FILOGENETISKT TRÄD: TYPER OCH DERAS EGENSKAPER, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

Ett fylogenetiskt träd är en matematisk grafisk representation av historia och förfäder-efterkommande förhållanden mellan grupper, populationer, arter eller någon annan taxonomisk kategori. Teoretiskt kan alla fylogenetiska träd grupperas i livets träd, vilket utgör det universella trädet.

Dessa grafiska representationer har revolutionerat studien av evolutionär biologi, eftersom de tillåter att etablera och definiera en art, testa olika evolutionära hypoteser (såsom endosymbiotisk teori), utvärdera ursprunget till sjukdomar (som HIV), etc.

Källa: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881)

Träd kan rekonstrueras med morfologiska eller molekylära karaktärer, eller båda. På samma sätt finns det olika metoder för att bygga dem, den vanligaste är kladistmetodiken. Detta syftar till att identifiera delade härledda karaktärer, kända som synapomorphy.

egenskaper

En av de principer som utvecklats av Charles Darwin är den gemensamma härkomst till alla levande organismer - det vill säga vi alla delar en avlägsen förfader.

I "Arternas ursprung" höjer Darwin metaforen för "livets träd." I själva verket använder han ett hypotetiskt grafiskt träd för att utveckla sin idé (konstigt, det är den enda illustrationen av Ursprunget).

Representationen av denna metafor är vad vi känner som fylogenetiska träd, som gör det möjligt för oss att grafiskt visa historien och förhållandena för en specifik grupp av organismer.

Anatomi av ett fylogenetiskt träd

I fylogenetiska träd kan vi skilja på följande delar - fortsätta med den botaniska analogin:

Grenar: linjerna i trädet kallas "grenar", och dessa representerar studiepopulationerna över tid. Beroende på trädtyp (se nedan) kan grenens längd ha en betydelse eller inte.

På grenens tips hittar vi de organismer vi vill utvärdera. Det kan vara enheter som för närvarande lever eller utrotade varelser. Arten skulle vara bladen på vårt träd.

Rot: roten är trädens äldsta gren. Vissa har det och kallas rotade träd, medan andra inte.

Noder: Grenpunkterna på grenar i två eller flera linjer kallas noder. Punkten representerar den senaste gemensamma förfäder till efterkommande grupper (notera att dessa förfäder är hypotetiska).

Förekomsten av en nod innebär en speciationhändelse - skapande av nya arter. Efter detta följer varje art sin evolutionära kurs.

Ytterligare terminologi

Förutom dessa tre grundläggande begrepp finns det andra nödvändiga termer när det gäller fylogenetiska träd:

Politomi: när ett fylogenetiskt träd har mer än två grenar i en nod sägs det att det finns en polytomi. I dessa fall är det fylogenetiska trädet inte helt upplöst, eftersom förhållandena mellan de involverade organismerna inte är tydliga. Detta händer ofta på grund av brist på data och kan bara åtgärdas när en forskare samlar mer.

Extern grupp: i fylogenetiska frågor är det vanligt att höra begreppet extern grupp - även kallad outgroup. Denna grupp är vald för att kunna rota trädet. Det bör väljas som en taxon som tidigare divergerade från studiegruppen. Till exempel, om jag studerar hästdjur, kan du lägga ut havssprutor.

typer

Det finns tre grundläggande typer av träd: kladogram, tillsats träd och ultrametriska träd.

Cladograms är de enklaste träden och visar förhållandet mellan organismer i termer av vanliga förfäder. Informationen om denna typ av träd finns i grenmönstren eftersom storleken på grenarna inte har någon ytterligare betydelse.

Den andra typen av träd är tillsatsen, även kallad metriska träd eller filogram. Grenarnas längd är relaterad till mängden evolutionär förändring.

Slutligen har vi ultrametriska träd eller dendogram, där alla topparna på träden är på samma avstånd (vilket inte är fallet i filogrammet, där en spets kan verka lägre eller högre än dess partner). Grenens längd är relaterad till evolutionär tid.

Valet av träd är direkt relaterat till den evolutionära frågan som vi vill besvara. Till exempel, om vi bara är upptagna med förhållandena mellan individer, räcker ett kladogram för studien.

Vanliga misstag vid läsning av fylogenetiska träd

Även om fylogenetiska träd ofta används i stor utsträckning grafer i evolutionär biologi (och allmän biologi), finns det många studenter och yrkesverksamma som missuppfattar meddelandet att dessa till synes enkla grafer är avsedda att leverera till läsaren.

Det finns ingen bagageutrymme

Det första misstaget är att läsa dem i sidled, förutsatt att evolutionen innebär framsteg. Om vi ​​förstår utvecklingsprocessen korrekt, finns det ingen anledning att tro att förfäderna är till vänster och de mer avancerade arterna till höger.

Även om den botaniska analogin av ett träd är mycket användbar, kommer det en punkt där det inte längre är så exakt. Det finns en avgörande trädstruktur som inte finns i trädet: stammen. I fylogenetiska träd hittar vi inga huvudgrenar.

