Biologia per Majors I

Leggere e analizzare un albero filogenetico che documenta le relazioni evolutive

In termini scientifici, la storia evolutiva e la relazione di un organismo o gruppo di organismi è chiamata filogenesi. La filogenesi descrive le relazioni di un organismo, ad esempio da quali organismi si pensa si siano evoluti, a quali specie è più strettamente correlato, e così via. Le relazioni filogenetiche forniscono informazioni sugli antenati condivisi, ma non necessariamente su come gli organismi sono simili o diversi.,

Classificazione Scientifica

Figura 1. Solo alcune delle oltre un milione di specie conosciute di insetti sono rappresentate in questa collezione di coleotteri., I coleotteri sono un sottogruppo importante di insetti. Essi costituiscono circa il 40 per cento di tutte le specie di insetti e circa il 25 per cento di tutte le specie conosciute di organismi.

Perché i biologi classificano gli organismi? La ragione principale è dare un senso all’incredibile diversità della vita sulla Terra. Gli scienziati hanno identificato milioni di diverse specie di organismi. Tra gli animali, il gruppo più diversificato di organismi sono gli insetti. Sono già state descritte più di un milione di specie diverse di insetti. Si stima che nove milioni di specie di insetti debbano ancora essere identificate., Una piccola frazione di specie di insetti è mostrata nella collezione di coleotteri in Figura 1.

Per quanto diversi siano gli insetti, potrebbero esserci ancora più specie di batteri, un altro importante gruppo di organismi. Chiaramente, c’è bisogno di organizzare l’enorme diversità della vita. La classificazione consente agli scienziati di organizzare e comprendere meglio le somiglianze e le differenze di base tra gli organismi. Questa conoscenza è necessaria per comprendere la diversità presente e la storia evolutiva passata della vita sulla Terra.,

Alberi filogenetici

Gli scienziati usano uno strumento chiamato albero filogenetico per mostrare i percorsi evolutivi e le connessioni tra gli organismi. Un albero filogenetico è un diagramma utilizzato per riflettere le relazioni evolutive tra organismi o gruppi di organismi. Gli scienziati considerano gli alberi filogenetici un’ipotesi del passato evolutivo poiché non si può tornare indietro per confermare le relazioni proposte. In altre parole, un “albero della vita” può essere costruito per illustrare quando diversi organismi si sono evoluti e per mostrare le relazioni tra diversi organismi (Figura 2).,

Ogni gruppo di organismi ha attraversato il proprio viaggio evolutivo, chiamato filogenesi. Ogni organismo condivide la relazione con gli altri, e sulla base di prove morfologiche e genetiche, gli scienziati tentano di mappare i percorsi evolutivi di tutta la vita sulla Terra. Molti scienziati costruiscono alberi filogenetici per illustrare le relazioni evolutive.

Struttura degli alberi filogenetici

Un albero filogenetico può essere letto come una mappa della storia evolutiva. Molti alberi filogenetici hanno un unico lignaggio alla base che rappresenta un antenato comune., Gli scienziati chiamano tali alberi radicati, il che significa che esiste un unico lignaggio ancestrale (tipicamente disegnato dal basso o da sinistra) a cui si riferiscono tutti gli organismi rappresentati nel diagramma. Si noti nell’albero filogenetico radicato che i tre domini—Batteri, Archaea ed Eukarya-divergono da un singolo punto e si diramano. Il piccolo ramo che piante e animali (compresi gli esseri umani) occupano in questo diagramma mostra come recenti e minuscoli questi gruppi sono confrontati con altri organismi. Gli alberi senza radici non mostrano un antenato comune, ma mostrano relazioni tra le specie.,

Figura 2. Entrambi questi alberi filogenetici mostrano la relazione dei tre domini della vita-Batteri, Archaea ed Eukarya-ma l’albero (a) radicato tenta di identificare quando varie specie divergevano da un antenato comune mentre l’albero (b) non radicato non lo fa. (credito a: modifica del lavoro di Eric Gaba)

In un albero radicato, la ramificazione indica relazioni evolutive (Figura 3). Il punto in cui si verifica una divisione, chiamato punto di diramazione, rappresenta il punto in cui un singolo lignaggio si è evoluto in uno nuovo distinto., Un lignaggio che si è evoluto presto dalla radice e rimane non ramificato è chiamato taxon basale. Quando due lignaggi derivano dallo stesso punto di diramazione, sono chiamati sister taxa. Un ramo con più di due lignaggi è chiamato politomia e serve a illustrare dove gli scienziati non hanno determinato definitivamente tutte le relazioni. È importante notare che anche se i taxa e la politomia condividono un antenato, ciò non significa che i gruppi di organismi si siano divisi o evoluti l’uno dall’altro., Gli organismi in due taxa possono essersi divisi in un punto specifico, ma nessuno dei due taxa ha dato origine all’altro.

