- phylogeny คืออะไร?
- ต้นไม้วิวัฒนาการคืออะไร?
- ต้นไม้วิวัฒนาการตีความได้อย่างไร?
- phylogenies ถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างไร?
- อักขระที่คล้ายคลึงกัน
- ประเภทของต้นไม้
- Politomias
- การจำแนกประเภทวิวัฒนาการ
- เชื้อสายโมโนฟิเลติก
- เชื้อสาย Paraphyletic และ polyphyletic
- การประยุกต์ใช้งาน
- อ้างอิง
เชื้อชาติในชีววิทยาวิวัฒนาการเป็นตัวแทนของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของกลุ่มของสิ่งมีชีวิตหรือสายพันธุ์เน้นสายเชื้อสายและความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มเครือญาติที่
ปัจจุบันนักชีววิทยาได้ใช้ข้อมูลจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาเปรียบเทียบและกายวิภาคศาสตร์เป็นหลักและจากลำดับยีนเพื่อสร้างต้นไม้จำนวนนับพันบนต้นไม้หลายพันต้น
ที่มา: Wilson JEM Costa ผ่าน Wikimedia Commons
ต้นไม้เหล่านี้พยายามอธิบายประวัติวิวัฒนาการของสัตว์พืชจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอินทรีย์อื่น ๆ ที่อาศัยอยู่ในโลก
การเปรียบเทียบกับต้นไม้แห่งชีวิตเกิดขึ้นตั้งแต่สมัยของ Charles Darwin นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษผู้ปราดเปรื่องผู้นี้จับภาพผลงานชิ้นเอก "The Origin of Species" เป็นภาพเดียว: "ต้นไม้" ที่แสดงถึงการแตกแขนงของเชื้อสายโดยเริ่มจากบรรพบุรุษร่วมกัน
phylogeny คืออะไร?
ในแง่ของวิทยาศาสตร์ชีวภาพเหตุการณ์ที่น่าอัศจรรย์ที่สุดอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นคือวิวัฒนาการ กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบอินทรีย์เมื่อเวลาผ่านไปสามารถแสดงได้ในต้นไม้วิวัฒนาการ ดังนั้นไฟโลจีนีจึงแสดงออกถึงประวัติศาสตร์ของเชื้อสายและการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
ผลกระทบโดยตรงอย่างหนึ่งของกราฟนี้คือบรรพบุรุษร่วมกัน นั่นคือสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่เราเห็นในปัจจุบันได้กลายมาเป็นลูกหลานโดยมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบในอดีต ความคิดนี้มีความสำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
รูปแบบชีวิตทั้งหมดที่เราสามารถชื่นชมได้ในปัจจุบันตั้งแต่แบคทีเรียด้วยกล้องจุลทรรศน์ไปจนถึงพืชและสัตว์มีกระดูกสันหลังที่ใหญ่ที่สุด - เชื่อมต่อกันและความสัมพันธ์นั้นแสดงอยู่ในต้นไม้แห่งชีวิตที่กว้างใหญ่และซับซ้อน
ภายในการเปรียบเทียบของต้นไม้ชนิดที่มีชีวิตอยู่ในปัจจุบันจะเป็นตัวแทนของใบไม้และกิ่งก้านที่เหลือจะเป็นประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของพวกมัน
ต้นไม้วิวัฒนาการคืออะไร?
มีการแสดงสายวิวัฒนาการอย่างง่ายของ Metazoa สำหรับบางกลุ่มการแสดงแผนผังมีความเกี่ยวข้องกับดวงตาบางประเภทที่อาจนำเสนอ: ถ้วย, กล้องที่มีรูเข้าแสง, กล้องพร้อมเลนส์, การประกอบโดยการจัดวางตำแหน่งและประกอบโดยการซ้อนทับ Laura bibiana จาก Wikimedia Commons
ต้นไม้วิวัฒนาการเป็นภาพกราฟิกแสดงประวัติวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิต รูปแบบของความสัมพันธ์ทางประวัติศาสตร์นี้เป็นรูปแบบของวิวัฒนาการที่นักวิจัยพยายามประเมิน
ต้นไม้ประกอบด้วยโหนดที่เชื่อมต่อกับ "กิ่งก้าน" โหนดเทอร์มินัลของแต่ละสาขาคือเทอร์มินัลเทอร์มินัลเทอร์มินัลและแสดงถึงลำดับหรือสิ่งมีชีวิตที่ทราบข้อมูลซึ่งอาจเป็นสิ่งมีชีวิตหรือสูญพันธุ์ไปแล้ว
โหนดภายในแสดงถึงบรรพบุรุษสมมุติในขณะที่บรรพบุรุษที่พบที่รากของต้นไม้แสดงถึงบรรพบุรุษของลำดับทั้งหมดที่แสดงในกราฟ
ต้นไม้วิวัฒนาการตีความได้อย่างไร?
