การแปลความหมายทางวิวัฒนาการชนิดต้นไม้การใช้งาน

เชื้อชาติ, ในชีววิทยาวิวัฒนาการมันเป็นตัวแทนของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิตหรือสปีชีส์โดยเน้นสายผู้สืบทอดและความสัมพันธ์ทางเครือญาติระหว่างกลุ่ม.

ปัจจุบันนักชีววิทยาได้ใช้ข้อมูลจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาและกายวิภาคเปรียบเทียบเป็นหลักและจากลำดับของยีนเพื่อสร้างต้นไม้ขึ้นใหม่เป็นพัน ๆ ต้น.

ต้นไม้เหล่านี้พยายามอธิบายประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของสัตว์พืชพรรณจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอินทรีย์อื่น ๆ ที่อาศัยอยู่ในโลก.

การเปรียบเทียบกับต้นไม้แห่งชีวิตเริ่มจากยุคของชาร์ลส์ดาร์วิน นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษผู้เก่งกาจสะท้อนผลงานชิ้นเอก "ต้นกำเนิดของสายพันธุ์"รูปภาพเดียว:" ต้นไม้ "ที่แสดงถึงการแตกกิ่งของ lineages เริ่มต้นจากบรรพบุรุษร่วมกัน.

ดัชนี

• 1 phylogeny คืออะไร?
• 2 ต้นไม้สายวิวัฒนาการคืออะไร?
• 3 การตีความต้นไม้สายวิวัฒนาการอย่างไร?
• 4 วิธีการสร้างสายไฟใหม่?
  • 4.1 อักขระที่คล้ายคลึงกัน
• ต้นไม้ 5 ประเภท
• 6 การเมือง
• 7 การจำแนกวิวัฒนาการ
  • 7.1 สายเลือด monofilic
  • 7.2 เชื้อสาย Paraphyletic และ polyphyletic
• 8 แอปพลิเคชัน
• 9 อ้างอิง

phylogeny คืออะไร?

ในแง่ของวิทยาศาสตร์ชีวภาพหนึ่งในเหตุการณ์ที่น่าอัศจรรย์ที่สุดที่เกิดขึ้นคือวิวัฒนาการ กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบอินทรีย์พร้อมกาลเวลาสามารถถูกแสดงในต้นไม้สายวิวัฒนาการ ดังนั้น phylogeny แสดงประวัติของเชื้อสายและวิธีการที่พวกเขามีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป.

หนึ่งในผลกระทบโดยตรงของกราฟนี้คือบรรพบุรุษร่วมกัน กล่าวคือสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่เราเห็นในวันนี้ได้กลายเป็นลูกหลานที่มีการปรับเปลี่ยนรูปแบบที่ผ่านมา ความคิดนี้เป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์.

ทุกรูปแบบของชีวิตที่เราสามารถชื่นชมในวันนี้ - จากแบคทีเรียด้วยกล้องจุลทรรศน์ไปยังพืชและสัตว์มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่ - มีการเชื่อมต่อและความสัมพันธ์นี้จะแสดงในต้นไม้ที่กว้างใหญ่และซับซ้อนของชีวิต.

ภายในการเปรียบเทียบของต้นไม้ชนิดที่มีอยู่ทุกวันนี้จะเป็นตัวแทนของใบไม้และกิ่งที่เหลือจะเป็นประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของพวกมัน.

ต้นไม้สายวิวัฒนาการคืออะไร?

ต้นไม้สายวิวัฒนาการเป็นภาพกราฟิกของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิต รูปแบบของความสัมพันธ์ทางประวัติศาสตร์นี้เป็นสายวิวัฒนาการที่นักวิจัยพยายามประเมิน.

ต้นไม้ประกอบด้วยโหนดที่เชื่อมต่อกับ "สาขา" โหนดเทอร์มินัลของแต่ละสาขาคือเทอร์มินัลแท็กซ่าและแสดงลำดับหรือสิ่งมีชีวิตที่ทราบข้อมูล - สิ่งมีชีวิตหรือสูญพันธุ์.

โหนดภายในแสดงถึงบรรพบุรุษสมมุติในขณะที่บรรพบุรุษพบในรากของต้นไม้แสดงถึงบรรพบุรุษของลำดับทั้งหมดที่แสดงในกราฟ.

