Kladistika: apibrėžimas, metodas ir pavyzdžiai

Prieš milijonus metų viena ląstelė pradėjo kurti evoliucija dėl kurio atsirado gyvybės medis ir trys pagrindinės jo sritys: Archaea, Bacteria ir Eukaryota.

Kiekviena šaka yra a pavyzdys klade. Kladas reiškia grupę, kuriai priklauso bendras protėvis ir visi palikuonys. Kladistika yra moderni forma taksonomija kad organizmai dedami į šakotą diagramą, vadinamą a kladograma (kaip šeimos medis), remiantis tokiais požymiais kaip DNR panašumai ir filogenija.

Biologijos srityje kladistika yra a sistema taksonomija tai apima organizmų klasifikavimą ir išdėstymą a filogenetinis medis gyvenimo. Prieš atliekant DNR analizę, klasifikacija labai priklausė nuo panašių ir skirtingų bruožų ir elgesio stebėjimo.

Vakarų visuomenės klasifikaciją naudojo nuo Aristotelio laikų senovės Graikijoje, kai gyvi organizmai tyrimo tikslais buvo tiesiog suskirstyti į augalų ir gyvūnų kategorijas.

1700 m. Karolis (Carl) Linnaeus sukūrė sisteminės biologijos taksonomiją, pagrįstą organizmų klasifikavimu pagal išorės išvaizdą ir bendrus bruožus. Jis sukūrė schemą organizmui patalpinti į

Charlesas Darwinas ir Alfredas Russelis Wallace'as pasiūlė natūralios atrankos idėją, o Darvinas evoliucijos teoriją įformino 1800-ųjų viduryje. Darvino Apie rūšių kilmę sukrėtė mokslo bendruomenę, teigdamas, kad visi organizmai yra kilę iš bendro protėvio ir gali būti klasifikuojami pagal jų evoliucinius santykius.

Ornitologas Ernstas Mayras buvo išskirtinis XX a. evoliucijos biologas, kuris keliaudamas ir dirbdamas kuratoriumi Amerikos gamtos istorijos muziejuje Niujorke plačiai studijavo paukščių taksonomiją. Jo novatoriška knyga Rūšių sistematika ir kilmė buvo išleista 1942 m. Kolumbijos universiteto leidykloje.

Mayr yra žinomas dėl savo genų, paveldimumo, populiacijos variacijos ir rūšiavimo izoliuotose vietovėse darbo, kurį galima naudoti klasifikavimo tikslais.

Kladistika yra biologinės klasifikacijos sistema, pagrįsta savybių, genetinės sudėties ar fiziologija, kuria buvo dalijamasi su bendru protėviu, kol įvyko tam tikros rūšies divergencijos, sukūrusios naują rūšių. Vokiečių taksonomas Willi Hennigas pradėjęs kladistinė klasifikacija 1950 m., kai parašė savo knygą filogenetinė sistemingumas.

Vėliau knyga buvo išversta į anglų kalbą ir plačiai skaitoma Amerikoje, kai 1966 m. Ją išleido Ilinojaus universiteto leidykla.

Hennigo filogenetinės sistemingumo teorija metė iššūkį šiuolaikiniams požiūriams taksonomija pristatė Darvinas ir Wallace'as.

Jis teigė, kad rūšys turėtų būti nustatomos ir klasifikuojamos remiantis genetika ir kladiniais santykiais, ypač monofiletinėmis grupėmis. Hennigas tobulino naujausius protėvius ir nustatė išsivysčiusius, modifikuotus organizmų bruožus, kurie turėjo tiesioginę giminę - net jei išvestinės savybės nebuvo panašios į bendrąsias protėvis.

Filogenetika yra žinomų ar hipotezuotų evoliucinių santykių tyrimas remiantis filogenija grupuotų organizmų (giminės). Filogenetinis gyvenimo medis iliustruoja, kaip taksonai (organizmų grupės) vystėsi tam tikra tvarka, nes gyvenimas paįvairėjo ir išsišakojo iš bendro protėvio.

