Cladistica: definizione, metodo ed esempi

Milioni di anni fa, una singola cellula ha iniziato un Evoluzione che ha dato origine all'albero della vita e ai suoi tre domini principali: Archaea, Bacteria ed Eukaryota.

Ogni ramo è un esempio di a clade. Un clade rappresenta un gruppo che include un antenato comune e tutti discendenti. Cladistica è una forma moderna di tassonomia che colloca gli organismi su un diagramma ramificato chiamato a cladogramma (come un albero genealogico) basato su tratti come somiglianze del DNA e filogenesi.

Nel campo della biologia, la cladistica è un sistema di tassonomia che comporta la classificazione e la disposizione degli organismi su a albero filogenetico della vita. Prima dell'analisi del DNA, la classificazione si basava molto sulle osservazioni di tratti e comportamenti simili e diversi.

Le società occidentali hanno utilizzato la classificazione sin dai tempi di Aristotele nell'antica Grecia, quando gli organismi viventi erano semplicemente divisi in categorie di piante e animali a scopo di studio.

Nel 1700, Carolus (Carl) Linneo ha sviluppato una tassonomia della biologia sistematica basata sulla classificazione degli organismi in base alle apparenze esteriori e ai tratti condivisi. Ha sviluppato uno schema per posizionare l'organismo in a taxon gerarchico (un gruppo; singolare) che includeva diversi tassa (gruppi; plurale). Linneo anche sviluppato nomenclatura binomiale - un sistema di assegnazione di nomi scientifici come Homo sapiens (umano) agli organismi.

Carlo Darwin e Alfred Russel Wallace propose l'idea della selezione naturale e Darwin formalizzò la teoria dell'evoluzione a metà del 1800. di Darwin Sull'origine delle specie scosse la comunità scientifica suggerendo che tutti gli organismi discendevano da un antenato comune e potevano essere classificati in base alle loro relazioni evolutive.

Ornitologo Ernst Mayr è stato un eminente biologo evoluzionista del XX secolo che ha studiato a lungo la tassonomia degli uccelli mentre viaggiava e lavorava come curatore presso l'American Museum of Natural History di New York. Il suo libro rivoluzionario Sistematica e origine delle specie è stato pubblicato nel 1942 dalla Columbia University Press.

Mayr è noto per il suo lavoro sui geni, l'ereditarietà, la variazione e la speciazione delle popolazioni in aree isolate, che possono essere utilizzati per scopi di classificazione.

La cladistica è un sistema di classificazione biologica basato sull'analisi di tratti, corredo genetico o fisiologia che erano condivise con un antenato comune fino a quando non si verificava un certo tipo di divergenza, producendo nuovi specie. tassonomista tedesco Willi Hennig avviato classificazione cladistica nel 1950 quando scrisse il suo libro su sistematica filogenetica.

Il libro è stato successivamente tradotto in inglese e ampiamente letto in America dopo essere stato pubblicato dalla University of Illinois Press nel 1966.

La teoria della sistematica filogenetica di Hennig ha sfidato gli approcci contemporanei a tassonomia introdotto da Darwin e Wallace.

Ha sostenuto che le specie dovrebbero essere identificate e classificate in base alla genetica e alle relazioni clade, in particolare i gruppi monofiletici. Hennig si è concentrato sulla recente ascendenza e sull'identificazione di tratti evoluti e modificati di organismi che condivideva un lignaggio diretto, anche se le caratteristiche derivate non erano per niente simili a quelle del comune antenato.

filogenetica è lo studio delle relazioni evolutive conosciute o ipotizzate basate sulla filogenesi (lignaggio) di organismi raggruppati. L'albero filogenetico della vita illustra come i taxa (gruppi di organismi) si siano evoluti in un ordine specifico man mano che la vita si diversificava e si ramificava da un antenato comune.

Il processo di speciazione evolutiva assomiglia ai rami di un albero genealogico. Poiché non esiste un modo sicuro per sapere cosa è successo tanto tempo fa, le scienze devono trarre deduzioni su come si è evoluta la vita in base a reperti fossili, anatomia comparata, fisiologia, comportamento, embriologia e dati molecolari. La biologia evoluzionistica è un campo dinamico in cui vengono continuamente fatte nuove scoperte.

I biologi evoluzionisti deducono ipotetiche relazioni evolutive tra taxa sulla base di un confronto dettagliato di caratteristiche simili e diverse.

Lo studio della discendenza evolutiva aiuta a individuare quando determinati tratti sono sorti e sono stati tramandati alle generazioni successive. L'analisi cladistica, come la sistematica filogenetica, esamina i modelli evolutivi di discendenza che aiutano a capire insieme la storia evolutiva delle specie spiegando anche la diversità della vita e delle specie estinzioni.

