Кладистика: определение, метод и примеры

Миллионы лет назад одна ячейка начала эволюция это дало начало древу жизни и трем его основным областям: архей, бактерий и эукариот.

Каждая ветка является примером клады. Клад представляет собой группу, которая включает общего предка и все потомки. Кладистика это современная форма таксономия который помещает организмы на разветвленную диаграмму, называемую кладограмма (как семейное древо) на основе таких черт, как сходство ДНК и филогения.

В области биологии кладистика - это система таксономия который включает в себя классификацию и размещение организмов на филогенетическое дерево жизни. До анализа ДНК классификация в значительной степени основывалась на наблюдениях за сходными и разными чертами и поведением.

Западные общества использовали классификацию со времен Аристотеля в Древней Греции, когда живые организмы были просто разделены на категории растений и животных для целей исследования.

В 1700-х годах Карл (Карл) Линней разработал таксономию систематической биологии, основанную на классификации организмов по внешнему виду и общим чертам. Он разработал схему помещения организма в

Чарльз Дарвин а также Альфред Рассел Уоллес предложил идею естественного отбора, а Дарвин формализовал теорию эволюции в середине 1800-х годов. Дарвина О происхождении видов потрясли научное сообщество, предположив, что все организмы произошли от общего предка и могут быть классифицированы в соответствии с их эволюционными отношениями.

Орнитолог Эрнст Майр был выдающимся биологом-эволюционистом 20-го века, который всесторонне изучал систематику птиц, путешествуя и работая куратором в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке. Его новаторская книга Систематика и происхождение видов был опубликован в 1942 году издательством Колумбийского университета.

Майр известен своими работами по генам, наследственности, изменчивости и видообразованию популяций в изолированных районах, которые могут быть использованы для целей классификации.

Кладистика - это система биологической классификации, основанная на анализе признаков, генетического состава или физиологии, которые были общими с общим предком до тех пор, пока не произошло какое-то расхождение, порождающее новые разновидность. Немецкий систематик Вилли Хенниг начат кладистическая классификация в 1950 году, когда он написал свою книгу о филогенетическая систематика.

Позднее книга была переведена на английский и широко читалась в Америке после того, как в 1966 году была опубликована издательством University of Illinois Press.

Теория филогенетической систематики Хеннига бросила вызов современным подходам к таксономия представленный Дарвином и Уоллесом.

Он утверждал, что виды должны быть идентифицированы и классифицированы на основе генетики и родственных связей, особенно монофилетических групп. Хенниг отточил недавнее происхождение и идентификацию эволюционировавших, измененных черт организмов, которые разделяли прямое происхождение - даже если производные характеристики не были похожи на общие предок.

Филогенетика изучение известных или предполагаемых эволюционных отношений, основанных на филогения (родословная) сгруппированных организмов. Филогенетическое древо жизни показывает, как таксоны (группы организмов) эволюционировали в определенном порядке по мере того, как жизнь диверсифицировалась и разветвлялась от общего предка.

Процесс эволюционного видообразования выглядит как ветви на генеалогическом древе. Поскольку нет надежного способа узнать, что произошло так давно, науки должны делать выводы о том, как развивалась жизнь, на основе летописи окаменелостей, сравнительная анатомия, физиология, поведение, эмбриология и молекулярные данные. Эволюционная биология - это динамичная область, в которой постоянно делаются новые открытия.

Эволюционные биологи делают вывод гипотетические эволюционные отношения между таксонами на основе детального сравнения сходных и различных характеристик.

Изучение эволюционного происхождения помогает точно определить, когда определенные черты возникли и были переданы последующим поколениям. Кладистический анализ, как и филогенетическая систематика, исследует эволюционные модели происхождения, которые помогают вместе эволюционная история видов, а также объяснение разнообразия жизни и видов вымирания.

