Biologie für Majors I

Lesen und analysieren Sie einen phylogenetischen Baum, der evolutionäre Beziehungen dokumentiert

In wissenschaftlicher Hinsicht wird die Evolutionsgeschichte und Beziehung eines Organismus oder einer Gruppe von Organismen als Phylogenie bezeichnet. Die Phylogenie beschreibt die Beziehungen eines Organismus, z. B. aus welchen Organismen er sich entwickelt hat, mit welcher Art er am engsten verwandt ist und so weiter. Phylogenetische Beziehungen liefern Informationen über gemeinsame Vorfahren, aber nicht unbedingt darüber, wie Organismen ähnlich oder unterschiedlich sind.,

Wissenschaftliche Klassifizierung

Abbildung 1. Nur wenige der mehr als eine Million bekannten Insektenarten sind in dieser Käfersammlung vertreten., Käfer sind eine wichtige Untergruppe von Insekten. Sie machen etwa 40 Prozent aller Insektenarten und etwa 25 Prozent aller bekannten Organismen aus.

Warum klassifizieren Biologen Organismen? Der Hauptgrund ist, die unglaubliche Vielfalt des Lebens auf der Erde zu verstehen. Wissenschaftler haben Millionen verschiedener Organismenarten identifiziert. Unter den Tieren sind die Insekten die vielfältigste Gruppe von Organismen. Mehr als eine Million verschiedene Insektenarten wurden bereits beschrieben. Schätzungsweise neun Millionen Insektenarten müssen noch identifiziert werden., Ein winziger Bruchteil der Insektenarten ist in der Käfersammlung in Abbildung 1 dargestellt.

So vielfältig Insekten auch sind, es kann noch mehr Bakterienarten geben, eine weitere Hauptgruppe von Organismen. Es ist klar, dass es notwendig ist, die enorme Vielfalt des Lebens zu organisieren. Die Klassifizierung ermöglicht es Wissenschaftlern, die grundlegenden Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Organismen zu organisieren und besser zu verstehen. Dieses Wissen ist notwendig, um die gegenwärtige Vielfalt und die vergangene Evolutionsgeschichte des Lebens auf der Erde zu verstehen.,

Phylogenetische Bäume

Wissenschaftler verwenden ein Tool namens phylogenetischer Baum, um die evolutionären Wege und Verbindungen zwischen Organismen aufzuzeigen. Ein phylogenetischer Baum ist ein Diagramm, das verwendet wird, um evolutionäre Beziehungen zwischen Organismen oder Gruppen von Organismen widerzuspiegeln. Wissenschaftler betrachten phylogenetische Bäume als eine Hypothese der evolutionären Vergangenheit, da man nicht zurückgehen kann, um die vorgeschlagenen Beziehungen zu bestätigen. Mit anderen Worten, ein“ Baum des Lebens “ kann konstruiert werden, um zu veranschaulichen, wann sich verschiedene Organismen entwickelt haben, und um die Beziehungen zwischen verschiedenen Organismen zu zeigen (Abbildung 2).,

Jede Gruppe von Organismen durchlief ihre eigene evolutionäre Reise, die als Phylogenie bezeichnet wird. Jeder Organismus teilt die Verwandtschaft mit anderen, und basierend auf morphologischen und genetischen Beweisen versuchen Wissenschaftler, die evolutionären Wege allen Lebens auf der Erde abzubilden. Viele Wissenschaftler bauen phylogenetische Bäume, um evolutionäre Beziehungen zu veranschaulichen.

Struktur phylogenetischer Bäume

Ein phylogenetischer Baum kann wie eine Karte der Evolutionsgeschichte gelesen werden. Viele phylogenetische Bäume haben eine einzige Linie an der Basis, die einen gemeinsamen Vorfahren darstellt., Wissenschaftler nennen solche Bäume verwurzelt, was bedeutet, dass es eine einzige Ahnenlinie gibt (typischerweise von unten oder links gezeichnet), auf die sich alle im Diagramm dargestellten Organismen beziehen. Beachten Sie im verwurzelten phylogenetischen Baum, dass die drei Domänen—Bakterien, Archaeen und Eukarya—von einem einzigen Punkt abweichen und sich verzweigen. Der kleine Zweig, den Pflanzen und Tiere (einschließlich Menschen) in diesem Diagramm einnehmen, zeigt, wie neu und winzig diese Gruppen mit anderen Organismen verglichen werden. Nicht entwurzelte Bäume zeigen keinen gemeinsamen Vorfahren,aber Beziehungen zwischen Arten.,