La cladistica lavora sulla premessa centrale che la vita sulla Terra ha avuto origine solo una volta, il che significa che tutta la vita può essere fatta risalire a quel primo organismo ancestrale. L'ipotesi successiva è che le specie esistenti si dividano in due gruppi delimitati da un nodo su un ramo di un albero. Infine, gli organismi presumibilmente cambiano, si adattano ed evolvono.

Il punto di divergenza rappresenta l'inizio di due nuove stirpi che si ramificano e formano due nuove specie.

I cladogrammi vengono utilizzati per effettuare confronti significativi tra i gruppi.

In biologia, un cladogramma è a rappresentazione visiva di caratteristiche correlate in vari organismi. Di solito, il raggruppamento viene effettuato in base a determinati tratti di interesse specificati. Tuttavia, è possibile combinare diversi punti dati per creare un albero evolutivo più accurato che spieghi relazioni complesse.

Si può fare una distinzione tra un cladogramma e un albero filogenetico, ma a volte i termini sono usati anche in modo intercambiabile. I cladogrammi si concentrano sulle caratteristiche a livello macro e molecolare che indicano la relazione. Un cladogramma suggerisce probabili relazioni evolutive tra gruppi di organismi o taxa che possono essere piccoli o grandi di numero:

• Taxon monofiletico. Un clade di organismi che include il loro più recente antenato comune e tutti i vivi e gli estinti discendenti. Ad esempio, ci sono tre cladi di mammiferi: monotremi, marsupiali e euteri. I mammiferi condividono molte caratteristiche ma differiscono nel modo in cui si riproducono.
  

• Taxon parafiletico. Un gruppo di organismi che include l'antenato più comune di tutti i membri ma tralascia alcuni discendenti che risalgono a quello stesso antenato comune. briofite sono parafiletici perché il gruppo include cornioli, epatiche e muschi ma esclude le piante vascolari.

• Taxon polifiletico. Un gruppo di organismi che non hanno molto in comune se non alcuni tratti simili. Un tempo, i pachidermi come gli elefanti e gli ippopotami erano raggruppati insieme a causa del loro tipo di pelle, anche se in realtà appartengono a diverse famiglie di mammiferi.
  

Multicellulare eucarioti ha dato origine a un'abbondanza di organismi sempre più complessi.

Ad esempio, i pesci e gli umani risalgono a un antenato comune milioni di anni fa. Quella complicata relazione può essere raffigurata su un semplice cladogramma che illustra le relazioni cladistiche. Inizia immaginando un eucariota ancestrale alla base dell'albero.

Con l'evoluzione dell'antenato comune, un nodo dell'albero si diramava in vertebrati acquatici come pesci senza mascelle. Al nodo successivo, il ramo divergeva in tetrapodi a quattro zampe.

Il nodo successivo mostra una divergenza quando gli animali hanno sviluppato uova amniotiche, seguita da una divisione quando gli animali hanno sviluppato pelo o pelo. Molto più tardi, umani e primati si sono separati e si sono evoluti seguendo percorsi separati.

La classificazione cladistica esamina alcune caratteristiche degli organismi che riguardano direttamente gli stati ancestrali nella biologia evolutiva. Hennig ha sviluppato molti termini scientifici per descrivere il suo approccio alla categorizzazione, che sono stati strumentali alle sue idee e teorie. I termini descrivono gruppi di organismi in relazione a un nodo specifico su un albero filogenetico o cladogramma:

• Plesiomorfia. Questo è un tratto ancestrale tramandato e mantenuto dalle specie ancestrali alle specie discendenti durante l'evoluzione tra uno o più taxa.

• Apomorfia. Questo è un tratto derivato che descrive un clade specifico.

• Autopomorfia. Questo è un tratto derivato che si trova solo in uno dei gruppi confrontati.

• Sinapomorfia. Questo è un tratto derivato condiviso da due o più gruppi di organismi discendenti da un antenato comune.
  

Stati del personaggio sono tratti derivati ​​attraverso il processo di selezione naturale, adattamento e varianza ereditata che portano alla biodiversità nella vita. In quanto tale, solo sinapomorfie sono rilevanti nel discernere le relazioni evolutive. Sinapomorfie multiple in organismi con un antenato condiviso sono monofiletico:

• autopomorfie sono tratti trovati in una sola specie o gruppo che deriva da un antenato comune, come il taxa di serpente che non ha zampe funzionali, mentre i taxa più vicini hanno due o più zampe.

