Phylogenie-Interpretation, Baumarten, Anwendungen

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Jonah Lester

EIN Phylogenie, In der Evolutionsbiologie ist es eine Darstellung der Evolutionsgeschichte einer Gruppe von Organismen oder einer Art, wobei die Abstammungslinie und die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den Gruppen hervorgehoben werden..

Heute haben Biologen Daten hauptsächlich aus der vergleichenden Morphologie und Anatomie sowie aus Gensequenzen verwendet, um Tausende und Abertausende von Bäumen zu rekonstruieren..

Quelle: Wilson J.E.M. Costa [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)] über Wikimedia Commons

Diese Bäume versuchen, die Evolutionsgeschichte der verschiedenen Arten von Tieren, Pflanzen, Mikroben und anderen organischen Wesen, die auf der Erde leben, zu beschreiben..

Die Analogie zum Baum des Lebens stammt aus der Zeit von Charles Darwin. Dieser brillante britische Naturforscher fängt das Meisterwerk ein "Die Entstehung der Arten"Ein einzelnes Bild: Ein" Baum ", der die Verzweigung der Linien darstellt, ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren.

Artikelverzeichnis

  • 1 Was ist eine Phylogenie??
  • 2 Was ist ein phylogenetischer Baum??
  • 3 Wie werden phylogenetische Bäume interpretiert??
  • 4 Wie werden Phylogenien rekonstruiert??
    • 4.1 Homologe Zeichen
  • 5 Baumarten
  • 6 Politomias
  • 7 Evolutionäre Klassifikation
    • 7.1 Monophyletische Linien
    • 7.2 Paraphyletische und polyphyletische Linien
  • 8 Anwendungen
  • 9 Referenzen

Was ist eine Phylogenie??

In Anbetracht der Biowissenschaften ist eines der erstaunlichsten Ereignisse die Evolution. Diese Veränderung der organischen Formen im Laufe der Zeit kann in einem phylogenetischen Baum dargestellt werden. Daher drückt die Phylogenie die Geschichte der Abstammungslinien aus und wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben..

Eine der direkten Auswirkungen dieses Diagramms ist die gemeinsame Abstammung. Das heißt, alle Organismen, die wir heute sehen, sind als Nachkommen mit Modifikationen vergangener Formen entstanden. Diese Idee war eine der bedeutendsten in der Geschichte der Wissenschaft.

Alle Lebensformen, die wir heute schätzen können - von mikroskopisch kleinen Bakterien über Pflanzen bis hin zu den größten Wirbeltieren - sind miteinander verbunden, und diese Beziehung ist in dem riesigen und komplizierten Baum des Lebens dargestellt..

In Analogie zum Baum würden die heute lebenden Arten die Blätter darstellen, und der Rest der Zweige wäre ihre Evolutionsgeschichte.

Was ist ein phylogenetischer Baum??

Eine vereinfachte Phylogenie der Metazoa wird gezeigt. Für einige Gruppen ist eine schematische Darstellung für einige der möglicherweise vorhandenen Augentypen zugeordnet: Tasse, Kamera mit Lichteintrittsloch, Kamera mit Linse, Zusammengesetzt durch Apposition und Zusammengesetzt durch Überlagerung. Laura bibiana [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] von Wikimedia Commons

Ein phylogenetischer Baum ist eine grafische Darstellung der Evolutionsgeschichte einer Gruppe von Organismen. Dieses Muster historischer Beziehungen ist die Phylogenie, die Forscher zu schätzen versuchen..

Bäume bestehen aus Knoten, die die "Zweige" verbinden. Die Endknoten jedes Zweigs sind die Endtaxa und stellen die Sequenzen oder Organismen dar, für die Daten bekannt sind - dies können lebende oder ausgestorbene Arten sein.

Die internen Knoten stellen hypothetische Vorfahren dar, während der an der Wurzel des Baums gefundene Vorfahr den Vorfahren aller im Diagramm dargestellten Sequenzen darstellt..

Wie werden phylogenetische Bäume interpretiert??

Es gibt viele Möglichkeiten, einen phylogenetischen Baum darzustellen. Daher ist es wichtig zu wissen, wie man erkennt, ob diese Unterschiede, die zwischen zwei Bäumen beobachtet werden, auf unterschiedliche Topologien zurückzuführen sind - dh auf echte Unterschiede, die zwei Schreibweisen entsprechen - oder einfach auf Unterschiede im Zusammenhang mit dem Darstellungsstil..

