FILOGENETSKO STABLO: VRSTE I NJIHOVE KARAKTERISTIKE, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Filogenetski stablo je matematički grafički prikaz povijesti i predak-potomak odnosima grupa, populacija, vrsta, ili bilo koje druge taksonomske kategorije. Teoretski, sva filogenetska stabla mogu se grupirati u stablo života koje čine univerzalno stablo.

Ti su grafički prikazi revolucionirali proučavanje evolucijske biologije, jer omogućuju uspostavljanje i definiranje vrsta, testiranje različitih evolucijskih hipoteza (poput endosimbiotske teorije), procjenjivanje podrijetla bolesti (poput HIV-a) itd.

Izvor: John Gould (14.Sep.1804. - 3.Feb.1881.)

Drveće se može rekonstruirati korištenjem morfoloških ili molekularnih likova, ili oboje. Na isti način postoje različite metode njihova stvaranja, od kojih je najčešća kladistička metodologija. Ovim se nastoje identificirati dijeljeni izvedeni likovi, poznati kao sinapomorfija.

karakteristike

Jedan od principa koji je razvio Charles Darwin je zajedničko porijeklo svih živih organizama - to jest, svi dijelimo udaljenog pretka.

U "Podrijetlu vrsta" Darwin podiže metaforu "stabla života". Zapravo, koristi hipotetičko grafičko stablo kako bi razvio svoju ideju (zanimljivo, to je jedina ilustracija Podrijetla).

Zastupljenost ove metafore ono je što znamo kao filogenetska stabla koja nam omogućuju grafički prikaz povijesti i odnosa određene grupe organizama.

Anatomija filogenetskog stabla

U filogenetskim stablima možemo razlikovati sljedeće dijelove - nastavljajući s botaničkom analogijom:

Grane: linije stabla nazivaju se "grane", a one predstavljaju vremensku populaciju studija. Ovisno o vrsti stabla (vidi dolje), duljina grana može ili ne mora imati značenje.

Na vrhovima grana nalazimo organizme koje želimo procijeniti. To mogu biti entiteti koji su trenutno živi ili izumrla bića. Vrsta bi bili lišće našeg stabla.

Korijen: korijen je najstarija grana stabla. Neki ga imaju i nazivaju se ukorijenjena stabla, dok drugi ne.

Čvorovi: Točke grana grana u dvije ili više linija nazivamo čvorovi. Točka predstavlja najnovijeg uobičajenog pretka skupina potomaka (imajte na umu da su ti preci hipotetski).

Postojanje čvora podrazumijeva događaj specifikacije - stvaranje novih vrsta. Nakon toga svaka vrsta slijedi svoj evolucijski tijek.

Dodatna terminologija

Uz ova tri osnovna koncepta, postoje i drugi potrebni pojmovi kada je riječ o filogenetskim stablima:

Politomija: kada filogenetsko stablo ima više od dvije grane u čvoru, kaže se da postoji polutomija. U tim slučajevima filogenetsko stablo nije potpuno riješeno, jer odnosi između uključenih organizama nisu jasni. To se često događa zbog nedostatka podataka, a može se popraviti tek kada istraživač skupi više.

Vanjska skupina: u filogenetskim pitanjima uobičajeno je čuti pojam vanjske skupine - koji se naziva i vanjska skupina. Ova je skupina odabrana kako bi mogla korijeniti stablo. Treba ga odabrati kao takson koji se prethodno razlikovao od istraživačke skupine. Na primjer, ako proučavam iglokožice, možete nadmudriti morske bušotine.

vrste

Postoje tri osnovne vrste stabala: kladogrami, aditivna stabla i ultrametrična stabla.

Cladogrami su najjednostavnija stabla i pokazuju odnos organizama u smislu zajedničkog roda. Podaci o ovoj vrsti stabla nalaze se u uzorcima grananja, jer veličina grana nema nikakvo dodatno značenje.

Druga vrsta stabla je aditiv, koji se naziva i metričkim stablima ili filogramima. Duljina grana povezana je s količinom evolucijskih promjena.

Na kraju, imamo ultrametrična stabla ili dendogram, gdje su svi vrhovi stabala na istoj udaljenosti (što nije slučaj u filogramu, gdje se vrh može činiti nižim ili višim od partnera). Duljina grane povezana je s evolucijskim vremenom.

Izbor stabla izravno je povezan s evolucijskim pitanjem na koje želimo odgovoriti. Na primjer, ako se bavimo samo odnosima među pojedincima, za proučavanje će biti dovoljan kladogram.

Najčešće pogreške pri čitanju filogenetskih stabala

Iako su filogenetska stabla često korištena kao grafovi u evolucijskoj biologiji (i općoj biologiji), mnogi su studenti i profesionalci koji pogrešno protumače poruku da su ovi naizgled jednostavni grafikoni namijenjeni pružanju čitatelju.

Nema trupa

Prva je pogreška čitati ih bočno, pretpostavljajući da evolucija podrazumijeva napredak. Ako ispravno razumijemo evolucijski proces, nema razloga da mislimo da su vrste predaka s lijeve strane, a naprednije vrste s desne strane.

Iako je botanička analogija stabla vrlo korisna, dolazi trenutak kada to više nije tako točno. Postoji ključna struktura stabla koja nije prisutna u stablu: deblo. U filogenetskim stablima ne nalazimo nijednu glavnu granu.

Naime, neki ljudi mogu smatrati čovjeka konačnim "ciljem" evolucije, i stoga bi vrsta Homo sapiens uvijek trebala biti locirana kao konačna cjelina.

