ต้นไม้วิวัฒนาการ: ประเภทและลักษณะตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2026

ต้นไม้สายวิวัฒนาการคือการแสดงกราฟิกทางคณิตศาสตร์ของประวัติศาสตร์และปู่ย่าตายายลูกหลาน-ความสัมพันธ์ของกลุ่มประชากรชนิดหรือประเภทการจัดหมวดหมู่อื่น ๆ ในทางทฤษฎีต้นไม้วิวัฒนาการทั้งหมดสามารถจัดกลุ่มในต้นไม้แห่งชีวิตซึ่งประกอบเป็นต้นไม้สากล

การแสดงภาพกราฟิกเหล่านี้ได้ปฏิวัติการศึกษาชีววิทยาวิวัฒนาการเนื่องจากอนุญาตให้สร้างและกำหนดสายพันธุ์ทดสอบสมมติฐานวิวัฒนาการต่างๆ (เช่นทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก) ประเมินที่มาของโรค (เช่น HIV) เป็นต้น

ที่มา: John Gould (14 ก.ย. 1804 - 3. ก.พ. 1881)

ต้นไม้สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้โดยใช้อักขระทางสัณฐานวิทยาหรือโมเลกุลหรือทั้งสองอย่าง ในทำนองเดียวกันมีวิธีการต่าง ๆ ในการสร้างพวกเขาที่พบมากที่สุดคือระเบียบวิธีการหุ้ม สิ่งนี้พยายามระบุอักขระที่แบ่งใช้ร่วมกันซึ่งเรียกว่า synapomorphy

ลักษณะเฉพาะ

หลักการอย่างหนึ่งที่ชาร์ลส์ดาร์วินพัฒนาขึ้นคือบรรพบุรุษร่วมกันของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดนั่นคือเราทุกคนมีบรรพบุรุษที่ห่างไกลกัน

ใน "ต้นกำเนิดของสปีชีส์" ดาร์วินยกคำอุปมาของ "ต้นไม้แห่งชีวิต" ในความเป็นจริงเขาใช้ต้นไม้กราฟิกสมมุติเพื่อพัฒนาความคิดของเขา (อยากรู้อยากเห็นมันเป็นเพียงภาพประกอบเดียวของต้นกำเนิด)

การเป็นตัวแทนของคำอุปมานี้คือสิ่งที่เรารู้จักกันในชื่อ phylogenetic tree ซึ่งทำให้เราสามารถแสดงประวัติและความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งในรูปแบบกราฟิกได้

กายวิภาคของต้นไม้วิวัฒนาการ

ในต้นไม้วิวัฒนาการเราสามารถแยกแยะส่วนต่างๆต่อไปนี้ - ดำเนินการต่อด้วยการเปรียบเทียบทางพฤกษศาสตร์:

กิ่งก้าน: เส้นของต้นไม้เรียกว่า "กิ่งก้าน" และสิ่งเหล่านี้แสดงถึงประชากรที่ทำการศึกษาเมื่อเวลาผ่านไป ขึ้นอยู่กับชนิดของต้นไม้ (ดูด้านล่าง) ความยาวของกิ่งก้านอาจมีหรือไม่มีความหมายก็ได้

ที่ปลายกิ่งไม้เราพบสิ่งมีชีวิตที่เราต้องการประเมิน สิ่งเหล่านี้อาจเป็นเอนทิตีที่ยังมีชีวิตอยู่หรือสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้ว สายพันธุ์ก็จะเป็นใบของต้นไม้ของเรา

ราก: รากเป็นกิ่งก้านที่เก่าแก่ที่สุดของต้นไม้ บางคนมีมันและเรียกว่าต้นไม้ที่หยั่งรากในขณะที่คนอื่นไม่มี

โหนด: จุดสาขาของสาขาในสองเชื้อสายขึ้นไปเรียกว่าโหนด จุดแสดงถึงบรรพบุรุษร่วมล่าสุดของกลุ่มลูกหลาน (โปรดทราบว่าบรรพบุรุษเหล่านี้เป็นสมมุติฐาน)

การมีอยู่ของโหนดบ่งบอกถึงเหตุการณ์ speciation - การสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ หลังจากนี้สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะดำเนินไปตามแนวทางวิวัฒนาการของมัน

คำศัพท์เพิ่มเติม

นอกเหนือจากแนวคิดพื้นฐานทั้งสามนี้แล้วยังมีคำศัพท์ที่จำเป็นอื่น ๆ เมื่อพูดถึงต้นไม้วิวัฒนาการ:

