Tipuri de arbori filogenetici și caracteristicile lor, exemple

711
Sherman Hoover

A arborele filogenetic este o reprezentare matematică grafică a istoriei și a relațiilor strămoș-descendent ale grupurilor, populațiilor, speciilor sau oricărei alte categorii taxonomice. Teoretic, toți copacii filogenetici pot fi grupați în arborele vieții, constituind arborele universal.

Aceste reprezentări grafice au revoluționat studiul biologiei evoluționiste, deoarece permit stabilirea și definirea unei specii, testarea diferitelor ipoteze evolutive (cum ar fi teoria endosimbiotică), evaluarea originii bolilor (cum ar fi HIV) etc..

Sursa: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881) [Domeniu public]

Arborii pot fi reconstruiți folosind caractere morfologice sau moleculare sau ambele. În mod similar, există diverse metode pentru a le construi, cea mai comună fiind metodologia cladistă. Aceasta urmărește identificarea caracterelor derivate comune, cunoscute sub numele de sinapomorfie.

Indice articol

  • 1 Caracteristici
    • 1.1 Anatomia unui arbore filogenetic
    • 1.2 Terminologie suplimentară
  • 2 tipuri
  • 3 Cele mai frecvente greșeli la citirea arborilor filogenetici
    • 3.1 Nu există portbagaj
    • 3.2 Nodurile se pot roti
    • 3.3 Nu putem deduce existența speciilor ancestrale sau „vechi” actuale
    • 3.4 Sunt inalterabile
  • 4 Exemple
    • 4.1 Cele trei domenii ale vieții: Archaea, Bacteria și Eukarya
    • 4.2 Filogenia primatelor
    • 4.3 Filogenia cetartiodactililor (Cetartiodactyla)
  • 5 Referințe

Caracteristici

Unul dintre principiile dezvoltate de Charles Darwin constituie strămoșul comun al tuturor organismelor vii - adică toți împărtășim un strămoș îndepărtat.

Pe „Originea speciilor” Darwin ridică metafora „copacului vieții”. De fapt, el folosește un arboret grafic ipotetic pentru a-și dezvolta ideea (curios, este singura ilustrare a Sursă).

Reprezentarea acestei metafore este ceea ce cunoaștem sub numele de arbori filogenetici, care ne permit să afișăm grafic istoria și relațiile unui anumit grup de organisme..

Anatomia unui copac filogenetic

În copacii filogenetici, putem distinge următoarele părți - continuând cu analogia botanică:

Ramuri: Liniile arborelui se numesc „ramuri”, iar acestea reprezintă populațiile studiate în timp. În funcție de tipul de copac (vezi mai jos), lungimea ramurii poate avea sau nu o semnificație.

La vârfurile ramurilor găsim organismele pe care vrem să le evaluăm. Acestea pot fi entități care sunt în prezent vii sau ființe dispărute. Specia ar fi frunzele copacului nostru.

Rădăcină: rădăcina este cea mai veche ramură a copacului. Unii îl au și se numesc copaci înrădăcinați, în timp ce alții nu.

Noduri: punctele ramificate ale ramurilor din două sau mai multe linii se numesc noduri. Punctul reprezintă cel mai recent strămoș comun al grupurilor descendente (rețineți că acești strămoși sunt ipotetici).

Existența unui nod implică un eveniment de speciație - crearea de noi specii. După aceasta, fiecare specie își urmează cursul evolutiv.

Terminologie suplimentară

În plus față de aceste trei concepte de bază, există și alți termeni necesari când vine vorba de copacii filogenetici:

Politomie: când un copac filogenetic are mai mult de două ramuri într-un nod, se spune că există o politomie. În aceste cazuri, arborele filogenetic nu este complet rezolvat, deoarece relațiile dintre organismele implicate nu sunt clare. Acest lucru se datorează de obicei lipsei de date și poate fi remediat doar atunci când un cercetător acumulează mai mult.

Grup extern: în subiectele filogenetice este comun să auzim conceptul de grup extern - numit și outgroup. Acest grup este selectat pentru a putea înrădăcina arborele. Ar trebui să fie ales ca un taxon care anterior a diferit de grupul de studiu. De exemplu, dacă studiez echinodermele, le puteți folosi outgroup stropi de mare.

