- Co je fylogeneze?
- Co je fylogenetický strom?
- Jak jsou interpretovány fylogenetické stromy?
- Jak jsou fylogenie rekonstruovány?
- Homologní postavy
- Druhy stromů
- Politomias
- Evoluční klasifikace
- Monofylické linie
- Parafyletické a polyetyletické linie
- Aplikace
- Reference
Fylogeneze v evoluční biologii, je reprezentace evoluční historii skupiny organismů nebo druhu, s důrazem na linii sestupu a příbuzenské vztahy mezi jednotlivými skupinami.
Biologové dnes používají data především z komparativní morfologie a anatomie az genových sekvencí k rekonstrukci tisíců na tisíce stromů.
Zdroj: Wilson JEM Costa, přes Wikimedia Commons
Tyto stromy se snaží popsat evoluční historii různých druhů zvířat, rostlin, mikrobů a dalších organických bytostí, které obývají Zemi.
Analogie se stromem života pochází z doby Karla Darwina. Tento skvělý britský přírodovědec zachycuje v mistrovském díle „Původ druhů“ jediný obraz: „strom“, který představuje rozvětvení linií, počínaje společným předkem.
Co je fylogeneze?
Ve světle biologických věd je jednou z nejúžasnějších událostí, která se odehrála, evoluce. Uvedená změna organických forem v průběhu času může být zastoupena ve fylogenetickém stromu. Proto fylogeneze vyjadřuje historii linií a jak se v průběhu času měnily.
Jedním z přímých důsledků tohoto grafu je obyčejný rodový původ. To znamená, že všechny organismy, které dnes vidíme, se objevily jako potomci s úpravami minulých forem. Tato myšlenka byla jednou z nejvýznamnějších v historii vědy.
Všechny formy života, které dnes dokážeme ocenit - od mikroskopických bakterií po rostliny a největší obratlovce - jsou propojeny a tento vztah je zastoupen v obrovském a složitém stromě života.
V analogii stromu budou druhy, které dnes žijí, představovat listy a zbytek větví bude jejich evoluční historií.
Co je fylogenetický strom?
Je ukázána zjednodušená fylogeneze Metazoa. U některých skupin je schématická reprezentace přiřazena pro některé typy očí, které mohou představovat: pohár, kamera se světelnou vstupní dírou, kamera s objektivem, kompozitní kompozicí a složená superpozicí. Laura bibiana, od Wikimedia Commons
Fylogenetický strom je grafickým znázorněním evoluční historie skupiny organismů. Tento model historických vztahů je fylogeneze, kterou se vědci snaží odhadnout.
Stromy se skládají z uzlů, které spojují „větve“. Terminální uzly každé větve jsou terminální taxony a představují sekvence nebo organismy, pro které jsou známá data - mohou to být živé nebo zaniklé druhy.
Vnitřní uzly představují hypotetických předků, zatímco předek nalezený v kořenovém stromu představuje předchůdce všech sekvencí znázorněných v grafu.
Jak jsou interpretovány fylogenetické stromy?
Existuje mnoho způsobů, jak reprezentovat fylogenetický strom. Z tohoto důvodu je důležité vědět, jak rozpoznat, zda tyto rozdíly, které jsou pozorovány mezi dvěma stromy, jsou způsobeny různými topologiemi - tj. Skutečnými rozdíly odpovídajícími dvěma hláskováním - nebo jsou jednoduše rozdíly související se stylem zobrazení.
Například pořadí, ve kterém se štítky objevují nahoře, se může lišit, aniž by se měnil význam grafického znázornění, obecně název druhu, rodu, rodiny, mezi jinými kategoriemi.
K tomu dochází, protože stromy se podobají mobilu, kde se větve mohou otáčet, aniž by se změnil vztah reprezentovaného druhu.
V tomto smyslu nezáleží na tom, kolikrát je pořadí změněno nebo jsou objekty, které jsou „zavěšeny“, otočeny, protože to nemění způsob, jakým jsou spojeny - a to je důležitá věc.
Jak jsou fylogenie rekonstruovány?
Fylogeneze jsou hypotézy, které jsou formulovány na základě nepřímých důkazů. Vysvětlení fylogeneze je podobné práci vyšetřovatele, který řeší trestný čin sledováním stop z místa činu.
Biologové často postulují své fylogeneze pomocí znalostí z různých oborů, jako je paleontologie, srovnávací anatomie, srovnávací embryologie a molekulární biologie.
Fosilní záznam, i když neúplný, poskytuje velmi cenné informace o době divergence skupin druhů.
S postupem času vyrostla molekulární biologie ze všech zmíněných oborů a většina fylogenií je odvozena z molekulárních dat.
Cíl přestavět fylogenetický strom má řadu hlavních nedostatků. Existuje přibližně 1,8 milionu pojmenovaných druhů a mnoho dalších bez popisu.
A ačkoli se značný počet vědců snaží každý den rekonstruovat vztahy mezi druhy, stále neexistuje žádný úplný strom.
Homologní postavy
Když biologové chtějí popsat podobnosti mezi dvěma strukturami nebo procesy, mohou tak učinit z hlediska společného předku (homologie), analogií (funkce) nebo homoplasie (morfologická podobnost).