Politomy: เมื่อต้นไม้วิวัฒนาการมีกิ่งก้านมากกว่าสองกิ่งในโหนดจะมีการกล่าวว่ามี polytomy ในกรณีเหล่านี้ต้นไม้วิวัฒนาการไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องยังไม่ชัดเจน สิ่งนี้มักเกิดขึ้นเนื่องจากการขาดข้อมูลและสามารถแก้ไขได้ก็ต่อเมื่อนักวิจัยสะสมมากขึ้น

กลุ่มภายนอก: ในประเด็นทางวิวัฒนาการเป็นเรื่องปกติที่จะได้ยินแนวคิดของกลุ่มภายนอก - เรียกอีกอย่างว่ากลุ่มนอก กลุ่มนี้ถูกเลือกให้สามารถรูทต้นไม้ได้ ควรเลือกเป็นอนุกรมวิธานที่ก่อนหน้านี้แตกต่างจากกลุ่มศึกษา ตัวอย่างเช่นถ้าฉันกำลังเรียน echinoderms คุณสามารถจัดกลุ่มเพรียงหัวทะเลได้

ประเภท

ต้นไม้พื้นฐานมีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ ไม้หุ้มเกราะต้นไม้เสริมและต้นไม้บางชนิด

Cladograms เป็นต้นไม้ที่เรียบง่ายที่สุดและแสดงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในแง่ของบรรพบุรุษร่วมกัน ข้อมูลของต้นไม้ประเภทนี้อยู่ในรูปแบบการแตกกิ่งก้านเนื่องจากขนาดของกิ่งก้านไม่ได้มีความหมายเพิ่มเติม

ต้นไม้ประเภทที่สองคือสารเติมแต่งเรียกอีกอย่างว่าต้นไม้เมตริกหรือไฟโลแกรม ความยาวของกิ่งมีความสัมพันธ์กับปริมาณการเปลี่ยนแปลงของวิวัฒนาการ

ในที่สุดเราก็มีต้นอุลตราเมตริกหรือเดนโดแกรมโดยที่ปลายของต้นไม้ทั้งหมดอยู่ในระยะเท่ากัน (ซึ่งไม่ใช่ในกรณีของไฟโลแกรมซึ่งปลายอาจปรากฏต่ำกว่าหรือสูงกว่าคู่ของมัน) ความยาวของกิ่งมีความสัมพันธ์กับเวลาวิวัฒนาการ

การเลือกต้นไม้นั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับคำถามวิวัฒนาการที่เราต้องการคำตอบ ตัวอย่างเช่นหากเราเกี่ยวข้องเฉพาะกับความสัมพันธ์ระหว่างบุคคล cladogram ก็เพียงพอสำหรับการศึกษา

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดเมื่ออ่านต้นไม้วิวัฒนาการ

แม้ว่าต้นไม้วิวัฒนาการมักเป็นกราฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีววิทยาวิวัฒนาการ (และชีววิทยาทั่วไป) แต่ก็มีนักเรียนและผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากที่ตีความข้อความผิด ๆ ว่ากราฟง่ายๆเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อส่งมอบให้กับผู้อ่าน

ไม่มีลำต้น

ข้อผิดพลาดประการแรกคือการอ่านไปด้านข้างโดยถือว่าวิวัฒนาการหมายถึงความก้าวหน้า ถ้าเราเข้าใจกระบวนการวิวัฒนาการอย่างถูกต้องไม่มีเหตุผลที่จะคิดว่าเผ่าพันธุ์บรรพบุรุษอยู่ทางซ้ายและสายพันธุ์ที่ก้าวหน้ากว่าทางขวา

แม้ว่าการเปรียบเทียบทางพฤกษศาสตร์ของต้นไม้จะมีประโยชน์มาก แต่ก็มีจุดที่มันไม่แน่นอนอีกต่อไป มีโครงสร้างของต้นไม้ที่สำคัญซึ่งไม่มีอยู่ในต้นไม้นั่นคือลำต้น ในต้นไม้วิวัฒนาการเราไม่พบกิ่งก้านหลักใด ๆ

โดยเฉพาะบางคนอาจมองว่ามนุษย์เป็น "เป้าหมาย" สูงสุดของวิวัฒนาการดังนั้นเผ่าพันธุ์โฮโมเซเปียนจึงควรถูกจัดให้อยู่ในสถานะสุดท้ายเสมอ

