biologi for Majors i

Læs og analyser et fylogenetisk træ, der dokumenterer evolutionære forhold

i videnskabelige termer kaldes den evolutionære historie og forhold mellem en organisme eller gruppe af organismer fylogeni. Fylogeni beskriver forholdet mellem en organisme, såsom fra hvilke organismer det menes at have udviklet sig, til hvilke arter det er mest nært beslægtet, og så videre. Fylogenetiske forhold giver information om delt aner, men ikke nødvendigvis om, hvordan organismer er ens eller forskellige.,

den Videnskabelige Klassifikation

Figur 1. Kun få af de mere end en million kendte insektarter er repræsenteret i denne billesamling., Biller er en vigtig undergruppe af insekter. De udgør omkring 40 procent af alle insektarter og omkring 25 procent af alle kendte arter af organismer.

hvorfor klassificerer biologer organismer? Hovedårsagen er at give mening om den utrolige mangfoldighed af liv på jorden. Forskere har identificeret millioner af forskellige arter af organismer. Blandt dyr er den mest forskelligartede gruppe af organismer insekterne. Mere end en million forskellige arter af insekter er allerede blevet beskrevet. Anslået ni Millioner insektarter er endnu ikke identificeret., En lille brøkdel af insektarter er vist i billesamlingen i Figur 1.

så forskellige som insekter er, kan der være endnu flere arter af bakterier, en anden stor gruppe af organismer. Det er klart, at der er behov for at organisere den enorme mangfoldighed i livet. Klassificering giver forskere mulighed for at organisere og bedre forstå de grundlæggende ligheder og forskelle mellem organismer. Denne viden er nødvendig for at forstå den nuværende mangfoldighed og den tidligere evolutionære historie om livet på jorden.,

fylogenetiske træer

forskere bruger et værktøj kaldet et fylogenetisk træ til at vise de evolutionære veje og forbindelser mellem organismer. Et fylogenetisk træ er et diagram, der bruges til at afspejle evolutionære forhold mellem organismer eller grupper af organismer. Forskere betragter fylogenetiske træer som en hypotese om den evolutionære fortid, da man ikke kan gå tilbage for at bekræfte de foreslåede forhold. Med andre ord kan et” Livets Træ ” konstrueres for at illustrere, hvornår forskellige organismer udviklede sig og for at vise forholdet mellem forskellige organismer (figur 2).,

hver gruppe af organismer gennemgik sin egen evolutionære rejse, kaldet dens fylogeni. Hver organisme deler slægtskab med andre, og baseret på morfologiske og genetiske beviser, forskere forsøger at kortlægge de evolutionære veje for alt liv på jorden. Mange forskere bygger fylogenetiske træer for at illustrere evolutionære forhold.

struktur af fylogenetiske træer

et fylogenetisk træ kan læses som et kort over evolutionær historie. Mange fylogenetiske træer har en enkelt afstamning ved basen, der repræsenterer en fælles forfader., Forskere kalder sådanne træer rodfæstet, hvilket betyder, at der er en enkelt forfædres afstamning (typisk trukket fra bunden eller venstre), som alle organismer repræsenteret i diagrammet vedrører. Bemærk i det rodfæstede fylogenetiske træ, at de tre domæner—bakterier, arkæa og Eukarya—afviger fra et enkelt punkt og forgrener sig. Den lille gren, som planter og dyr (inklusive mennesker) besætter i dette diagram, viser, hvor nylige og minimale disse grupper sammenlignes med andre organismer. Unrooted træer viser ikke en fælles forfader, men viser forhold mellem arter.,

Figur 2. Begge disse fylogenetiske træer viser forholdet mellem livets tre domæner-bakterier, Archaea og Eukarya-men det (a) rodfæstede træ forsøger at identificere, hvornår forskellige arter afveg fra en fælles stamfar, mens (b) ikke-rodfæstet træ ikke gør det. (kredit a: ændring af arbejdet af Eric Gaba)

i et rodfæstet træ indikerer forgreningen evolutionære forhold (figur 3). Det punkt, hvor en splittelse opstår, kaldet et grenpunkt, repræsenterer, hvor en enkelt afstamning udviklede sig til en særskilt ny., En afstamning, der udviklede sig tidligt fra roden og forbliver uforgrenet kaldes basal ta .on. Når to slægter stammer fra det samme grenpunkt, kaldes de søster ta .a. En gren med mere end to slægter kaldes en polytomi og tjener til at illustrere, hvor forskere ikke definitivt har bestemt alle forhold. Det er vigtigt at bemærke, at selvom søster ta .a og polytomi deler en forfader, det betyder ikke, at grupperne af organismer splittede eller udviklede sig fra hinanden., Organismer i to ta .aer kan have delt fra hinanden på et specifikt grenpunkt, men ingen af Ta .aerne gav anledning til den anden.

