Fylogenetische boomsoorten en hun kenmerken, voorbeelden

905
Alexander Pearson

EEN fylogenetische boom het is een grafische wiskundige weergave van de geschiedenis en relaties tussen voorouders en afstammelingen van groepen, populaties, soorten of elke andere taxonomische categorie. Theoretisch kunnen alle fylogenetische bomen worden gegroepeerd in de levensboom en de universele boom vormen.

Deze grafische voorstellingen hebben een revolutie teweeggebracht in de studie van de evolutiebiologie, omdat ze het mogelijk maken een soort vast te stellen en te definiëren, verschillende evolutionaire hypothesen te testen (zoals endosymbiotische theorie), de oorsprong van ziekten (zoals HIV) te evalueren, enz..

Bron: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881) [publiek domein]

Bomen kunnen worden gereconstrueerd met morfologische of moleculaire karakters, of beide. Evenzo zijn er verschillende methoden om ze te bouwen, waarvan de meest voorkomende de cladistische methode is. Dit probeert gedeelde afgeleide karakters te identificeren, bekend als synapomorfie.

Artikel index

  • 1 Kenmerken
    • 1.1 Anatomie van een fylogenetische boom
    • 1.2 Aanvullende terminologie
  • 2 soorten
  • 3 meest voorkomende fouten bij het lezen van fylogenetische bomen
    • 3.1 Er is geen kofferbak
    • 3.2 Knooppunten kunnen roteren
    • 3.3 We kunnen het bestaan ​​van huidige voorouderlijke of "oude" soorten niet afleiden
    • 3.4 Ze zijn onveranderlijk
  • 4 voorbeelden
    • 4.1 De drie levensdomeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya
    • 4.2 Fylogenie van primaten
    • 4.3 Fylogenie van cetartiodactylen (Cetartiodactyla)
  • 5 referenties

Kenmerken

Een van de door Charles Darwin ontwikkelde principes vormt de gemeenschappelijke afstamming van alle levende organismen - dat wil zeggen, we delen allemaal een verre voorouder.

Aan "Het ontstaan ​​van soorten" Darwin noemt de metafoor van de "boom des levens". In feite gebruikt hij een hypothetische grafische boom om zijn idee te ontwikkelen (merkwaardig genoeg is dit de enige illustratie van de Bron​.

De weergave van deze metafoor is wat we kennen als fylogenetische bomen, waarmee we de geschiedenis en relaties van een specifieke groep organismen grafisch kunnen weergeven..

Anatomie van een fylogenetische boom

In fylogenetische bomen kunnen we de volgende delen onderscheiden - verdergaand met de botanische analogie:

Takken: De lijnen van de boom worden "takken" genoemd, en deze vertegenwoordigen de studiepopulaties in de tijd. Afhankelijk van het type boom (zie hieronder), kan de lengte van de tak al dan niet een betekenis hebben.

Aan de uiteinden van de takken vinden we de organismen die we willen evalueren. Dit kunnen entiteiten zijn die momenteel in leven zijn, of uitgestorven wezens. De soort zouden de bladeren van onze boom zijn.

Wortel: de wortel is de oudste tak van de boom. Sommigen hebben het en worden geroote bomen genoemd, terwijl anderen dat niet doen.

Knooppunten: de vertakkingspunten van de takken in twee of meer lijnen worden knooppunten genoemd. De punt staat voor de meest recente gemeenschappelijke voorouder van de afstammelingengroepen (merk op dat deze voorouders hypothetisch zijn).

Het bestaan ​​van een knoop impliceert een soortvormingsgebeurtenis - het creëren van nieuwe soorten. Hierna volgt elke soort zijn evolutionaire koers.

Aanvullende terminologie

Naast deze drie basisconcepten zijn er nog andere noodzakelijke termen als het gaat om fylogenetische bomen:

Politomy: wanneer een fylogenetische boom meer dan twee takken in een knoop heeft, wordt er gezegd dat er een polytomie is. In deze gevallen is de fylogenetische boom niet volledig opgelost, omdat de relaties tussen de betrokken organismen niet duidelijk zijn. Dit komt meestal door een gebrek aan gegevens en kan alleen worden verholpen als een onderzoeker meer verzamelt.

