Zawartość
- Wczesna historia systemów klasyfikacji
- Systemy klasyfikacji XX wieku
- Pojawienie się kladystyki
- Co to jest systematyka filogenetyczna?
- Definicja kladystyki
- Podstawowe założenia klasyfikacji kladystycznej
- Co to jest kladogram?
- Przykłady kladystyki
- Kladystyczna terminologia klasyfikacji
- Stany charakteru organizmów
- Metody kladystyki
- Tradycyjna klasyfikacja ewolucyjna
- Współczesna klasyfikacja kladystyczna
- Przyszłe kierunki w kladystyce
Miliony lat temu jedna komórka rozpoczęła ewolucję, która dała początek drzewu życia i jego trzem głównym domenom: Archaea, Bacteria i Eukaryota.
Każda gałąź jest przykładem klad. Klad reprezentuje grupę, która obejmuje wspólnego przodka i wszystko potomków. Kladystyka jest nowoczesną formą taksonomia który umieszcza organizmy na rozgałęzionym schemacie zwanym a kladogram (jak drzewo genealogiczne) oparte na takich cechach, jak podobieństwa DNA i filogeneza.
Wczesna historia systemów klasyfikacji
W dziedzinie biologii kladystyka to system taksonomii który obejmuje klasyfikację i organizowanie organizmów na filogenetyczne drzewo życia. Przed analizą DNA klasyfikacja opierała się w dużej mierze na obserwacjach podobnych i różnych cech i zachowań.
Społeczeństwa zachodnie stosowały klasyfikację od czasów Arystotelesa w starożytnej Grecji, kiedy organizmy żywe zostały po prostu podzielone na kategorie roślin i zwierząt do celów badań.
W XVIII wieku Carolus (Carl) Linneusz opracował taksonomię systematycznej biologii opartą na klasyfikacji organizmów według wyglądu zewnętrznego i wspólnych cech. Opracował schemat umieszczania organizmu w organizmie takson hierarchiczny (grupa; liczba pojedyncza), która obejmowała kilka taksony (grupy; liczba mnoga). Linneusz opracował również dwumianową nomenklaturę - system przypisywania nazw naukowych takich jak Homo sapiens (ludzkie) dla organizmów.
Karol Darwin i Alfred Russel Wallace zaproponował ideę doboru naturalnego, a Darwin sformalizował teorię ewolucji w połowie XIX wieku. Darwina O pochodzeniu gatunków wstrząsnęło społecznością naukową, sugerując, że wszystkie organizmy wywodzą się od wspólnego przodka i można je klasyfikować zgodnie z ich ewolucyjnymi relacjami.
Systemy klasyfikacji XX wieku
Ornitolog Ernst Mayr był wybitnym biologiem ewolucyjnym XX wieku, który intensywnie studiował taksonomię ptaków podczas podróży i pracy jako kustosz w American Museum of Natural History w Nowym Jorku. Jego przełomowa książka Systematyka i pochodzenie gatunków został opublikowany w 1942 r. przez Columbia University Press.
Mayr jest znany ze swojej pracy nad genami, dziedzicznością, zmiennością i specjacją populacji w izolowanych obszarach, które można wykorzystać do celów klasyfikacji.
Pojawienie się kladystyki
Kladystyka jest biologicznym systemem klasyfikacji opartym na analizie cech, struktury genetycznej lub fizjologii, które były wspólne dla wspólnego przodka aż do wystąpienia pewnego rodzaju rozbieżności, tworząc nowe gatunki. Niemiecki taksonomista Willi Hennig natychmiastowo klasyfikacja kladystyczna w 1950 roku, kiedy napisał swoją książkę systematyka filogenetyczna.
Książka została później przetłumaczona na angielski i szeroko przeczytana w Ameryce po opublikowaniu przez University of Illinois Press w 1966 roku.
Teoria filogenetycznej systematyki Henniga podważyła współczesne podejścia do taksonomii wprowadzone przez Darwina i Wallace'a.
Argumentował, że gatunki powinny być identyfikowane i klasyfikowane na podstawie genetyki i związków kladowych, szczególnie grup monofilowych. Hennig dopracował niedawne pochodzenie i identyfikację wyewoluowanych, zmodyfikowanych cech organizmów, które miały wspólną linię - nawet jeśli pochodne cechy nie były podobne do cech wspólnego przodka.