Abbildung 2. Beide dieser phylogenetischen Bäume zeigen die Beziehung der drei Lebensdomänen—Bakterien, Archaeen und Eukarya—, aber der (a) verwurzelte Baum versucht zu identifizieren, wann verschiedene Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abweichen, während der (b) nicht verwurzelte Baum dies nicht tut. (credit a: Änderung der Arbeit von Eric Gaba)

In einem verwurzelten Baum zeigt die Verzweigung evolutionäre Beziehungen an (Abbildung 3). Der Punkt, an dem ein Split auftritt, der als Verzweigungspunkt bezeichnet wird, stellt dar, wo sich eine einzelne Linie zu einer eindeutigen neuen entwickelt hat., Eine Linie, die sich früh von der Wurzel entwickelt hat und unverzweigt bleibt, wird Basaltxon genannt. Wenn zwei Linien vom selben Verzweigungspunkt stammen, werden sie Schwester Taxa genannt. Ein Zweig mit mehr als zwei Linien wird Polytomie genannt und dient zur Veranschaulichung, wo Wissenschaftler nicht alle Beziehungen endgültig bestimmt haben. Es ist wichtig anzumerken, dass Schwester Taxa und Polytomy zwar einen Vorfahren haben, dies jedoch nicht bedeutet, dass sich die Gruppen von Organismen teilen oder voneinander entwickelt haben., Organismen in zwei Taxa haben sich möglicherweise an einem bestimmten Zweigpunkt getrennt,aber keine Taxa führte zu der anderen.

Abbildung 3. Die Wurzel eines phylogenetischen Baumes zeigt an, dass eine Ahnenlinie alle Organismen auf dem Baum hervorgebracht hat. Ein Verzweigungspunkt zeigt an, wo zwei Linien divergierten. Eine Linie, die sich früh entwickelt hat und unverzweigt bleibt, ist ein Basaltxon. Wenn zwei Linien vom selben Verzweigungspunkt stammen, sind sie Schwester Taxa. Ein Zweig mit mehr als zwei Linien ist eine Polytomie.,

Die obigen Diagramme können als Weg zum Verständnis der Evolutionsgeschichte dienen. Der Weg kann vom Ursprung des Lebens zu jeder einzelnen Spezies zurückverfolgt werden, indem man durch die evolutionären Zweige zwischen den beiden Punkten navigiert. Wenn man mit einer einzelnen Art beginnt und zurück zum „Stamm“ des Baumes geht, kann man auch entdecken, dass die Vorfahren dieser Art sowie die Abstammung einer gemeinsamen Abstammung sind. Darüber hinaus kann der Baum verwendet werden, um ganze Gruppen von Organismen zu untersuchen.,

Ein weiterer Punkt, der bei der phylogenetischen Baumstruktur zu erwähnen ist, ist, dass die Rotation an Verzweigungspunkten die Informationen nicht ändert. Wenn beispielsweise ein Verzweigungspunkt gedreht und die Taxon-Reihenfolge geändert wurde, würde dies die Informationen nicht ändern, da die Entwicklung jedes Taxons vom Verzweigungspunkt unabhängig vom anderen war.

Viele Disziplinen innerhalb des Studiums der Biologie tragen dazu bei, zu verstehen, wie sich vergangenes und gegenwärtiges Leben im Laufe der Zeit entwickelt haben; Diese Disziplinen tragen zusammen dazu bei, den „Baum des Lebens“ aufzubauen, zu aktualisieren und aufrechtzuerhalten.,“Informationen werden verwendet, um Organismen basierend auf evolutionären Beziehungen in einem wissenschaftlichen Bereich namens Systematik zu organisieren und zu klassifizieren. Daten können von Fossilien, von der Untersuchung der Struktur von Körperteilen oder Molekülen, die von einem Organismus verwendet werden, und von DNA-Analysen gesammelt werden. Durch die Kombination von Daten aus vielen Quellen können Wissenschaftler die Phylogenie eines Organismus zusammenstellen; Da phylogenetische Bäume Hypothesen sind, werden sie sich weiter ändern, wenn neue Arten von Leben entdeckt und neue Informationen gelernt werden.,

Einschränkungen phylogenetischer Bäume

Es kann leicht davon ausgegangen werden, dass engere verwandte Organismen ähnlicher aussehen, und obwohl dies häufig der Fall ist, ist dies nicht immer der Fall. Wenn sich zwei eng verwandte Linien unter signifikant unterschiedlicher Umgebung oder nach der Entwicklung einer großen neuen Anpassung entwickelten, ist es möglich, dass die beiden Gruppen unterschiedlicher erscheinen als andere Gruppen, die nicht so eng verwandt sind., Zum Beispiel zeigt der phylogenetische Baum in Abbildung 4, dass Eidechsen und Kaninchen beide Fruchtwassereier haben, während Frösche dies nicht tun.doch Eidechsen und Frösche erscheinen ähnlicher als Eidechsen und Kaninchen.

