Kladistika: Definicija, metoda i primjeri

Prije milijuna godina, jedna je stanica pokrenula evolucija koji su iznjedrili drvo života i njegova tri glavna područja: Arheje, Bakterije i Eukariotu.

Svaka grana je primjer a klade. Klada predstavlja skupinu koja uključuje zajedničkog pretka i svi potomci. Kladistika je moderan oblik taksonomija koji stavlja organizme na razgranati dijagram nazvan a kladogram (poput obiteljskog stabla) na temelju osobina poput DNK sličnosti i filogenije.

Na području biologije kladistika je sustav taksonomija koja uključuje razvrstavanje i raspoređivanje organizama na a filogenetsko stablo života. Prije analize DNK, klasifikacija se u velikoj mjeri oslanjala na promatranja sličnih i različitih osobina i ponašanja.

Zapadna društva koriste se klasifikacijom još od doba Aristotela u drevnoj Grčkoj kada su živi organizmi jednostavno bili podijeljeni u kategorije biljaka i životinja za potrebe proučavanja.

U 1700-ima, Carolus (Carl) Linnaeus razvio taksonomiju sustavne biologije koja se temelji na klasifikaciji organizama prema vanjskom izgledu i zajedničkim svojstvima. Razvio je shemu za smještanje organizma u

Charles Darwin i Alfred Russel Wallace predložio ideju prirodne selekcije, a Darwin je teoriju evolucije formalizirao sredinom 1800-ih. Darwinova O podrijetlu vrsta potresao znanstvenu zajednicu sugerirajući da svi organizmi potječu od zajedničkog pretka i mogu se klasificirati prema njihovim evolucijskim vezama.

Ornitolog Ernst Mayr bio je istaknuti evolucijski biolog 20. stoljeća koji je opsežno proučavao taksonomiju ptica dok je putovao i radio kao kustos u Američkom prirodoslovnom muzeju u New Yorku. Njegova revolucionarna knjiga Sustavnost i podrijetlo vrsta objavio je 1942. Columbia University Press.

Mayr je poznat po svom radu na genima, nasljednosti, varijacijama i specijaciji populacija u izoliranim područjima, što se može koristiti za svrhe klasifikacije.

Kladistika je biološki sustav klasifikacije zasnovan na analizi osobina, genetskom sastavu ili fiziologije koje su se dijelile sa zajedničkim pretkom dok se nije dogodila neka vrsta divergencije, stvarajući nove vrsta. Njemački taksonomist Willi Hennig skočio kladistička klasifikacija 1950. kada je napisao svoju knjigu o filogenetska sistematika.

Knjiga je kasnije prevedena na engleski jezik i široko čitana u Americi nakon što ju je 1966. objavio University of Illinois Press.

Hennigova teorija filogenetske sistematike dovela je u pitanje suvremene pristupe taksonomija uveli Darwin i Wallace.

Tvrdio je da vrste treba identificirati i klasificirati na temelju genetike i odnosa klada, posebno monofiletskih skupina. Hennig je usavršio nedavna predaka i identifikaciju evoluiranih, modificiranih svojstava organizama koji dijelili izravnu lozu - čak i ako izvedene karakteristike nisu nimalo slične uobičajenim predak.

Filogenetika je proučavanje poznatih ili pretpostavljenih evolucijskih odnosa temeljenih na filogenija (loza) grupiranih organizama. Filogenetsko stablo života ilustrira kako su se svojti (skupine organizama) razvijali u određenom redoslijedu kako se život diverzificirao i razgranao od zajedničkog pretka.

Proces evolucijske specijacije izgleda poput grana na obiteljskom stablu. Budući da ne postoji siguran način da se zna što se dogodilo toliko davno, znanosti moraju izvući zaključke o tome kako se život razvijao na temelju fosilni zapisi, usporedna anatomija, fiziologija, ponašanje, embriologija i molekularni podaci. Evolucijska biologija dinamično je područje u kojem se neprestano otkrivaju nova otkrića.

Evolucijski biolozi zaključuju hipotetski evolucijski odnosi između svojti na temelju detaljne usporedbe sličnih i različitih karakteristika.

Proučavanje evolucijskog podrijetla pomaže odrediti kada su određene osobine nastale i prenijele se na sljedeće generacije. Kladistička analiza, poput filogenetske sistematike, ispituje evolucijske obrasce podrijetla koji pomažu zajedno s evolucijskom poviješću vrsta, istovremeno objašnjavajući raznolikost života i vrsta izumiranja.