Beispielsweise kann die Reihenfolge, in der die Beschriftungen oben angezeigt werden, variieren, ohne die Bedeutung der grafischen Darstellung zu ändern, im Allgemeinen den Namen der Art, Gattung, Familie und andere Kategorien..

Dies liegt daran, dass die Bäume einem Handy ähneln, bei dem sich die Zweige drehen können, ohne die Beziehung der dargestellten Arten zu ändern..

In diesem Sinne spielt es keine Rolle, wie oft die Reihenfolge geändert oder die Objekte, die "hängen", gedreht werden, da dies die Art und Weise, in der sie verbunden sind, nicht ändert - und das ist das Wichtigste..

Wie werden Phylogenien rekonstruiert??

Phylogenien sind Hypothesen, die auf indirekten Beweisen beruhen. Die Aufklärung einer Phylogenie ähnelt der Aufgabe eines Ermittlers, ein Verbrechen aufzuklären, indem er den Hinweisen vom Tatort folgt.

Biologen postulieren ihre Phylogenien häufig anhand von Kenntnissen aus verschiedenen Bereichen wie Paläontologie, vergleichender Anatomie, vergleichender Embryologie und Molekularbiologie..

Der Fossilienbestand ist zwar unvollständig, liefert jedoch sehr wertvolle Informationen über die Divergenzzeiten von Artengruppen.

Im Laufe der Zeit hat die Molekularbiologie alle oben genannten Bereiche übertroffen, und die meisten Phylogenien werden aus molekularen Daten abgeleitet..

Das Ziel der Rekonstruktion eines phylogenetischen Baums weist eine Reihe von Hauptnachteilen auf. Es gibt ungefähr 1,8 Millionen benannte Arten und viele mehr, ohne beschrieben zu werden.

Und obwohl eine bedeutende Anzahl von Wissenschaftlern jeden Tag bestrebt ist, die Beziehungen zwischen Arten zu rekonstruieren, gibt es immer noch keinen vollständigen Baum.

Homologe Charaktere

Wenn Biologen die Ähnlichkeiten zwischen zwei Strukturen oder Prozessen beschreiben möchten, können sie dies anhand gemeinsamer Abstammung (Homologien), Analogien (Funktion) oder Homoplasie (morphologische Ähnlichkeit) tun..

Zur Rekonstruktion einer Phylogenie werden ausschließlich homologe Zeichen verwendet. Homologie ist ein Schlüsselbegriff in der Evolution und bei der Wiederherstellung von Beziehungen zwischen Arten, da nur sie die gemeinsame Abstammung von Organismen angemessen widerspiegelt.

Angenommen, wir möchten auf die Phylogenie von drei Gruppen schließen: Vögel, Fledermäuse und Menschen. Um unser Ziel zu erreichen, haben wir uns entschlossen, die oberen Extremitäten als Merkmal zu verwenden, das uns hilft, das Beziehungsmuster zu erkennen..

Da Vögel und Fledermäuse veränderte Flugstrukturen haben, könnten wir fälschlicherweise den Schluss ziehen, dass Fledermäuse und Vögel enger miteinander verwandt sind als Fledermäuse mit Menschen. Warum sind wir zu dem falschen Schluss gekommen? Weil wir einen analogen und nicht homologen Charakter verwendet haben.

Um die richtige Beziehung zu finden, muss ich nach einem homologen Charakter suchen, wie dem Vorhandensein von Haaren, Brustdrüsen und drei kleinen Knochen im Mittelohr - um nur einige zu nennen. Homologien sind jedoch nicht einfach zu diagnostizieren.

Baumarten

Nicht alle Bäume sind gleich, es gibt unterschiedliche grafische Darstellungen und jeder schafft es, einige besondere Merkmale der Entwicklung der Gruppe zu berücksichtigen.

Die grundlegendsten Bäume sind Cladogramme. Diese Grafiken zeigen die Beziehungen in Bezug auf gemeinsame Vorfahren (gemäß den neuesten gemeinsamen Vorfahren)..

Additive Bäume enthalten zusätzliche Informationen und werden in der Länge der Zweige dargestellt.

