ФІЛОГЕНЕТИЧНЕ ДЕРЕВО: ВИДИ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Філіпченкове дерево являє собою математичне графічне представлення історії і предок-нащадках відносин груп, популяцій, видів, або будь-який інший таксономічної категорії. Теоретично всі філогенетичні дерева можна згрупувати у дерево життя, що становить універсальне дерево.

Ці графічні уявлення зробили революцію у вивченні еволюційної біології, оскільки дозволяють встановити та визначити вид, перевірити різні еволюційні гіпотези (наприклад, ендосимбіотична теорія), оцінити походження захворювань (наприклад, ВІЛ) тощо.

Джерело: Джон Гулд (14. вересня 1804 - 3.Feb.1881)

Дерева можна реконструювати, використовуючи морфологічні або молекулярні символи, або те і інше. Таким же чином існують різні методи їх побудови, найпоширенішим є методологія кладистів. Це спрямоване на визначення спільних похідних персонажів, відомих як синапоморфія.

характеристики

Одним із принципів, розроблених Чарльзом Дарвіном, є спільне походження всіх живих організмів - тобто всі ми поділяємо віддаленого предка.

У «Походженні видів» Дарвін піднімає метафору про «дерево життя». Насправді він використовує гіпотетичне графічне дерево для розробки своєї ідеї (цікаво, що це єдина ілюстрація Походження).

Представлення цієї метафори - це те, що ми знаємо як філогенетичні дерева, що дозволяють нам графічно відображати історію та стосунки певної групи організмів.

Анатомія філогенетичного дерева

У філогенетичних деревах ми можемо виділити наступні частини - продовжуючи ботанічну аналогію:

Гілки: лінії дерева називаються "гілками", і вони представляють досліджувані популяції в часі. Залежно від типу дерева (див. Нижче), довжина гілки може мати або не мати значення.

На кінчиках гілок ми знаходимо організми, які ми хочемо оцінити. Це можуть бути сутності, які наразі живі, або вимерлі істоти. Видом були б листя нашого дерева.

Корінь: корінь - найдавніша гілка дерева. Деякі мають її і називають укоріненими деревами, а інші - ні.

Вузли: Точки відгалуження гілок у двох або більше лініях називаються вузлами. Крапка являє собою останнього спільного предка груп нащадків (зауважте, що ці предки гіпотетичні).

Існування вузла передбачає подію специфікації - створення нових видів. Після цього кожен вид слідує своєму еволюційному курсу.

Додаткова термінологія

Крім цих трьох основних понять, існують і інші необхідні терміни, що стосуються філогенетичних дерев:

Політомія: коли філогенетичне дерево має більше двох гілок у вузлі, говорять про політомію. У цих випадках філогенетичне дерево до кінця не вирішене, оскільки зв’язки між залученими організмами не є чіткими. Це часто відбувається через брак даних, і це можна виправити лише тоді, коли дослідник накопичить більше.

Зовнішня група: у філогенетичних питаннях прийнято чути поняття зовнішньої групи - також її називають позагруповою. Ця група обрана для того, щоб мати можливість вкорінювати дерево. Його слід обирати як таксон, який раніше відходив від досліджуваної групи. Наприклад, якщо я вивчаю ехінодерми, можна перегрупувати морські шпигуни.

Типи

Існують три основні типи дерев: кладограми, дерева з добавками та ультраметричні дерева.

Кладограми - найпростіші дерева і показують взаємозв’язок організмів з точки зору спільного предка. Інформація про цей тип дерев знаходиться у галузях розгалуження, оскільки розмір гілок не має додаткового значення.

Другий тип дерева - добавка, яку також називають метричними деревами або філограмами. Довжина гілок пов'язана з величиною еволюційних змін.

Нарешті, у нас є ультраметричні дерева або дендограми, де всі верхівки дерев знаходяться на однаковій відстані (що не стосується філограми, де наконечник може виявитися нижчим або вищим, ніж його партнер). Довжина гілки пов'язана з еволюційним часом.

Вибір дерева безпосередньо пов'язаний з еволюційним питанням, на яке ми хочемо відповісти. Наприклад, якщо нас турбують лише стосунки між людьми, для дослідження буде достатня кладограма.

Найчастіші помилки при читанні філогенетичних дерев

Хоча філогенетичні дерева часто широко використовують графіки в еволюційній біології (і загальній біології), є багато студентів та професіоналів, які неправильно трактують повідомлення про те, що ці, мабуть, прості графіки призначені для доставки читачеві.

Тулуба немає

Перша помилка - читати їх збоку, припускаючи, що еволюція передбачає прогрес. Якщо ми правильно розуміємо еволюційний процес, немає підстав думати, що предкові види знаходяться зліва, а більш розвинені види - праворуч.

Хоча ботанічна аналогія дерева дуже корисна, наступає момент, коли це вже не так точно. Існує вирішальна структура дерева, якої немає в дереві: стовбур. У філогенетичних деревах ми не знаходимо жодних основних гілок.