Evoliucijos spekuliacijos procesas atrodo kaip šakos ant šeimos medžio. Kadangi nėra tikro būdo žinoti, kas įvyko taip seniai, mokslai turi daryti išvadas apie tai, kaip gyvenimas vystėsi remdamasis iškastinių įrašų, lyginamoji anatomija, fiziologija, elgesys, embriologija ir molekulinius duomenis. Evoliucinė biologija yra dinamiška sritis, kurioje nuolat atliekami nauji atradimai.

Evoliucijos biologai daro išvadą hipotetiniai evoliuciniai santykiai tarp taksonų, remiantis išsamiu panašių ir skirtingų savybių palyginimu.

Evoliucinės kilmės tyrimas padeda tiksliai nustatyti, kada atsirado tam tikri bruožai ir kurie buvo perduoti kitoms kartoms. Kladistinė analizė, kaip ir filogenetinė sisteminė sistema, nagrinėja evoliucinius kilmės modelius, kurie padeda rūšių evoliucijos istoriją kartu paaiškindama gyvenimo ir rūšių įvairovę išnykimas.

Kladistika veikia pagal pagrindinę prielaidą, kad gyvybė Žemėje atsirado tik vieną kartą, o tai reiškia, kad visą gyvenimą galima atsekti nuo to pirmojo protėvių organizmo. Kita prielaida yra ta, kad esamos rūšys pasidalija į dvi grupes, kurias skiria mazgas ant medžio šakos. Galiausiai organizmai greičiausiai keičiasi, prisitaiko ir vystosi.

The išsiskyrimo taškas reiškia dviejų naujų giminių, išsišakojančių ir formuojančių dvi naujas rūšis, pradžią.

Norint prasmingai palyginti grupes, naudojamos kladogramos.

Biologijoje kladograma yra a vaizdinis vaizdavimas susijusių organizmų savybių. Paprastai grupavimas atliekamas pagal tam tikrus nurodytus dominančius bruožus. Tačiau skirtingus duomenų taškus galima sujungti, kad būtų sukurtas tikslesnis evoliucinis medis, paaiškinantis sudėtingus santykius.

Galima atskirti kladogramą ir filogenetinį medį, tačiau terminai taip pat kartais vartojami pakaitomis. Kladogramose pagrindinis dėmesys skiriamas makro ir molekulinio lygio charakteristikoms, kurios rodo giminystę. Kladograma rodo tikėtinus evoliucinius ryšius tarp organizmo ar taksonų grupių, kurių skaičius gali būti mažas arba didelis:

• Monofiletinis taksonas. Organizmų kladas, kuris apima jų naujausias bendras protėvis ir visi gyvieji ir išnykę palikuonys. Pavyzdžiui, yra trys žinduolių klodai: monotremas, marsupialai ir eutherians. Žinduoliai turi daugybę savybių, tačiau skiriasi dauginimosi būdu.
  

• Parafiletinis taksonas. Organizmų grupė, kuri apima dažniausią protėvį visų narių, išskyrus palieka kai kuriuos palikuonis tą pėdsaką iš to paties bendro protėvio. Bryophyta yra parafiletiniai, nes grupei priklauso raganagės, kepenėlės ir samanos bet neįtraukia kraujagyslių augalų.

• Polifiletinis taksonas. Organizmų grupė, kuri neturi daug bendro, išskyrus keletas panašių bruožų. Vienu metu pachimerai, tokie kaip drambliai ir begemotai, buvo sukombinuoti dėl savo odos tipo, nors jie iš tikrųjų priklauso skirtingoms žinduolių šeimoms.
  

Daugialąsčiai eukariotai sukėlė vis sudėtingesnių organizmų gausą.