Co to jest systematyka filogenetyczna?
Filogenetyka to badanie znanych lub hipotetycznych związków ewolucyjnych opartych na filogeneza (rodowód) zgrupowanych organizmów. Filogenetyczne drzewo życia ilustruje, w jaki sposób taksony (grupy organizmów) ewoluowały w określonym porządku, gdy życie urozmaicało się i rozgałęziało od wspólnego przodka.
Proces specjacji ewolucyjnej wygląda jak gałęzie na drzewie genealogicznym. Ponieważ nie ma pewnego sposobu, aby dowiedzieć się, co wydarzyło się tak dawno temu, nauki muszą wyciągać wnioski na temat tego, jak ewoluowało życie zapisy kopalne, anatomia porównawcza, fizjologia, zachowanie, embriologia i dane molekularne. Biologia ewolucyjna to dynamiczna dziedzina, w której ciągle dokonuje się nowych odkryć.
Definicja kladystyki
Wnioskują biologowie ewolucyjni hipotetyczne związki ewolucyjne między taksonami na podstawie szczegółowego porównania podobnych i różnych cech.
Badanie ewolucyjnego pochodzenia pomaga ustalić, kiedy pojawiły się pewne cechy, które zostały przekazane kolejnym pokoleniom. Analiza kladystyczna, podobnie jak systematyka filogenetyczna, bada ewolucyjne wzorce pochodzenia, które pomagają poskładać ewolucyjną historię gatunków, jednocześnie wyjaśniając różnorodność życia i wymieranie gatunków.
Podstawowe założenia klasyfikacji kladystycznej
Kladystyka opiera się na głównym założeniu, że życie na Ziemi powstało tylko raz, co oznacza, że całe życie można prześledzić do tego pierwszego organizmu przodków. Kolejnym założeniem jest podzielenie istniejących gatunków na dwie grupy wyznaczone przez węzeł na gałęzi drzewa. Wreszcie organizmy prawdopodobnie zmieniają się, dostosowują i ewoluują.
The punkt rozbieżności reprezentuje początek dwóch nowych linii, które rozgałęziają się i tworzą dwa nowe gatunki.
Co to jest kladogram?
Kladogramy służą do dokonywania znaczących porównań między grupami.
W biologii kladogram to reprezentacja wizualna pokrewnych cech u różnych organizmów. Zwykle grupowanie odbywa się według określonych określonych cech zainteresowania. Jednak różne punkty danych można łączyć, aby stworzyć dokładniejsze drzewo ewolucyjne, które wyjaśnia złożone relacje.
Można dokonać rozróżnienia między kladogramem a drzewem filogenetycznym, ale czasami terminy te są również używane zamiennie. Kladogramy skupiają się na cechach na poziomie makro i molekularnym, które wskazują na pokrewieństwo. Kladogram sugeruje prawdopodobne związki ewolucyjne między grupami organizmów lub taksonami, które mogą być małe lub duże:
Przykłady kladystyki
Wielokomórkowe eukarionty dały początek wielu coraz bardziej złożonym organizmom.
Na przykład ryby i ludzie pochodzą od wspólnego przodka miliony lat temu. Tę skomplikowaną relację można przedstawić na prostym kladogramie ilustrującym relacje kladystyczne. Zacznij od wyobrażenia sobie przodka eukarionta u podstawy drzewa.
W miarę ewolucji wspólnego przodka jeden węzeł na drzewie rozgałęział się na wodne kręgowce jak bezszczękowe ryby. W następnym węźle gałąź rozdzieliła się na czworonożne czworonogi.
Następny węzeł pokazuje rozbieżność, gdy zwierzęta rozwinęły jaja owodniowe, a następnie podział, gdy zwierzęta rozwinęły futro lub sierść. Znacznie później ludzie i naczelne rozeszli się i ewoluowali oddzielnymi ścieżkami.
