Kladisztika: meghatározás, módszer és példák

Millió évvel ezelőtt egyetlen sejt indított egy evolúció amely az élet fáját és annak három fő területét hozta létre: Archaea, Bacteria és Eukaryota.

Minden ág egy példa a clade. A klád egy olyan csoportot jelent, amely magában foglalja a közös ősöket és minden leszármazottak. Kladisztika modern formája rendszertan amely az organizmusokat az a nevű elágazó diagramra helyezi kladogram (mint egy családfa) olyan tulajdonságok alapján, mint a DNS hasonlóságai és a filogenitás.

A biológia területén a kladisztika a rendszere rendszertan amely magában foglalja az élőlények osztályozását és elrendezését a filogenetikai fa az életé. A DNS-elemzés előtt az osztályozás nagyban támaszkodott hasonló és eltérő tulajdonságok és viselkedés megfigyelésére.

A nyugati társadalmak az ókori Görögország Arisztotelész napjaitól kezdve alkalmazták az osztályozást, amikor az élő organizmusokat tanulmányozás céljából egyszerűen növények és állatok kategóriáira osztották fel.

Az 1700-as években Carolus (Carl) Linné kidolgozta a szisztematikus biológia taxonómiáját, amely az organizmusok külső megjelenés és közös tulajdonságok szerinti osztályozásán alapult. Kidolgozott egy sémát az organizmus elhelyezésére a hierarchikus taxon (egy csoport; egyes), amelybe több is beletartozott taxonok (csoportok; többes szám). Linné kifejlesztette a binomiális nómenklatúrát is - a tudományos nevek hozzárendelésének rendszerét Homo sapiens (emberi) az organizmusokra.

Charles Darwin és Alfred Russel Wallace javasolta a természetes szelekció gondolatát, és Darwin az 1800-as évek közepén formalizálta az evolúció elméletét. Darwiné A fajok eredetéről megrázta a tudományos közösséget azzal a javaslattal, hogy minden organizmus közös ősöktől származott, és evolúciós kapcsolataik szerint osztályozhatók voltak.

Ornitológus Ernst Mayr század kiemelkedő evolúciós biológusa volt, aki alaposan tanulmányozta a madarak taxonómiáját, miközben utazott és kurátorként dolgozott a New York-i Amerikai Természettudományi Múzeumban. Úttörő könyve Szisztematika és a fajok eredete 1942-ben jelentette meg a Columbia University Press.

Mayr a génekről, az öröklődésről, a variációkról és az izolált területek populációinak specifikációjáról végzett munkájáról ismert, amely osztályozási célokra felhasználható.

A kladisztika egy biológiai osztályozási rendszer, amely a tulajdonságok, a genetikai felépítés vagy fiziológia, amelyet közös ősökkel osztottak meg, amíg valamilyen típusú divergencia nem következett be, újat eredményezve faj. Német taxonómus Willi Hennig elindult kladisztikus osztályozás 1950-ben írta könyvét filogenetikai szisztematika.

A könyvet később angol nyelvre lefordították, és Amerikában széles körben elolvasták, miután az University of Illinois Press 1966-ban kiadta.

Hennig filogenetikai szisztematikájának elmélete kihívást jelentett a korabeli megközelítések iránt rendszertan Darwin és Wallace mutatta be.

Azt állította, hogy a fajokat a genetika és a klad kapcsolatok alapján kell azonosítani és osztályozni, különös tekintettel a monofiletikus csoportokra. Hennig jobban beilleszkedett a legutóbbi ősökbe és az organizmusok kialakult, módosított tulajdonságainak azonosításába közvetlen származásuk van - még akkor is, ha a levezetett tulajdonságok nem hasonlítanak a közös tulajdonságokhoz ős.

Filogenetika az ismert vagy feltételezett evolúciós kapcsolatok tanulmányozása a törzsfejlődés csoportosított szervezetek (származása). Az élet filogenetikus fája szemlélteti, hogyan fejlődtek a taxonok (organizmuscsoportok) egy meghatározott sorrendben, amikor az élet diverzifikálódott és elágazott egy közös ősből.

