Кладистика: визначення, метод та приклади

Мільйони років тому в одній камері розпочалася еволюція що дало початок дереву життя та його трьом основним сферам: археям, бактеріям та еукаріоті.

Кожна гілка є прикладом a клада. Клада представляє групу, що включає спільного предка і всі нащадки. Кладистика є сучасною формою таксономія що розміщує організми на розгалуженій діаграмі, яка називається а кладограма (як генеалогічне дерево) на основі таких рис, як схожість ДНК та філогенез.

У галузі біології кладистика - це система таксономія що включає класифікацію та розміщення організмів на a філогенетичне дерево життя. До аналізу ДНК класифікація значною мірою спиралася на спостереження за подібними та різними рисами та поведінкою.

Західні суспільства застосовують класифікацію ще за часів Аристотеля в Давній Греції, коли живі організми просто розділялися на категорії рослин і тварин для цілей дослідження.

У 1700-х рр. Каролус (Карл) Лінней розробив систематику систематичної біології, засновану на класифікації організмів за зовнішнім виглядом та загальними ознаками. Він розробив схему розміщення організму в

Чарльз Дарвін і Альфред Рассел Воллес запропонував ідею природного відбору, а Дарвін формалізував теорію еволюції в середині 1800-х років. Дарвіна Про походження видів потрясло наукове співтовариство, припустивши, що всі організми походять від спільного предка і можуть бути класифіковані відповідно до їх еволюційних зв'язків.

Орнітолог Ернст Майр був видатним еволюційним біологом 20 століття, який широко вивчав таксономію птахів під час подорожей і працюючи куратором в Американському музеї природної історії в Нью-Йорку. Його новаторська книга Систематика та походження видів була опублікована в 1942 р. виданням Колумбійського університету.

Мейр відомий своєю роботою щодо генів, спадковості, варіації та видоутворення популяцій в ізольованих районах, які можна використовувати для класифікації.

Кладистика - це біологічна система класифікації, заснована на аналізі ознак, генетичного складу або фізіології, які були спільними із загальним предком до тих пір, поки не сталося якесь розбіжність, що дало нові видів. Німецький таксономіст Віллі Хенніг стрибком Класистична класифікація в 1950 році, коли він написав свою книгу про філогенетична систематика.

Пізніше книга була перекладена англійською мовою та широко прочитана в Америці після публікації Університетом Іллінойсу Прес у 1966 році.

Теорія філогенетичної систематики Хенніга поставила під сумнів сучасні підходи до таксономія представлений Дарвіном та Уоллесом.

Він стверджував, що види слід ідентифікувати та класифікувати на основі генетики та кладових стосунків, особливо монофілетичних груп. Хенніг відточував недавнє походження та виявляв еволюціоновані, модифіковані риси організмів поділяли прямі лінії - навіть якщо похідні характеристики не були нічим подібним до загальних предок.

Філогенетика - це вивчення відомих або висунутих гіпотез еволюційних відносин на основі філогенез (родовід) згрупованих організмів. Філогенетичне дерево життя ілюструє, як таксони (групи організмів) еволюціонували в певному порядку, коли життя було різноманітним і розгалуженим від загального предка.

Процес еволюційного видоутворення виглядає як гілки на сімейному дереві. Оскільки немає надійного способу дізнатися, що сталося так давно, науки повинні робити висновки про те, як розвивалося життя, базуючись на тому викопні записи, порівняльна анатомія, фізіологія, поведінка, ембріологія і молекулярні дані. Еволюційна біологія - це динамічна сфера, де постійно робляться нові відкриття.

Еволюційні біологи роблять висновок гіпотетичні еволюційні відносини між таксонами на основі детального порівняння подібних та різних характеристик.

Вивчення еволюційного походження допомагає точно визначити, коли певні риси виникли і були передані наступним поколінням. Кладистичний аналіз, як і філогенетична систематика, вивчає еволюційні закономірності спуску, які допомагають разом еволюційна історія видів, одночасно пояснюючи різноманітність життя та видів вимирання.

