Cladistics: Definice, metoda a příklady

Před miliony let začala jediná buňka vývoj která dala vzniknout stromu života a jeho třem hlavním doménám: Archea, Bakterie a Eukaryota.

Každá větev je příkladem a clade. Klad představuje skupinu, která zahrnuje společného předka a Všechno potomci. Kladistika je moderní forma taxonomie který umístí organismy na rozvětvený diagram zvaný a kladogram (jako rodokmen) na základě vlastností, jako jsou podobnosti DNA a fylogeneze.

V oblasti biologie je kladistika a systém taxonomie který zahrnuje klasifikaci a uspořádání organismů na a fylogenetický strom života. Před analýzou DNA se klasifikace silně spoléhala na pozorování podobných a odlišných vlastností a chování.

Západní společnosti používají klasifikaci od dob Aristotela ve starověkém Řecku, kdy byly živé organizmy pro účely studia jednoduše rozděleny do kategorií rostlin a zvířat.

V 1700s, Carolus (Carl) Linnaeus vyvinuli taxonomii systematické biologie založené na klasifikaci organismů podle vnějšího vzhledu a společných znaků. Vyvinul schéma pro umístění organismu do a

Charles Darwin a Alfred Russel Wallace navrhl myšlenku přirozeného výběru a Darwin formalizoval evoluční teorii v polovině 18. století. Darwinova O původu druhů strhl vědeckou komunitu tím, že navrhl, že všechny organismy pocházejí ze společného předka a lze je klasifikovat podle jejich evolučních vztahů.

Ornitolog Ernst Mayr byl předním evolučním biologem 20. století, který na cestách rozsáhle studoval taxonomii ptáků a pracoval jako kurátor v Americkém přírodovědném muzeu v New Yorku. Jeho průkopnická kniha Systematika a původ druhů vyšlo v roce 1942 na Columbia University Press.

Mayr je známý svou prací o genech, dědičnosti, variaci a speciaci populací v izolovaných oblastech, které lze použít pro účely klasifikace.

Cladistics je biologický klasifikační systém založený na analýze vlastností, genetického složení nebo fyziologie, které byly sdíleny se společným předkem, dokud nenastal nějaký druh divergence, produkující nové druh. Německý taxonom Willi Hennig nastartoval kladistická klasifikace v roce 1950, kdy napsal svoji knihu fylogenetická systematika.

Kniha byla později přeložena do angličtiny a široce čtena v Americe poté, co byla vydána University of Illinois Press v roce 1966.

Hennigova teorie fylogenetické systematiky zpochybnila současné přístupy taxonomie představili Darwin a Wallace.

Tvrdil, že druhy by měly být identifikovány a klasifikovány na základě genetiky a vztahů kladu, zejména monofyletických skupin. Hennig se zaměřil na nedávný původ a identifikaci vyvinutých, modifikovaných vlastností organismů sdíleli přímou linii - i když odvozené charakteristiky nebyly ničím jako ty běžné předek.

Fylogenetika je studium známých nebo předpokládaných evolučních vztahů na základě fylogeneze (linie) seskupených organismů. Fylogenetický strom života ilustruje, jak se taxony (skupiny organismů) vyvinuly v určitém pořadí jako život diverzifikovaný a rozvětvený od společného předka.

Proces evoluční speciace vypadá jako větve na rodokmenu. Protože neexistuje jistý způsob, jak vědět, co se stalo tak dávno, musí vědy vyvodit závěry o tom, jak se život vyvinul na základě fosilní záznamysrovnávací anatomie, fyziologie, chování, embryologie a molekulární data. Evoluční biologie je dynamické pole, kde se neustále objevují nové objevy.

Evoluční biologové usuzují hypotetické evoluční vztahy mezi taxony na základě podrobného srovnání podobných a různých charakteristik.

Studium evolučního původu pomáhá určit, kdy se objevily určité rysy a byly předány dalším generacím. Kladistická analýza, stejně jako fylogenetická systematika, zkoumá evoluční vzorce původu, které pomáhají kusu společně evoluční historii druhů a zároveň vysvětluje rozmanitost života a druhů vymírání.

Cladistics pracuje na ústředním předpokladu, že život na Zemi vznikl pouze jednou, což znamená, že veškerý život lze vysledovat zpět k tomuto prvnímu organismu předků. Dalším předpokladem je, že existující druhy se rozdělí na dvě skupiny ohraničené uzlem na větvi stromu. Nakonec se organismy pravděpodobně mění, přizpůsobují a vyvíjejí se.

