FILOGENI: TOLKNING, TRÄDTYPER, APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

En fylogeni , i evolutionär biologi, är en representation av en evolutionshistoria för en grupp organismer eller en art, med betoning på nedstigningen och släktskapsförhållandena mellan grupperna.

Idag har biologer använt data som främst härrör från jämförande morfologi och anatomi och från gensekvenser för att rekonstruera tusentals på tusentals träd.

Källa: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Dessa träd försöker beskriva den evolutionära historien för de olika arter av djur, växter, mikrober och andra organiska varelser som bebor jorden.

Analogin med livets träd är från Charles Darwins tid. Denna lysande brittiska naturforskare fångar i mästerverket "The Origin of Species" en enda bild: ett "tree" som representerar förgreningen av linjer, med utgångspunkt från en gemensam förfader.

Vad är en fylogeni?

Mot bakgrund av biologiska vetenskaper är evolutionen en av de mest fantastiska händelserna som har ägt rum. Nämnda förändring i organiska former över tid kan representeras i ett fylogenetiskt träd. Därför uttrycker fylogenien linjernas historia och hur de har förändrats över tid.

En av de direkta implikationerna av denna graf är vanliga förfäder. Det vill säga att alla organismer som vi ser idag har dykt upp som ättlingar med modifieringar av tidigare former. Denna idé har varit en av de mest betydelsefulla i vetenskapens historia.

Alla livsformer som vi kan uppskatta idag - från mikroskopiska bakterier, till växter och de största ryggradsdjuren - är kopplade och det förhållandet representeras i livets stora och intrikata träd.

Inom trädets analogi skulle de arter som lever idag representera bladen och resten av grenarna vara deras evolutionära historia.

Vad är ett fylogenetiskt träd?

En förenklad fylogeni av Metazoa visas. För vissa grupper är en schematisk framställning förknippad med några av de ögontyper som de kan presentera: Kopp, kamera med lätt inloppshål, Kamera med lins, Komposit efter apposition och Komponerad av superposition. Laura bibiana, från Wikimedia Commons

Ett fylogenetiskt träd är en grafisk representation av den evolutionshistoria för en grupp organismer. Detta mönster av historiska relationer är den fylogeni som forskarna försöker uppskatta.

Träd består av noder som förbinder "grenarna". Terminalnoderna för varje gren är terminala taxa och representerar de sekvenser eller organismer för vilka data är kända - dessa kan vara levande eller utrotade arter.

De interna noderna representerar hypotetiska förfäder, medan förfäderna som finns vid rotens träd representerar förfäderna till alla sekvenser representerade i diagrammet.

Hur tolkas fylogenetiska träd?

Det finns många sätt att representera ett fylogenetiskt träd. Av denna anledning är det viktigt att veta hur man inser om dessa skillnader som observeras mellan två träd beror på olika topologier - det vill säga verkliga skillnader motsvarande två stavningar - eller helt enkelt är skillnader relaterade till representationsstilen.

Till exempel kan ordningen i vilken etiketterna visas överst variera utan att ändra betydelsen av den grafiska representationen, i allmänhet namnet på arten, släktet, familjen, bland andra kategorier.

Detta inträffar eftersom träden liknar en mobil, där grenarna kan rotera utan att förändra förhållandet mellan den representerade arten.

I detta avseende spelar det ingen roll hur många gånger ordningen ändras eller objekten som "hänger" roteras, eftersom det inte förändrar sättet de är anslutna till - och det är det viktiga.

Hur rekonstrueras fylogenier?

Filogenier är hypoteser som formuleras baserat på indirekta bevis. Att belysa en fylogeni liknar jobbet som en utredare löser ett brott genom att följa ledtrådarna från brottplatsen.

Biologer postulerar ofta sina fylogenier med hjälp av kunskap från olika grenar, såsom paleontologi, jämförande anatomi, jämförande embryologi och molekylärbiologi.

Även om fossilen är ofullständig ger den värdefull information om olika arter av grupper av arter.

Med tiden har molekylärbiologi vuxit ut alla nämnda fält, och de flesta fylogenier utgår från molekylära data.

Målet med att bygga om ett fylogenetiskt träd har ett antal stora nackdelar. Det finns cirka 1,8 miljoner namngivna arter och många fler utan att beskrivas.

Och även om ett betydande antal forskare strävar efter att rekonstruera förhållandena mellan arter, finns det fortfarande inget fullständigt träd.

Homologa karaktärer

När biologer vill beskriva likheterna mellan två strukturer eller processer kan de göra det när det gäller vanliga förfäder (homologier), analogier (funktion) eller homoplasi (morfologisk likhet).

För att rekonstruera en fylogeni används uteslutande homologa tecken. Homologi är ett nyckelbegrepp i evolutionen och i återskapandet av förhållanden mellan arter, eftersom det bara återspeglar organismernas gemensamma förfäder.

