Кладистика: Дефиниција, метода и примери

Пре милионима година, једна ћелија је покренула еволуција која је изнедрила дрво живота и његова три главна подручја: Археје, Бактерије и Еукариоту.

Свака грана је пример а клада. Клада представља групу која укључује заједничког претка и све потомци. Кладистика је модеран облик таксономија који поставља организме на разгранати дијаграм назван а кладограм (попут породичног стабла) на основу особина као што су сличности ДНК и филогенија.

На пољу биологије кладистика је а систем таксономија то укључује класификацију и распоређивање организама на а филогенетско стабло живота. Пре ДНК анализе, класификација се у великој мери ослањала на запажања сличних и различитих особина и понашања.

Западна друштва користе класификацију још од доба Аристотела у древној Грчкој када су живи организми једноставно били подељени у категорије биљака и животиња за потребе проучавања.

У 1700-им, Карол (Карл) Линнеј развио таксономију систематске биологије засноване на класификацији организама према спољашњем изгледу и заједничким особинама. Развио је шему за смештање организма у

Чарлс Дарвин и Алфред Руссел Валлаце предложио идеју природне селекције, а Дарвин је теорију еволуције формализовао средином 1800-их. Дарвинов О пореклу врста потресао научну заједницу сугеришући да сви организми потичу од заједничког претка и могу се класификовати према њиховим еволуционим везама.

Орнитолог Ернст Маир био је истакнути еволуциони биолог 20. века који је опсежно проучавао таксономију птица док је путовао и радио као кустос у Америчком музеју природне историје у Њујорку. Његова револуционарна књига Систематика и порекло врста објављен је 1942. у издању Цолумбиа Университи Пресс.

Маир је познат по свом раду на генима, наследности, варијацијама и специјацији популација у изолованим областима, што се може користити за сврхе класификације.

Кладистика је биолошки систем класификације заснован на анализи особина, генетском саставу или физиологије које су се делиле са заједничким претком док се није догодила нека врста дивергенције, стварајући нове врста. Немачки таксономист Вилли Хенниг јумпстартед кладистичка класификација 1950. када је написао своју књигу о филогенетска систематика.

Књига је касније преведена на енглески језик и широко читана у Америци након што ју је 1966 објавио Университи оф Иллиноис Пресс.

Хеннигова теорија филогенетске систематике довела је у питање савремене приступе таксономија увели Дарвин и Валлаце.

Тврдио је да би врсте требало идентификовати и класификовати на основу генетике и односа клада, посебно монофилетских група. Хенниг је усавршио недавна предака и идентификацију еволуираних, модификованих особина организама који делили су директну лозу - чак и ако изведене карактеристике нису ништа слично уобичајеним предак.

Филогенетика је проучавање познатих или претпостављених еволуционих односа заснованих на филогенија (лоза) груписаних организама. Филогенетско стабло живота илуструје како су се таксони (групе организама) развијали у одређеном редоследу како се живот диверзификовао и разгранао од заједничког претка.

Процес еволуционе специјације личи на гране на породичном стаблу. Будући да не постоји сигуран начин да се сазна шта се догодило толико давно, науке морају извући закључке о томе како се живот развијао на основу тога фосилни записи, упоредна анатомија, физиологија, понашање, ембриологија и молекуларни подаци. Еволуциона биологија је динамично поље у којем се непрестано откривају нова открића.

Еволуциони биолози закључују хипотетички еволутивни односи између таксона на основу детаљног поређења сличних и различитих карактеристика.

Проучавање еволутивног порекла помаже да се прецизно утврди када су неке особине настале и пренете на следеће генерације. Кладистичка анализа, попут филогенетске систематике, испитује еволуционе обрасце силаска који помажу заједно еволуциону историју врста, истовремено објашњавајући разноликост живота и врста изумирања.

Кладистика делује на централној премиси да је живот на Земљи настао само једном, што значи да се сав живот може пратити до тог првог организма предака. Следећа претпоставка је да су се постојеће врсте поделиле у две групе које су размеђене чвором на грани дрвета. И на крају, организми се вероватно мењају, прилагођавају и еволуирају.

Тхе тачка разилажења представља почетак две нове лозе које се гранају и формирају две нове врсте.

Кладограми се користе за смислено поређење између група.

У биологији је кладограм а визуелни приказ сродних карактеристика у различитим организмима. Обично се груписање врши према одређеним особинама од интереса. Међутим, различите тачке података могу се комбиновати како би се створило тачније еволуционо стабло које објашњава сложене односе.

Може се направити разлика између кладограма и филогенетског стабла, али термини се понекад користе и наизменично. Кладограми се фокусирају на карактеристике на макро и молекуларном нивоу које указују на сродност. Кладограм сугерише вероватно еволутивни однос између група организма или својти који могу бити мали или велики:

• Монофилетски таксон. Клада организама која укључује њихов најновији заједнички предак и све живи и изумрли потомци. На пример, постоје три одељења сисара: монотремес, торбари и еутери. Сисари деле многе карактеристике, али се разликују у начину на који се размножавају.
  

• Парафилетски таксон. Група организама који укључује најчешћег претка свих чланова али изоставља неке од потомака тај траг до тог истог заједничког претка. Бриопхита су парафилетични јер група укључује хорнвортс, јетрењаче и маховине али искључује васкуларне биљке.

• Полифилни таксон. Група организама који немају много заједничког осим неке сличне особине. Некада су пахидерме попут слонова и нилских коња биле састављене заједно због свог типа коже, иако заправо припадају различитим породицама сисара.
  

Вишећелијски еукариоти изнедрило обиље све сложенијих организама.

На пример, рибе и људи воде се до заједничког претка пре милионима година. Тај компликовани однос може се приказати на једноставном кладограму који илуструје кладистичке односе. Почните тако што ћете замислити еукариота предака у основи дрвета.