Кладистика працює на центральній передумові, що життя на Землі зародилося лише один раз, це означає, що все життя можна простежити до того першого родового організму. Наступне припущення полягає в тому, що існуючі види поділилися на дві групи, розмежовані вузлом на гілці дерева. Нарешті, організми, імовірно, змінюються, пристосовуються та еволюціонують.

точка розбіжності являє собою початок двох нових ліній, що розгалужуються і утворюють два нових види.

Кладограми використовуються для змістовного порівняння між групами.

У біології кладограма - це візуальне уявлення пов'язаних характеристик у різних організмів. Зазвичай групування проводиться за певними визначеними ознаками, що цікавлять. Однак різні точки даних можна об'єднати, щоб створити більш точне еволюційне дерево, яке пояснює складні взаємозв'язки.

Можна розрізнити кладограму та філогенетичне дерево, але терміни також іноді використовуються як взаємозамінні. Кладограми зосереджуються на характеристиках на макро- та молекулярному рівні, що вказують на спорідненість. Кладограма передбачає ймовірні еволюційні взаємозв’язки між групами організмів або таксонами, які можуть бути малими чи великими за кількістю:

• Монофілетичний таксон. Клада організмів, що включає їх найсвіжіший спільний предок і всі живих і вимерлих нащадки. Наприклад, є три класу ссавців: монотреми, сумчасті і евтерії. Ссавці мають багато характеристик, але відрізняються способом розмноження.
  

• Парафілетичний таксон. Група організмів, які включає найпоширенішого предка всіх членів, але залишає частину нащадків цей слід повертається до того самого спільного предка. Bryophyta є парафілетичними, оскільки до групи входять рогоподібні, печінкові трави і мохи але виключає судинні рослини.

• Поліфілетичний таксон. Група організмів, які не мають багато спільного, крім деякі подібні риси. Колись такі пахідерми, як слони та бегемоти, були з’єднані між собою через тип шкіри, хоча вони насправді належать до різних сімей ссавців.
  

Багатоклітинні еукаріоти породив велику кількість все більш складних організмів.

Наприклад, мільйони років тому риби та люди сягають загального предка. Ці складні стосунки можна зобразити на простій кладограмі, що ілюструє кладистичні стосунки. Почніть з того, що зобразили еукаріот предків біля основи дерева.

Коли загальний предок еволюціонував, один вузол на дереві розгалужився на водних хребетних, як риби без щелепи. На наступному вузлі гілка розійшлася на чотириногих чотириногих.

Наступний вузол демонструє розбіжності, коли у тварин з’являються навколоплідні яйця, після чого відбувається розкол, коли у тварин з’являється шерсть або шерсть. Значно пізніше люди та примати розійшлися і еволюціонували окремими шляхами.

Класистична класифікація розглядає певні характеристики організмів, які безпосередньо впливають на предкові стани в еволюційній біології. Хенніг розробив багато наукових термінів, щоб описати свій підхід до категоризації, що сприяло його ідеям і теоріям. Терміни описують групи організмів стосовно конкретного вузла на філогенетичному дереві або кладограмі:

• Плезіоморфія. Це ознака предків, яка передається і зберігається від видів предків до нащадків під час еволюції між одним або кількома таксонами.

• Апоморфія. Це похідна риса, що описує конкретну кладу.

• Аутапоморфія. Це похідна ознака, виявлена ​​лише в одній із груп, що порівнюється.

• Синапоморфія. Це похідна ознака, спільна для двох або більше груп організмів, що походять від спільного предка.
  

Стани характеру це риси, отримані в процесі природного відбору, адаптації та успадкованої дисперсії, що призводять до біорізноманіття в житті. Як такий, лише синапоморфії актуальні при розпізнаванні еволюційних взаємозв’язків. Кілька синапоморфій в організмах із спільним предком монофілетичний:

• Аутапоморфії це ознаки, виявлені лише у одного виду або групи, що походить від спільного предка, наприклад, таксі змії, яка не має функціональних ніг, тоді як наступні найближчі таксони мають дві або більше ніг.

• Синапоморфії відносяться до ознак, що спостерігаються у цілої клади, таких як протилежні великі пальці у людей та приматів.
  

