FILOGENI: TAFSIRAN, JENIS POKOK, APLIKASI - BIOLOGI - 2024

A filogeni , dalam biologi evolusi, adalah perwakilan sejarah evolusi kumpulan organisma atau spesies, menekankan garis keturunan dan hubungan kekeluargaan antara kumpulan.

Hari ini, ahli biologi telah menggunakan data yang berasal terutamanya dari perbandingan morfologi dan anatomi, dan dari urutan gen untuk membina semula ribuan pokok.

Sumber: Wilson JEM Costa, melalui Wikimedia Commons

Pokok-pokok ini bertujuan untuk menggambarkan sejarah evolusi pelbagai spesies haiwan, tumbuhan, mikrob dan makhluk organik lain yang menghuni bumi.

Analogi dengan pokok kehidupan bermula dari zaman Charles Darwin. Naturalis Inggeris yang cemerlang ini menangkap dalam karya besar "The Origin of Species" satu gambar: "pokok" yang mewakili percambahan keturunan, bermula dari nenek moyang yang sama.

Apa itu filogeni?

Berdasarkan sains biologi, salah satu peristiwa paling menakjubkan yang berlaku ialah evolusi. Perubahan bentuk organik tersebut dari masa ke masa dapat ditunjukkan dalam pohon filogenetik. Oleh itu, filogeni menyatakan sejarah keturunan dan bagaimana mereka berubah dari masa ke masa.

Salah satu implikasi langsung dari grafik ini adalah keturunan biasa. Artinya, semua organisma yang kita lihat hari ini telah muncul sebagai keturunan dengan pengubahsuaian bentuk masa lalu. Idea ini telah menjadi yang paling penting dalam sejarah sains.

Semua bentuk kehidupan yang dapat kita hargai hari ini - dari bakteria mikroskopik, hingga tumbuh-tumbuhan dan vertebrata terbesar - dihubungkan dan hubungan itu ditunjukkan dalam pohon kehidupan yang luas dan rumit.

Dalam analogi pokok, spesies yang hidup hari ini akan mewakili daun dan cawangan lain akan menjadi sejarah evolusi mereka.

Apakah pokok filogenetik?

Filogeni Metazoa yang dipermudahkan ditunjukkan. Untuk beberapa kumpulan, gambaran skematik dikaitkan untuk beberapa jenis mata yang mungkin mereka tampilkan: Cangkir, Kamera dengan lubang masuk cahaya, Kamera dengan lensa, Komposit berdasarkan apposisi dan Disusun oleh superposisi. Laura bibiana, dari Wikimedia Commons

Pohon filogenetik adalah gambaran grafik sejarah evolusi sekumpulan organisma. Corak hubungan sejarah ini adalah filogeni yang cuba dianggar oleh penyelidik.

Pokok terdiri daripada simpul yang menghubungkan "dahan". Nod terminal setiap cabang adalah taksa terminal dan mewakili urutan atau organisma yang diketahui data - ini boleh menjadi spesies hidup atau pupus.

Nod dalaman mewakili nenek moyang hipotesis, sementara nenek moyang yang terdapat di akar pokok mewakili nenek moyang semua urutan yang ditunjukkan dalam grafik.

Bagaimana pokok filogenetik ditafsirkan?

Terdapat banyak cara untuk mewakili pokok filogenetik. Atas sebab ini, penting untuk mengetahui bagaimana mengenali sama ada perbezaan yang diperhatikan di antara dua pokok disebabkan oleh topologi yang berbeza - iaitu, perbezaan sebenar yang sesuai dengan dua ejaan - atau hanya perbezaan yang berkaitan dengan gaya perwakilan.

Contohnya, susunan label di bahagian atas boleh berbeza-beza, tanpa mengubah makna representasi grafik, umumnya nama spesies, genus, keluarga, antara kategori lain.

Ini berlaku kerana pokok-pokok menyerupai bergerak, di mana dahan dapat berputar tanpa mengubah hubungan spesies yang diwakili.