Pavyzdžiui, žuvys ir žmonės siekia bendrą protėvį prieš milijonus metų. Tą sudėtingą santykį galima pavaizduoti paprastoje kladogramoje, iliustruojančioje kladistinius santykius. Pradėkite vaizduodami protėvių eukariotą medžio apačioje.

Vystantis paprastam protėviui, vienas medžio mazgas išsišakojo į vandens stuburinius gyvūnus kaip žuvys be žandikaulių. Kitame mazge šaka išsiskyrė į keturkojus tetrapodus.

Kitas mazgas rodo skirtumą, kai gyvūnams atsirado vaisiaus kiaušiniai, o po to, kai gyvūnams atsirado kailis ar plaukai, išsiskyrimas. Daug vėliau žmonės ir primatai išsiskyrė ir vystėsi atskirais keliais.

Kladistinėje klasifikacijoje nagrinėjamos tam tikros organizmų ypatybės, kurios evoliucijos biologijoje tiesiogiai veikia protėvių būsenas. Hennigas sukūrė daugybę mokslinių terminų, apibūdinančių savo požiūrį į kategorizavimą, kurie buvo svarbūs jo idėjoms ir teorijoms. Terminai apibūdina organizmų grupes, susijusias su konkrečiu filogenetinio medžio ar kladogramos mazgu:

• Plesiomorfija. Tai protėvių bruožas, perduodamas ir išlaikomas iš protėvių rūšių palikuonių rūšims evoliucijos tarp vieno ar kelių taksonų metu.

• Apomorfija. Tai išvestinė savybė, apibūdinanti konkretų kladą.

• Autapomorfija. Tai išvestinė savybė, randama tik vienoje iš lyginamų grupių.

• Sinapomorfija. Tai išvestinė savybė, kurią turi dvi ar daugiau organizmų grupės, kilusios iš bendro protėvio.
  

Simbolių būsenos yra bruožai, gauti natūralios atrankos, prisitaikymo ir paveldimo dispersijos proceso metu, lemiantys biologinę įvairovę gyvenime. Tik tokia sinapomorfijos yra svarbūs įžvelgiant evoliucinius santykius. Keli organizmų, turinčių bendrą protėvį, sinapomorfijos yra monofiletinis:

• Autapomorfijos yra tik vienos rūšies ar grupės požymiai, kilę iš bendro protėvio, pavyzdžiui, gyvačių taksonai, neturintys funkcinių kojų, o artimiausi artimiausi taksonai turi dvi ar daugiau kojų.

• Sinapomorfijos nurodo visame klade matomą bruožą, pvz., žmonėms ir primatams prieštaringus nykščius.
  

• Homoplazija yra daugelio grupių, rūšių ir taksonų bendras bruožas, kuris nėra kilęs iš bendro protėvio. Paukščiai ir žinduoliai yra šiltakraujai, tačiau neturi tokio bendro protėvio, kuris turėjo tą bruožą, o tai yra konvergencinės evoliucijos pavyzdys.
  

Mokslininkai, vadinami kladistais, filogenetiniame medyje sutvarko taksonus, kurie gali atskleisti naujus evoliucinius ryšius. Grupavimas atliekamas remiantis fizinėmis, molekulinėmis, genetinėmis ir elgesio ypatybėmis.

Diagrama, vadinama kladograma, rodo giminingumą, kai rūšys išsišakojo nuo bendro protėvio įvairiais evoliucijos istorijos momentais.

Kladogramos yra šakojančios diagramos kladistiniai duomenys kurios sutvarko tam tikras charakteristikas, pavyzdžiui, naudodamos lyginamuosius fizinių duomenų rinkinius arba molekulinius duomenis. Tyrėjai šiandien dažnai naudoja kompiuterines programas duomenų rinkiniams sujungti, kad būtų sukurtos tikslesnės kladogramos, parodančios darnius ir visapusiškus organizmų ryšius.

