メジャーのための生物学I

進化的関係を文書化する系統樹を読み、分析する

科学的に言えば、生物または生物のグループの進化の歴史と関係は系統発生と呼ばれています。 系統発生は、それが進化したと考えられている生物から、それが最も密接に関連している種など、生物の関係を記述します。 系統関係の情報提供の共通祖先では必ずしもどの生物はまた異なります。,

科学的分類

図1. 昆虫の百万以上の既知の種のわずか数は、このカブトムシのコレクションで表されています。, カブトムシは昆虫の主要なサブグループです。 彼らはすべての昆虫種の約40パーセントと生物のすべての既知の種の約25パーセントを構成しています。

なぜ生物学者は生物を分類するのですか？ 主な理由は、地球上の生命の信じられないほどの多様性を理解することです。 科学者たちは何百万もの異なる種の生物を同定しました。 動物の中で最も多様な生物群は昆虫です。 昆虫の百万以上の異なる種は、すでに記載されています。 これらの昆虫はまだ数百万種が確認されていない。, 図1のカブトムシのコレクションには、ごく一部の昆虫種が示されています。

昆虫と同じくらい多様であり、さらに多くの種の細菌、別の主要な生物群が存在する可能性があります。 明らかに、生命の途方もない多様性を整理する必要があります。 分類により、科学者は生物間の基本的な類似点と相違点を整理し、よりよく理解することができます。 この知識は、地球上の生命の現在の多様性と過去の進化の歴史を理解するために必要です。,

系統樹

科学者たちは、生物間の進化経路と接続を示すために系統樹と呼ばれるツールを使用しています。 系統樹は、生物または生物のグループ間の進化的関係を反映するために使用される図です。 科学者たちは、提案された関係を確認するために戻ることができないので、系統樹は進化的過去の仮説であると考えている。 言い換えれば、異なる生物が進化した時期を示し、異なる生物間の関係を示すために”生命の木”を構築することができます（図2）。,

生物の各グループは、その系統発生と呼ばれる独自の進化の旅を経ました。 各生物は他の生物との関連性を共有し、形態学的および遺伝的証拠に基づいて、科学者は地球上のすべての生命の進化経路をマッピングしようとし 多くの科学者は、進化的な関係を説明するために系統樹を構築します。

系統樹の構造

系統樹は進化の歴史の地図のように読むことができます。 多くの系統樹は、共通の祖先を表す基部に単一の系統を持っています。, 科学者たちは、このような木を根ざしたと呼び、図に表されるすべての生物が関連する単一の祖先の系統（典型的には下または左から引き出される）があることを意味します。 根づいた系統樹では、細菌、古細菌、Eukaryaの三つのドメインが一点から分岐して分岐することに注意してください。 この図では、植物や動物（人間を含む）が占める小さな枝は、これらのグループが他の生物とどのように最近で極めて小さいかを示しています。 根を張っていない木は共通の祖先を示さないが、種間の関係を示す。,

図2. これらの系統樹はいずれも細菌，古細菌，Ｅｕｋａｒｙａの三つの生命領域の関係を示しているが，（ａ）根付き木は様々な種が共通の祖先から分岐したときを同定しようとしているが，（ｂ）根付き木はそうではない。 (credit a:modification of work by Eric Gaba)

ルートツリーでは、分岐は進化的関係を示しています(図3)。 分岐点と呼ばれる分割が発生する点は、単一の系統が別個の新しい系統に進化した場所を表します。, 根から早く進化し、枝分かれしていない系統は基底分類群と呼ばれます。 二つの系統が同じ分岐点から生じるとき、それらは姉妹分類群と呼ばれます。 二つ以上の系統を持つブランチは、ポリトミーと呼ばれ、科学者が決定的にすべての関係を決定していない場所を説明するのに役立ちます。 姉妹の分類群とポリトミーは祖先を共有していますが、それは生物のグループが互いに分裂または進化したことを意味するものではありません。, 二つの分類群の生物は特定の分岐点で分裂しているかもしれないが、どちらの分類群も他の分類群を生じさせなかった。