Az evolúciós speciáció folyamata úgy néz ki, mint egy családfa ága. Mivel nincs biztos módja annak, hogy megtudjuk, mi történt olyan régen, a tudományoknak következtetéseket kell levonniuk arról, hogyan alakult az élet ősmaradványok, összehasonlító anatómia, fiziológia, viselkedés, embriológia és molekuláris adatok. Az evolúciós biológia egy dinamikus terület, ahol folyamatosan új felfedezéseket hajtanak végre.

Az evolúciós biológusok arra következtetnek hipotetikus evolúciós kapcsolatok taxonok között, hasonló és eltérő jellemzők részletes összehasonlítása alapján.

Az evolúciós leszármazás tanulmányozása segít pontosan meghatározni, amikor bizonyos vonások felmerültek és átadódtak a következő generációknak. A kladisztikus elemzés, a filogenetikai szisztematikához hasonlóan, a származás evolúciós mintáit vizsgálja, amelyek segítenek együtt a fajok evolúciótörténete, miközben megmagyarázza az élet és a fajok sokféleségét is kihalások.

A kladisztika azon központi előfeltevésen dolgozik, hogy a földi élet csak egyszer keletkezett, ami azt jelenti, hogy az egész élet arra az első ősi organizmusra vezethető vissza. A következő feltételezés az, hogy a meglévő fajok két csoportra oszlanak, amelyeket egy csomópont határol egy faágon. Végül az élőlények feltehetően megváltoznak, alkalmazkodnak és fejlődnek.

A a divergencia pontja két új vonal kezdetét jelenti, amelyek két új fajt elágaznak és alkotnak.

A kladogramokat a csoportok közötti értelmes összehasonlításra használják.

A biológiában a kladogram a vizuális ábrázolás a különböző organizmusokban előforduló kapcsolódó jellemzőkkel. Általában a csoportosítás bizonyos meghatározott érdeklődésre számot tartó vonások szerint történik. Különböző adatpontok azonban kombinálhatók egy pontosabb evolúciós fa létrehozásához, amely megmagyarázza a bonyolult összefüggéseket.

Különbséget lehet tenni a kladogram és a filogenetikai fa között, de a kifejezéseket időnként felcserélhető módon is használják. A kladogramok a makro és molekuláris szintű jellemzőkre összpontosítanak, amelyek a rokonságra utalnak. A kladogram valószínű evolúciós kapcsolatokat sugall organizmusok vagy taxonok csoportjai között, amelyek lehetnek kisebbek vagy nagyobbak:

• Monofiletikus taxon. Organizmusok csoportja, amely magában foglalja legújabb közös ősük és minden az élő és kihalt leszármazottak. Például az emlősöknek három kládja van: monotrémák, erszényesek és eutheriaiak. Az emlősök sok tulajdonsággal rendelkeznek, de szaporodásukban különböznek egymástól.
  

• Parafiletikus taxon. Organizmusok egy csoportja, amely magában foglalja a leggyakoribb őst az összes tag kivételével kihagy az utódok egy részét hogy ugyanarra a közös ősre vezethető vissza. Bryophyta parafiletikusak, mert a csoportba tartoznak szarvasfű, májfű és mohák de kizárja az erezett növényeket.

• Polifiletikus taxon. Szervezetek csoportja, amelyeken kívül nincs sok közös vonás néhány hasonló vonás. Valamikor az elefántokhoz és a vízilovakhoz hasonló pachydermusok bőrtípusuk miatt össze voltak rakva, noha valójában különböző emlős családokhoz tartoznak.
  

Többsejtű eukarióták egyre bonyolultabb organizmusok bőségét eredményezte.