ต้นไม้ตีความได้อย่างไร?

มีหลายวิธีในการแสดงต้นไม้สายวิวัฒนาการ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องทราบว่าความแตกต่างเหล่านี้ที่ถูกสังเกตระหว่างต้นไม้สองต้นนั้นเป็นเพราะทอพอโลยีที่แตกต่างกันหรือไม่นั่นคือความแตกต่างที่แท้จริงที่สอดคล้องกับกราฟสองกราฟ.

ตัวอย่างเช่นลำดับที่ฉลากปรากฏที่ด้านบนสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนความหมายของการเป็นตัวแทนกราฟิกโดยปกติจะเป็นชื่อของสปีชีส์, สกุล, ตระกูล, ครอบครัวและหมวดหมู่อื่น ๆ.

เรื่องนี้เกิดขึ้นเพราะต้นไม้มีลักษณะคล้ายกับมือถือที่สาขาสามารถหมุนได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนความสัมพันธ์ของสายพันธุ์ที่เป็นตัวแทน.

ในแง่นี้มันไม่สำคัญว่าจะมีการแก้ไขคำสั่งซื้อกี่ครั้งหรือวัตถุที่ "แขวน" ถูกหมุนเนื่องจากมันไม่เปลี่ยนวิธีการเชื่อมต่อ - และนั่นคือสิ่งสำคัญ.

วิธีการสร้างสายไฟใหม่?

ไฟโตจีนีเป็นสมมติฐานที่มีสูตรตามหลักฐานทางอ้อม การเจือจาง phylogeny มีลักษณะคล้ายกับงานของผู้ตรวจสอบในการแก้ไขอาชญากรรมโดยทำตามรอยของฉากอาชญากรรม.

นักชีววิทยามักจะอ้างถึง phylogenies ของพวกเขาโดยใช้ความรู้จากหลายสาขาเช่นซากดึกดำบรรพ์กายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบตัวอ่อนเปรียบเทียบและชีววิทยาโมเลกุล.

บันทึกซากดึกดำบรรพ์ถึงแม้ว่าจะไม่สมบูรณ์ แต่ก็ให้ข้อมูลที่มีค่ามากในช่วงเวลาที่แตกต่างกันของกลุ่มสปีชีส์.

เมื่อเวลาผ่านไปอณูชีววิทยาได้ผ่านทุกสาขาที่กล่าวมาแล้วและฟีโนจีนิกส่วนใหญ่อนุมานจากข้อมูลโมเลกุล.

เป้าหมายของการสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการใหม่นั้นเกี่ยวข้องกับชุดของข้อเสียที่สำคัญ มีสายพันธุ์ที่มีชื่อประมาณ 1.8 ล้านชนิดและอีกหลายชนิดโดยไม่อธิบาย.

และแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จำนวนมากมุ่งมั่นทุกวันเพื่อสร้างความสัมพันธ์ระหว่างเผ่าพันธุ์ แต่เราก็ยังไม่มีต้นไม้ที่สมบูรณ์.

ตัวละครที่คล้ายคลึงกัน

เมื่อนักชีววิทยาต้องการอธิบายความคล้ายคลึงกันระหว่างสองโครงสร้างหรือกระบวนการพวกเขาสามารถทำได้ในแง่ของบรรพบุรุษร่วมกัน (homologies), คล้ายคลึง (ฟังก์ชัน) หรือ homoplasia (คล้ายคลึงกันทางสัณฐานวิทยา).

ในการสร้าง phylogeny ใหม่จะมีการใช้อักขระที่คล้ายคลึงกันเท่านั้น Homology เป็นแนวคิดสำคัญในการวิวัฒนาการและในการพักผ่อนหย่อนใจของความสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์เพราะมันสะท้อนให้เห็นถึงบรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิตที่เพียงพอ.

สมมติว่าเราต้องการอนุมาน phylogeny ของสามกลุ่ม: นกค้างคาวและมนุษย์ เพื่อบรรลุวัตถุประสงค์ของเราเราตัดสินใจที่จะใช้แขนขาด้านบนเป็นลักษณะที่ช่วยให้เรามองเห็นรูปแบบของความสัมพันธ์.