อย่างไรก็ตามมุมมองนี้ไม่สอดคล้องกับหลักการวิวัฒนาการ หากเราเข้าใจว่าต้นไม้วิวัฒนาการเป็นองค์ประกอบที่เคลื่อนที่ได้เราสามารถวางโฮโมไว้ในตำแหน่งขั้วใดก็ได้ของต้นไม้เนื่องจากลักษณะนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการเป็นตัวแทน

โหนดสามารถหมุนได้

คุณลักษณะสำคัญที่เราต้องเข้าใจเกี่ยวกับต้นไม้วิวัฒนาการคือการแสดงกราฟที่ไม่คงที่

ในนั้นกิ่งก้านทั้งหมดเหล่านี้สามารถหมุนได้ในลักษณะเดียวกับที่มือถือทำได้ เราไม่ได้หมายความว่าเราสามารถย้ายกิ่งไม้ได้ตามต้องการเพราะการเคลื่อนไหวบางอย่างอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปแบบหรือโทโพโลยีของต้นไม้ สิ่งที่เราหมุนได้คือโหนด

ในการตีความข้อความของต้นไม้เราต้องไม่มุ่งเน้นไปที่เคล็ดลับของกิ่งไม้เราต้องมุ่งเน้นไปที่จุดกิ่งซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดของกราฟ

นอกจากนี้เราต้องจำไว้ว่ามีหลายวิธีในการวาดต้นไม้ หลายครั้งขึ้นอยู่กับรูปแบบของหนังสือหรือนิตยสารและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและตำแหน่งของกิ่งก้านจะไม่ส่งผลต่อข้อมูลที่พวกเขาต้องการสื่อถึงเรา

เราไม่สามารถสรุปการดำรงอยู่ของบรรพบุรุษในปัจจุบันหรือสายพันธุ์ "เก่า" ได้

เมื่อเราจะอ้างถึงสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันเราไม่ควรใช้ความหมายของบรรพบุรุษกับพวกมัน ตัวอย่างเช่นเมื่อเราคิดถึงความสัมพันธ์ระหว่างลิงชิมแปนซีกับมนุษย์เราอาจเข้าใจผิดว่าลิงชิมแปนซีเป็นบรรพบุรุษของเชื้อสายของเรา

อย่างไรก็ตามบรรพบุรุษร่วมกันของลิงชิมแปนซีและมนุษย์ไม่เหมือนกัน การคิดว่าลิงชิมแปนซีเป็นบรรพบุรุษจะถือว่าวิวัฒนาการของมันหยุดลงเมื่อสายเลือดทั้งสองแยกจากกัน

ตามตรรกะเดียวกันของความคิดเหล่านี้ต้นไม้วิวัฒนาการไม่ได้บอกเราว่ามีพันธุ์เล็กอยู่ด้วยหรือไม่ เนื่องจากความถี่อัลลิลิกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาและมีอักขระใหม่ ๆ เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาจึงเป็นเรื่องยากที่จะระบุอายุของสิ่งมีชีวิตและแน่นอนว่าต้นไม้ไม่ได้ให้ข้อมูลดังกล่าวแก่เรา

"การเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลเมื่อเวลาผ่านไป" เป็นวิธีที่พันธุศาสตร์ประชากรกำหนดวิวัฒนาการ

พวกเขาไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

เมื่อมองไปที่ต้นไม้วิวัฒนาการเราต้องเข้าใจว่ากราฟนี้เป็นเพียงสมมติฐานที่สร้างขึ้นจากหลักฐานที่เป็นรูปธรรม อาจเป็นไปได้ว่าถ้าเราเพิ่มอักขระให้กับต้นไม้มากขึ้นมันจะปรับเปลี่ยนโทโพโลยีของมัน

ความเชี่ยวชาญของนักวิทยาศาสตร์ในการเลือกตัวละครที่ดีที่สุดเพื่ออธิบายความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตที่เป็นปัญหาเป็นกุญแจสำคัญ นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือทางสถิติที่มีประสิทธิภาพมากที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินต้นไม้และเลือกสิ่งที่เป็นไปได้มากที่สุด