มีหลายวิธีในการเป็นตัวแทนของต้นไม้วิวัฒนาการ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าจะรับรู้ได้อย่างไรว่าความแตกต่างที่สังเกตได้ระหว่างต้นไม้สองต้นนั้นเกิดจากโทโพโลยีที่แตกต่างกันนั่นคือความแตกต่างที่แท้จริงที่เกี่ยวข้องกับการสะกดสองแบบหรือเป็นเพียงความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของการแสดง
ตัวอย่างเช่นลำดับที่ฉลากปรากฏที่ด้านบนอาจแตกต่างกันไปโดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนความหมายของการแสดงภาพโดยทั่วไปชื่อของชนิดสกุลวงศ์และหมวดหมู่อื่น ๆ
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากต้นไม้มีลักษณะคล้ายกับมือถือซึ่งกิ่งก้านสามารถหมุนได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนความสัมพันธ์ของสายพันธุ์ที่เป็นตัวแทน
ในแง่นี้ไม่สำคัญว่าจะมีการเปลี่ยนลำดับหรือหมุนวัตถุที่ "ห้อย" ไปกี่ครั้งเนื่องจากไม่ได้เปลี่ยนวิธีเชื่อมต่อ - และนั่นคือสิ่งสำคัญ
phylogenies ถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างไร?
Phylogenies เป็นสมมติฐานที่กำหนดขึ้นจากหลักฐานทางอ้อม การอธิบายสายพันธุ์คล้ายกับงานของนักสืบที่แก้ปัญหาอาชญากรรมโดยติดตามเบาะแสจากสถานที่เกิดเหตุ
นักชีววิทยามักจะอ้างถึงวิวัฒนาการของพวกเขาโดยใช้ความรู้จากสาขาต่างๆเช่นบรรพชีวินวิทยากายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบตัวอ่อนเปรียบเทียบและอณูชีววิทยา
บันทึกฟอสซิลแม้ว่าจะไม่สมบูรณ์ แต่ก็ให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับช่วงเวลาที่แตกต่างกันของกลุ่มสิ่งมีชีวิต
เมื่อเวลาผ่านไปอณูชีววิทยาได้เจริญเติบโตเกินกว่าทุกสาขาที่กล่าวถึงและสายพันธุ์ส่วนใหญ่อนุมานได้จากข้อมูลระดับโมเลกุล
เป้าหมายของการสร้างต้นไม้วิวัฒนาการใหม่มีข้อบกพร่องที่สำคัญหลายประการ มีประมาณ 1.8 ล้านสายพันธุ์ที่มีชื่อและอื่น ๆ อีกมากมายโดยไม่มีการอธิบาย
และแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จำนวนมากจะพยายามสร้างความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตขึ้นใหม่ทุกวัน แต่ก็ยังไม่มีต้นไม้ที่สมบูรณ์
อักขระที่คล้ายคลึงกัน
เมื่อนักชีววิทยาต้องการอธิบายความคล้ายคลึงกันระหว่างโครงสร้างหรือกระบวนการทั้งสองพวกเขาสามารถทำได้ในแง่ของบรรพบุรุษร่วมกัน (homologies) การเปรียบเทียบ (ฟังก์ชัน) หรือโฮโมลาเซีย (ความคล้ายคลึงทางสัณฐานวิทยา)
ในการสร้างวิวัฒนาการใหม่จะใช้อักขระที่คล้ายคลึงกันโดยเฉพาะ ความคล้ายคลึงกันเป็นแนวคิดหลักในวิวัฒนาการและในการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตเนื่องจากมีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สะท้อนถึงบรรพบุรุษร่วมกันของสิ่งมีชีวิตได้อย่างเพียงพอ