The bod divergence představuje začátek dvou nových linií rozvětvujících se a formujících dva nové druhy.

Kladogramy slouží k smysluplnému srovnání mezi skupinami.

V biologii je kladogram a vizuální reprezentace souvisejících charakteristik v různých organismech. Seskupování se obvykle provádí podle určitých specifikovaných zvláštností. Lze však kombinovat různé datové body a vytvořit tak přesnější evoluční strom, který vysvětluje složité vztahy.

Lze rozlišovat cladogram a fylogenetický strom, ale termíny jsou někdy také zaměnitelně používány. Kladogramy se zaměřují na charakteristiky na makro a molekulární úrovni, které naznačují příbuznost. Cladogram naznačuje pravděpodobné evoluční vztahy mezi skupinami organismů nebo taxonů, které mohou být malé nebo velké co do počtu:

• Monofyletický taxon. Clade of organisms that includes jejich poslední společný předek a Všechno živé a zaniklé potomci. Například existují tři subtypy savců: monotremes, vačnatci a eutherians. Savci sdílejí mnoho vlastností, ale liší se ve způsobu, jakým se množí.
  

• Parafyletický taxon. Skupina organismů zahrnuje nejběžnějšího předka všech členů kromě vynechává některé z potomků ta stopa zpět ke stejnému společnému předkovi. Bryophyta jsou parafyletické, protože skupina zahrnuje hornworts, játrovky a mechy ale vylučuje cévnaté rostliny.

• Polyfyletický taxon. Skupina organismů, které spolu nemají mnoho společného některé podobné vlastnosti. Najednou byli tlustokožci jako sloni a hrochové spojeni kvůli svému typu kůže, i když ve skutečnosti patřili k různým rodinám savců.
  

Mnohobuňečný eukaryoty způsobil hojnost stále složitějších organismů.

Například ryby a lidé vystopují zpět ke společnému předkovi před miliony let. Tento komplikovaný vztah lze znázornit na jednoduchém kladogramu ilustrujícím kladistické vztahy. Začněte tím, že si u základny stromu představíte eukaryot předků.

Jak se společný předek vyvíjel, jeden uzel na stromě se rozvětvil na vodní obratlovce jako ryby bez čelistí. V dalším uzlu se větev rozdělila na čtyřnohé tetrapody.

Následující uzel ukazuje divergenci, když se u zvířat vyvinuly plodové vajíčka, a následuje rozdělení, když se u zvířat vyvinula srst nebo srst. Mnohem později se lidé a primáti rozcházeli a vyvíjeli po samostatných cestách.

Kladistická klasifikace zkoumá určité vlastnosti organismů, které přímo ovlivňují stavy předků v evoluční biologii. Hennig vyvinul mnoho vědeckých termínů k popisu svého přístupu ke kategorizaci, které byly pomocné pro jeho myšlenky a teorie. Termíny popisují skupiny organismů ve vztahu ke konkrétnímu uzlu na fylogenetickém stromu nebo kladogramu:

• Plesiomorphy. Jedná se o rodovou vlastnost předávanou a uchovávanou od předků k potomkům během evoluce mezi jedním nebo více taxony.

• Apomorfie. Toto je odvozená vlastnost popisující konkrétní clade.

• Autapomorphy. Toto je odvozená vlastnost nalezená pouze v jedné ze srovnávaných skupin.

• Synapomorphy. Toto je odvozený znak sdílený dvěma nebo více skupinami organismů pocházejících ze společného předka.
  

Stavy znaků jsou vlastnosti odvozené z procesu přirozeného výběru, adaptace a zděděného rozptylu, které vedou k biologické rozmanitosti v životě. Pouze jako takový synapomorfie jsou relevantní při rozlišování evolučních vztahů. Existuje několik synapomorfií v organismech se společným předkem monofyletický:

• Autapomorphies jsou vlastnosti nalezené pouze u jednoho druhu nebo skupiny, které pocházejí ze společného předka, jako jsou hadí taxony, které nemají funkční nohy, zatímco další nejbližší taxony mají dvě nebo více nohou.

• Synapomorphies odkazovat na rys viděný v celé kladu, jako jsou protichůdné palce u lidí a primátů.
  