Kladistika djeluje na središnjoj premisi da je život na Zemlji nastao samo jednom, što znači da se sav život može pratiti natrag do tog prvog organizma predaka. Sljedeća je pretpostavka da su se postojeće vrste podijelile u dvije skupine razgraničene čvorom na grani stabla. I na kraju, organizmi se vjerojatno mijenjaju, prilagođavaju i razvijaju.

The točka divergencije predstavlja početak dvije nove loze koje se granaju i tvore dvije nove vrste.

Kladogrami se koriste za smislene usporedbe između skupina.

U biologiji je kladogram a vizualni prikaz srodnih karakteristika u različitim organizmima. Obično se grupiranje vrši prema određenim osobinama od interesa. Međutim, različite točke podataka mogu se kombinirati kako bi se stvorilo točnije evolucijsko stablo koje objašnjava složene odnose.

Može se napraviti razlika između kladograma i filogenetskog stabla, ali pojmovi se ponekad koriste i naizmjenično. Kladogrami se usredotočuju na značajke na makro i molekularnoj razini koje ukazuju na povezanost. Kladogram sugerira vjerojatne evolucijske veze između skupina organizama ili svojti koje mogu biti male ili velike:

• Monofiletski takson. Klada organizama koja uključuje njihov najnoviji zajednički predak i svi živi i izumrli potomci. Na primjer, postoje tri klase sisavaca: monotreme, torbari i euteri. Sisavci dijele mnoga svojstva, ali se razlikuju u načinu razmnožavanja.
  

• Parafiletski takson. Skupina organizama koji uključuje najčešćeg pretka svih članova ali izostavlja neke od potomaka taj trag do tog istog zajedničkog pretka. Bryophyta su parafiletični jer skupina uključuje hornworts, jetrenjače i mahovine ali isključuje vaskularne biljke.

• Polifilni takson. Skupina organizama koji nemaju puno zajedničkog osim neke slične osobine. Nekada su se pahiderme poput slonova i nilskih konja skupljale zbog svog tipa kože, iako zapravo pripadaju različitim obiteljima sisavaca.
  

Višećelijski eukarioti iznjedrio obilje sve složenijih organizama.

Na primjer, ribe i ljudi sežu do zajedničkog pretka prije milijuna godina. Taj se komplicirani odnos može prikazati na jednostavnom kladogramu koji ilustrira kladističke odnose. Započnite s prikazom eukariota predaka u podnožju stabla.

Kako je zajednički predak evoluirao, jedan čvor na drvetu razgranao se u vodene kralježnjake poput riba bez čeljusti. Na sljedećem čvoru grana se razišla u četveronožne tetrapode.

Sljedeći čvor pokazuje razlike kad su životinje razvile amnionska jajašca, nakon čega slijedi rascjep kada su životinje razvile krzno ili dlaku. Mnogo kasnije, ljudi i primati razišli su se i evoluirali odvojenim putovima.

Kladistička klasifikacija proučava određene značajke organizama koje izravno utječu na stanja predaka u evolucijskoj biologiji. Hennig je razvio mnoge znanstvene pojmove kako bi opisao svoj pristup kategorizaciji, a koji su bili ključni za njegove ideje i teorije. Pojmovi opisuju skupine organizama u odnosu na određeni čvor na filogenetskom stablu ili kladogramu:

• Pleziomorfija. Ovo je osobina predaka koja se prenosi i zadržava od vrste predaka do vrste potomka tijekom evolucije između jednog ili više taksona.

• Apomorfija. Ovo je izvedena osobina koja opisuje određenu kladu.

• Autapomorfija. Ovo je izvedena osobina koja se nalazi samo u jednoj od uspoređenih skupina.

• Sinapomorfija. Ovo je izvedena osobina koju dijele dvije ili više skupina organizama koji potječu od zajedničkog pretka.
  

Stanja likova osobine su izvedene kroz proces prirodne selekcije, prilagodbe i naslijeđene varijance koje dovode do biološke raznolikosti u životu. Kao takav, samo sinapomorfije relevantni su pri prepoznavanju evolucijskih odnosa. Višestruke sinapomorfije u organizmima sa zajedničkim pretkom su monofiletski:

• Autapomorfije su osobine pronađene u samo jednoj vrsti ili skupini koja potječe od zajedničkog pretka, poput svojte zmija koja nema funkcionalne noge, dok sljedeći najbliži svojti imaju dvije ili više nogu.

• Sinapomorfije odnose se na osobinu viđenu u cijeloj kladi kao što su suprotstavljeni palčevi kod ljudi i primata.
  