Abbildung 4. Dieser leiterartige phylogenetische Baum von Wirbeltieren wird von einem Organismus verwurzelt, dem eine Wirbelsäule fehlte. An jedem Verzweigungspunkt werden Organismen mit unterschiedlichen Charakteren in verschiedenen Gruppen platziert, basierend auf den Eigenschaften, die sie teilen.,

Ein weiterer Aspekt phylogenetischer Bäume ist, dass die Zweige, sofern nicht anders angegeben, nicht die Zeitdauer, sondern nur die Evolutionsordnung ausmachen. Mit anderen Worten, die Länge eines Zweigs bedeutet normalerweise nicht, dass mehr Zeit vergangen ist, noch bedeutet ein kurzer Zweig weniger Zeit vergangen— es sei denn, im Diagramm angegeben. In Abbildung 4 gibt der Baum beispielsweise nicht an, wie viel Zeit zwischen der Entwicklung von Fruchtwassereiern und Haaren vergangen ist. Was der Baum zeigt, ist die Reihenfolge, in der die Dinge stattgefunden haben., Wieder in Abbildung 4 zeigt der Baum, dass das älteste Merkmal die Wirbelsäule ist, gefolgt von Klappbacken und so weiter. Denken Sie daran, dass jeder phylogenetische Baum ein Teil des größeren Ganzen ist und wie ein echter Baum nicht nur in eine Richtung wächst, nachdem sich ein neuer Zweig entwickelt hat.

Also, für die Organismen in Abbildung 4, nur weil sich eine Wirbelsäule entwickelt hat, bedeutet das nicht, dass die wirbellose Evolution aufgehört hat, es bedeutet nur, dass sich ein neuer Zweig gebildet hat., Auch Gruppen, die nicht eng miteinander verwandt sind, sich aber unter ähnlichen Bedingungen entwickeln, können phänotypischer einander ähnlich erscheinen als einem nahen Verwandten.

Das taxonomische Klassifizierungssystem

Taxonomie (was wörtlich „Arrangementgesetz“ bedeutet) ist die Wissenschaft der Klassifizierung von Organismen, um international geteilte Klassifizierungssysteme zu konstruieren, wobei jeder Organismus in immer umfassendere Gruppierungen eingeteilt wird. Denken Sie darüber nach, wie ein Lebensmittelgeschäft organisiert ist. Ein großer Raum ist in Abteilungen wie Produkte, Milchprodukte und Fleisch unterteilt., Dann teilt sich jede Abteilung weiter in Gänge, dann in Kategorien und Marken und schließlich in ein einziges Produkt. Diese Organisation von größeren zu kleineren, spezifischeren Kategorien wird als hierarchisches System bezeichnet.

Das taxonomische Klassifikationssystem (nach seinem Erfinder Carl Linnaeus, einem schwedischen Botaniker, Zoologen und Arzt auch Linnaean System genannt) verwendet ein hierarchisches Modell. Vom Ausgangspunkt aus werden die Gruppen spezifischer, bis ein Zweig als einzelne Spezies endet., Zum Beispiel teilen Wissenschaftler Organismen nach dem gemeinsamen Beginn allen Lebens in drei große Kategorien ein, die als Domäne bezeichnet werden: Bakterien, Archaeen und Eukarya. Innerhalb jeder Domäne befindet sich eine zweite Kategorie, die als Königreich bezeichnet wird. Nach Königreichen sind die folgenden Kategorien zunehmender Spezifität: Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art (Abbildung 5).