Például a halak és az emberek több millió évvel ezelőtt egy közös ősre nyúlnak vissza. Ez a bonyolult kapcsolat leírható egy egyszerű kladogramon, amely szemlélteti a kladisztikus kapcsolatokat. Kezdje azzal, hogy egy ős eukariótát ábrázol a fa tövében.

Ahogy a közös ős fejlődött, a fán egy csomópont elágazott vízi gerincessé, mint pofátlan hal. A következő csomópontnál az ág négylábú tetrapodákra vált szét.

A következő csomópont divergenciát mutat, amikor az állatoknál magzati petesejtek fejlődtek ki, majd egy hasadás következett, amikor az állatoknak szőr vagy szőr alakult ki. Sokkal később az emberek és a főemlősök elkülönültek és külön utakon haladtak.

A kladisztikus osztályozás az evolúciós biológiában az ősállapotokat közvetlenül viselő szervezetek bizonyos jellemzőit vizsgálja. Hennig számos tudományos kifejezést dolgozott ki a kategorizálási megközelítésének leírására, amelyek kulcsfontosságúak voltak elképzeléseihez és elméleteihez. A kifejezések organizmuscsoportokat írnak le egy filogenetikai fa vagy kladogram egy adott csomópontjával kapcsolatban:

• Plesiomorphy. Ez egy olyan ősi tulajdonság, amelyet egy vagy több taxon közötti evolúció során az ősfajoktól az leszármazott fajokhoz továbbadtak és megtartottak.

• Apomorfia. Ez egy származtatott tulajdonság, amely egy adott kládot ír le.

• Autapomorfia. Ez egy levezetett tulajdonság, amely csak az összehasonlított csoportok egyikében található meg.

• Szinapomorfia. Ez egy olyan származtatott tulajdonság, amelyet két vagy több, közös őstől származó organizmuscsoport oszt meg.
  

Karakterállapotok olyan tulajdonságok, amelyek a természetes szelekció, az alkalmazkodás és az öröklődő variancia révén származnak, és amelyek az élet biológiai sokféleségéhez vezetnek. Csak mint ilyen szinapomorfiumok az evolúciós kapcsolatok észlelésekor relevánsak. A közös ősökkel rendelkező organizmusokban több szinapomorfia van monofiletikus:

• Autapomorfák csak egy fajban vagy csoportban találhatók olyan tulajdonságok, amelyek közös ősökből származnak, mint például a kígyó taxonok, amelyeknek nincs funkcionális lába, míg a következő legközelebbi taxonoknak két vagy több lába van.

• Szinapomorfiumok egy egész kládban látható tulajdonságra utalnak, például az emberek és a főemlősök ellentétes hüvelykujjai.
  

• Homoplazia olyan tulajdonság, amelyet több csoport, faj és taxon oszt meg, és amely nem egy közös közös őstől származik. A madarak és az emlősök melegvérűek, de nem rendelkeznek közvetlenül megosztott ősökkel, akik rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, ami a konvergens evolúció példája.
  

A kladistának nevezett tudósok taxonokat rendeznek egy filogenetikai fába, amelyek új evolúciós összefüggéseket tárhatnak fel. A csoportosítás fizikai, molekuláris, genetikai és viselkedési jellemzők alapján történik.

A kladogramnak nevezett diagram a rokonságot jeleníti meg, valahányszor a faj elágazik egy közös őstől az evolúciótörténet különböző pontjain.

A kladogramok az elágazó diagramok kladisztikus adatok amelyek például összehasonlító fizikai adatsorok vagy molekuláris adatok segítségével rendeznek bizonyos jellemzőket. A kutatók manapság gyakran számítógépes programokat használnak az adatsorok kombinálásával, hogy pontosabb kladogramokat hozzanak létre, amelyek összefüggő és átfogó kapcsolatokat mutatnak be a szervezetek között.