Кладистика работает на центральной предпосылке, что жизнь на Земле возникла только однажды, а это означает, что всю жизнь можно проследить до этого первого предкового организма. Следующее предположение состоит в том, что существующие виды разделены на две группы, разграниченные узлом на ветке дерева. Наконец, организмы предположительно изменяются, адаптируются и развиваются.

В точка расхождения представляет собой начало двух новых ветвящихся линий, образующих два новых вида.

Кладограммы используются для значимых сравнений между группами.

В биологии кладограмма - это Визуальное представление связанных характеристик у различных организмов. Обычно группировка выполняется по определенным интересующим характеристикам. Однако разные точки данных можно объединить для создания более точного эволюционного дерева, объясняющего сложные взаимосвязи.

Можно провести различие между кладограммой и филогенетическим деревом, но иногда эти термины также используются взаимозаменяемо. Кладограммы фокусируются на характеристиках на макро- и молекулярном уровне, которые указывают на родство. Кладограмма предполагает вероятные эволюционные отношения между группами организмов или таксонов, которые могут быть небольшими или большими по численности:

• Монофилетический таксон. Клады организмов, включающие их самый последний общий предок а также все живые и вымершие потомки. Например, есть три вида млекопитающих: монотремы, сумчатые а также евтерийцы. Млекопитающие имеют много общих характеристик, но различаются по способу размножения.
  

• Парафилетический таксон. Группа организмов, которые включает наиболее общего предка всех членов, кроме не учитывает некоторых потомков которые восходят к тому же общему предку. Мохообразные парафилетичны, потому что в группу входят роголистник, печеночники а также мхи но исключает сосудистые растения.

• Полифилетический таксон. Группа организмов, у которых нет ничего общего, кроме некоторые похожие черты. Когда-то толстокожие, такие как слоны и бегемоты, были объединены из-за их типа кожи, хотя на самом деле они принадлежали к разным семействам млекопитающих.
  

Многоклеточный эукариоты дали начало множеству все более сложных организмов.

Например, у рыб и людей есть общий предок миллионы лет назад. Эти сложные отношения можно изобразить на простой кладограмме, иллюстрирующей кладистические отношения. Начните с изображения эукариота-предка у основания дерева.

По мере развития общего предка один узел на дереве разветвлялся на водных позвоночных, таких как рыба без челюсти. В следующем узле ветвь разошлась на четвероногих четвероногих.

Следующий узел показывает расхождение, когда у животных развились амниотические яйца, за которым следует расщепление, когда у животных появился мех или шерсть. Гораздо позже люди и приматы разошлись и пошли разными путями.

Кладистская классификация рассматривает определенные характеристики организмов, которые непосредственно связаны с состояниями предков в эволюционной биологии. Хенниг разработал множество научных терминов для описания своего подхода к категоризации, которые сыграли важную роль в его идеях и теориях. Эти термины описывают группы организмов по отношению к определенному узлу на филогенетическом дереве или кладограмме:

• Плезиоморфия. Это наследственная черта, которая передается и сохраняется от видов-предков к видам-потомкам в процессе эволюции между одним или несколькими таксонами.

• Апоморфия. Это производная черта, описывающая конкретную кладу.

• Аутапоморфия. Это производная черта, обнаруженная только в одной из сравниваемых групп.

• Синапоморфия. Это производная черта, присущая двум или более группам организмов, произошедшим от общего предка.
  

Состояния персонажей - это черты, полученные в процессе естественного отбора, адаптации и унаследованной изменчивости, которые приводят к биоразнообразию в жизни. Таким образом, только синапоморфии важны при выявлении эволюционных отношений. Множественные синапоморфии у организмов с общим предком монофилетический:

• Аутапоморфии - это признаки, обнаруженные только у одного вида или группы, которые происходят от общего предка, например, у таксонов змей, у которых нет функциональных ног, в то время как у следующих ближайших таксонов есть две или более ног.

• Синапоморфии относятся к признаку, наблюдаемому во всей кладе, например, противоборствующие пальцы у людей и приматов.
  