เนื่องจากนกและค้างคาวมีโครงสร้างที่ปรับเปลี่ยนสำหรับการบินเราสามารถสรุปผิดพลาดได้ว่าค้างคาวและนกมีความสัมพันธ์มากกว่าค้างคาวกับมนุษย์ ทำไมเราถึงได้ข้อสรุปที่ผิด? เพราะเราใช้ตัวละครที่คล้ายคลึงกันและไม่คล้ายคลึงกัน.

เพื่อค้นหาความสัมพันธ์ที่ถูกต้องฉันควรมองหาตัวละครที่คล้ายคลึงกันเช่นการปรากฏตัวของผมต่อมน้ำนมและกระดูกเล็ก ๆ สามใบที่หูชั้นกลาง - เพียงแค่พูดถึงบางส่วน อย่างไรก็ตาม homologies ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะวินิจฉัย.

ประเภทของต้นไม้

ต้นไม้ทุกต้นไม่เหมือนกันมีการแสดงภาพกราฟิกที่แตกต่างกันและแต่ละต้นจัดการเพื่อรวมลักษณะที่แปลกประหลาดของวิวัฒนาการของกลุ่ม.

ต้นไม้ที่พื้นฐานที่สุดคือ cladograms กราฟเหล่านี้แสดงความสัมพันธ์ในแง่ของบรรพบุรุษร่วมกัน (อ้างอิงจากบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด).

ต้นไม้เพิ่มเติมมีข้อมูลเพิ่มเติมและมีการแสดงในความยาวของกิ่ง.

ตัวเลขที่เกี่ยวข้องกับแต่ละสาขาสอดคล้องกับคุณลักษณะบางอย่างในลำดับ - เช่นจำนวนของการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการที่สิ่งมีชีวิตมีประสบการณ์ นอกเหนือจาก "ต้นไม้เพิ่มเติม" พวกเขายังเป็นที่รู้จักกันในนามต้นไม้หรือเมทริก phylograms.

ต้นไม้ Ultrametric เรียกอีกอย่างว่า dendograms เป็นกรณีพิเศษของต้นไม้ที่ปลายของต้นไม้มีความยาวเท่ากันจากรากถึงต้นไม้.

ตัวแปรสองตัวสุดท้ายเหล่านี้มีข้อมูลทั้งหมดที่เราสามารถหาได้ใน cladogram และข้อมูลเพิ่มเติม ดังนั้นจึงไม่ได้เกิดร่วมกันหากไม่เสริม.

polytomies

หลายครั้งที่โหนดของต้นไม้ไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ เห็นได้ชัดว่ามีการเมืองเมื่อมีสมาชิกใหม่ออกจากสาขามากกว่าสามสาขา (มีบรรพบุรุษเพียงคนเดียวที่มีลูกหลานมากกว่าสองคน) เมื่อต้นไม้ไม่มี polytomies มันก็บอกว่าจะได้รับการแก้ไขโดยสิ้นเชิง.

โพลีโทมีสองประเภท สิ่งแรกคือการเมืองที่ "ยาก" สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่อยู่ภายในกลุ่มศึกษาและบ่งชี้ว่าลูกหลานวิวัฒนาการในเวลาเดียวกัน อีกวิธีหนึ่ง "โพลีโอที" อ่อน "ระบุความสัมพันธ์ที่ไม่ได้แก้ไขที่เกิดจากข้อมูล ต่อ se.

การจำแนกวิวัฒนาการ

เชื้อสาย Monophyletic

นักชีววิทยาวิวัฒนาการพยายามค้นหาการจำแนกประเภทที่สอดคล้องกับรูปแบบการแตกแขนงของประวัติศาสตร์สายวิวัฒนาการของกลุ่ม ในกระบวนการนี้ได้มีการพัฒนาชุดคำศัพท์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีววิทยาวิวัฒนาการ: monophyletic, paraphyletic และ polyphyletic.

สายเลือดแท็กซอนหรือโมโนไฟต์เลเยอร์เป็นสายพันธุ์ที่ประกอบด้วยสายพันธุ์ศูนย์กลางซึ่งเป็นตัวแทนในโหนดและลูกหลานทั้งหมดของมัน แต่ไม่ใช่สายพันธุ์อื่น การจัดกลุ่มนี้เรียกว่า clade.