ตัวอย่าง

สามโดเมนของชีวิต: Archaea, Bacteria และ Eukarya

ในปี 1977 นักวิจัย Carl Woese ได้เสนอการจัดกลุ่มสิ่งมีชีวิตออกเป็นสามโดเมน: Archaea, Bacteria และ Eukarya ระบบการจำแนกประเภทใหม่นี้ (ก่อนหน้านี้มีเพียงสองประเภทคือยูคาริโอตาและโปรคาริโอตา) ขึ้นอยู่กับเครื่องหมายโมเลกุลไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ

แบคทีเรียและยูคาริโอตเป็นสิ่งมีชีวิตที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย Archaea มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นแบคทีเรีย อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากในโครงสร้างของส่วนประกอบของเซลล์

ดังนั้นแม้ว่าพวกมันจะเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเช่นแบคทีเรีย แต่สมาชิกของโดเมน Archaea มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับยูคาริโอตมากกว่าเพราะพวกมันมีบรรพบุรุษร่วมกันที่ใกล้ชิดกว่า

ที่มา: จัดทำโดย Mariana Gelambi

Phylogeny ของบิชอพ

ในชีววิทยาวิวัฒนาการหนึ่งในหัวข้อที่ถกเถียงกันมากที่สุดคือวิวัฒนาการของมนุษย์ สำหรับฝ่ายตรงข้ามของทฤษฎีนี้วิวัฒนาการที่เริ่มต้นจากบรรพบุรุษที่คล้ายคลึงกันซึ่งก่อให้เกิดมนุษย์สมัยใหม่นั้นไม่ได้มีเหตุผล

แนวคิดหลักคือการทำความเข้าใจว่าเราไม่ได้วิวัฒนาการมาจากลิงปัจจุบัน แต่เป็นการแบ่งปันบรรพบุรุษร่วมกันกับพวกมัน ในต้นไม้ของลิงและมนุษย์มีความโดดเด่นว่าสิ่งที่เรารู้จักในชื่อ "ลิง" ไม่ใช่กลุ่มโมโนไฟเลติกที่ถูกต้องเนื่องจากไม่รวมมนุษย์

ที่มา: จัดทำโดย Mariana Gelambi

Phylogeny ของ cetartiodactyls (Cetartiodactyla)

ตามวิวัฒนาการแล้วสัตว์จำพวกวาฬเป็นตัวแทนของสัตว์มีกระดูกสันหลังกลุ่มหนึ่งที่มีความสัมพันธ์กับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ ที่เหลือไม่ชัดเจนนัก ในทางสัณฐานวิทยาปลาวาฬโลมาและสมาชิกอื่น ๆ มีความคล้ายคลึงกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ เล็กน้อย

ปัจจุบันจากการศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโมเลกุลที่แตกต่างกันทำให้สามารถสรุปได้ว่ากลุ่มน้องสาวของสัตว์จำพวกวาฬที่ยิ่งใหญ่นั้นถูกสร้างขึ้นโดยอาร์ติโอไดแอกทิล - กีบเท้าที่มีกีบ

ที่มา: จัดทำโดย Mariana Gelambi

อ้างอิง

1. Baum, DA, Smith, SD และ Donovan, SS (2005) ความท้าทายในการคิดต้นไม้ วิทยาศาสตร์, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H. , & Barnes, NS (1994). ขอเชิญเข้าร่วมชีววิทยา Macmillan
3. Hall, BK (Ed.). (2012) Homology: พื้นฐานลำดับชั้นของชีววิทยาเปรียบเทียบ สำนักพิมพ์วิชาการ.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A. , Ober, WC, & Garrison, C. (2001). หลักการบูรณาการของสัตววิทยา McGraw - ฮิลล์
5. การ์ดอง, KV (2549). สัตว์มีกระดูกสันหลัง: กายวิภาคเปรียบเทียบฟังก์ชันวิวัฒนาการ McGraw-Hill
6. ไคลแมน, RM (2016). สารานุกรมชีววิทยาวิวัฒนาการ. สำนักพิมพ์วิชาการ.
7. Losos, JB (2013). คู่มือ Princeton สู่วิวัฒนาการ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน
8. หน้า, RD, & Holmes, EC (2009). วิวัฒนาการระดับโมเลกุล: วิธีการวิวัฒนาการทางวิวัฒนาการ John Wiley & Sons
9. ข้าวส. (2552). สารานุกรมแห่งวิวัฒนาการ. สำนักพิมพ์ Infobase.
10. Starr, C. , Evers, C. , & Starr, L. (2010). ชีววิทยา: แนวคิดและการประยุกต์ใช้โดยไม่มีสรีรวิทยา การเรียนรู้ Cengage