สมมติว่าเราต้องการอนุมานวิวัฒนาการของกลุ่มสามกลุ่ม ได้แก่ นกค้างคาวและมนุษย์ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายเราตัดสินใจใช้แขนขาเป็นลักษณะที่ช่วยให้เรามองเห็นรูปแบบของความสัมพันธ์
เนื่องจากนกและค้างคาวมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างสำหรับการบินเราจึงสรุปได้อย่างผิด ๆ ว่าค้างคาวและนกมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันมากกว่าค้างคาวกับมนุษย์ ทำไมเราถึงได้ข้อสรุปที่ผิดพลาด? เนื่องจากเราใช้อักขระที่คล้ายคลึงและไม่เหมือนกัน
ในการค้นหาความสัมพันธ์ที่ถูกต้องฉันต้องมองหาลักษณะที่คล้ายคลึงกันเช่นการมีผมต่อมน้ำนมและกระดูกเล็ก ๆ สามชิ้นในหูชั้นกลาง - เพียงเพื่อบอกชื่อไม่กี่ อย่างไรก็ตามการวินิจฉัยเหมือนกันไม่ใช่เรื่องง่าย
ประเภทของต้นไม้
ต้นไม้ทั้งหมดไม่เหมือนกันมีการแสดงภาพกราฟิกที่แตกต่างกันและแต่ละต้นสามารถรวมลักษณะเฉพาะบางอย่างของวิวัฒนาการของกลุ่มได้
ต้นไม้พื้นฐานที่สุดคือ cladograms กราฟเหล่านี้แสดงความสัมพันธ์ในแง่ของบรรพบุรุษร่วมกัน (ตามบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด)
ต้นไม้เสริมมีข้อมูลเพิ่มเติมและแสดงตามความยาวของกิ่งก้าน
ตัวเลขที่เกี่ยวข้องกับแต่ละสาขาจะสอดคล้องกับคุณลักษณะบางประการในลำดับเช่นจำนวนการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการที่สิ่งมีชีวิตได้รับ นอกจาก "ต้นไม้เสริม" แล้วยังเรียกอีกอย่างว่าต้นไม้เมตริกหรือไฟโลแกรม
ต้นไม้อุลตราเมตริกหรือที่เรียกว่าเดนโดแกรมเป็นกรณีเฉพาะของต้นไม้เสริมโดยที่ส่วนปลายของต้นไม้มีความห่างจากรากถึงต้นไม้เท่ากัน
ตัวแปรสองตัวสุดท้ายนี้มีข้อมูลทั้งหมดที่เราสามารถพบได้ใน cladogram และข้อมูลเพิ่มเติม ดังนั้นจึงไม่เป็นเอกสิทธิ์หากไม่เสริมกัน
Politomias
หลายครั้งที่โหนดของต้นไม้ไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ ในสายตามีการกล่าวกันว่ามี polytomy เมื่อมีกิ่งก้านสาขามากกว่าสามสาขาเกิดขึ้นใหม่ (มีบรรพบุรุษเดียวสำหรับลูกหลานมากกว่าสองคนในทันที) เมื่อต้นไม้ไม่มี polytomies จะมีการแก้ไขอย่างเต็มที่
มีสองประเภทของ polytomies ประการแรกคือ polytomies ที่ "ยาก" สิ่งเหล่านี้เป็นเนื้อแท้ของกลุ่มการศึกษาและบ่งชี้ว่าลูกหลานมีวิวัฒนาการไปพร้อม ๆ กัน หรืออีกวิธีหนึ่งคือ polytomies "soft" หมายถึงความสัมพันธ์ที่ยังไม่ได้แก้ไขซึ่งเกิดจากข้อมูลต่อ se
การจำแนกประเภทวิวัฒนาการ
เชื้อสายโมโนฟิเลติก
นักชีววิทยาวิวัฒนาการพยายามค้นหาการจำแนกประเภทที่เหมาะกับรูปแบบการแตกแขนงของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของกลุ่มต่างๆ ในกระบวนการนี้ได้มีการพัฒนาชุดคำศัพท์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีววิทยาวิวัฒนาการ ได้แก่ โมโนไฟเลติกพาราโฟลิเลติกและโพลีฟีเลติก
อนุกรมวิธานเดียวหรือเชื้อสายคือสิ่งที่ประกอบด้วยสปีชีส์บรรพบุรุษซึ่งแสดงอยู่ในโหนดและลูกหลานทั้งหมด แต่ไม่ใช่สายพันธุ์อื่น การจัดกลุ่มนี้เรียกว่า clade