Abbildung 5. Das taxonomische Klassifizierungssystem verwendet ein hierarchisches Modell, um lebende Organismen in immer spezifischere Kategorien zu organisieren., Der gewöhnliche Hund, Canis lupus familiaris, ist eine Unterart von Canis lupus, zu der auch der Wolf und der Dingo gehören. (kredit „Hund“: Änderung der Arbeit von Janneke Vreugdenhil)

Das Königreich Animalia stammt aus der Eukarya-Domäne. Für den gemeinsamen Hund wären die Klassifizierungsstufen wie in Abbildung 5 gezeigt. Daher hat der vollständige Name eines Organismus technisch acht Begriffe. Für den Hund ist es: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, und lupus. Beachten Sie, dass jeder Name mit Ausnahme von Arten großgeschrieben ist und die Gattungs-und Artennamen kursiv geschrieben sind., Wissenschaftler beziehen sich im Allgemeinen nur auf einen Organismus nach Gattung und Art, was sein wissenschaftlicher Name mit zwei Wörtern ist, in der sogenannten binomialen Nomenklatur. Daher ist der wissenschaftliche Name des Hundes Canis Lupus. Der Name auf jeder Ebene wird auch als Taxon bezeichnet. Mit anderen Worten, Hunde sind in Ordnung Fleischfresser. Carnivora ist der Name des Taxons auf der Bestellebene; Canidae ist das Taxon auf der Familienebene und so weiter. Organismen haben auch einen gemeinsamen Namen, den Menschen normalerweise verwenden, in diesem Fall Hund. Beachten Sie, dass der Hund zusätzlich eine Unterart: die „familiaris“ in die Canis lupus familiaris., Unterarten sind Mitglieder derselben Art, die in der Lage sind, lebensfähige Nachkommen zu paaren und zu reproduzieren, aber sie gelten aufgrund geografischer oder verhaltensbezogener Isolation oder anderer Faktoren als separate Unterarten.

Abbildung 6 zeigt, wie sich die Ebenen in Richtung Spezifität mit anderen Organismen bewegen. Beachten Sie, wie der Hund eine Domäne mit der größten Vielfalt an Organismen teilt, einschließlich Pflanzen und Schmetterlingen. Auf jeder Unterebene werden die Organismen ähnlicher, weil sie enger miteinander verwandt sind., Historisch gesehen klassifizierten Wissenschaftler Organismen anhand von Merkmalen, aber als sich die DNA-Technologie entwickelte, wurden genauere Phylogenien bestimmt.

Übungsfrage

Abbildung 6. Auf jeder Unterebene des taxonomischen Klassifikationssystems ähneln sich Organismen ähnlicher. Hunde und Wölfe sind die gleichen Arten, weil sie lebensfähige Nachkommen züchten und produzieren können, aber sie sind unterschiedlich genug, um als verschiedene Unterarten klassifiziert zu werden., (credit „plant“: Änderung der Arbeit von „berduchwal“ / Flickr; credit „insect“: Änderung der Arbeit von Jon Sullivan; credit „fish“: Änderung der Arbeit von Christian Mehlführer; credit „rabbit“: Änderung der Arbeit von Aidan Wojtas; credit „cat“: Änderung der Arbeit von Jonathan Lidbeck; Credit „fox“: Änderung der Arbeit von Kevin Bacher, NPS; Credit „Jackal“: Änderung der Arbeit von Thomas A., Hermann, NBII, USGS; Kredit „Wolf“: Änderung der Arbeit von Robert Dewar; Kredit“ dog“: Änderung der Arbeit von“digital_image_fan“ /Flickr)

Auf welchen Ebenen werden Katzen und Hunde als Teil derselben Gruppe angesehen?

Antwort anzeigen

Katzen und Hunde gehören auf fünf Ebenen zur gleichen Gruppe: Beide gehören zur Domäne Eukarya, dem Königreich Animalia, dem Stamm Chordata, der Klasse Mammalia und der Ordnung Carnivora.,

Jüngste genetische Analysen und andere Fortschritte haben ergeben, dass einige frühere phylogenetische Klassifikationen nicht mit der evolutionären Vergangenheit übereinstimmen; Daher müssen Änderungen und Aktualisierungen vorgenommen werden, wenn neue Entdeckungen auftreten. Denken Sie daran, dass phylogenetische Bäume Hypothesen sind und modifiziert werden, wenn Daten verfügbar werden., Darüber hinaus hat sich die Klassifikation historisch auf die Gruppierung von Organismen hauptsächlich nach gemeinsamen Merkmalen konzentriert und zeigt nicht unbedingt, wie die verschiedenen Gruppen aus evolutionärer Sicht zueinander stehen. Zum Beispiel, trotz der Tatsache, dass ein Nilpferd einem Schwein mehr als einem Wal ähnelt, kann das Nilpferd der nächste lebende Verwandte des Wals sein.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Beantworten Sie die folgenden Fragen, um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen., Dieses kurze Quiz zählt nicht zu Ihrer Klasse in der Klasse, und Sie können es unbegrenzt oft wiederholen.

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