Die jedem Zweig zugeordneten Zahlen entsprechen einem bestimmten Attribut in der Sequenz - beispielsweise dem Ausmaß der evolutionären Veränderung, die Organismen erfahren haben. Neben "additiven Bäumen" werden sie auch als metrische Bäume oder Phylogramme bezeichnet..

Ultrametrische Bäume, auch Dendogramme genannt, sind ein besonderer Fall von additiven Bäumen, bei denen die Baumspitzen von der Wurzel zum Baum gleich weit entfernt sind.

Diese beiden letzten Varianten enthalten alle Daten, die wir in einem Cladogramm finden können, sowie zusätzliche Informationen. Daher sind sie nicht exklusiv, wenn nicht komplementär.

Politomias

Oft sind die Knoten der Bäume nicht vollständig aufgelöst. Visuell wird gesagt, dass es eine Polytomie gibt, wenn mehr als drei Zweige aus einem neuen hervorgehen (es gibt einen einzigen Vorfahren für mehr als zwei unmittelbare Nachkommen). Wenn ein Baum keine Polytomien aufweist, wird er als vollständig aufgelöst bezeichnet.

Es gibt zwei Arten von Polytomien. Die ersten sind die "harten" Polytomien. Diese sind der Studiengruppe eigen und weisen darauf hin, dass sich die Nachkommen gleichzeitig entwickelt haben. Alternativ zeigen "weiche" Polytomien ungelöste Beziehungen an, die durch Daten verursacht werden an sich.

Evolutionäre Klassifikation

Monophyletische Linien

Evolutionsbiologen suchen nach einer Klassifikation, die zum Verzweigungsmuster der phylogenetischen Geschichte von Gruppen passt. In diesem Prozess wurde eine Reihe von Begriffen entwickelt, die in der Evolutionsbiologie weit verbreitet sind: monophyletisch, paraphyletisch und polyphyletisch..

Ein monophyletisches Taxon oder eine monophyletische Linie umfasst eine Stammart, die im Knoten vertreten ist, und alle ihre Nachkommen, jedoch keine anderen Arten. Diese Gruppierung wird als Clade bezeichnet.

Monophyletische Linien werden auf jeder Ebene der taxonomischen Hierarchie definiert. Zum Beispiel wird die Familie Felidae, eine Linie, die Katzen (einschließlich Hauskatzen) enthält, als monophyletisch angesehen..

In ähnlicher Weise ist Animalia auch ein monophyletisches Taxon. Wie wir sehen, gehört die Familie Felidae zu Animalia, so dass monophyletische Gruppen verschachtelt werden können.

Paraphyletische und polyphyletische Linien

Allerdings teilen nicht alle Biologen das kladistische Klassifikationsdenken. In Fällen, in denen die Daten nicht vollständig sind oder nur der Einfachheit halber, werden bestimmte Taxa benannt, die Arten aus verschiedenen Klassen oder höheren Taxa enthalten, die keinen neueren gemeinsamen Vorfahren haben..

Auf diese Weise ist ein Taxon polyphyletisch, es wird als eine Gruppe definiert, die Organismen aus verschiedenen Klassen umfasst und die keinen gemeinsamen Vorfahren haben. Wenn wir zum Beispiel eine Gruppe von Homöothermen bezeichnen wollen, würde dies Vögel und Säugetiere einschließen..

Im Gegensatz dazu enthält eine paraphyletische Gruppe nicht alle Nachkommen des letzten gemeinsamen Vorfahren. Mit anderen Worten, einige Mitglieder der Gruppe werden ausgeschlossen. Das am häufigsten verwendete Beispiel sind Reptilien. Diese Gruppe enthält nicht alle Nachkommen des letzten gemeinsamen Vorfahren: Vögel.

Anwendungen

Phylogenien tragen nicht nur zur schwierigen Aufgabe bei, den Baum des Lebens aufzuklären, sondern haben auch einige ziemlich wichtige Anwendungen.

Im medizinischen Bereich werden Phylogenien verwendet, um den Ursprung und die Übertragungsraten von Infektionskrankheiten wie AIDS, Dengue-Fieber und Influenza zu verfolgen..

Sie werden auch im Bereich der Naturschutzbiologie eingesetzt. Die Kenntnis der Phylogenie einer gefährdeten Art ist wichtig, um die Kreuzungsmuster und den Grad der Hybridisierung und Inzucht zwischen Individuen zu verfolgen..

Verweise

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