Fylogenie-interpretatie, boomsoorten, toepassingen

een fylogenie, in de evolutionaire biologie is het een weergave van de evolutionaire geschiedenis van een groep organismen of van een soort, met de nadruk op de afstammingslijn en de verwantschapsrelaties tussen de groepen.

Momenteel hebben biologen gegevens gebruikt van voornamelijk morfologie en vergelijkende anatomie, en van gensequenties om duizenden en duizenden bomen te reconstrueren.

Deze bomen proberen de evolutionaire geschiedenis te beschrijven van de verschillende soorten dieren, planten, microben en andere organische wezens die de aarde bewonen.

De analogie met de boom des levens, dateert uit de tijd van Charles Darwin. Deze briljante Britse natuuronderzoeker reflecteert op het meesterwerk "De oorsprong van soorten"Een enkele afbeelding: een" boom "die de vertakking van de geslachten weergeeft, te beginnen bij een gemeenschappelijke voorouder.

index

• 1 Wat is een fylogenie?
• 2 Wat is een fylogenetische boom?
• 3 Hoe fylogenetische bomen worden geïnterpreteerd?
• 4 Hoe fylogenieën worden gereconstrueerd?
  • 4.1 Homologe karakters
• 5 soorten bomen
• 6 Politomies
• 7 Evolutionaire indeling
  • 7.1 Monofiele lijnen
  • 7.2 Paraphyletische en polyfyletische lijnen
• 8 toepassingen
• 9 Referenties

Wat is een fylogenie?

In het licht van de biologische wetenschappen, is een van de meest verbazingwekkende gebeurtenissen die heeft plaatsgevonden evolutie. De verandering van de organische vormen in de loop van de tijd kan worden weergegeven in een fylogenetische boom. Daarom drukt fylogenie de geschiedenis van afstammingslijnen uit en hoe deze in de loop van de tijd zijn veranderd.

Een van de directe implicaties van deze grafiek is de gemeenschappelijke afstamming. Dat wil zeggen dat alle organismen die we vandaag zien, zijn voortgekomen uit afstammelingen met wijzigingen van vroegere vormen. Dit idee was een van de belangrijkste in de geschiedenis van de wetenschap.

Alle levensvormen die we vandaag kunnen waarderen - van microscopisch kleine bacteriën, tot planten en grotere gewervelde dieren - zijn verbonden en deze relatie is vertegenwoordigd in de enorme en ingewikkelde levensboom..

In de analogie van de boom zou de soort die vandaag de dag de bladeren en de rest van de takken zou vertegenwoordigen hun evolutionaire geschiedenis zijn.

Wat is een fylogenetische boom?

Een fylogenetische boom is een grafische weergave van de evolutionaire geschiedenis van een groep organismen. Dit patroon van historische relaties is de fylogenie die onderzoekers proberen in te schatten.

De bomen bestaan ​​uit knooppunten die verbinding maken met de "takken". De eindknopen van elke tak zijn de terminale taxa en vertegenwoordigen de sequenties of organismen waarvoor gegevens bekend zijn - deze kunnen levende of uitgestorven soorten zijn.

De interne knooppunten vertegenwoordigen hypothetische voorouders, terwijl de voorouder in de hoofdmap van de boom de voorouder is van alle sequenties die in de grafiek worden weergegeven.

Hoe fylogenetische bomen worden geïnterpreteerd?

Er zijn veel manieren om een ​​fylogenetische boom te vertegenwoordigen. Daarom is het belangrijk om te weten of deze verschillen die worden waargenomen tussen twee bomen het gevolg zijn van verschillende topologieën, dat wil zeggen echte verschillen die overeenkomen met twee grafieken, of eenvoudigweg verschillen zijn die gerelateerd zijn aan de stijl van representatie..

De volgorde waarin de labels bovenaan verschijnen, kan bijvoorbeeld variëren, zonder de betekenis van de grafische weergave te veranderen, meestal de naam van de soort, het geslacht, het gezin en andere categorieën..