Međutim, ovo gledište nije u skladu s evolucijskim načelima. Ako razumijemo da su filogenetska stabla pokretni elementi, Homo možemo smjestiti u bilo koji terminalni položaj stabla, jer ta karakteristika nije bitna u reprezentaciji.

Čvorovi se mogu okretati

Životna značajka koju moramo razumjeti o filogenetskim stablima jest da oni predstavljaju nestatičke grafikone.

U njima se sve ove grane mogu rotirati - na isti način na koji može i mobilni. Ne mislimo da grane možemo pomicati po volji, jer bi neki pokreti uključivali promjenu uzorka ili topologije stabla. Ono što možemo zakretati su čvorovi.

Da bismo protumačili poruku stabla, ne smijemo se fokusirati na vrhove grana, moramo se usredotočiti na točke grana, koje su najvažniji aspekt grafikona.

Pored toga, moramo imati na umu da postoji nekoliko načina za crtanje stabla. Mnogo puta ovisi o stilu knjige ili časopisa, a promjene u obliku i položaju grana ne utječu na informacije koje nam žele prenijeti.

Ne možemo zaključiti postojanje sadašnjih predaka ili "starih" vrsta

Kad ćemo se odnositi na trenutne vrste, na njih ne bismo trebali primjenjivati ​​konotacije predaka. Na primjer, kada razmišljamo o odnosima čimpanza i ljudi, možemo pogrešno shvatiti da su čimpanze rodom iz naše loze.

Međutim, zajednički predak čimpanza i ljudi nije bio ni jedno ni drugo. Misliti da je čimpanza porijeklom bilo bi pretpostaviti da je njezina evolucija prestala nakon što se obje loze razdvoje.

Slijedom iste logike ovih ideja, filogenetsko stablo nam ne govori postoje li i mlade vrste. Kako se alelne frekvencije neprestano mijenjaju i s vremenom se mijenjaju novi znakovi, teško je odrediti starost vrste i, sigurno, stablo nam ne daje takve podatke.

"Promjena frekvencija alela tijekom vremena" je način na koji populacijska genetika definira evoluciju.

Oni su nepromjenjivi

Kada pogledamo filogenetsko stablo moramo shvatiti da je ovaj graf jednostavno hipoteza stvorena iz konkretnih dokaza. Može biti da ako stablo dodamo više znakova, ono će izmijeniti njegovu topologiju.

Ključna je stručnost znanstvenika u odabiru najboljih znakova za rasvjetljavanje odnosa dotičnih organizama. Uz to, postoje vrlo moćni statistički alati koji omogućuju istraživačima da ocijene drveće i odaberu najvjerojatnije.

Primjeri

Tri područja života: Archaea, Bakterije i Eukarya

Godine 1977., istraživač Carl Woese predložio je grupiranje živih organizama u tri domene: Archaea, Bakter i Eukarya. Ovaj novi klasifikacijski sustav (prethodno su postojale samo dvije kategorije, Eukariota i Prokariota) bio je zasnovan na molekularnom markeru ribosomalne RNA.

Bakterije i eukarioti su široko poznati organizmi. Arhee često pogrešno koriste bakterije. Međutim, one se duboko razlikuju u strukturi njihovih staničnih komponenti.

Stoga su, iako su mikroskopski organizmi poput bakterija, pripadnici Archaea domene bliže eukariotima - jer imaju bliži zajednički predak.

Izvor: Priredila Mariana Gelambi.

Filogenija primata

Unutar evolucijske biologije, jedna od najkontroverznijih tema je evolucija čovjeka. Za protivnike ove teorije evolucija koja počinje od majmunskog pretka koji je stvorio modernog čovjeka nije logična.

Ključni koncept je razumijevanje da nismo evoluirali od trenutnih majmuna, već smo zajednički s njima dijelili zajedničkog pretka. U stablu majmuna i ljudi ističe se da ono što znamo kao "majmun" nije valjana monofiletna skupina, jer isključuje ljude.

Izvor: Priredila Mariana Gelambi.

Filogenija cetartiodaktila (Cetartiodactyla)

Evolucijski gledano, kitovi su predstavljali skupinu kralježnjaka čiji odnosi s ostatkom njihovih kolega sisavaca nisu bili vrlo jasni. Morfološki, kitovi, dupini i ostali članovi imaju malu sličnost s drugim sisavcima.

Trenutno, zahvaljujući proučavanju različitih morfoloških i molekularnih likova, moguće je zaključiti da sestrinsku skupinu velikih kitova čine artiodaktili - kopitari s ravnim kopitima.

Izvor: Priredila Mariana Gelambi.

Reference

1. Baum, DA, Smith, SD i Donovan, SS (2005). Izazov razmišljanja o drveću. Znanost, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., i Barnes, NS (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
3. Hall, BK (ur.). (2012). Homologija: hijerarhijska osnova komparativne biologije. Akademska štampa.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije. McGraw - Hill.
5. Kardong, KV (2006). Kralježnjaci: komparativna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Enciklopedija evolucijske biologije. Akademska štampa.
7. Losos, JB (2013). Princeton vodič za evoluciju. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molekularna evolucija: filogenetski pristup. John Wiley & Sinovi.
9. Rice, SA (2009). Enciklopedija evolucije. Izdavaštvo Infobase.
10. Starr, C., Evers, C., i Starr, L. (2010). Biologija: koncepti i primjene bez fiziologije. Cengage Learning.