Anta att vi vill dra slutsatsen av tre grupper: fåglar, fladdermöss och människor. För att uppnå vårt mål beslutade vi att använda de övre extremiteterna som ett kännetecken som hjälper oss att urskilja förhållandena.

Eftersom fåglar och fladdermöss har modifierat strukturer för flygning, kunde vi felaktigt dra slutsatsen att fladdermöss och fåglar är mer relaterade till varandra än fladdermöss till människor. Varför har vi kommit till fel slutsats? Eftersom vi har använt en analog och icke-homolog karaktär.

För att hitta rätt förhållande måste jag leta efter en homolog karaktär, till exempel närvaron av hår, bröstkörtlar och tre små ben i mellanörat - bara för att nämna några. Emellertid är det inte lätt att diagnostisera homologier.

Typer av träd

Inte alla träd är desamma, det finns olika grafiska framställningar och var och en lyckas införa någon särpräglad egenskap hos gruppens utveckling.

De mest grundläggande träden är kladogram. Dessa diagram visar förhållandena i termer av vanliga förfäder (enligt de senaste vanliga förfäderna).

Tillsats träd innehåller ytterligare information och representeras i grenarnas längd.

Siffrorna förknippade med varje gren motsvarar vissa attribut i sekvensen - till exempel mängden evolutionära förändringar som organismer har genomgått. Förutom "tillsats träd" är de också kända som metriska träd eller fylogram.

Ultrametriska träd, även kallad dendogram, är ett speciellt fall av tillsatsträd, där trädets spetsar är lika stora från roten till trädet.

Dessa två sista varianter har alla data som vi kan hitta i ett cladogram och extra information. Därför är de inte exklusiva, om inte kompletterande.

Politomias

Många gånger löses inte noderna på träden helt. Visuellt sägs det att det finns en polytomi, när mer än tre grenar kommer ut från en ny (det finns en enda förfader till mer än två omedelbara ättlingar). När ett träd inte har polytomier sägs det vara helt upplöst.

Det finns två typer av polytomier. De första är de "hårda" polytomierna. Dessa är intressanta för studiegruppen och indikerar att efterkomman utvecklades samtidigt. Alternativt indikerar "mjuka" polytomier olösta förhållanden orsakade av uppgifterna i sig.

Evolutionär klassificering

Monofyletiska linjer

Evolutionsbiologer försöker hitta en klassificering som passar förgreningsmönstret för gruppens fylogenetiska historia. I denna process har en serie termer som används i stor utsträckning i evolutionär biologi utvecklats: monofyletisk, parafyletisk och polyfyletisk.

En monofyletisk taxon eller avstamning är en som består av en förfäderart, som är representerad i noden, och alla dess ättlingar, men inte andra arter. Denna gruppering kallas en clade.

Monofyletiska linjer definieras på varje nivå i den taxonomiska hierarkin. Till exempel anses Family Felidae, en släkt som innehåller kattkatter (inklusive huskatter), monofyletisk.

På liknande sätt är Animalia också en monofyletisk taxon. Som vi ser är familjen Felidae inom Animalia, så monofyletiska grupper kan häckas.

Paraphyletic och polyfyletic linjer

Men inte alla biologer delar kladistiskt klassificeringstänkande. I de fall då uppgifterna inte är fullständiga eller helt enkelt för enkelhets skull namnges vissa taxor som inkluderar arter från olika clades eller högre taxor som inte delar en nyare gemensam förfader.

På detta sätt är en taxon polyfyletisk, den definieras som en grupp som inkluderar organismer från olika klader, och dessa har inte en gemensam förfader. Om vi ​​till exempel vill utse en grupp hemmotermer, skulle det inkludera fåglar och däggdjur.

Däremot innehåller en parafyletisk grupp inte alla ättlingar till den senaste gemensamma förfäder. Med andra ord, det utesluter några av medlemmarna i gruppen. Det mest använda exemplet är reptiler, denna grupp innehåller inte alla ättlingar till den senaste gemensamma förfäder: fåglar.

tillämpningar

Förutom att bidra till den tuffa uppgiften att belysa livets träd har fylogenier också några ganska betydande tillämpningar.

Inom det medicinska området används fylogenier för att spåra ursprung och överföringshastighet för infektionssjukdomar, såsom AIDS, dengue och influensa.

De används också inom området bevarandebiologi. Kunskap om fylogeni hos en utrotningshotad art är avgörande för att spåra korsningsmönstren och nivån på hybridisering och inavel mellan individer.

referenser

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Den trädtänkande utmaningen. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
3. Hall, BK (red.). (2012). Homologi: Den hierarkiska grunden för jämförande biologi. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrerade zoologiska principer. 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). Syntes av fylogeni och taxonomi till ett omfattande livsträd. Förfaranden från National Academy of Sciences of the United States of America, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Ryggradsdjur: jämförande anatomi, funktion, evolution. McGraw-Hill.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylär evolution: en fylogenetisk strategi. John Wiley & Sons.