Dit gebeurt omdat de bomen op een mobiel lijken, waar de takken kunnen roteren zonder de relatie van de weergegeven soort te veranderen.

In deze zin maakt het niet uit hoe vaak de volgorde wordt aangepast of de objecten die "hangen" worden geroteerd, omdat het de manier waarop ze verbonden zijn niet verandert - en dat is het belangrijkste.

Hoe fylogenieën worden gereconstrueerd?

Fylogenieën zijn hypothesen die zijn geformuleerd op basis van indirect bewijs. Het verdunnen van een fylogenie lijkt op het werk van een onderzoeker bij het oplossen van een misdrijf door de sporen van de plaats delict te volgen.

Biologen postuleren vaak hun fylogenieën met behulp van kennis uit verschillende takken, zoals paleontologie, vergelijkende anatomie, vergelijkende embryologie en moleculaire biologie..

Het fossielenbestand, hoewel onvolledig, biedt zeer waardevolle informatie over de divergentie van soortengroepen.

Met het verstrijken van de tijd heeft de moleculaire biologie alle genoemde gebieden overtroffen, en de meeste fylogenieën worden afgeleid uit moleculaire gegevens..

Het doel van het reconstrueren van een fylogenetische boom omvat een reeks belangrijke nadelen. Er zijn ongeveer 1,8 miljoen soorten genaamd en veel meer zonder beschreven te worden.

En hoewel een aanzienlijk aantal wetenschappers dagelijks streven naar het opnieuw opbouwen van relaties tussen soorten, hebben we nog steeds geen volledige boom.

Homologe karakters

Wanneer biologen willen de overeenkomsten tussen twee structuren of processen beschrijven, kunnen zij in termen van gemeenschappelijke afstamming (homologie), analogieën (functie) of homoplasie (morfologische gelijkenis).

Voor het reconstrueren van een fylogenie worden alleen homologe karakters gebruikt. Homologie is een sleutelbegrip in de evolutie en in de recreatie van relaties tussen soorten, omdat alleen het voldoende de gemeenschappelijke voorouders van organismen weerspiegelt.

Stel dat we de fylogenie van drie groepen willen afleiden: vogels, vleermuizen en mensen. Om ons doel te bereiken, hebben we besloten om de bovenste ledematen te gebruiken als een kenmerk dat ons helpt het patroon van relaties te onderscheiden.

Als vogels en vleermuizen structuren zijn aangepast voor de vlucht, konden we concluderen, ten onrechte, dat vleermuizen en vogels meer verwant zijn aan elkaar dan vleermuizen voor de mens. Waarom zijn we tot een verkeerde conclusie gekomen? Omdat we een analoog en niet-homoloog karakter hebben gebruikt.

Om de juiste relatie te vinden, moet ik op zoek naar een homoloog karakter, zoals de aanwezigheid van haar, borstklieren en drie kleine botten in het middenoor - om er maar een paar te noemen. Homologieën zijn echter niet gemakkelijk te diagnosticeren.

Soorten bomen

Niet alle bomen zijn hetzelfde, er zijn verschillende grafische voorstellingen en elk slaagt erin om een ​​eigenaardig kenmerk van de evolutie van de groep te incorporeren.

De meest eenvoudige bomen zijn de cladogrammen. Deze grafieken tonen de relaties in termen van gemeenschappelijke voorouders (volgens de meest recente gemeenschappelijke voorouders).

De additieve bomen bevatten aanvullende informatie en worden weergegeven in de lengte van de takken.

De nummers die aan elke tak zijn gekoppeld, komen overeen met een of ander kenmerk in de reeks - zoals de hoeveelheid evolutionaire verandering die organismen hebben ervaren. Naast "additieve bomen" worden ze ook wel metrische bomen of phylogrammen genoemd.

Ultrametrische bomen, ook wel dendogrammen genoemd, zijn een bijzonder geval van additieve bomen, waarbij de toppen van de boom op gelijke afstand liggen van de wortel tot de boom.