Dalam pengertian ini, tidak kira berapa kali urutan diubah atau objek yang "digantung" dipusingkan, kerana ia tidak mengubah cara penyambungannya - dan itu adalah perkara penting.

Bagaimana filogeni disusun semula?

Filogeni adalah hipotesis yang dirumuskan berdasarkan bukti tidak langsung. Menjelaskan filogeni serupa dengan tugas penyiasat menyelesaikan jenayah dengan mengikuti petunjuk dari tempat kejadian.

Ahli biologi sering mendalilkan filogeninya menggunakan pengetahuan dari pelbagai cabang, seperti paleontologi, anatomi komparatif, embrio perbandingan, dan biologi molekul.

Catatan fosil, walaupun tidak lengkap, memberikan maklumat yang sangat berharga mengenai masa perbezaan kumpulan spesies.

Dengan berlalunya masa, biologi molekul telah mengatasi semua bidang yang disebutkan, dan kebanyakan filogeni disimpulkan dari data molekul.

Matlamat membina semula pokok filogenetik mempunyai beberapa kelemahan utama. Terdapat kira-kira 1.8 juta spesies bernama dan banyak lagi tanpa dijelaskan.

Dan, walaupun sebilangan besar saintis berusaha setiap hari untuk membina semula hubungan antara spesies, masih belum ada pokok yang lengkap.

Watak homolog

Apabila ahli biologi ingin menggambarkan persamaan antara dua struktur atau proses, mereka dapat melakukannya dari segi keturunan bersama (homologi), analogi (fungsi), atau homoplasia (kemiripan morfologi).

Untuk membina semula filogeni, watak-watak homolog secara eksklusif digunakan. Homologi adalah konsep utama dalam evolusi dan pembuatan semula hubungan antara spesies, kerana hanya menggambarkan dengan tepat keturunan organisma yang sama.

Andaikan kita mahu menyimpulkan filogeni dari tiga kumpulan: burung, kelawar, dan manusia. Untuk mencapai matlamat kami, kami memutuskan untuk menggunakan anggota badan atas sebagai ciri yang membantu kami mengetahui corak hubungan.

Oleh kerana burung dan kelelawar mempunyai struktur yang diubah untuk penerbangan, kita dapat dengan keliru menyimpulkan bahawa kelelawar dan burung lebih terkait satu sama lain daripada kelelawar dengan manusia. Mengapa kita membuat kesimpulan yang salah? Kerana kami telah menggunakan watak analog dan bukan homolog

Untuk mencari hubungan yang betul, saya mesti mencari watak homolog, seperti kehadiran rambut, kelenjar susu dan tiga tulang kecil di telinga tengah - hanya untuk beberapa nama. Walau bagaimanapun, homologi tidak mudah didiagnosis.

Jenis pokok

Tidak semua pokok sama, terdapat gambaran grafik yang berbeza dan masing-masing berjaya memasukkan beberapa ciri khas evolusi kumpulan.

Pokok yang paling asas adalah cladograms. Grafik ini menunjukkan hubungan dari segi keturunan bersama (menurut nenek moyang yang paling baru).

Pokok aditif mengandungi maklumat tambahan dan dilambangkan dengan panjang dahan.

Angka-angka yang berkaitan dengan setiap cabang sesuai dengan beberapa atribut dalam urutan - seperti jumlah perubahan evolusi yang telah dialami oleh organisma. Selain "pokok aditif", mereka juga dikenali sebagai pokok metrik atau filogram.

Pokok ultrametrik, juga disebut dendogram, adalah kes pokok tambahan, di mana hujung pokoknya sama jarak dari akar ke pokok.

Dua varian terakhir ini mempunyai semua data yang dapat kita temukan dalam cladogram, dan maklumat tambahan. Oleh itu, mereka tidak eksklusif, jika tidak saling melengkapi.