Figur 3. Roden af et fylogenetisk træ indikerer, at en forfædres afstamning gav anledning til alle organismer på træet. Et grenpunkt angiver, hvor to linjer divergerede. En slægt, der udviklede sig tidligt og forbliver uforgrenet, er et basal ta .on. Når to slægter stammer fra det samme grenpunkt, er de søster ta .a. En gren med mere end to linjer er en polytomi.,

diagrammerne ovenfor kan tjene som en vej til forståelse af evolutionær historie. Stien kan spores fra livets oprindelse til enhver individuel art ved at navigere gennem de evolutionære grene mellem de to punkter. Ved at starte med en enkelt art og spore tilbage mod træets “bagagerum” kan man også opdage, at arternes forfædre, såvel som hvor slægter deler en fælles aner. Derudover kan træet bruges til at studere hele grupper af organismer.,

et andet punkt at nævne om fylogenetisk træstruktur er, at rotation ved grenpunkter ikke ændrer Informationen. For eksempel, hvis et filialpunkt blev roteret og ta .on-ordren ændret, dette ville ikke ændre oplysningerne, fordi udviklingen af hvert ta .on fra filialpunktet var uafhængig af det andet.

mange discipliner inden for studiet af biologi bidrager til at forstå, hvordan fortid og nutid har udviklet sig over tid; disse discipliner bidrager sammen til at opbygge, opdatere og opretholde “livets træ.,”Information bruges til at organisere og klassificere organismer baseret på evolutionære relationer på et videnskabeligt område kaldet systematik. Data kan indsamles fra fossiler, fra at studere strukturen af kropsdele eller molekyler, der anvendes af en organisme, og ved DNA-analyse. Ved at kombinere data fra mange kilder kan forskere sammensætte en organismes fylogeni; da fylogenetiske træer er hypoteser, vil de fortsætte med at ændre sig, når nye typer liv opdages og nye oplysninger læres.,

Begrænsninger af Fylogenetiske Træer

Det kan være let at antage, at mere nært beslægtede organismer, der ser mere ens, og selv om dette er ofte tilfældet, er det ikke altid sandt. Hvis to nært beslægtede slægter udviklede sig under betydeligt varierede omgivelser eller efter udviklingen af en større ny tilpasning, er det muligt for de to grupper at fremstå mere forskellige end andre grupper, der ikke er så nært beslægtede., For eksempel, det fylogenetiske træ i figur 4 viser, at firben og kaniner begge har fostervand, mens frøer ikke gør det; alligevel ser firben og frøer mere ens ud end firben og kaniner.

Figur 4. Dette stigelignende fylogenetiske træ af hvirveldyr er forankret af en organisme, der manglede en rygsøjle. På hvert grenpunkt placeres organismer med forskellige karakterer i forskellige grupper baseret på de egenskaber, de deler.,

et andet aspekt af fylogenetiske træer er, at medmindre andet er angivet, tegner grenene sig ikke for lang tid, kun den evolutionære orden. Med andre ord betyder længden af en gren ikke typisk mere tid, der er gået, og en kort gren betyder heller ikke mindre tid, der er gået— medmindre det er angivet på diagrammet. For eksempel i figur 4 angiver træet ikke, hvor meget tid der er gået mellem udviklingen af fostervand og hår. Hvad træet viser, er den rækkefølge, hvor tingene fandt sted., Igen ved hjælp af figur 4 viser træet, at det ældste træk er rygsøjlen, efterfulgt af hængslede kæber og så videre. Husk, at ethvert fylogenetisk træ er en del af den større helhed, og som et rigtigt træ vokser det ikke kun i en retning, efter at en ny gren udvikler sig.

så for organismerne i figur 4, bare fordi en rygsøjle udviklede sig, betyder det ikke, at hvirvelløse evolution ophørte, det betyder kun, at en ny gren dannede sig., Også grupper, der ikke er nært beslægtede, men udvikler sig under lignende forhold, kan forekomme mere fænotypisk ligner hinanden end en nær slægtning.