Tipuri

Există trei tipuri de bază de copaci: cladograme, copaci aditivi și copaci ultrametrici..

Cladogramele sunt cei mai simpli arbori și arată relația organismelor din punct de vedere al ascendenței comune. Informațiile despre acest tip de copac rezidă în modelele de ramificare, deoarece dimensiunea ramurilor nu are nicio semnificație suplimentară.

Al doilea tip de copac este aditivul, numit și copaci metrici sau filograme. Lungimea ramurilor este legată de cantitatea de schimbări evolutive.

În cele din urmă, avem copaci ultrametrici sau dendograme, unde toate vârfurile copacilor sunt la aceeași distanță (ceea ce nu este cazul în filogramă, unde un vârf poate apărea mai jos sau mai sus decât partenerul său). Lungimea ramurii este legată de timpul evolutiv.

Alegerea arborelui este direct legată de întrebarea evolutivă la care dorim să răspundem. De exemplu, dacă ne pasă doar de relațiile dintre indivizi, o cladogramă va fi suficientă pentru studiu.

Cele mai frecvente greșeli la citirea arborilor filogenetici

Deși copacii filogenetici sunt adesea grafice utilizate pe scară largă în biologia evoluției (și în biologia generală), există mulți studenți și practicanți care interpretează greșit mesajul conform căruia aceste grafice aparent simple sunt destinate să le transmită cititorului..

Nu există trunchi

Prima greșeală este să le citiți lateral, presupunând că evoluția implică progres. Dacă înțelegem corect procesul evolutiv, nu există niciun motiv să credem că speciile ancestrale sunt pe stânga și speciile mai avansate pe dreapta..

Deși analogia botanică a unui copac este foarte utilă, vine un punct în care nu mai este atât de exact. Există o structură crucială a arborelui care nu este prezentă în arbore: trunchiul. În copacii filogenetici nu găsim ramuri principale.

Mai exact, unii oameni ar putea considera omul drept „scopul” final al evoluției și, prin urmare, specia. Homo sapiens ar trebui să fie întotdeauna localizată ca entitate finală.

Cu toate acestea, această viziune nu este în concordanță cu principiile evolutive. Dacă înțelegem că arborii filogenetici sunt elemente mobile, putem plasa Homo în orice poziție terminală a arborelui, deoarece această caracteristică nu este relevantă în reprezentare.

Nodurile se pot roti

O caracteristică vitală pe care trebuie să o înțelegem despre copacii filogenetici este că aceștia reprezintă grafice nestatice..

În ele, toate aceste ramuri se pot roti - în același mod în care un mobil o poate face. Nu vrem să putem muta ramurile după bunul plac, deoarece unele mișcări ar implica schimbarea modelului sau topologie Din copac. Ceea ce putem roti sunt nodurile.

Pentru a interpreta mesajul unui copac, nu trebuie să ne concentrăm pe vârfurile ramurilor, ci trebuie să ne concentrăm pe punctele ramurilor, care sunt cel mai important aspect al graficului.

În plus, trebuie să avem în vedere că există mai multe moduri de a desena un copac. De multe ori depinde de stilul cărții sau al revistei și schimbările în forma și poziția ramurilor nu afectează informațiile pe care doresc să ni le transmită..

Nu putem deduce existența speciilor ancestrale sau „vechi” actuale

Când ne vom referi la specii actual nu ar trebui să le aplicăm conotații ancestrale. De exemplu, când ne gândim la relațiile dintre cimpanzei și oameni, am putea înțelege greșit că cimpanzeii sunt ancestrali în ceea ce privește descendența noastră..

Cu toate acestea, strămoșul comun al cimpanzeilor și al oamenilor nu era nici unul. A crede că cimpanzeul este ancestral ar presupune că evoluția sa s-a oprit odată cu separarea ambelor descendențe..