Specifikt kan vissa människor betrakta människan som det ultimata "målet" för evolutionen, och därför bör Homo sapiens-arterna alltid vara placerade som den slutliga enheten.

Men denna åsikt är inte förenlig med evolutionära principer. Om vi ​​förstår att fylogenetiska träd är rörliga element, kan vi placera Homo i varje terminalposition på trädet, eftersom denna egenskap inte är relevant i representationen.

Noderna kan rotera

En viktig funktion som vi måste förstå om fylogenetiska träd är att de representerar icke-statiska grafer.

I dem kan alla dessa grenar rotera - på samma sätt som en mobil kan. Vi menar inte att vi kan flytta grenarna när som helst, för vissa rörelser skulle innebära att trädets mönster eller topologi ändras. Det vi kan rotera är noderna.

För att tolka budskapet om ett träd, får vi inte fokusera på grenens spetsar, vi måste fokusera på grenpunkterna, som är den viktigaste aspekten av grafen.

Dessutom måste vi komma ihåg att det finns flera sätt att rita ett träd på. Många gånger beror det på stilen i boken eller tidningen och förändringar i filialernas form och position påverkar inte den information de vill förmedla till oss.

Vi kan inte dra slutsatsen att det finns aktuella förfäder eller "gamla" arter

När vi ska hänvisa till nuvarande arter, bör vi inte tillämpa förfädernas konnotationer på dem. När vi till exempel tänker på förhållandena mellan schimpanser och människor kan vi missförstå att schimpanser är förfäderna till vår släkt.

Den gemensamma förfäder till schimpanser och människor var emellertid inte heller. Att tro att schimpansen är förfäder skulle vara att anta att dess utveckling stannade när båda linjerna separerade.

Efter samma logik av dessa idéer, säger ett fylogenetiskt träd inte om det finns unga arter heller. Eftersom alleliska frekvenser ständigt förändras och det finns nya karaktärer som förändras över tid, är det svårt att bestämma en arts ålder och ett träd ger oss inte sådan information.

"Förändring av allelfrekvenser över tid" är hur befolkningsgenetik definierar evolution.

De är oföränderliga

När vi tittar på ett fylogenetiskt träd måste vi förstå att denna graf helt enkelt är en hypotes som framställts från konkreta bevis. Det kan vara så att om vi lägger till fler tecken i trädet kommer det att ändra dess topologi.

Forskarnas expertis när det gäller att välja de bästa karaktärerna för att klargöra förhållandena mellan organismerna i fråga är nyckeln. Dessutom finns det mycket kraftfulla statistiska verktyg som gör det möjligt för forskare att utvärdera träd och välja det mest troliga.

exempel

De tre domänerna i livet: Archaea, Bacteria och Eukarya

1977 föreslog forskaren Carl Woese att gruppera levande organismer i tre domäner: Archaea, Bacteria och Eukarya. Detta nya klassificeringssystem (tidigare fanns det bara två kategorier, Eukaryota och Prokaryota) var baserat på den ribosomala RNA-molekylmarkören.

Bakterier och eukaryoter är allmänt kända organismer. Archaea misstas ofta för bakterier. Dessa skiljer sig emellertid mycket i strukturen för deras cellulära komponenter.

Även om de är mikroskopiska organismer som bakterier, är medlemmarna i Archaea-domänen närmare besläktade med eukaryoter - eftersom de delar en närmare gemensam förfader.

Källa: Utarbetad av Mariana Gelambi.

Filogen av primater

Inom evolutionär biologi är ett av de mest kontroversiella ämnena människans utveckling. För motståndarna till denna teori är en utveckling som börjar från en äkta förfader som gav upphov till den moderna människan inte logisk.

Ett viktigt begrepp är att förstå att vi inte utvecklats från nuvarande apor utan snarare delade en gemensam förfader med dem. I aporna och människornas träd framgår det att det vi känner som "apa" inte är en giltig monofyletisk grupp, eftersom det utesluter människor.

Källa: Utarbetad av Mariana Gelambi.

Filogen av cetartiodactyls (Cetartiodactyla)

Evolutionellt sett representerade valar en grupp ryggradsdjur vars förhållanden med resten av sina medpattedjur inte var särskilt tydliga. Morfologiskt liknar valar, delfiner och andra medlemmar liten likhet med andra däggdjur.

För närvarande, tack vare studien av olika morfologiska och molekylära karaktärer, har det varit möjligt att dra slutsatsen att systergruppen för de stora valarna bildas av artiodaktylerna - hovdjur med jämna hovar.

Källa: Utarbetad av Mariana Gelambi.

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. Kardong, KV (2006). Ryggradsdjur: jämförande anatomi, funktion, evolution. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). Princeton-guiden till evolution. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekylär evolution: en fylogenetisk strategi. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Evolutionens encyklopedi. Infobase-publicering.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologi: begrepp och tillämpningar utan fysiologi. Cengage Learning.