Filogenetika

A filogenetika vagy filogenetikai szisztematika a biológiai szisztematika  olyan területe , amely a földi élet különböző típusai közötti evolúciós kapcsolatok azonosításával és tisztázásával foglalkozik , mind a modern, mind a kihalt életfajták között. Az evolúciós elmélet azt állítja, hogy bizonyos egyedek vagy fajok hasonlósága gyakran közös eredetre vagy közös ősre utal. Ezért a filogenetikai szisztematika által megállapított kapcsolatok gyakran leírják a fajok evolúciós történetét és törzsfejlődését , az élőlények ágai vagy részeik, például génjeik közötti történelmi kapcsolatokat . A filogenetikai taxonómia , amely a filogenetikai taxonómia mellékága, de nem logikus kiterjesztése [1] , az élőlénycsoportok evolúciós kapcsolatuk foka szerinti osztályozásával foglalkozik.

A taxonómia, az élő szervezetek osztályozásával és az élőlények összetevőinek kapcsolatával foglalkozó tudományterület megalapítója Carl Linnaeus . Willi Hennig német rovartudósnak azonban csak az 1950-es évek végén jutott eszébe, hogy a szisztematikának a lehető legpontosabban kell tükröznie az ismert evolúciós történelmet [2] . Így jött létre a szisztematika megközelítése, amelyet filogenetikai szisztematikának nevezett el. Hennig ellenfelei lekicsinylően "kladistáknak" [3] emlegették követőit , mivel a hangsúly a csak monofiletikus csoportok vagy kládok elismerésén volt . A nevet azonban a kladisták gyorsan hasznos kifejezésként alkalmazták , és a kladisztikus megközelítés kezdett uralni a taxonómiát. A filogenetikai szisztematika ellentéte a fenetika .

Filogenetikai fák

A Systematika a taxonok közötti kapcsolatokat írja le , és célja, hogy segítsen megérteni az összes élő szervezet történetét. De a történelem nem olyasvalami, amit láthatunk, egyszer megtörtént, és csak közvetett jelzőket hagyott hátra a tényleges eseményekről. A tudósok ezeket a mutatókat arra használják, hogy hipotéziseket vagy modelleket állítsanak fel az élettörténetről. A filogenetikában az élőlénycsoportok közötti evolúciós kapcsolatok vizuális megjelenítésének legkényelmesebb módja a filogenetikai fáknak nevezett grafikonok.

• Csomópont: egy taxonómiai egységet jelöl. Ez lehet egy létező csoport vagy egy ős.
• Ága: meghatározza a taxonok kapcsolatát leszármazottak és ősök szempontjából.
• Topológia: az a szabály, amely szerint a fa elágazik.
• Elágazás hossza: a taxonok között bekövetkezett változások számát jelenti.
• Gyökér: Az összes szóban forgó organizmus közös őse.
• Távolság skála: Az élőlények vagy genomszekvenciák közötti különbségek számát tükröző skála .
• Clade : Két (vagy több) taxonból (vagy DNS-szekvenciából ) álló csoport, amely tartalmazza a közös ősét és az összes leszármazottját.
• Operatív taxonómiai egység (OTU): A vizsgáló által egy adott munkához választott részletességi szint, például egyedek, populációk, fajok, nemzetségek vagy baktériumvonalak.

A filogenetikai elemzés módszerei

A filogenetikai kapcsolatok vizsgálatának két fő módszercsoportja van: a fenetikus és a kladisztikus módszerek. Fontos megjegyezni, hogy a fenetika és a kladisztika bonyolult kapcsolatban állt egymással a 20. század utolsó 40 évében. . A legtöbb modern evolúcióbiológus a kladisztikát részesíti előnyben , bár szigorúan véve a kladisztikus megközelítés nem intuitív eredményekhez vezethet.

Kladisztikai módszerek

A taxonok közötti kapcsolatok diagramozásának alternatív megközelítését kladisztikának nevezzük. A kladisztika alapfeltevése az, hogy egy csoport tagjainak közös evolúciós története van. Ezért szorosabb rokonságban állnak egymással, mint más szervezetcsoportokkal. A rokon csoportokat olyan egyedi tulajdonságok (apomorfiák) jelenléte határozza meg, amelyek távoli őseiktől hiányoztak, de amelyek a csoporton belüli legtöbb vagy összes organizmusra jellemzőek. A csoporttagokra vonatkozó ebből eredő jellemzőket szinapomorfiáknak nevezzük . Ezért a fenetikus csoportokkal ellentétben a kladisztikus csoportok nem attól függenek, hogy az organizmusok hasonlóak-e fizikai tulajdonságaikban, hanem evolúciós kapcsolataiktól függenek. Valójában a kladisztikus elemzések során két organizmus számos tulajdonsággal rendelkezik, de különböző csoportok tagjai.