図3. 系統樹の根は、祖先の系統がその樹上のすべての生物を生じさせたことを示している。 分岐点は、二つの系統が分岐した場所を示します。 初期に進化し、分岐していない系統は基底分類群である。 二つの系統が同じ分岐点から生じるとき、それらは姉妹の分類群である。 二つ以上の系統を持つ枝はポリトミーである。,

上記の図は、進化の歴史を理解するための経路として役立ちます。 この経路は、二つの点の間の進化の枝をナビゲートすることによって、生命の起源から個々の種までをたどることができます。 また、単一の種から始まり、木の”幹”に向かってさかのぼることによって、その種の祖先と、系統が共通の祖先を共有する場所を発見することができます。 さらに、この木は生物群全体を研究するために使用することができます。,

系統樹構造について言及すべきもう一つのポイントは、分岐点での回転が情報を変更しないということです。 たとえば、分岐点が回転し、分類群の順序が変更された場合、分岐点からの各分類群の進化は他の分類群とは独立しているため、情報は変更されません。

生物学の研究内の多くの分野は、過去と現在の生命が時間の経過とともにどのように進化したかを理解することに貢献します。,”情報は、系統学と呼ばれる科学分野における進化的関係に基づいて生物を整理し、分類するために使用されます。 データは、化石から、生物によって使用される身体部分または分子の構造を研究することから、およびDNA分析によって収集することができる。 多くの情報源からのデータを組み合わせることによって、科学者は生物の系統発生をまとめることができます。系統樹は仮説であるため、新しいタイプの生命が発見され、新しい情報が学ばれるにつれて、それらは変化し続けるでしょう。,

系統樹の制限

より密接に関連する生物がより似ていると仮定するのは簡単かもしれませんが、これはしばしば当てはまりますが、必ずしも真実ではありません。 二つの密接に関連する系統が著しく変化した環境の下で、または主要な新しい適応の進化の後に進化した場合、二つのグループは、それほど密接に関連していない他のグループよりも異なって表示される可能性があります。, 例えば、図4の系統樹は、トカゲとウサギの両方が羊膜卵を持っているのに対し、カエルは持っていないことを示しています。

図4. 脊椎動物のこのはしごのような系統樹は、脊柱を欠いていた生物によって根ざしています。 各分岐点では、異なる文字を持つ生物は、それらが共有する特性に基づいて異なるグループに配置されます。,

系統樹のもう一つの側面は、特に明記されていない限り、枝は時間の長さを考慮せず、進化的順序のみを考慮しないということである。 つまり、ブランチの長さは、通常、より多くの時間が経過したことを意味するわけではなく、短いブランチは、図で指定されていない限り、より少ない時間 たとえば、図4では、このツリーは、羊膜卵と毛髪の進化の間にどれくらいの時間が経過したかを示していません。 木が示しているのは、物事が起こった順序です。, 再び図4を使用して、このツリーは、最も古い形質が脊柱であり、その後にヒンジ付き顎などが続くことを示しています。 どんな系統樹もより大きな全体の一部であり、実際の木のように、新しい枝が発達した後も一方向にしか成長しないことを忘れないでください。

したがって、図4の生物にとって、脊柱が進化したという理由だけで、無脊椎動物の進化が止まったことを意味するのではなく、新しい枝が形成されたことを意味するだけです。, また、密接に関連していないが、同様の条件下で進化するグループは、近親よりも互いに表現型がより類似しているように見えることがある。

分類学的分類システム

分類学的分類システム（文字通り”配置法”を意味する）は、各生物がますます包括的なグループに配置された国際的に共有された分類体系を構築するために生物を分類する科学である。 どうしたらいいのか日用雑貨ショップの店舗が組織されています。 一つの大きなスペースは、農産物、乳製品、肉などの部門に分かれています。, その後、各部門はさらに通路に分かれ、次に各通路はカテゴリとブランドに分かれ、最後に単一の製品に分かれます。 この組織の大きなものから、より小さく、より特定のカテゴリと呼ばれる階層的システム。