• Homoplazija je svojstvo koje dijeli više skupina, vrsta i svojti koje nije izvedeno iz zajedničkog zajedničkog pretka. Ptice i sisavci su toplokrvni, ali nemaju izravno zajedničkog pretka koji je imao tu osobinu, što je primjer konvergentne evolucije.
  

Znanstvenici zvani kladisti raspoređuju svojte na filogenetskom drvetu koje može otkriti nove evolucijske odnose. Grupiranja se izrađuju na temelju fizičkih, molekularnih, genetskih i bihevioralnih karakteristika.

Dijagram nazvan kladogram prikazuje srodnost, kad god su se vrste granile od zajedničkog pretka u različitom trenutku evolucijske povijesti.

Kladogrami su razgranati dijagrami kladistički podaci koji uređuju određene karakteristike koristeći, na primjer, usporedne fizičke ili molekularne podatke. Danas istraživači često koriste računalne programe za kombiniranje skupova podataka kako bi stvorili preciznije kladograme koji pokazuju kohezivne i sveobuhvatne odnose između organizama.

Osnovna metodologija nije teška, ali svaki se korak mora izvesti pomno:

1. Odaberite taksone za proučavanje, poput nekoliko vrsta ptica.
   
2. Odaberite i ucrtajte karakteristike koje želite proučavati.
   
3. Utvrdite jesu li sličnosti homologne ili su proizvod konvergentne evolucije.
   
4. Analizirajte jesu li zajedničke karakteristike izvedene od zajedničkog pretka ili su izvedene kasnije.
   
5. Grupirajte sinapomorfije (zajedničke izvedene homološke osobine).
   
6. Izgradite kladogram raspoređivanjem skupina organizama na dijagramu nalik drvetu.
   
7. Upotrijebite čvorove na granama da predstavite točke na kojima su se dvije vrste razišle.
   
8. Taksone smjestite na krajnje točke grana, a ne na čvorove.
   

Podrijetlo tradicionalne evolucijske metode klasifikacije potječu iz antike. Pretpostavljalo se da su svi živi organizmi biljke ili životinje. Klasične metode nisu pravile razliku između toga jesu li promatrane osobine naslijeđene od dalekog pretka ili novijeg.

Cilj je bio osmisliti mapu kako se život na Zemlji mogao razviti iz mora.

Karakteristike koje se koriste za klasifikaciju određuju stručnjaci koji promatraju očite razlike poput krzna, ljuskica ili perja. Pristup je djelovao bolje za klasifikaciju kralježnjaka nego beskičmenjaka. Evolucijska klasifikacija smješta organizme u skupine smanjenja veličine pod tri domene koje se dalje dijele na kraljevstvo, rod / podjelu, klasu, red, obitelj, rod i vrstu.

Kladističke metode nisu povezane s Linneovim sustavom klasifikacije i dublje istražuju povezanost.

Tradicionalna sistematika raspoređuje organizme na evolucijskom stablu u skladu s time kada i kako se vrsta promijenila kao prilagodba novom životnom stilu ili staništu, na primjer. Stablo pokazuje smjer evolucije na vrijeme. Subjektivne procjene osobina i karakteristika u tradicionalnim metodama mogu potencijalno pristranosti rezultirati i otežati ili onemogućiti ponavljanje studije.

U današnje vrijeme prednost imaju klasične i filogenetske metode klasifikacije u odnosu na tradicionalne metode klasifikacije u prirodnim znanostima. Noviji pristup više je znanstven, zasnovan na dokazima i neoboriv. Na primjer, DNA i RNA sekvenciranje koristi se za proučavanje organizama na molekularnoj razini za nijansirano postavljanje na kladogram.

Organizmi su poredani prema njihovim zajedničke izvedene karakteristike.

Kladistika na polju biologije omogućuje znanstvenicima da identificiraju obrasce, formiraju hipotezu, testiraju hipoteze i predviđaju.

"Kladistika je, dakle, otkriće", kako su opisali suvremeni kladisti, David M. Williams i Malte C. Ebach, 2018. godine. Williams i Ebach kladistiku zamišljaju kao postupak prirodne klasifikacije koji ne zahtijeva utemeljenje u evolucijskoj teoriji.

Tehnologija kladističkim metodama dodaje razinu preciznosti i sofisticiranosti. Konkretno, DNA sekvenciranje gena ukazuje na stupanj srodstva i zajedničko podrijetlo s visokim stupnjem pouzdanosti. Razlike u DNK mogu pružiti uvid u to koliko su davno vrste imale zajedničkog pretka.

Nova otkrića mogu ili potvrditi ili ispraviti prethodne pretpostavke o tome kako su se organizmi razvili i pomoći u klasificiranju novih vrsta kako su otkrivene.