Monophyletic lineages ถูกกำหนดในแต่ละระดับของลำดับชั้นอนุกรมวิธาน ตัวอย่างเช่น Family Felidae ซึ่งเป็นเชื้อสายที่มี felines (รวมถึงแมวบ้าน) ถือว่าเป็น monophyletic
ในทำนองเดียวกัน Animalia ยังเป็นอนุกรมวิธานเดียว อย่างที่เราเห็นครอบครัว Felidae อยู่ใน Animalia ดังนั้นจึงสามารถซ้อนกลุ่ม monophyletic ได้
เชื้อสาย Paraphyletic และ polyphyletic
อย่างไรก็ตามนักชีววิทยาบางคนไม่ได้มีส่วนร่วมในการจำแนกประเภท ในกรณีที่ข้อมูลไม่สมบูรณ์หรือเพื่อความสะดวกแท็กซ่าบางตัวจะถูกตั้งชื่อซึ่งรวมถึงสปีชีส์จากกลุ่มอื่นหรือแท็กซ่าที่สูงกว่าซึ่งไม่ได้มีบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด
ด้วยวิธีนี้อนุกรมวิธานจึงเป็นโพลีฟีเลติกซึ่งถูกกำหนดให้เป็นกลุ่มที่รวมสิ่งมีชีวิตจากกลุ่มต่างๆและสิ่งเหล่านี้ไม่ได้มีบรรพบุรุษร่วมกัน ตัวอย่างเช่นหากเราต้องการกำหนดกลุ่มของ homeotherm ก็จะรวมถึงนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ในทางตรงกันข้ามกลุ่ม paraphyletic ไม่มีลูกหลานทั้งหมดของบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือไม่รวมสมาชิกบางคนของกลุ่ม ตัวอย่างที่ใช้มากที่สุดคือสัตว์เลื้อยคลานกลุ่มนี้ไม่มีลูกหลานทั้งหมดของบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด: นก
การประยุกต์ใช้งาน
นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมในภารกิจที่ยากลำบากในการอธิบายต้นไม้แห่งชีวิตแล้วสายพันธุ์ยังมีการใช้งานที่ค่อนข้างสำคัญอีกด้วย
ในทางการแพทย์มีการใช้สายพันธุ์ในการติดตามแหล่งกำเนิดและอัตราการแพร่เชื้อของโรคติดเชื้อเช่นเอดส์ไข้เลือดออกและไข้หวัดใหญ่
นอกจากนี้ยังใช้ในด้านชีววิทยาการอนุรักษ์ ความรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่ใกล้สูญพันธุ์เป็นสิ่งสำคัญในการติดตามรูปแบบการผสมข้ามพันธุ์และระดับของการผสมพันธุ์และการผสมพันธุ์ระหว่างบุคคล
อ้างอิง
- Baum, DA, Smith, SD และ Donovan, SS (2005) ความท้าทายในการคิดต้นไม้ วิทยาศาสตร์, 310 (5750), 979-980.
- Curtis, H. , & Barnes, NS (1994). ขอเชิญเข้าร่วมชีววิทยา Macmillan
- Hall, BK (Ed.). (2012) Homology: พื้นฐานลำดับชั้นของชีววิทยาเปรียบเทียบ สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A. , Ober, WC, & Garrison, C. (2001). หลักการบูรณาการของสัตววิทยา McGraw - ฮิลล์
- 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) การสังเคราะห์ phylogeny และอนุกรมวิธานเป็นต้นไม้แห่งชีวิตที่ครอบคลุม Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112 (41), 12764-9.
- การ์ดอง, KV (2549). สัตว์มีกระดูกสันหลัง: กายวิภาคเปรียบเทียบฟังก์ชันวิวัฒนาการ McGraw-Hill
- หน้า, RD, & Holmes, EC (2009). วิวัฒนาการระดับโมเลกุล: วิธีการวิวัฒนาการทางวิวัฒนาการ John Wiley & Sons