Figura 3. La radice di un albero filogenetico indica che un lignaggio ancestrale ha dato origine a tutti gli organismi sull’albero. Un punto di diramazione indica dove due linee divergevano. Un lignaggio che si è evoluto presto e rimane non ramificato è un taxon basale. Quando due lignaggi derivano dallo stesso punto di diramazione, sono sister taxa. Un ramo con più di due lignaggi è una politomia.,

I diagrammi sopra riportati possono servire come percorso per comprendere la storia evolutiva. Il percorso può essere tracciato dall’origine della vita a qualsiasi singola specie navigando attraverso i rami evolutivi tra i due punti. Inoltre, partendo da una singola specie e risalendo verso il” tronco ” dell’albero, si può scoprire che gli antenati delle specie, così come dove i lignaggi condividono una discendenza comune. Inoltre, l’albero può essere utilizzato per studiare interi gruppi di organismi.,

Un altro punto da menzionare sulla struttura ad albero filogenetica è che la rotazione nei punti di diramazione non cambia le informazioni. Ad esempio, se un punto di diramazione è stato ruotato e l’ordine del taxon modificato, ciò non altererebbe le informazioni perché l’evoluzione di ciascun taxon dal punto di diramazione era indipendente dall’altro.

Molte discipline all’interno dello studio della biologia contribuiscono a comprendere come la vita passata e presente si è evoluta nel tempo; queste discipline insieme contribuiscono a costruire, aggiornare e mantenere l ‘ “albero della vita.,”Le informazioni vengono utilizzate per organizzare e classificare gli organismi sulla base di relazioni evolutive in un campo scientifico chiamato sistematica. I dati possono essere raccolti dai fossili, dallo studio della struttura delle parti del corpo o delle molecole utilizzate da un organismo e dall’analisi del DNA. Combinando i dati provenienti da molte fonti, gli scienziati possono mettere insieme la filogenesi di un organismo; poiché gli alberi filogenetici sono ipotesi, continueranno a cambiare man mano che vengono scoperti nuovi tipi di vita e apprese nuove informazioni.,

Limitazioni degli alberi filogenetici

Può essere facile supporre che gli organismi più strettamente correlati siano più simili, e mentre questo è spesso il caso, non è sempre vero. Se due lignaggi strettamente correlati si sono evoluti in un ambiente significativamente vario o dopo l’evoluzione di un nuovo importante adattamento, è possibile che i due gruppi appaiano più diversi rispetto ad altri gruppi che non sono così strettamente correlati., Ad esempio, l’albero filogenetico in Figura 4 mostra che lucertole e conigli hanno entrambi uova amniotiche, mentre le rane no; eppure lucertole e rane appaiono più simili di lucertole e conigli.

Figura 4. Questo albero filogenetico di vertebrati simile a una scala è radicato da un organismo che mancava di una colonna vertebrale. Ad ogni punto di diramazione, organismi con caratteri diversi sono collocati in gruppi diversi in base alle caratteristiche che condividono.,

Un altro aspetto degli alberi filogenetici è che, se non diversamente indicato, i rami non rappresentano la lunghezza del tempo, solo l’ordine evolutivo. In altre parole, la lunghezza di un ramo in genere non significa più tempo passato, né un ramo breve significa meno tempo passato-a meno che non sia specificato nel diagramma. Ad esempio, nella Figura 4, l’albero non indica quanto tempo è passato tra l’evoluzione delle uova amniotiche e dei capelli. Ciò che l’albero mostra è l’ordine in cui le cose hanno avuto luogo., Sempre utilizzando la Figura 4, l’albero mostra che il tratto più antico è la colonna vertebrale, seguita da ganasce incernierate, e così via. Ricorda che qualsiasi albero filogenetico è una parte del tutto più grande e, come un vero albero, non cresce in una sola direzione dopo lo sviluppo di un nuovo ramo.

Quindi, per gli organismi in Figura 4, solo perché una colonna vertebrale si è evoluta non significa che l’evoluzione degli invertebrati sia cessata, significa solo che si è formato un nuovo ramo., Inoltre, i gruppi che non sono strettamente correlati, ma si evolvono in condizioni simili, possono apparire più fenotipicamente simili tra loro che a un parente stretto.

Il Sistema di classificazione tassonomica

La tassonomia (che letteralmente significa “legge di disposizione”) è la scienza della classificazione degli organismi per costruire sistemi di classificazione condivisi a livello internazionale con ciascun organismo posto in raggruppamenti sempre più inclusivi. Pensa a come è organizzato un negozio di alimentari. Un grande spazio è diviso in reparti, come prodotti, latticini e carni., Quindi ogni reparto si divide ulteriormente in corridoi, quindi ogni corridoio in categorie e marchi, e infine un singolo prodotto. Questa organizzazione da categorie più grandi a più piccole e più specifiche è chiamata sistema gerarchico.

