Phylogeny tolkning, trädtyper, applikationer

en phylogeny, i evolutionärbiologi är det en representation av en grupp organismers eller en arts evolutionära historia, med betoning på efterföljande linje och släktskapsrelationerna mellan grupperna.

För närvarande har biologer använt data från främst morfologi och jämförande anatomi, och från gensekvenser för att rekonstruera tusentals och tusentals träd.

Dessa träd försöker beskriva den evolutionära historien om de olika arterna av djur, växter, mikrober och andra organiska varelser som bor i jorden.

Analysen med livets träd stammer från tiden för Charles Darwin. Denna briljanta brittiska naturalist reflekterar på mästerverket "Uppkomsten av arten"En enda bild: ett" träd "som representerar förgreningarna av linjerna, från en gemensam förfader.

index

• 1 Vad är en fylogeni?
• 2 Vad är ett fylogenetiskt träd?
• 3 Hur fylogenetiska träd tolkas?
• 4 Hur fylogenier rekonstrueras?
  • 4.1 Homologa karaktärer
• 5 Typer av träd
• 6 Politomies
• 7 Evolutionsk klassificering
  • 7.1 Monofila linjer
  • 7.2 Parapetyletiska och polyfyletiska linjer
• 8 applikationer
• 9 referenser

Vad är en fylogeni?

I ljuset av biologiska vetenskaper är en av de mest fantastiska händelserna som har ägt rum evolution. Nämnda förändring av de organiska formerna med tidens gång kan representeras i ett fylogenetiskt träd. Därför uttrycker fylogeni historien om släktingar och hur de har förändrats över tiden.

En av de direkta konsekvenserna av denna graf är vanligt förekommande. Det vill säga att alla de organismer vi ser idag har uppstått som efterkommande med modifieringar av tidigare former. Denna idé har varit en av de viktigaste i vetenskapens historia.

Alla former av liv som vi kan uppskatta idag - från mikroskopiska bakterier, till växter och större ryggradsdjur - är kopplade och detta förhållande är representerat i livets stora och invecklade träd.

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

Vad är ett fylogenetiskt träd?

Ett fylogenetiskt träd är en grafisk representation av en grupp organismers evolutionära historia. Detta mönster av historiska relationer är den fylogeni som forskare försöker uppskatta.

Träden består av noder som ansluter till "grenarna". Terminalnoderna för varje gren är terminal taxa och representerar sekvenserna eller organismerna för vilka data är kända - dessa kan vara levande eller utdöda arter.

De interna noderna representerar hypotetiska förfäder, medan förfader som finns i trädets rot representerar förfäderna för alla sekvenser som representeras i diagrammet.

Hur fylogenetiska träd tolkas?

Det finns många sätt att representera ett fylogenetiskt träd. Därför är det viktigt att veta om dessa skillnader som observeras mellan två träd beror på olika topologier - det vill säga verkliga skillnader som motsvarar två grafer - eller helt enkelt är skillnader relaterade till representationsstilen.

Till exempel kan den ordning i vilken etiketterna visas högst upp, utan att ändra betydelsen av den grafiska representationen, vanligtvis artens namn, släktet, familjen, bland andra kategorier.

Detta beror på att träden liknar en mobil, där grenarna kan rotera utan att förändra förhållandet mellan representativa arter.

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

Hur fylogenier rekonstrueras?

Phylogenier är hypoteser som formuleras utifrån indirekt bevis. Det belysa en fylogeni liknar ett verk av en forskare för att lösa ett brott efter ledtrådar av brottsplatsen.

Biologer postulerar ofta sina fylogenier med hjälp av kunskaper från flera grenar, såsom paleontologi, jämförande anatomi, komparativ embryologi och molekylärbiologi.

Den fossila posten, även om den är ofullständig, ger mycket värdefull information om artgruppernas divergenstider.

Med tiden har molekylärbiologi överträffat alla nämnda fält, och de flesta fylogenier härleds från molekylära data..

Målet att rekonstruera ett fylogenetiskt träd innebär en rad 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 återuppbygga relationer mellan arter dagligen, har vi fortfarande inte ett komplett träd.

Homologa karaktärer

När biologer vill beskriva likheterna mellan två strukturer eller processer, kan de göra när det gäller gemensamt ursprung (homologi), analogier (funktion) eller homoplasy (morfologisk likhet).

För att rekonstruera en fylogeni används endast homologa tecken. Homologi är ett nyckelbegrepp i utvecklingen och i återskapandet av relationerna mellan arter, eftersom det bara återspeglar en adekvat organisms gemensamma anamnes.

Antag att vi vill dra nytta av fylogeni av tre grupper: fåglar, fladdermöss och människor. För att uppfylla vårt mål bestämde vi oss för att använda de övre extremiteterna som en egenskap som hjälper oss att urskilja mönstret av relationer.