Kladystyczna terminologia klasyfikacji
Kladystyczna klasyfikacja przygląda się pewnym cechom organizmów, które bezpośrednio wpływają na stany rodowe w biologii ewolucyjnej. Hennig opracował wiele terminów naukowych, aby opisać swoje podejście do kategoryzacji, które miały zasadnicze znaczenie dla jego pomysłów i teorii. Terminy opisują grupy organizmów w odniesieniu do konkretnego węzła na drzewie filogenetycznym lub kladogramie:
Stany charakteru organizmów
Stany znaków są cechami pochodzącymi z procesu selekcji naturalnej, adaptacji i odziedziczonej wariancji, które prowadzą do różnorodności biologicznej w życiu. Tylko jako taki synapomorphies są istotne przy rozpoznawaniu związków ewolucyjnych. Występują liczne synapomorfie w organizmach ze wspólnym przodkiem monofiliczny:
Metody kladystyki
Naukowcy zwani kladystami organizują taksony w drzewie filogenetycznym, które mogą ujawnić nowe związki ewolucyjne. Grupowania dokonuje się na podstawie cech fizycznych, molekularnych, genetycznych i behawioralnych.
Schemat zwany kladogramem pokazuje pokrewieństwo, ilekroć gatunek rozgałęzia się od wspólnego przodka w różnych momentach historii ewolucji.
Kladogramy to rozgałęzione diagramy dane kladystyczne które ustalają pewne cechy, na przykład przy użyciu porównawczych zestawów danych fizycznych lub danych molekularnych. Obecnie badacze często używają programów komputerowych do łączenia zestawów danych w celu tworzenia dokładniejszych kladogramów, które pokazują spójne i kompleksowe relacje między organizmami.
Podstawowa metodologia nie jest trudna, ale każdy krok musi być wykonany skrupulatnie:
Tradycyjna klasyfikacja ewolucyjna
Początki tradycyjne metody ewolucyjne klasyfikacji sięgają starożytności. Zakładano, że wszystkie żywe organizmy są roślinami lub zwierzętami. Klasyczne metody nie rozróżniały, czy zaobserwowane cechy zostały odziedziczone po odległym przodku, czy nowszym.
Celem było opracowanie mapy ewolucji życia na Ziemi z morza.
Charakterystykę zastosowaną do klasyfikacji określają eksperci, którzy przyglądają się oczywistym różnicom, takim jak futro, łuski lub pióra. Podejście to działało lepiej przy klasyfikacji kręgowców niż bezkręgowców. Klasyfikacja ewolucyjna umieszcza organizmy w grupach malejącej wielkości pod trzema domenami, które są dalej podzielone na królestwo, rodzaj / podział, klasę, porządek, rodzinę, rodzaj i gatunek.
Metody kladystyczne nie są powiązane z systemem klasyfikacji Linneana i badają głębiej pod kątem łączności.
Tradycyjna systematyka organizuje organizmy na drzewie ewolucyjnym zgodnie z tym, kiedy i jak zmienił się gatunek, na przykład jako adaptacja do nowego stylu życia lub siedliska. Drzewo pokazuje kierunek ewolucji w samą porę. Subiektywna ocena cech i charakterystyk metod tradycyjnych może potencjalnie wpływać na wyniki i utrudniać lub uniemożliwić powtórzenie badania.
Współczesna klasyfikacja kladystyczna
Kladystyczne i filogenetyczne metody klasyfikacji są obecnie preferowane w stosunku do tradycyjnych metod klasyfikacji w naukach przyrodniczych. Nowsze podejście jest bardziej naukowe, oparte na dowodach i niepodważalne. Na przykład sekwencjonowanie DNA i RNA jest wykorzystywane do badania organizmów na poziomie molekularnym w celu dokładnego umieszczenia na kladogramie.
Organizmy są ułożone zgodnie z ich wspólne cechy pochodne.
Przyszłe kierunki w kladystyce
Kladystyka w dziedzinie biologii pozwala naukowcom identyfikować wzorce, formułować hipotezy, testować hipotezy i przewidywać.
„Kladystyka polega zatem na odkryciu”, jak opisali to współcześni kladyści, David M. Williams i Malte C. Ebach, w 2018 r. Williams i Ebach przewidują kladystykę jako proces naturalnej klasyfikacji, który nie wymaga ugruntowania w teorii ewolucji.
Technologia dodaje poziom precyzji i wyrafinowania do metod kladystycznych. W szczególności sekwencjonowanie DNA genów wskazuje na stopień pokrewieństwa i wspólne pochodzenie z wysokim stopniem pewności. Różnice w DNA mogą zapewnić wgląd w to, jak dawno temu gatunki miały wspólnego przodka.
Nowe odkrycia mogą potwierdzić lub skorygować wcześniejsze założenia dotyczące ewolucji organizmów i pomóc w klasyfikacji nowych gatunków w miarę ich odkrywania.