Externe groep: in fylogenetische onderwerpen is het gebruikelijk om het concept van externe groep te horen - ook wel outgroup. Deze groep is geselecteerd om de boom te kunnen rooten. Het moet worden gekozen als een taxon dat voorheen afweek van de studiegroep. Als ik bijvoorbeeld stekelhuidigen bestudeer, kunt u gebruiken outgroup zeescheuten.

Types

Er zijn drie basistypen bomen: cladogrammen, additieve bomen en ultrametrische bomen..

Cladogrammen zijn de eenvoudigste bomen en tonen de relatie tussen organismen in termen van gemeenschappelijke afkomst. De informatie van dit type boom zit in de vertakkingspatronen, aangezien de grootte van de takken geen extra betekenis heeft.

Het tweede type boom is het additief, ook wel metrische bomen of fylogrammen genoemd. De lengte van de takken is gerelateerd aan de hoeveelheid evolutionaire verandering.

Ten slotte hebben we ultrametrische bomen of dendogrammen, waarbij alle toppen van de bomen op dezelfde afstand staan ​​(wat niet het geval is in het fylogram, waar een top lager of hoger kan lijken dan zijn partner). De lengte van de tak is gerelateerd aan de evolutietijd.

De keuze van de boom houdt rechtstreeks verband met de evolutionaire vraag die we willen beantwoorden. Als we bijvoorbeeld alleen om de relaties tussen individuen geven, is een cladogram voldoende voor het onderzoek.

De meest voorkomende fouten bij het lezen van fylogenetische bomen

Hoewel fylogenetische bomen vaak veel gebruikte grafieken zijn in de evolutiebiologie (en algemene biologie), zijn er veel studenten en beoefenaars die de boodschap die deze ogenschijnlijk eenvoudige grafieken bedoeld zijn om aan de lezer over te brengen, verkeerd interpreteren..

Er is geen kofferbak

De eerste fout is om ze opzij te lezen, ervan uitgaande dat evolutie vooruitgang inhoudt. Als we het evolutieproces goed begrijpen, is er geen reden om te denken dat de voorouderlijke soorten aan de linkerkant staan ​​en de meer geavanceerde soorten aan de rechterkant..

Hoewel de botanische analogie van een boom erg nuttig is, komt er een moment waarop hij niet meer zo exact is. Er is een cruciale boomstructuur die niet in de boom aanwezig is: de stam. In fylogenetische bomen vinden we geen hoofdtakken.

In het bijzonder kunnen sommige mensen de mens beschouwen als het ultieme "doel" van evolutie, en dus de soort. Homo sapiens moet altijd als laatste entiteit worden gelokaliseerd.

Deze visie is echter niet consistent met evolutionaire principes. Als we begrijpen dat fylogenetische bomen mobiele elementen zijn, kunnen we de Homo in elke eindpositie van de boom, aangezien dit kenmerk niet relevant is in de weergave.

Knooppunten kunnen roteren

Een essentieel kenmerk dat we moeten begrijpen over fylogenetische bomen is dat ze niet-statische grafieken vertegenwoordigen..

Daarin kunnen al deze takken roteren - op dezelfde manier als een mobiel dat kan. We bedoelen niet dat we de takken naar believen kunnen verplaatsen, omdat sommige bewegingen de verandering van het patroon zouden impliceren of topologie Van de boom. Wat we kunnen roteren, zijn de knooppunten.

Om de boodschap van een boom te interpreteren, moeten we ons niet concentreren op de toppen van de takken, we moeten ons concentreren op de vertakkingspunten, die het belangrijkste aspect van de grafiek zijn.

Bovendien moeten we in gedachten houden dat er verschillende manieren zijn om een ​​boom te tekenen. Vaak hangt het af van de stijl van het boek of tijdschrift en veranderingen in de vorm en positie van de takken hebben geen invloed op de informatie die ze ons willen overbrengen..

We kunnen het bestaan ​​van huidige voorouderlijke of "oude" soorten niet afleiden

Wanneer gaan we verwijzen naar soorten actueel we moeten er geen voorouderlijke connotaties op toepassen. Als we bijvoorbeeld nadenken over de relaties tussen chimpansees en mensen, zouden we ten onrechte kunnen begrijpen dat chimpansees voorouderlijk zijn met betrekking tot onze afkomst..