det taksonomiske klassifikationssystem

taksonomi (som bogstaveligt betyder “arrangementslov”) er videnskaben om at klassificere organismer til at konstruere internationalt delte klassificeringssystemer med hver organisme placeret i mere og mere inkluderende grupperinger. Tænk på, hvordan en købmand er organiseret. Et stort rum er opdelt i afdelinger, såsom produkter, mejeri og kød., Derefter opdeles hver afdeling yderligere i gangene, derefter hver gang i kategorier og mærker, og derefter endelig et enkelt produkt. Denne organisation fra større til mindre, mere specifikke kategorier kaldes et hierarkisk system.

det taksonomiske klassifikationssystem (også kaldet Linnaean-systemet efter dets opfinder, Carl Linnaeus, en svensk botaniker, .oolog og læge) bruger en hierarkisk model. Flytning fra oprindelsesstedet bliver grupperne mere specifikke, indtil en gren slutter som en enkelt art., For eksempel, efter den fælles begyndelse af alt liv, opdeler forskere organismer i tre store kategorier kaldet et domæne: bakterier, Archaea og Eukarya. Inden for hvert domæne er en anden kategori kaldet et kongerige. Efter kongeriger er de efterfølgende kategorier af stigende specificitet: phylum, klasse, orden, familie, slægt og Art (figur 5).

Figur 5. Det taksonomiske klassifikationssystem bruger en hierarkisk model til at organisere levende organismer i stadig mere specifikke kategorier., Den almindelige hund, Canis lupus familiaris, er en underart af Canis lupus, som også inkluderer ulven og Dingo. (kredit “hund”: ændring af arbejde af Janneke Vreugdenhil)

Kongeriget Animalia stammer fra Eukarya-domænet. For den almindelige hund vil klassificeringsniveauerne være som vist i figur 5. Derfor har det fulde navn på en organisme teknisk set otte termer. For hunden er det: Eukarya, Animalia, Chordata, Pattedyr, Carnivora, Canidae, Canis og lupus. Bemærk, at hvert navn er aktiveret bortset fra arter, og slægten og artsnavne er kursiv., Forskere henviser generelt kun til en organisme efter dens slægt og art, som er dens toords videnskabelige navn, i det, der kaldes binomial nomenklatur. Derfor er hundens videnskabelige navn Canis lupus. Navnet på hvert niveau kaldes også et ta .on. Med andre ord er hunde i orden Carnivora. Carnivora er navnet på Ta .on på ordreniveau; Canidae er Ta .on på familieniveau, og så videre. Organismer har også et fælles navn, som folk typisk bruger, i dette tilfælde, hund. Bemærk, at hunden desuden er en underart:” familiaris ” i Canis lupus familiaris., Underarter er medlemmer af samme art, der er i stand til at parre og reproducere levedygtige afkom, men de betragtes som separate underarter på grund af geografisk eller adfærdsmæssig isolering eller andre faktorer.figur 6 viser, hvordan niveauerne bevæger sig mod specificitet med andre organismer. Bemærk, hvordan hunden deler et domæne med den bredeste mangfoldighed af organismer, herunder planter og sommerfugle. På hvert underniveau bliver organismerne mere ens, fordi de er tættere beslægtede., Historisk klassificerede forskere organismer ved hjælp af egenskaber, men efterhånden som DNA-teknologien udviklede sig, er mere præcise fylogenier blevet bestemt.

Praksis Spørgsmål

Figur 6. På hvert underniveau i det taksonomiske klassifikationssystem bliver organismer mere ens. Hunde og ulve er de samme arter, fordi de kan avle og producere levedygtige afkom, men de er forskellige nok til at blive klassificeret som forskellige underarter., (kredit “anlæg”: ændring af arbejde “berduchwal”/Flickr; kredit “insekt”: ændring af arbejde af Jon Sullivan; kredit “fisk”: ændring af arbejde af Christian Mehlführer; kredit “kanin”: ændring af det arbejde, som Aidan Wojtas; kredit, “cat”: ændring af det arbejde, som Jonathan Lidbeck; kredit, “fox”: ændring af arbejde af Kevin Bacher, NPS; kredit “sjakal”: ændring af arbejde af Thomas A., Hermann, NBII, USGS; kredit “wolf”: ændring af arbejde af Robert Dewar; kredit, “hund”: ændring af arbejde “digital_image_fan”/Flickr)

På hvilke niveauer er katte og hunde, der anses for at være en del af den samme gruppe?

Vis Svar

Katte og hunde er en del af den samme gruppe på fem niveauer: både i det domæne Eukarya, kongeriget Animalia, den række Chordata, the class Mammalia, og for Carnivora.,