A kladisztikus elemzés számos feltételezést használ. Például a fajokat csak egy ősi csoportból származó hasadásnak vagy ágnak tekintik. A hibridizáció (keresztezés) vagy a genetikai információ horizontális átvitele esetén a fajok kihaltnak minősülnek, és az ilyen jelenségek ritkák vagy hiányoznak. Ezen túlmenően a kladisztikus csoportoknak a következő jellemzőkkel kell rendelkezniük: a csoport minden fajának közös ősön kell lennie, és a közös őstől származó összes fajnak szerepelnie kell a taxonban. E követelményeknek való megfelelés a következő kifejezésekhez vezet, amelyek a csoportok összeállításának különböző lehetséges módjaira utalnak:

• A csoportba tartozik egy monofiletikus csoport (vagy klád ), amelyben minden faj egy közös őstől származik, és minden faj, amely ettől a közös őstől származik. A kladisták csak egy ilyen formát tekintenek „helyesnek”.
• Parafiletikus csoport , amelynek minden fajának van közös őse, de nem mindegyik szerepel a csoportban, hanem ezeknek a fajoknak csak egy része származik ebből a közös ősből, míg más fajok nem tartoznak a csoportba (példa a parafiletikus csoportra Hüllők ; ebből a csoportból a madarak  - egy kiterjedt fajcsoport, amelynek őse pontosan a hüllők osztályának képviselője).
• Polifiletikus csoport , amelyben tévesen egyesítik azokat a fajokat, amelyeknek nincs közvetlen közös őse, de a csoportba nem tartoznak bele azok a fajok, amelyek összekötnék őket (például a mára feloszlott, amely korábban a Madarakat és az Emlősöket egyesítette ; a melegvérűek csoportját feloszlatták, mivel a madarak és az emlősök a hüllők különböző őscsoportjaiból származnak.

Molekuláris filogenetika

A makromolekuláris adatok, amelyek a genetikai anyag ( DNS ) és fehérjék szekvenciáira vonatkoznak , egyre gyorsabban halmozódnak fel a molekuláris biológia fejlődésének köszönhetően. Az evolúcióbiológia számára a teljes genomszekvencia adatok gyors felhalmozódása jelentős érték, mivel a DNS természete lehetővé teszi, hogy az evolúciótörténet "dokumentumaként" használják fel. Különböző szervezetekben a különböző gének DNS-szekvenciáinak összehasonlítása sok mindent elárulhat a tudósnak az élőlények evolúciós kapcsolatairól, amelyek egyébként nem találhatók meg: a morfológia, vagy az élőlények külső formája, belső szerkezete alapján. Mivel a genomok a mutációk fokozatos felhalmozódása révén fejlődnek ki , a különböző szervezetekből származó genompárok közötti nukleotidszekvenciák közötti különbségek számának információt kell szolgáltatnia arról, hogy ezeknek az organizmusoknak mikor volt közös őse. Azon organizmusok két genomja, amelyek evolúciós vonalai a közelmúltban eltértek egymástól, kevésbé kell, hogy különbözzenek azokétól, amelyeknek közös őse nagyon régen létezett. Ezért a különböző genomok egymással való összehasonlításával információt nyerhetünk a megfelelő szervezetek evolúciós kapcsolatáról. Ez a molekuláris filogenetika fő feladata.

A molekuláris filogenetika megkísérli meghatározni a DNS és a fehérjék változásainak sebességét és különbségét, hogy rekonstruálja a gének és szervezetek evolúciós történetét. Ezen információk megszerzéséhez két általános megközelítés használható. Ezek közül az elsőben a tudósok DNS segítségével tanulmányozzák egy szervezet evolúcióját. A második megközelítés különböző organizmusokat használ a DNS evolúciójának tanulmányozására. Bármely megközelítésben az általános cél az, hogy a DNS-változásokból következtessünk egy organizmus evolúciós folyamatára, a DNS-változások mintázatából pedig a molekuláris evolúció folyamatára.

Jegyzetek

1. ↑ Edwards AWF; Cavalli-Sforza LL . Evolúciós fák rekonstrukciója // Fenetikai és filogenetikai osztályozás / Heywood, Vernon Hilton; McNeill, J.. - 1964. - S. 67-76. . „A filogenetika az élettudomány azon ága, amely a molekuláris szekvenálási adatok elemzésével foglalkozik az élőlénycsoportok közötti evolúciós kapcsolatok tanulmányozása céljából”.
2. ↑ Hennig. W. (1950). Grundzuge einer theorie der phylogenetischen systematik. Deutscher Zentralverlag, Berlin.
3. ↑ Cain, AJ, Harrison, GA 1960. "Filetikus súlyozás". Proceedings of the Zoological Society of London 35: 1-31.

Irodalom

• Schuh, Randall T.; Brower, Andrew VZ Biológiai rendszertan : alapelvek és alkalmazások  . — 2. — Ithaca: Comstock Pub. Associates/Cornell University Press, 2009. ISBN 978-0-8014-4799-0 .
• Forster, P., Renfrew C.: Phylogenetic Methods and the Prehistory of Languages. » McDonald Institute Press, Cambridge-i Egyetem, 2006. ISBN 978-1-902937-33-5

Linkek

• Homológ fehérjék családjának filogenetikai elemzése
• Bast, F. 2013. Szekvencia-hasonlóság-keresés, többszörös szekvencia-illesztés, modellválasztás, távolságmátrix és filogenetikai rekonstrukció. Nature Protocol Exchange. doi: 10.1038/protex.2013.065

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán nagy kínai nagy kínai Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11952878h GND : 4076110-1 J9U : 987007545890705171 LCCN : sh85101498