Eftersom fåglar och fladdermöss har strukturer som är modifierade för flygning, kan vi fatta felaktigt att fladdermöss och fåglar är mer relaterade än vadderingar till människor. Varför har vi kommit till en felaktig slutsats? Eftersom vi har använt en analog och icke-homolog karaktär.

För att hitta rätt förhållande, ska jag leta efter en homolog karaktär, till exempel närvaron av hår, bröstkörtlar och tre små ben i mellanöret - bara för att nämna några. Homologier är emellertid inte lätt att diagnostisera.

Typer av träd

Inte alla träd är desamma, det finns olika grafiska representationer och var och en klarar av att införliva någon särskild egenskap för gruppens utveckling.

De mest grundläggande träd är kladogrammen. Dessa diagram visar förhållandena när det gäller gemensamt anor (enligt de senaste gemensamma förfäderna).

Tillsatserna innehåller ytterligare information och är representerade i grenarnas längd.

De siffror som är associerade med varje gren motsvarar något attribut i sekvensen - till exempel den mängd evolutionära förändringar som organismer har upplevt. Förutom "additiva träd" är de också kända som metriska träd eller fylogram.

Ultrametriska träd, även kallade dendogram, är ett speciellt fall av tillsatsträd, där träspetsarna är lika stora från roten till trädet.

Dessa två sista varianter har alla data som vi kan hitta i ett kladogram och extra information. Därför utesluter de inte varandra, om de inte kompletterar varandra.

polytomies

Många gånger är trädens noder inte helt löst. Visuellt sägs det att det finns en politik, när en ny lämnar mer än tre grenar (det finns bara en förfader till mer än två omedelbara efterkommande). När ett träd inte har polytomier, sägs det vara helt löst.

Det finns två typer av polytomier. Den första är de "svåra" poliserna. Dessa är inneboende för studiegruppen, och indikerar att ättlingar utvecklades samtidigt. Alternativt indikerar "mjuka" polytomier olösta relationer som orsakas av data i sig.

Evolutionsk klassificering

Monofyletiska linjer

Evolutionsbiologer vill hitta en klassificering som passar mönstret för förgrening av fylogenetisk historia av gruppen. Denna process har utvecklat ett antal termer som ofta används i evolutionsbiologi: monophyletic, paraphyletic och polyphyletic.

En taxon eller monofyletisk linje är en som innefattar en ancentral art, som är representerad i noden och alla dess efterkommande men inte andra arter. Denna gruppering kallas en klade.

Monofyletiska linjer definieras vid varje nivå i den taxonomiska hierarkin. Till exempel Felidaefamiljen är en härstamning innehåller kattdjur (inklusive huskatter) ansåg monophyletic.

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

Parapetyletiska och polyfyletiska linjer

Men inte alla biologer delar tanken på kladistisk klassificering. I de fall då uppgifterna inte är fullständiga eller helt enkelt för enkelhets skyld, heter vissa taxa som inkluderar arter av olika klader eller högre taxa som inte delar en senare gemensam förfader.

Således definieras en polyfyletisk taxon som en grupp som inkluderar organismer av olika klader, och dessa delar inte en gemensam förfader. Till exempel, om vi vill utse en grupp homeotherms, skulle det inkludera fåglar och däggdjur.

Däremot innehåller en parafyletisk grupp inte alla efterkommande av den senaste gemensamma förfader. Med andra ord, utesluta någon av gruppmedlemmarna. Det mest använda exemplet är reptiler, den här gruppen innehåller inte alla efterkommande av den senaste gemensamma förfaderen: fåglar.

tillämpningar

Förutom att bidra till den svåra uppgiften att belysa livets träd, har fylogenier också några ganska viktiga tillämpningar.

På medicinområdet används fylogenier för att spåra uppkomsten och överföringshastigheten för infektionssjukdomar, såsom aids, dengue och influensa.

De används också inom ramen för bevarandebiologi. Kunskap om fylogeni av hotade arter är viktigt att spåra mönster och plankorsning hybridisering och inavel bland individer.

referenser

1. Baum, D. A., Smith, S. D., & Donovan, S. S. (2005). Trädtänkandet utmaningen. Science, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
3. Hall, B. K. (Ed.). (2012). Homologi: Den hierarkiska grunden för jämförande biologi. Academic Press.
4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & 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). Syntese av fylogeni och taxonomi till ett omfattande träd av livet. Förhandlingar vid National Academy of Sciences i USA, 112(41), 12764-9.
6. Kardong, K. V. (2006). Ryggradsdjur: jämförande anatomi, funktion, utveckling. McGraw-Hill.
7. Page, R. D., & Holmes, E. C. (2009). Molekylär utveckling: en fylogenetisk metod. John Wiley & Sons.