Il sistema di classificazione tassonomica (chiamato anche sistema linneo dal suo inventore, Carl Linneo, botanico, zoologo e medico svedese) utilizza un modello gerarchico. Passando dal punto di origine, i gruppi diventano più specifici, fino a quando un ramo termina come una singola specie., Ad esempio, dopo l’inizio comune di tutta la vita, gli scienziati dividono gli organismi in tre grandi categorie chiamate dominio: Batteri, Archaea ed Eukarya. All’interno di ogni dominio è una seconda categoria chiamata un regno. Dopo i regni, le categorie successive di specificità crescente sono: phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie (Figura 5).

Figura 5. Il sistema di classificazione tassonomica utilizza un modello gerarchico per organizzare gli organismi viventi in categorie sempre più specifiche., Il cane comune, Canis lupus familiaris, è una sottospecie di Canis lupus, che comprende anche il lupo e il dingo. (credito “cane”: modifica del lavoro di Janneke Vreugdenhil)

Il regno Animalia deriva dal dominio Eukarya. Per il cane comune, i livelli di classificazione sarebbero come mostrato in Figura 5. Pertanto, il nome completo di un organismo ha tecnicamente otto termini. Per il cane, è: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis e lupus. Si noti che ogni nome è in maiuscolo ad eccezione delle specie e i nomi di genere e specie sono in corsivo., Gli scienziati generalmente si riferiscono a un organismo solo per il suo genere e specie, che è il suo nome scientifico a due parole, in quella che viene chiamata nomenclatura binomiale. Pertanto, il nome scientifico del cane è Canis lupus. Il nome ad ogni livello è anche chiamato un taxon. In altre parole, i cani sono in ordine Carnivora. Carnivora è il nome del taxon a livello di ordine; Canidae è il taxon a livello di famiglia, e così via. Gli organismi hanno anche un nome comune che le persone usano tipicamente, in questo caso, cane. Si noti che il cane è inoltre una sottospecie: il “familiaris” in Canis lupus familiaris., Le sottospecie sono membri della stessa specie che sono in grado di accoppiarsi e riprodurre prole vitale, ma sono considerate sottospecie separate a causa dell’isolamento geografico o comportamentale o di altri fattori.

La figura 6 mostra come i livelli si muovono verso la specificità con altri organismi. Si noti come il cane condivide un dominio con la più ampia diversità di organismi, tra cui piante e farfalle. Ad ogni sottolivello, gli organismi diventano più simili perché sono più strettamente correlati., Storicamente, gli scienziati hanno classificato gli organismi utilizzando le caratteristiche, ma con lo sviluppo della tecnologia del DNA sono state determinate filogenie più precise.

Domanda pratica

Figura 6. Ad ogni sottolivello nel sistema di classificazione tassonomica, gli organismi diventano più simili. Cani e lupi sono la stessa specie perché possono allevare e produrre prole vitale, ma sono abbastanza diversi da essere classificati come sottospecie diverse., (credito “impianto”: la modifica, il lavoro di “berduchwal”/Flickr di credito “insetto”: la modifica, il lavoro di Jon Sullivan; credito “pesce”: la modifica, il lavoro di Cristiano Mehlführer; credito “coniglio”: modificazione di lavoro da Aidan Wojtas di credito, “cat”: la modifica, il lavoro di Jonathan Lidbeck; credito “fox”: la modifica, il lavoro di Kevin Bacher, NPS; credito “sciacallo”: la modifica, il lavoro di Thomas A., Hermann, NBII, USGS; credit “wolf”: modifica del lavoro di Robert Dewar; credit” dog”: modifica del lavoro di”digital_image_fan ” /Flickr)

A quali livelli i cani e i gatti sono considerati parte dello stesso gruppo?

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Cani e gatti fanno parte dello stesso gruppo a cinque livelli: entrambi sono nel dominio Eukarya, il regno Animalia, il phylum Chordata, la classe Mammalia e l’ordine Carnivora.,

Recenti analisi genetiche e altri progressi hanno scoperto che alcune classificazioni filogenetiche precedenti non si allineano con il passato evolutivo; pertanto, i cambiamenti e gli aggiornamenti devono essere fatti come nuove scoperte si verificano. Ricordiamo che gli alberi filogenetici sono ipotesi e vengono modificati man mano che i dati diventano disponibili., Inoltre, la classificazione storicamente si è concentrata sul raggruppamento degli organismi principalmente per caratteristiche condivise e non illustra necessariamente come i vari gruppi si relazionano tra loro da una prospettiva evolutiva. Ad esempio, nonostante il fatto che un ippopotamo assomigli a un maiale più di una balena, l’ippopotamo potrebbe essere il parente vivente più vicino della balena.

Controlla la tua comprensione

Rispondi alle domande qui sotto per vedere quanto bene comprendi gli argomenti trattati nella sezione precedente., Questo breve quiz non conta verso il vostro grado nella classe, e si può riprendere un numero illimitato di volte.

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