Urmând aceeași logică a acestor idei, un copac filogenetic nu ne spune dacă există și specii tinere. Deoarece frecvențele alelice sunt în continuă schimbare și există caractere noi care se schimbă în timp, este dificil să se determine vârsta unei specii și, cu siguranță, un copac nu ne oferă astfel de date.

„Schimbarea frecvențelor alelelor în timp” este modul în care genetica populației definește evoluția.

Sunt neschimbabile

Când ne uităm la un copac filogenetic, trebuie să înțelegem că acest grafic este pur și simplu o ipoteză generată din dovezi concrete. Se poate ca, dacă adăugăm mai multe caractere în arbore, acesta să-și modifice topologia.

Expertiza oamenilor de știință în alegerea celor mai bune personaje pentru a elucida relațiile organismelor în cauză este esențială. În plus, există instrumente statistice foarte puternice care permit cercetătorilor să evalueze copacii și să îl aleagă pe cel mai plauzibil..

Exemple

Cele trei domenii ale vieții: Archaea, Bacteria și Eukarya

În 1977, cercetătorul Carl Woese a propus gruparea organismelor vii în trei domenii: Archaea, Bacteria și Eukarya. Acest nou sistem de clasificare (anterior existau doar două categorii, Eukaryota și Prokaryota) se baza pe markerul molecular ARN ribozomal.

Bacteriile și eucariotele sunt organisme cunoscute pe scară largă. Archaea este adesea confundată cu bacteriile. Cu toate acestea, acestea diferă profund în structura componentelor lor celulare..

Prin urmare, deși sunt organisme microscopice precum bacteriile, membrii domeniului Archaea sunt mai strâns legați de eucariote - pentru că împărtășesc un strămoș comun mai apropiat..

Sursa: Pregătit de Mariana Gelambi.

Filogenia primatelor

În cadrul biologiei evoluționiste, unul dintre cele mai controversate subiecte este evoluția omului. Pentru adversarii acestei teorii, o evoluție pornind de la un strămoș asemănător care a dat naștere omului modern nu este logică..

Un concept cheie este să înțelegem că nu am evoluat din maimuțele actuale, ci mai degrabă împărtășim un strămoș comun cu ei. În arborele maimuțelor și al oamenilor, se evidențiază faptul că ceea ce știm ca „maimuță” nu este un grup monofiletic valid, deoarece exclude oamenii.

Sursa: Pregătit de Mariana Gelambi.

Filogenia cetartiodactililor (Cetartiodactyla)

Evolutiv vorbind, cetaceele reprezentau un grup de vertebrate ale căror relații cu restul mamiferelor lor nu erau foarte clare. Din punct de vedere morfologic, balenele, delfinii și alți membri au puține asemănări cu restul mamiferelor.

În prezent, datorită studiului diferitelor caractere morfologice și moleculare, a fost posibil să se concluzioneze că grupul suror al cetaceilor mari este format din artiodactili - ungulați cu copite uniforme..

Sursa: Pregătit de Mariana Gelambi.

Referințe

  1. Baum, D. A., Smith, S. D. și Donovan, S. S. (2005). Provocarea gândirii copacilor. Ştiinţă310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H. și Barnes, N. S. (1994). Invitație la biologie. Macmillan.
  3. Hall, B. K. (Ed.). (2012). Omologie: baza ierarhică a biologiei comparate. Academic Press.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W. C. și Garrison, C. (2001). Principii integrate de zoologie. McGraw-Hill.
  5. Kardong, K. V. (2006). Vertebrate: anatomie comparativă, funcție, evoluție. McGraw-Hill.
  6. Kliman, R. M. (2016). Enciclopedia Biologiei Evolutive. Academic Press.
  7. Losos, J. B. (2013). Ghidul evoluției de la Princeton. Princeton University Press.
  8. Pagină, R. D. și Holmes, E. C. (2009). Evoluția moleculară: o abordare filogenetică. John Wiley & Sons.
  9. Rice, S. A. (2009). Enciclopedia evoluției. Editura Infobase.
  10. Starr, C., Evers, C. și Starr, L. (2010). Biologie: concepte și aplicații fără fiziologie. Cengage Learning.

Nimeni nu a comentat acest articol încă.