เชื้อสาย Monophyletic ถูกกำหนดไว้ในแต่ละระดับของลำดับชั้นของอนุกรมวิธาน ตัวอย่างเช่นตระกูล Felidae ซึ่งเป็นสายเลือดที่มี felines (รวมถึงแมวในประเทศ) ถือเป็น monophyletic.

ในทำนองเดียวกัน Animalia ยังเป็นอนุกรมวิธานเดี่ยว เมื่อเราเห็นว่าตระกูลเฟลิแดอยู่ในกลุ่ม Animalia ดังนั้นกลุ่มโมโนโครมจึงสามารถซ้อนกันได้.

เชื้อสาย Paraphyletic และ polyphyletic

อย่างไรก็ตามนักชีววิทยาบางคนไม่ได้มีความคิดในการจำแนกประเภท cladistic ในกรณีที่ข้อมูลไม่สมบูรณ์หรือเพียงเพื่อความสะดวกมีแท็กซ่าบางตัวที่มีสปีชีส์ของ clades ที่แตกต่างกันหรือแท็กซ่าที่สูงกว่าซึ่งไม่ได้แบ่งปันบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด.

ดังนั้นแท็กโฟลีฟีเลมีนิยามว่าเป็นกลุ่มที่มีสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันของ clades และสิ่งเหล่านี้ไม่ได้มีบรรพบุรุษร่วมกัน ตัวอย่างเช่นถ้าเราต้องการกำหนดกลุ่มของ homeotherms มันจะรวมถึงนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม.

ในทางตรงกันข้ามกลุ่ม paraphyletic ไม่ได้มีลูกหลานทั้งหมดของบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด กล่าวอีกนัยหนึ่งยกเว้นสมาชิกของกลุ่มใด ๆ ตัวอย่างที่ใช้มากที่สุดคือสัตว์เลื้อยคลานกลุ่มนี้ไม่มีลูกหลานทั้งหมดของบรรพบุรุษที่พบบ่อยที่สุด: นก.

การใช้งาน

นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมในงานที่ยากลำบากในการอธิบายต้นไม้แห่งชีวิตแล้วไฟโตจีนียังมีการใช้งานที่สำคัญบางอย่าง.

ในสาขาการแพทย์นั้น phylogenies ถูกใช้เพื่อติดตามต้นกำเนิดและอัตราการแพร่กระจายของโรคติดเชื้อเช่นเอดส์, ไข้เลือดออกและไข้หวัดใหญ่.

พวกเขายังใช้ในสาขาชีววิทยาการอนุรักษ์ ความรู้เกี่ยวกับสายเลือดของสัตว์ใกล้สูญพันธุ์เป็นสิ่งสำคัญในการติดตามรูปแบบการผสมข้ามพันธุ์และระดับของการผสมพันธุ์และการผสมพันธุ์ในหมู่บุคคล.

การอ้างอิง

1. Baum, D.A. , Smith, S.D. , & Donovan, S. S. (2005) ความท้าทายในการคิดต้นไม้. วิทยาศาสตร์, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H. , & Barnes, N. S. (1994). ขอเชิญทางชีววิทยา. Macmillan.
3. Hall, B. K. (Ed.) (2012). Homology: พื้นฐานลำดับชั้นของชีววิทยาเปรียบเทียบ. สื่อวิชาการ.
4. Hickman, C. P. , Roberts, L.S. , Larson, A. , Ober, W.C. , & Garrison, C. (2001). หลักการบูรณาการทางสัตววิทยา. McGraw-Hill.
5. Hinchliff, CE, Smith, SA, Allman, JF, Burleigh, JG, Chaudhary, R. , Coghill, LM, แครนดอล, KA, Deng, BT, Gazis, R. , Gude, K. , Hibbett, DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, วิลเลียมส์, T. , ... Cranston, KA (2015) การสังเคราะห์สายวิวัฒนาการและอนุกรมวิธานลงในต้นไม้ที่ครอบคลุมของชีวิต. การดำเนินการของ National Academy of Sciences ของสหรัฐอเมริกา, 112(41), 12764-9.
6. Kardong, K. V. (2006). สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: กายวิภาคเปรียบเทียบฟังก์ชั่นวิวัฒนาการ. McGraw-Hill.
7. หน้า, R. D. , & Holmes, E. C. (2009). วิวัฒนาการระดับโมเลกุล: วิธีการวิวัฒนาการสายวิวัฒนาการ. John Wiley & Sons.