K rekonstrukci fylogeneze se používají výhradně homologické znaky. Homologie je klíčovým pojmem v evoluci a obnově vztahů mezi druhy, protože pouze adekvátně odráží společný původ organismů.
Předpokládejme, že chceme odvodit fylogenezi tří skupin: ptáků, netopýrů a lidí. Abychom dosáhli našeho cíle, rozhodli jsme se použít horní končetiny jako charakteristiku, která nám pomáhá rozeznat vzorec vztahů.
Protože ptáci a netopýři mají modifikované struktury pro útěk, mohli bychom chybně usoudit, že netopýři a ptáci jsou více příbuzní než netopýři s lidmi. Proč jsme dospěli k nesprávnému závěru? Protože jsme použili analogický a nehomologický charakter.
Abychom našli správný vztah, musím hledat homologní postavu, jako je přítomnost vlasů, mléčných žláz a tří malých kostí ve středním uchu - abychom jmenovali alespoň některé. Homologii však nelze snadno diagnostikovat.
Druhy stromů
Ne všechny stromy jsou stejné, existují různé grafické znázornění a každý z nich dokáže začlenit zvláštní charakteristiku vývoje skupiny.
Nejzákladnějšími stromy jsou kladogramy. Tyto grafy zobrazují vztahy ve smyslu společného předku (podle posledních společných předků).
Aditivní stromy obsahují další informace a jsou znázorněny v délce větví.
Čísla spojená s každou větví odpovídají určitému atributu v sekvenci - jako je množství evoluční změny, kterou prošly organismy. Kromě „aditivních stromů“ jsou také známé jako metrické stromy nebo fylogramy.
Ultrametrické stromy, také nazývané dendogramy, jsou zvláštním případem aditivních stromů, u nichž jsou konce stromu stejně vzdálené od kořene ke stromu.
Tyto poslední dvě varianty obsahují všechna data, která můžeme najít v kladogramu, a další informace. Nejsou tedy výlučné, ne-li doplňkové.
Politomias
Uzly stromů nejsou mnohdy úplně vyřešeny. Vizuálně se říká, že existuje polytomie, kdy se z nové objeví více než tři větve (existuje jediný předek pro více než dva bezprostřední potomky). Když strom nemá polytomie, říká se, že je plně vyřešen.
Existují dva typy polytomií. První jsou „tvrdé“ polytomie. Tito jsou vlastní ke studijní skupině a znamenají, že se potomci vyvinuli současně. Alternativně „měkké“ polytomie označují nevyřešené vztahy způsobené samotnými daty.
Evoluční klasifikace
Monofylické linie
Evoluční biologové se snaží najít klasifikaci, která by odpovídala vzorci větvení fylogenetické historie skupin. V tomto procesu byla vyvinuta řada termínů široce používaných v evoluční biologii: monofyletická, parafyletická a polyfyletická.
Monofylický taxon nebo rodokmen je ten, který zahrnuje rodový druh, který je zastoupen v uzlu, a všechny jeho potomky, ale nikoliv jiný druh. Toto seskupení se nazývá kladu.
Monofyletické linie jsou definovány na každé úrovni taxonomické hierarchie. Například rod Felidae, rodokmen, který obsahuje kočkovité šelmy (včetně domácích koček), je považován za monofyletický.
Podobně je Animalia také monofyletický taxon. Jak vidíme, rodina Felidae se nachází v Animálii, takže mohou být vnořeny monofyletické skupiny.
Parafyletické a polyetyletické linie
Ne všichni biologové však sdílejí cladistické klasifikační myšlení. V případech, kdy údaje nejsou úplné nebo pouze pro lepší přehlednost, jsou pojmenována určitá taxony, které zahrnují druhy z různých kmenů nebo vyšších taxonů, které nesdílejí novějšího společného předka.
Tímto způsobem je taxon polyphyletický, je definován jako skupina, která zahrnuje organismy z různých kmenů a ty nesdílejí společného předka. Například, pokud chceme určit skupinu homeoterm, zahrnovalo by to ptáky a savce.
Naproti tomu parafyletická skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka. Jinými slovy, vylučuje některé členy skupiny. Nejpoužívanějším příkladem jsou plazi, tato skupina neobsahuje všechny potomky posledního společného předka: ptáky.
Aplikace
Kromě toho, že fylogenie přispívají k obtížnému úkolu objasnit strom života, mají také poměrně významné aplikace.
V lékařské oblasti se fylogeneze používají ke sledování původu a přenosu infekčních nemocí, jako je AIDS, horečka dengue a chřipka.
Používají se také v oblasti konzervační biologie. Znalost fylogeneze ohroženého druhu je nezbytná pro sledování vzorců křížení a úrovně hybridizace a inbreeding mezi jednotlivci.
Reference
- Baum, DA, Smith, SD a Donovan, SS (2005). Výzva pro stromové myšlení. Science, 310 (5750), 979-980.
- Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Pozvánka k biologii. Macmillan.
- Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: Hierarchický základ srovnávací biologie. Academic Press.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrované základy zoologie. McGraw - Hill.
- 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). Syntéza fylogeneze a taxonomie do komplexního stromu života. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 112 (41), 12764-9.
- Kardong, KV (2006). Obratlovci: srovnávací anatomie, funkce, vývoj. McGraw-Hill.
- Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekulární evoluce: fylogenetický přístup. John Wiley a synové.