Politomias

Berkali-kali, simpul pokok tidak dapat diselesaikan sepenuhnya. Secara visual, dikatakan bahawa terdapat polytomi, apabila lebih dari tiga cabang muncul dari yang baru (ada satu nenek moyang untuk lebih dari dua keturunan terdekat). Apabila pokok tidak mempunyai polytom, ia dikatakan dapat diselesaikan sepenuhnya.

Terdapat dua jenis polytomies. Yang pertama adalah politomi "keras". Ini adalah hakiki kumpulan kajian, dan menunjukkan bahawa keturunan berkembang pada masa yang sama. Sebagai alternatif, politomi "lembut" menunjukkan hubungan yang tidak dapat diselesaikan yang disebabkan oleh data itu sendiri.

Pengelasan evolusi

Keturunan monofitik

Ahli biologi evolusi berusaha mencari klasifikasi yang sesuai dengan corak percabangan sejarah filogenetik kumpulan. Dalam proses ini, satu rangkaian istilah yang digunakan secara meluas dalam biologi evolusi telah dikembangkan: monophyletic, paraphyletic dan polyphyletic.

Takson atau keturunan monofitik adalah yang terdiri daripada spesies leluhur, yang diwakili dalam simpul, dan semua keturunannya, tetapi bukan spesies lain. Pengelompokan ini dipanggil clade.

Keturunan monofitik ditakrifkan pada setiap peringkat hierarki taksonomi. Sebagai contoh, Keluarga Felidae, keturunan yang mengandungi kucing (termasuk kucing domestik), dianggap monoflet.

Begitu juga, Animalia juga merupakan takson monoflet. Seperti yang kita lihat, keluarga Felidae berada dalam Animalia, sehingga kumpulan monoflet dapat bersarang.

Keturunan paraphyletic dan polyphyletic

Walau bagaimanapun, tidak semua ahli biologi berkongsi pemikiran klasifikasi cladistik. Sekiranya data tidak lengkap atau hanya untuk kemudahan, taksa tertentu dinamakan yang merangkumi spesies dari kelompok yang berbeza atau taksa yang lebih tinggi yang tidak mempunyai nenek moyang yang lebih baru.

Dengan cara ini, takson adalah polifitlet, ia ditakrifkan sebagai kumpulan yang merangkumi organisma dari kelompok yang berbeza, dan ini tidak mempunyai keturunan yang sama. Sebagai contoh, jika kita ingin menetapkan sekumpulan homeoterma, ia akan merangkumi burung dan mamalia.

Sebaliknya, kumpulan paraphyletic tidak mengandungi semua keturunan nenek moyang yang paling baru. Dengan kata lain, tidak termasuk sebilangan anggota kumpulan. Contoh yang paling banyak digunakan adalah reptilia, kumpulan ini tidak mengandungi semua keturunan nenek moyang yang paling baru: burung.

Permohonan

Selain menyumbang kepada tugas sukar untuk menjelaskan pokok kehidupan, filogeni juga mempunyai beberapa aplikasi yang cukup signifikan.

Dalam bidang perubatan, filogeni digunakan untuk mengesan kadar asal dan penularan penyakit berjangkit, seperti AIDS, denggi, dan influenza.

Mereka juga digunakan dalam bidang biologi pemuliharaan. Pengetahuan tentang filogeni spesies yang terancam punah adalah penting untuk mengesan corak persilangan dan tahap hibridisasi dan pembiakan antara individu.

Rujukan

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Cabaran berfikir pokok. Sains, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Jemputan ke biologi. Macmillan.
3. Dewan, BK (Ed.). (2012). Homologi: Asas hierarki biologi perbandingan. Akhbar Akademik.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Prinsip bersepadu zoologi. McGraw - Bukit.
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). Sintesis filogeni dan taksonomi menjadi pokok kehidupan yang komprehensif. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Vertebrata: anatomi perbandingan, fungsi, evolusi. McGraw-Hill.
7. Halaman, RD, & Holmes, EC (2009). Evolusi molekul: pendekatan filogenetik. John Wiley & Anak.