Az alapvető módszertan nem nehéz, de minden lépést aprólékosan kell elvégezni:

1. Válassza ki a vizsgálni kívánt taxonokat, például több madárfajt.
   
2. Válassza ki és ábrázolja a tanulmányozni kívánt jellemzőket.
   
3. Ellenőrizze, hogy a hasonlóságok homológ-e, vagy a konvergens evolúció eredménye.
   
4. Elemezze, hogy a közös jellemzők egy közös ősből származnak-e vagy később származnak-e.
   
5. Csoportosítsa a szinapomorfokat (megosztott levezetett homológ tulajdonságok).
   
6. Építsen kladogramot úgy, hogy organizmuscsoportokat rendez egy treelike diagramra.
   
7. Az ágak csomópontjaival jelölje azokat a pontokat, ahol két faj eltér egymástól.
   
8. Helyezze a taxonokat az elágazások végpontjaira, ne a csomópontokra.
   

Eredete hagyományos evolúciós módszerek osztályozása az ókorig nyúlik vissza. Feltételezzük, hogy minden élő szervezet növény vagy állat. A klasszikus módszerek nem tettek különbséget abban, hogy a megfigyelt tulajdonságokat egy távoli ősöktől örökölték-e, vagy egy újabbat.

A cél egy térkép kidolgozása volt, hogy miként alakulhatott ki a földi élet a tengerből.

Az osztályozáshoz használt jellemzőket olyan szakértők határozzák meg, akik olyan nyilvánvaló különbségeket vizsgálnak, mint a szőr, a pikkelyek vagy a toll. A megközelítés jobban működött a gerincesek osztályozásában, mint a gerinctelenek. Evolúciós osztályozás Az organizmusokat csökkenő nagyságú csoportokba sorolja három domén alatt, amelyek tovább oszthatók királyságra, családra / osztályra, osztályra, rendre, családra, nemzetségre és fajokra.

A kladisztikus módszerek nem kötődnek a Linnean osztályozási rendszerhez, és mélyebben vizsgálják az összekapcsolhatóságot.

A hagyományos szisztematika az evolúciós fán rendezi az organizmusokat aszerint, hogy mikor és hogyan változott egy faj például egy új életmódhoz vagy élőhelyhez való alkalmazkodásként. A fa mutatja az evolúció iránya időben. A tulajdonságok és jellemzők szubjektív értékelése a hagyományos módszerekben potenciálisan torzíthatja az eredményeket, és megnehezítheti vagy ellehetetlenítheti a tanulmány megismétlését.

A klasszifikációs és filogenetikai osztályozási módszereket manapság előnyben részesítik a természettudományi osztályozás hagyományos módszereivel szemben. Az újabb megközelítés tudományosabb, bizonyítékokon alapuló és cáfolhatatlan. Például DNS- és RNS-szekvenálást használnak az organizmusok molekuláris szintű tanulmányozására, hogy a kladogramon árnyaltan helyezzék el őket.

A organizmusok azok szerint vannak elrendezve közös származtatott jellemzők.

A biológia területén alkalmazott kladisztika lehetővé teszi a tudósok számára a minták azonosítását, a hipotézis kialakítását, a hipotézisek tesztelését és a jóslatok megfogalmazását.

„A kladisztika tehát a felfedezésről szól”, ahogy a korabeli kladisták, David M. leírják. Williams és Malte C. Ebach, 2018-ban. Williams és Ebach a kladisztikát a természetes osztályozás folyamataként képzelik el, amely nem igényel megalapozást az evolúciós elméletben.

A technológia egy pontossággal és kifinomultsággal egészíti ki a kladisztikai módszereket. Különösen a gének DNS-szekvenálása jelzi a rokonságot és a közös származást nagyfokú bizalommal. A DNS-különbségek betekintést nyújthatnak abba, hogy a fajoknak milyen régen volt közös ősük.

Az új eredmények megerősíthetik vagy korrigálhatják az organizmusok fejlődésével kapcsolatos korábbi feltételezéseket, és elősegíthetik az új fajok osztályozását a felfedezés során.