Pagrindinė metodika nėra sunki, tačiau kiekvienas žingsnis turi būti atliekamas kruopščiai:

1. Tyrimui pasirinkite taksonus, pavyzdžiui, kelias paukščių rūšis.
   
2. Pasirinkite ir apibūdinkite charakteristikas, kurias norite studijuoti.
   
3. Įsitikinkite, ar panašumai yra homologiški, ar konvergencinės evoliucijos rezultatas.
   
4. Išanalizuokite, ar bendros savybės yra kilusios iš bendro protėvio, ar išvestos vėliau.
   
5. Grupuokite sinapomorfijas (bendrus išvestinius homologinius požymius).
   
6. Sukurkite kladogramą organizuodami organizmų grupes pagal trikampę diagramą.
   
7. Naudokite šakų mazgus, kad nurodytumėte taškus, kur dvi rūšys išsiskyrė.
   
8. Taksonus dėkite ant šakų galinių taškų, o ne prie mazgų.
   

Kilmė tradiciniai evoliuciniai metodai klasifikacija siekia antiką. Laikoma, kad visi gyvi organizmai yra augalai ar gyvūnai. Klasikiniai metodai neskyrė, ar pastebėti požymiai paveldėti iš tolimo protėvio, ar naujesnio.

Tikslas buvo sukurti žemėlapį, kaip gyvybė Žemėje galėjo išsivystyti iš jūros.

Klasifikavimui naudojamas charakteristikas nustato ekspertai, kurie nagrinėja akivaizdžius skirtumus, tokius kaip kailis, žvynai ar plunksnos. Metodas buvo geriau klasifikuojamas stuburinius nei bestuburius. Evoliucinė klasifikacija organizmus suskirsto į mažėjančio dydžio grupes po tris domenus, kurie dar skirstomi į karalystę, prieglobstį / skyrių, klasę, tvarką, šeimą, gentį ir rūšis.

Kladistiniai metodai nėra susieti su Linnean klasifikavimo sistema, ir jie giliau tikrina ryšį.

Tradicinė sisteminė sistema organizuoja organizmus ant evoliucijos medžio pagal tai, kada ir kaip rūšis pasikeitė prisitaikant prie naujo gyvenimo būdo ar buveinės. Medis rodo evoliucijos kryptis laiku. Subjektyvus tradicinių metodų bruožų ir charakteristikų vertinimas gali pakenkti rezultatams ir apsunkinti tyrimą arba jo neįmanoma pakartoti.

Dabartiniuose klasifikavimo metoduose gamtos mokslams pirmenybė teikiama kladistiniams ir filogenetiniams klasifikavimo metodams, o ne tradiciniams. Naujesnis požiūris yra labiau mokslinis, pagrįstas įrodymais ir nepaneigiamas. Pavyzdžiui, DNR ir RNR sekos yra naudojamos organizmams tirti molekuliniu lygiu, kad būtų galima niuansuoti kladogramoje.

Organizmai yra išdėstyti pagal jų bendros išvestinės charakteristikos.

Kladistika biologijos srityje leidžia mokslininkams nustatyti modelius, suformuoti hipotezę, patikrinti hipotezes ir prognozuoti.

„Taigi kladistika yra apie atradimą“, kaip apibūdino šiuolaikiniai kladistai Davidas M. Williamsas ir Malte C. Ebachas, 2018 m. Williamsas ir Ebachas kladistiką įsivaizduoja kaip natūralios klasifikacijos procesą, kuriam nereikia pagrindo evoliucijos teorijoje.

Technologijos prideda kladistikos metodų tikslumą ir rafinuotumą. Visų pirma, genų DNR sekos rodo didelį pasitikėjimą giminystės laipsniu ir bendrais protėviais. DNR skirtumai gali padėti suprasti, kaip seniai rūšys turėjo bendrą protėvį.

Nauji atradimai gali patvirtinti arba ištaisyti ankstesnes prielaidas apie organizmų vystymąsi ir padėti klasifikuoti naujas rūšis, kai jos atrandamos.