Како је заједнички предак еволуирао, један чвор на дрвету се разгранао у водене кичмењаке попут риба без чељусти. На следећем чвору, грана се разишла у четвороножне тетраподе.

Следећи чвор показује разилажење када су животиње развиле амнионска јаја, након чега следи подела када се код животиња развије крзно или длака. Много касније, људи и примати су се разишли и еволуирали одвојеним путевима.

Кладистичка класификација разматра одређене карактеристике организама које директно утичу на стања предака у еволуционој биологији. Хенниг је развио многе научне појмове да опише свој приступ категоризацији, који су били кључни за његове идеје и теорије. Термини описују групе организама у односу на одређени чвор на филогенетском дрвету или кладограму:

• Плезиоморфија. Ово је особина предака која се преноси и задржава са врста предака на потомке током еволуције између једног или више таксона.

• Апоморфија. Ово је изведена особина која описује одређену кладу.

• Аутапоморфија. Ово је изведена особина која се налази само у једној од група које се упоређују.

• Синапоморфија. Ово је изведена особина коју деле две или више група организама пореклом од заједничког претка.
  

Стања карактера су особине проистекле из процеса природне селекције, адаптације и наслеђене варијансе које доводе до биодиверзитета у животу. Као такав, само синапоморфије су релевантни при препознавању еволуционих односа. Вишеструке синапоморфије у организмима са заједничким претком су монофилетички:

• Аутапоморпхиес су особине пронађене само у једној врсти или групи која потиче од заједничког претка, као што је таксон змија који нема функционалне ноге, док следећи најближи таксони имају две или више ногу.

• Синапоморфије односе се на особину виђену у читавом кладу као што су супротстављени палчеви код људи и примата.
  

• Хомоплазија је особина коју дели више група, врста и својти која није изведена од заједничког заједничког претка. Птице и сисари су топлокрвни, али немају директно заједничког претка који је имао ту особину, што је пример конвергентне еволуције.
  

Научници звани кладисти слажу таксоне на филогенетском дрвету које може открити нове еволутивне везе. Груписања се врше на основу физичких, молекуларних, генетичких карактеристика и карактеристика понашања.

Дијаграм који се назива кладограм приказује сродност, кад год су се врсте граниле од заједничког претка у разним тачкама еволуционе историје.

Кладограми су разгранати дијаграми кладистички подаци који уређују одређене карактеристике користећи, на пример, упоредне физичке скупове података или молекуларне податке. Данас истраживачи често користе рачунарске програме за комбиновање скупова података како би створили тачније кладограме који показују кохезивне и свеобухватне везе између организама.

Основна методологија није тешка, али сваки корак мора бити урађен прецизно:

1. Изаберите таксоне за проучавање, попут неколико врста птица.
   
2. Изаберите и зацртајте карактеристике које желите да проучавате.
   
3. Утврдите да ли су сличности хомологне или су производ конвергентне еволуције.
   
4. Анализирајте да ли су заједничке карактеристике изведене од заједничког претка или изведене касније.
   
5. Групирајте синапоморфије (заједничке изведене хомолошке особине).
   
6. Изградите кладограм распоређивањем група организама на дијаграму налик дрвету.
   
7. Користите чворове на гранама да бисте представили тачке на којима су се две врсте разишле.
   
8. Ставите таксоне на крајње тачке грана, а не на чворове.
   

Порекло традиционалне еволуционе методе класификације датира још из антике. Претпостављало се да су сви живи организми биљке или животиње. Класичне методе нису правиле разлику између тога да ли су посматране особине наслеђене од далеког претка или новијег.

Циљ је био осмислити мапу како је живот на Земљи можда еволуирао из мора.

Карактеристике које се користе за класификацију одређују стручњаци који гледају на очигледне разлике као што су крзно, крљушти или перје. Приступ је боље функционисао за класификацију кичмењака него бескичмењака. Еволуциона класификација смешта организме у групе опадајуће величине под три домена који су даље подељени на царство, род / одељење, класу, ред, породицу, род и врсте.

Кладистичке методе нису повезане са Линнеовим класификационим системом и дубље истражују повезаност.

Традиционална систематика распоређује организме на еволуцијском дрвету према томе када и како се нека врста променила као прилагођавање новом начину живота или станишту, на пример. Дрво показује правац еволуције на време. Субјективне процене особина и карактеристика у традиционалним методама могу потенцијално да пристрасне резултате и да отежају или онемогуће копирање студије.

У данашње време предност имају класичне и филогенетске методе класификације у односу на традиционалне методе класификације у природним наукама. Новији приступ је научнији, заснован на доказима и необорив. На пример, секвенцирање ДНК и РНК користи се за проучавање организама на молекуларном нивоу за нијансирано постављање на кладограм.

Организми су поређани према њиховим заједничке изведене карактеристике.

Кладистика у области биологије омогућава научницима да идентификују обрасце, формирају хипотезу, тестирају хипотезе и дају предвиђања.

„Кладистика је, дакле, откриће“, како су описали савремени кладисти, Давид М. Виллиамс и Малте Ц. Ебацх, 2018. године. Виллиамс и Ебацх кладистику замишљају као процес природне класификације који не захтева утемељење у еволуционој теорији.

Технологија кладистичким методама додаје ниво прецизности и софистицираности. Конкретно, ДНК секвенцирање гена указује на степен сродства и заједничко порекло са високим степеном поузданости. Разлике у ДНК могу пружити увид у то колико су давно врсте имале заједничког претка.

Нова открића могу или поткрепити или исправити претходне претпоставке о томе како су се организми развили и помоћи у класификацији нових врста како су откривене.