Зокрема, деякі люди можуть вважати людину кінцевою «ціллю» еволюції, і тому вид Homo sapiens завжди повинен знаходитися як кінцева сутність.

Однак ця думка не відповідає еволюційним принципам. Якщо ми розуміємо, що філогенетичні дерева є рухливими елементами, ми можемо розмістити Homo в будь-якому кінцевому положенні дерева, оскільки ця характеристика не є релевантною у поданні.

Вузли можуть обертатися

Важливою особливістю, яку ми повинні розуміти щодо філогенетичних дерев, є те, що вони представляють нестатичні графіки.

У них усі ці гілки можуть обертатися - так само, як і мобільний. Ми не маємо на увазі, що ми можемо переміщувати гілки за бажанням, оскільки деякі рухи передбачали б зміну візерунка або топології дерева. Що ми можемо обертати - це вузли.

Щоб інтерпретувати повідомлення дерева, ми не повинні зосереджуватися на кінчиках гілок, ми повинні зосередитися на точках гілок, які є найважливішим аспектом графіка.

Крім того, ми повинні мати на увазі, що існує кілька способів намалювати дерево. Багато разів це залежить від стилю книги чи журналу, і зміни форми та положення гілок не впливають на інформацію, яку вони хочуть передати нам.

Ми не можемо вивести існування нинішніх предкових або «старих» видів

Коли ми будемо посилатися на сучасні види, ми не повинні застосовувати до них конотації предків. Наприклад, коли ми думаємо про стосунки між шимпанзе і людьми, ми можемо неправильно зрозуміти, що шимпанзе є прабатьком нашої лінії.

Однак спільним предком шимпанзе і людей не було жодного. Думати, що шимпанзе є родовим, було б припустити, що її еволюція припинилася, коли обидві лінії були розлучені.

Дотримуючись тієї ж логіки цих ідей, філогенетичне дерево не говорить нам, чи є і молоді види. Оскільки алельні частоти постійно змінюються і з’являються нові символи, що змінюються з часом, важко визначити вік виду, і, звичайно, дерево не дає нам такої інформації.

"Зміна частот алелів у часі" - це те, як генетика популяції визначає еволюцію.

Вони незмінні

Дивлячись на філогенетичне дерево, ми повинні розуміти, що цей графік є просто гіпотезою, породженою конкретними доказами. Можливо, якщо ми додамо до дерева більше символів, воно змінить його топологію.

Досвід науковців щодо вибору кращих персонажів для з'ясування стосунків цих організмів є ключовим. Крім того, є дуже потужні статистичні інструменти, які дозволяють дослідникам оцінювати дерева та вибирати найбільш правдоподібне.

Приклади

Три сфери життя: Архей, Бактерія та Еукарія

У 1977 р. Дослідник Карл Уїз запропонував згрупувати живі організми у три сфери: Архея, Бактерія та Еукарія. Ця нова класифікаційна система (раніше існувало лише дві категорії, Еукаріота та Прокаріота) базувалася на молекулярному маркері рибосомної РНК.

Бактерії та еукаріоти - широко відомі організми. Археї часто приймають за бактерії. Однак вони сильно відрізняються за структурою своїх клітинних компонентів.

Тому, хоча вони є мікроскопічними організмами на зразок бактерій, члени домену Архея більш тісно пов'язані з еукаріотами - адже вони поділяють більш близького спільного предка.

Джерело: Підготувала Мар'яна Геламбі.

Філогенія приматів

У еволюційній біології однією з найбільш суперечливих тем є еволюція людини. Для супротивників цієї теорії еволюція, що починається від мавпоподібного предка, що породила сучасну людину, не є логічною.

Ключовим поняттям є розуміння того, що ми не еволюціонували від нинішніх мавп, а скоріше ділилися з ними спільним предком. У дереві мавп і людей виділяється, що те, що ми знаємо як «мавпа», не є дійсною монофілетною групою, оскільки виключає людину.

Джерело: Підготувала Мар'яна Геламбі.

Філогенія цетартіодактилів (Cetartiodactyla)

Еволюційно кажучи, китоподібні представляли групу хребетних, стосунки з рештою їхніх інших ссавців були не дуже чіткими. Морфологічно кити, дельфіни та інші представники мало схожі на інших ссавців.

В даний час, завдяки дослідженню різних морфологічних та молекулярних характерів, вдалося зробити висновок, що побратимна група великих китоподібних формується артіодактилами - копитними з рівними копитами.

Джерело: Підготувала Мар'яна Геламбі.

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. Кардон, К. В. (2006). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. McGraw-Hill.
6. Климан, Р. М. (2016). Енциклопедія еволюційної біології. Академічна преса.
7. Лосос, JB (2013). Крінстонський путівник до еволюції. Прінстонський університетський прес.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Молекулярна еволюція: філогенетичний підхід. Джон Вілі та сини.
9. Райс, SA (2009). Енциклопедія еволюції. Видавнича інформація.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Біологія: поняття та застосування без фізіології. Cengage Learning.