• Гомоплазія це ознака, якою поділяються кілька груп, видів та таксонів, яка не походить від спільного спільного предка. Птахи та ссавці теплокровні, але не мають безпосередньо спільного предка, який мав цю рису, що є прикладом конвергентної еволюції.
  

Вчені, яких називають кладистами, влаштовують таксони у філогенетичному дереві, що може виявити нові еволюційні взаємозв'язки. Групування проводяться на основі фізичних, молекулярних, генетичних та поведінкових характеристик.

Діаграма, що називається кладограмою, відображає спорідненість, коли всякий вид відгалужується від спільного предка в різний момент еволюційної історії.

Кладограми - це розгалужені діаграми Росії класистичні дані які упорядковують певні характеристики, використовуючи, наприклад, порівняльні фізичні набори даних або молекулярні дані. Сьогодні дослідники часто використовують комп’ютерні програми для об’єднання наборів даних для створення більш точних кладограм, які показують згуртовані та всебічні взаємозв’язки між організмами.

Базова методологія не є складною, але кожен крок повинен бути виконаний ретельно:

1. Виберіть таксони для дослідження, наприклад, кілька видів птахів.
   
2. Виберіть і складіть схему характеристик, які ви хочете вивчити.
   
3. З’ясуйте, чи є подібність гомологічною чи продуктом конвергентної еволюції.
   
4. Проаналізуйте, отримані спільні характеристики від спільного предка чи пізніше.
   
5. Згрупуйте синапоморфії (спільні похідні гомологічні ознаки).
   
6. Побудуйте кладограму, розташувавши групи організмів на деревоподібній діаграмі.
   
7. Використовуйте вузли на гілках, щоб зобразити точки, де два види розходилися.
   
8. Розміщуйте таксони на кінцевих точках гілок, а не на вузлах.
   

Витоки Росії традиційні еволюційні методи класифікації датуються античністю. Всі живі організми вважалися рослинами чи тваринами. Класичні методи не робили різниці між тим, чи спостерігаються ознаки успадковувались від далекого предка чи від недавнього.

Метою було розробити карту того, як життя на Землі могло еволюціонувати з моря.

Характеристики, що використовуються для класифікації, визначаються експертами, які вивчають очевидні відмінності, такі як хутро, луска або пір’я. Цей підхід працював краще для класифікації хребетних, ніж безхребетних. Еволюційна класифікація розміщує організми у групи зменшуваних розмірів під трьома доменами, які далі поділяються на царство, тип / поділ, клас, порядок, сім’ю, рід та види.

Класистичні методи не пов'язані з системою класифікації Ліннея, і вони глибше досліджують зв'язок.

Традиційна систематика розміщує організми на еволюційному дереві відповідно до того, коли і як змінився вид, як пристосування до нового способу життя або середовища існування, наприклад. Дерево показує напрямок еволюції вчасно. Суб'єктивні оцінки рис та характеристик традиційних методів можуть потенційно упереджувати результати та ускладнювати або неможливо повторити дослідження.

Класистичний та філогенетичний методи класифікації сьогодні є кращими перед традиційними методами класифікації в природничих науках. Новіший підхід є більш науковим, обгрунтованим фактичними даними та незаперечним. Наприклад, секвенування ДНК та РНК використовується для вивчення організмів на молекулярному рівні для нюансного розміщення на кладограмі.

Організми розташовані відповідно до їх спільні похідні характеристики.

Кладистика в галузі біології дозволяє вченим виявляти закономірності, формувати гіпотези, перевіряти гіпотези та робити прогнози.

«Кладистика, отже, полягає у відкритті», як описано сучасними класистами Девідом М. Вільямс і Мальте К. Ебах, у 2018 році. Вільямс та Ебах уявляють кладистику як процес природної класифікації, який не вимагає обґрунтування еволюційної теорії.

Технологія додає рівня точності та вишуканості методам кладистики. Зокрема, секвенування ДНК генів вказує на ступінь спорідненості та спільного походження з високим ступенем впевненості. Відмінності в ДНК можуть дати уявлення про те, як давно види мали спільного предка.

Нові висновки можуть або підтвердити, або виправити попередні припущення про те, як організми еволюціонували, і допоможуть класифікувати нові види у міру їх відкриття.