• sinapomorfie si riferiscono a un tratto visto in un intero clade come i pollici opponibili negli umani e nei primati.
  

• omoplasia è un tratto condiviso da più gruppi, specie e taxa che non deriva da un antenato comune condiviso. Uccelli e mammiferi sono a sangue caldo ma non hanno un antenato direttamente condiviso che avesse quel tratto, che è un esempio di evoluzione convergente.
  

Scienziati chiamati cladisti organizzano i taxa in un albero filogenetico che potrebbe rivelare nuove relazioni evolutive. I raggruppamenti sono realizzati in base a caratteristiche fisiche, molecolari, genetiche e comportamentali.

Un diagramma chiamato cladogramma mostra la relazione, ogni volta che le specie si sono ramificate da un antenato comune in vari momenti della storia evolutiva.

I cladogrammi sono diagrammi ramificati di dati cladistici che organizzano determinate caratteristiche utilizzando, ad esempio, set di dati fisici comparativi o dati molecolari. I ricercatori oggi usano spesso programmi per computer per combinare set di dati per creare cladogrammi più accurati che mostrano relazioni coese e complete tra gli organismi.

La metodologia di base non è difficile, ma ogni passaggio deve essere eseguito meticolosamente:

1. Scegli i taxa da studiare, come diverse specie di uccelli.
   
2. Scegli e traccia le caratteristiche che desideri studiare.
   
3. Verificare se le somiglianze sono omologhe o il prodotto di un'evoluzione convergente.
   
4. Analizzare se le caratteristiche condivise sono derivate da un antenato comune o derivate in seguito.
   
5. Raggruppare le sinapomorfie (tratti omologhi derivati ​​condivisi).
   
6. Costruisci un cladogramma disponendo gruppi di organismi su un diagramma ad albero.
   
7. Usa i nodi sui rami per rappresentare i punti in cui due specie divergono.
   
8. Posiziona i taxa sulle estremità dei rami, non sui nodi.
   

Le origini di metodi evolutivi tradizionali di classificazione risalgono all'antichità. Si presumeva che tutti gli organismi viventi fossero piante o animali. I metodi classici non facevano distinzione se i tratti osservati fossero ereditati da un lontano antenato o da uno più recente.

L'obiettivo era ideare una mappa di come la vita sulla Terra potrebbe essersi evoluta dal mare.

Le caratteristiche utilizzate per la classificazione sono determinate da esperti che osservano differenze evidenti come pelliccia, squame o piume. L'approccio ha funzionato meglio per classificare i vertebrati rispetto agli invertebrati. Classificazione evolutiva colloca gli organismi in gruppi di dimensioni decrescenti sotto tre domini che sono ulteriormente suddivisi in regno, phylum/divisione, classe, ordine, famiglia, genere e specie.

I metodi cladistici non sono legati al sistema di classificazione di Linneo e sondano più in profondità la connettività.

La sistematica tradizionale organizza gli organismi su un albero evolutivo in base a quando e come una specie è cambiata come adattamento a un nuovo stile di vita o habitat, per esempio. L'albero mostra direzione dell'evoluzione in tempo. Le valutazioni soggettive di tratti e caratteristiche nei metodi tradizionali possono potenzialmente influenzare i risultati e rendere uno studio difficile o impossibile da replicare.

I metodi di classificazione cladistici e filogenetici sono oggi preferiti ai metodi tradizionali di classificazione nelle scienze naturali. L'approccio più recente è più scientifico, basato sull'evidenza e inconfutabile. Ad esempio, il sequenziamento del DNA e dell'RNA viene utilizzato per studiare gli organismi a livello molecolare per il posizionamento sfumato su un cladogramma.

Gli organismi sono disposti secondo la loro caratteristiche derivate condivise.

La cladistica nel campo della biologia consente agli scienziati di identificare modelli, formare un'ipotesi, testare ipotesi e fare previsioni.

"La cladistica, quindi, riguarda la scoperta", come descritto dai cladisti contemporanei, David M. Williams e Malte C. Ebach, nel 2018. Williams ed Ebach concepiscono la cladistica come un processo di classificazione naturale che non richiede fondamenti sulla teoria evoluzionistica.

La tecnologia aggiunge un livello di precisione e raffinatezza ai metodi cladistici. In particolare, il sequenziamento del DNA dei geni indica un grado di parentela e discendenza condivisa con un alto grado di confidenza. Le differenze nel DNA possono fornire informazioni su quanto tempo fa le specie condividevano un antenato comune.

Nuove scoperte possono confermare o correggere le ipotesi precedenti su come si sono evoluti gli organismi e aiutare a classificare nuove specie man mano che vengono scoperte.