De gemeenschappelijke voorouder van chimpansees en mensen was echter geen van beide. Denken dat de chimpansee voorouderlijk is, zou betekenen dat zijn evolutie stopte zodra beide geslachten uit elkaar gingen..

Volgens dezelfde logica van deze ideeën, vertelt een fylogenetische boom ons ook niet of er ook jonge soorten zijn. Aangezien de allelfrequenties constant veranderen en er nieuwe karakters veranderen in de loop van de tijd, is het moeilijk om de leeftijd van een soort te bepalen en, zeker, een boom geeft ons dergelijke gegevens niet..

De "verandering in allelfrequenties in de tijd" is hoe populatiegenetica evolutie definieert.

Ze zijn onveranderlijk

Als we naar een fylogenetische boom kijken, moeten we begrijpen dat deze grafiek gewoon een hypothese is die is gegenereerd op basis van concreet bewijs. Het kan zijn dat als we meer tekens aan de boom toevoegen, deze de topologie wijzigt.

De expertise van wetenschappers bij het kiezen van de beste karakters om de relaties van de organismen in kwestie op te helderen, staat centraal. Bovendien zijn er zeer krachtige statistische hulpmiddelen waarmee onderzoekers bomen kunnen evalueren en de meest plausibele kunnen kiezen..

Voorbeelden

De drie levensdomeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya

In 1977 stelde de onderzoeker Carl Woese voor om levende organismen in drie domeinen te groeperen: Archaea, Bacteria en Eukarya. Dit nieuwe classificatiesysteem (voorheen waren er slechts twee categorieën, Eukaryota en Prokaryota) was gebaseerd op de ribosomale RNA-moleculaire marker.

Bacteriën en eukaryoten zijn algemeen bekende organismen. Archaea wordt vaak verward met bacteriën. Deze verschillen echter aanzienlijk in de structuur van hun cellulaire componenten..

Daarom, hoewel het microscopisch kleine organismen zijn zoals bacteriën, zijn leden van het Archaea-domein nauwer verwant aan eukaryoten - omdat ze een nauwere gemeenschappelijke voorouder delen..

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

Fylogenie van primaten

Binnen de evolutiebiologie is een van de meest controversiële onderwerpen de evolutie van de mens. Voor de tegenstanders van deze theorie is een evolutie die uitgaat van een aapachtige voorouder waaruit de moderne mens is voortgekomen, niet logisch..

Een belangrijk concept is om te begrijpen dat we niet zijn geëvolueerd van huidige apen, maar dat we een gemeenschappelijke voorouder met hen delen. In de boom van apen en mensen valt op dat wat we kennen als 'aap' geen geldige monofyletische groep is, aangezien het mensen uitsluit.

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

Fylogenie van cetartiodactylen (cetartiodactyla)

In evolutionair opzicht vertegenwoordigden walvisachtigen een groep gewervelde dieren wier relatie met de rest van hun medezoogdieren niet erg duidelijk was. Morfologisch gezien hebben walvissen, dolfijnen en andere leden weinig overeenkomsten met de rest van de zoogdieren.

Momenteel is het, dankzij de studie van verschillende morfologische en moleculaire kenmerken, mogelijk om te concluderen dat de zustergroep van de grote walvisachtigen wordt gevormd door de artiodactylen - hoefdieren met gelijkmatige hoeven..

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

Referenties

  1. Baum, D. A., Smith, S. D., & Donovan, S. S. (2005). De uitdaging van het boomdenken. Wetenschap310(5750), 979-980.
  2. Curtis, H., & Barnes, N.S. (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
  3. Hall, B. K. (Ed.). (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. Kardong, K. V. (2006). Gewervelde dieren: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. McGraw-Hill.
  6. Kliman, R. M. (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academische pers.
  7. Losos, J. B. (2013). De Princeton-gids voor evolutie. Princeton University Press.
  8. Pagina, R. D., & Holmes, E. C. (2009). Moleculaire evolutie: een fylogenetische benadering. John Wiley & Sons.
  9. Rijst, S. A. (2009). Encyclopedie van evolutie. Infobase Publishing.
  10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologie: concepten en toepassingen zonder fysiologie. Cengage leren.

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.