• Гомоплазия это черта, общая для нескольких групп, видов и таксонов, которая не происходит от общего предка. Птицы и млекопитающие являются теплокровными, но не имеют прямого общего предка, обладающего этой чертой, что является примером конвергентной эволюции.
  

Ученые, называемые кладистами, объединяют таксоны в филогенетическое древо, которое может выявить новые эволюционные отношения. Группы производятся на основе физических, молекулярных, генетических и поведенческих характеристик.

Диаграмма, называемая кладограммой, показывает родство всякий раз, когда виды отделяются от общего предка на разных этапах эволюционной истории.

Кладограммы - это диаграммы ветвления кладистические данные которые упорядочивают определенные характеристики с использованием, например, сравнительных наборов физических данных или молекулярных данных. Сегодня исследователи часто используют компьютерные программы для объединения наборов данных для создания более точных кладограмм, демонстрирующих взаимосвязанные и всеобъемлющие отношения между организмами.

Базовая методика не сложна, но каждый шаг нужно делать скрупулезно:

1. Выберите таксоны для изучения, например, несколько видов птиц.
   
2. Выберите и нанесите на карту характеристики, которые вы хотите изучать.
   
3. Выясните, являются ли сходства гомологичными или результатом конвергентной эволюции.
   
4. Проанализируйте, являются ли общие характеристики производными от общего предка или получены позже.
   
5. Сгруппируйте синапоморфии (общие производные гомологичные признаки).
   
6. Постройте кладограмму, расположив группы организмов на древовидной диаграмме.
   
7. Используйте узлы на ветвях, чтобы обозначить точки, где разошлись два вида.
   
8. Размещайте таксоны на концах ветвей, а не в узлах.
   

Истоки традиционные эволюционные методы классификации восходят к глубокой древности. Предполагалось, что все живые организмы являются растениями или животными. Классические методы не делали различий между тем, унаследованы ли наблюдаемые признаки от далекого предка или от более недавнего.

Цель состояла в том, чтобы составить карту того, как жизнь на Земле могла развиться из моря.

Характеристики, используемые для классификации, определяются экспертами, которые рассматривают очевидные различия, такие как мех, чешуя или перья. Этот подход работал лучше для классификации позвоночных, чем беспозвоночных. Эволюционная классификация помещает организмы в группы уменьшающегося размера в трех областях, которые далее делятся на царство, тип / подразделение, класс, порядок, семейство, род и виды.

Кладистские методы не привязаны к системе классификации Линнея и глубже исследуют взаимосвязь.

Традиционная систематика выстраивает организмы на эволюционном древе в зависимости от того, когда и как вид изменился, например, в результате адаптации к новому образу жизни или среде обитания. Дерево показывает направление эволюции во время. Субъективные оценки черт и характеристик в традиционных методах могут потенциально исказить результаты и сделать исследование трудным или невозможным для воспроизведения.

Кладистические и филогенетические методы классификации в настоящее время предпочтительнее традиционных методов классификации в естественных науках. Новый подход более научен, основан на фактах и ​​неопровержим. Например, секвенирование ДНК и РНК используется для изучения организмов на молекулярном уровне для детального размещения на кладограмме.

Организмы расположены в соответствии с их общие производные характеристики.

Кладистика в области биологии позволяет ученым выявлять закономерности, формировать гипотезы, проверять гипотезы и делать прогнозы.

«Таким образом, кладистика - это открытие», как описывают современные кладисты Дэвид М. Уильямс и Мальте К. Эбах, в 2018 году. Уильямс и Эбах рассматривают кладистику как процесс естественной классификации, не требующий обоснования эволюционной теории.

Технологии добавляют уровень точности и изощренности методам кладистики. В частности, секвенирование генов с высокой степенью достоверности указывает на степень родства и общего происхождения. Различия в ДНК могут дать представление о том, как давно у видов был общий предок.

Новые результаты могут либо подтвердить, либо исправить предыдущие предположения о том, как развивались организмы, и помочь классифицировать новые виды по мере их открытия.