Deze laatste twee varianten hebben alle gegevens die we in een cladogram kunnen vinden en extra informatie. Daarom sluiten ze elkaar niet uit, zo niet complementair.

polytomies

Vaak zijn de knooppunten van de bomen niet volledig opgelost. Visueel wordt er gezegd dat er een politiek is, wanneer een nieuwe meer dan drie takken verlaat (er is slechts één voorouder voor meer dan twee directe nakomelingen). Wanneer een boom geen polytomie heeft, wordt gezegd dat deze volledig is opgelost.

Er zijn twee soorten polytomieën. De eerste zijn de "harde" politomies. Deze zijn inherent aan de studiegroep en geven aan dat de afstammelingen tegelijkertijd zijn geëvolueerd. Als alternatief duiden "zachte" polytomieën op onopgeloste relaties die worden veroorzaakt door gegevens per se.

Evolutionaire classificatie

Monofyletische lijnen

Evolutionaire biologen proberen een classificatie te vinden die overeenkomt met het vertakkingspatroon van de fylogenetische geschiedenis van de groepen. In dit proces is een reeks termen ontwikkeld die veel worden gebruikt in de evolutionaire biologie: monofyletisch, parafyletisch en polyfyletisch.

Een taxon of monofyletische afstamming is er een die een ancentrale soort omvat, die wordt weergegeven in de knoop, en al zijn afstammelingen, maar niet andere soorten. Deze groepering wordt een clade genoemd.

Monofyletische lijnen worden gedefinieerd op elk niveau van de taxonomische hiërarchie. De familie Felidae, een geslacht dat katten bevat (waaronder huiskatten), wordt bijvoorbeeld als monofyletisch beschouwd..

Evenzo is Animalia ook een monofyletisch taxon. Aangezien we zien dat de familie Felidae zich binnen Animalia bevindt, kunnen de monofyletische groepen worden genest.

Parafyletische en polyfyletische lijnen

Niet alle biologen delen echter de gedachte aan cladistische classificatie. In gevallen waarin de gegevens niet compleet of eenvoudig voor het gemak zijn, worden bepaalde taxa genoemd met soorten van verschillende clades of hogere taxa die geen recentere gemeenschappelijke voorouder delen.

Aldus wordt een polyfyletisch taxon gedefinieerd als een groep die organismen van verschillende clades omvat, en deze delen geen gemeenschappelijke voorouder. Als we bijvoorbeeld een groep homeothermen willen aanwijzen, dan zijn dat vogels en zoogdieren.

Een parafyletische groep daarentegen bevat niet alle afstammelingen van de meest recente gemeenschappelijke voorouder. Met andere woorden, sluit een van de leden van de groep uit. Het meest gebruikte voorbeeld zijn reptielen, deze groep bevat niet alle afstammelingen van de meest recente gemeenschappelijke voorouder: vogels.

toepassingen

Naast bijdragen aan de moeilijke taak om de boom des levens te verhelderen, hebben fylogenieën ook enkele vrij belangrijke toepassingen.

Op het gebied van de geneeskunde worden fylogenieën gebruikt om de oorsprong en overdrachtssnelheid van infectieziekten, zoals AIDS, dengue en influenza te traceren.

Ze worden ook gebruikt in de tak van behoudsbiologie. Kennis van de fylogenie van een bedreigde diersoort is essentieel om de kruisingspatronen en het niveau van hybridisatie en inteelt bij individuen te achterhalen.

referenties

1. Baum, D.A., Smith, S.D., & Donovan, S. S. (2005). De boom-denkende uitdaging. wetenschap, 310(5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
3. Hall, B.K. (red.). (2012). Homologie: de hiërarchische basis van vergelijkende biologie. Academische pers.
4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Geïntegreerde principes van zoölogie. 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). Synthese van fylogenie en taxonomie in een veelomvattende levensboom. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, 112(41), 12764-9.
6. Kardong, K. V. (2006). Vertebraten: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. McGraw-Hill.
7. Page, R. D., & Holmes, E.C. (2009). Moleculaire evolutie: een fylogenetische benadering. John Wiley & Sons.