії використовуються для відстеження походження та швидкості передачі інфекційних захворювань, таких як СНІД, денге та грип.

Вони також використовуються в галузі біології збереження. Знання філогенезу зникаючого виду має важливе значення для відстеження схем схрещування та рівня гібридизації та інбридингу між особинами.

Список літератури

1. Baum, DA, Smith, SD, Donovan, SS (2005). Виклик дерева-мислення. Наук, 310 (5750), 979-980.
2. Кертіс, Х. та Барнс, штат Нью-Йорк (1994). Запрошення до біології. Макміллан.
3. Холл, БК (Ред.). (2012 р.). Гомологія: Ієрархічна основа порівняльної біології. Академічна преса.
4. Хікман, К.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, WC, & Гарнізон, C. (2001). Комплексні принципи зоології. McGraw - Хілл.
5. Гінчліфф, СЕ, Сміт, SA, Алман, Дж. Ф., Берлі, Дж. Дж., Чаддхарі, Р., Когілл, Л.М., Крендалл, К.А., Ден, Дж., Дрю, БТ, Газіс, Р., Гуд, К., Гіббет, DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T.,… Cranston, KA (2015). Синтез філогенії та систематики у всеосяжне дерево життя. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 112 (41), 12764-9.
6. Кардон, К. В. (2006). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. McGraw-Hill.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Молекулярна еволюція: філогенетичний підхід. Джон Вілі та сини.