• Homoplasy je vlastnost sdílená více skupinami, druhy a taxony, která není odvozena od sdíleného společného předka. Ptáci a savci jsou teplokrevní, ale nemají přímo sdíleného předka, který měl tuto vlastnost, což je příklad konvergentní evoluce.
  

Vědci zvaní kladisté ​​uspořádali taxony ve fylogenetickém stromu, který může odhalit nové evoluční vztahy. Seskupení jsou vytvářena na základě fyzikálních, molekulárních, genetických a behaviorálních charakteristik.

Diagram zvaný cladogram zobrazuje příbuznost, kdykoli se druh v různém bodě evoluční historie oddělil od společného předka.

Kladogramy jsou větvící se diagramy kladistické údaje které zajišťují určité vlastnosti například pomocí komparativních fyzických datových souborů nebo molekulárních dat. Vědci dnes často používají počítačové programy ke kombinování datových sad za účelem vytvoření přesnějších kladogramů, které ukazují soudržné a komplexní vztahy mezi organismy.

Základní metodika není obtížná, ale každý krok musí být proveden pečlivě:

1. Vyberte si ke studiu taxony, například několik druhů ptáků.
   
2. Vyberte a zakreslete charakteristiky, které chcete studovat.
   
3. Zjistěte, zda jsou podobnosti homologní nebo výsledkem konvergentní evoluce.
   
4. Analyzujte, zda jsou sdílené vlastnosti odvozeny od společného předka nebo odvozeny později.
   
5. Seskupte synapomorfie (sdílené odvozené homologní vlastnosti).
   
6. Vytvořte cladogram uspořádáním skupin organismů do trojitého diagramu.
   
7. Použijte uzly na větvích k reprezentaci bodů, kde se dva druhy rozcházely.
   
8. Umístěte taxony na koncové body větví, ne na uzly.
   

Počátky tradiční evoluční metody klasifikace se datuje do starověku. Předpokládalo se, že všechny živé organismy jsou rostliny nebo zvířata. Klasické metody nerozlišovaly mezi tím, zda byly pozorované vlastnosti zděděny od vzdáleného předka nebo od novějšího.

Cílem bylo vytvořit mapu toho, jak se život na Zemi mohl vyvinout z moře.

Charakteristiky používané pro klasifikaci určují odborníci, kteří zkoumají zjevné rozdíly, jako je srst, šupiny nebo peří. Tento přístup fungoval lépe pro klasifikaci obratlovců než bezobratlých. Evoluční klasifikace umístí organismy do skupin se zmenšující se velikostí pod tři domény, které se dále dělí na království, kmen / rozdělení, třídu, řád, rodinu, rod a druh.

Kladistické metody nejsou vázány na linneanský klasifikační systém a zkoumají hlouběji konektivitu.

Tradiční systematika uspořádá organismy na evolučním stromě podle toho, kdy a jak se druh změnil například jako adaptace na nový životní styl nebo prostředí. Strom ukazuje směr vývoje včas. Subjektivní hodnocení vlastností a charakteristik v tradičních metodách může potenciálně zkreslit výsledky a ztížit nebo znemožnit replikaci studie.

Kladistické a fylogenetické metody klasifikace jsou dnes upřednostňovány před tradičními metodami klasifikace v přírodních vědách. Novější přístup je více vědecký, založený na důkazech a nevyvratitelný. Například sekvenování DNA a RNA se používá ke studiu organismů na molekulární úrovni pro nuancované umístění na kladogramu.

Organismy jsou uspořádány podle jejich sdílené odvozené charakteristiky.

Kladistika v oblasti biologie umožňuje vědcům identifikovat vzorce, vytvářet hypotézy, testovat hypotézy a předpovídat.

"Cladistics je tedy o objevu," jak to popsali současní kladisté ​​David M. Williams a Malte C. Ebach, v roce 2018. Williams a Ebach si kladistiku představují jako proces přirozené klasifikace, který nevyžaduje základy v evoluční teorii.

Technologie dodává kladistickým metodám úroveň přesnosti a propracovanosti. Sekvenování DNA genů zejména naznačuje stupeň příbuznosti a sdíleného původu s vysokou mírou spolehlivosti. Rozdíly v DNA mohou poskytnout pohled na to, jak dávno druhy sdílely společného předka.

Nové nálezy mohou buď potvrdit, nebo napravit předchozí předpoklady o tom, jak se organismy vyvinuly, a pomoci klasifikovat nové druhy, jakmile budou objeveny.