分類学的分類システム（発明者、スウェーデンの植物学者、動物学者、医師であるCarl LinnaeusにちなんでLinnaean systemとも呼ばれる）は、階層モデルを使用しています。 起源の点から移動すると、グループは一つの枝が単一の種として終わるまで、より具体的になります。, 例えば、すべての生命の共通の始まりの後、科学者は生物をドメインと呼ばれる三つの大きなカテゴリーに分けます：細菌、古細菌、およびEukarya。 各ドメイン内の王国と呼ばれる第二のカテゴリです。 王国の後、特異性の増加のその後のカテゴリは次のとおりです：門、クラス、秩序、家族、属、および種（図5）。

図5. の分類学的分類システムを階層的モデルを生物にますます特定します。, 一般的な犬、Canis lupus familiarisは、Canis lupusの亜種であり、オオカミとディンゴも含まれています。 （クレジット”犬”：Janneke Vreugdenhilによる作品の修正）

王国の動物界はEukaryaドメインに由来しています。 一般的な犬の場合、分類レベルは図5に示すようになります。 したがって、生物の完全な名前は、技術的には八つの用語を持っています。 犬のために、それは次のとおりです：Eukarya、動物界、脊索動物、哺乳類、肉食動物、イヌ科、イヌ科、およびループス。 各名は種を除いて大文字になっており、属名と種名はイタリック体になっていることに注意してください。, 科学者たちは、一般的に、二項命名法と呼ばれるもので、その二つの単語の学名であるその属と種によってのみ生物を参照しています。 したがって、犬の学名はCanis lupusです。 各レベルの名前は分類群とも呼ばれます。 言い換えれば、犬は順番に肉食動物です。 Carnivoraは、オーダーレベルでの分類群の名前であり、Canidaeは家族レベルでの分類群であるなど。 生物はまた、人々が通常、この場合には、犬を使用する共通の名前を持っています。 犬はさらに亜種であることに注意してください：Canis lupus familiarisの”familiaris”。, 亜種は、生存可能な子孫を交配および再生することができる同じ種のメンバーであるが、地理的または行動的孤立または他の要因のために別々の亜種

図6は、レベルが他の生物との特異性に向かってどのように移動するかを示しています。 犬は植物や蝶を含む生物の最も広い多様性とドメインを共有する方法に注意してください。 それぞれのサブレベルでは、生物はより密接に関連しているため、より類似しています。, 歴史的に、科学者は特性を使用して生物を分類しましたが、DNA技術が発達するにつれて、より正確な系統発生が決定されています。

練習問題

図6. 分類学的分類システムの各サブレベルでは、生物はより類似している。 彼らは繁殖し、実行可能な子孫を生産することができますので、犬とオオカミは同じ種ですが、彼らは異なる亜種として分類されるのに十分異なって, （クレジット”plant”：”berduchwal”/Flickrによる作品の変更、クレジット”insect”：ジョン-サリバンによる作品の変更、クレジット”fish”：Christian Mehlführerによる作品の変更、クレジット”rabbit”：Aidan Wojtasによる作品の変更、クレジット”cat”：Jonathan Lidbeckによる作品の変更、クレジット”fox”：KEVIN Bacher、NPSによる作品の変更、クレジット”jackal”：Thomas A., Hermann,NBII,USGS;credit”wolf”：Robert Dewarによる作品の修正;credit”dog”：”digital_image_fan”/Flickrによる作品の修正）

猫と犬はどのレベルで同じグループの一部と見なされていますか？

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猫と犬は五つのレベルで同じグループの一部です：どちらもドメインEukarya、王国の動物界、脊索動物門、クラス哺乳類、および,

最近の遺伝子解析およびその他の進歩により、以前の系統発生分類のいくつかは進化的な過去と一致しないことがわかっているため、新しい発 系統樹は仮説であり、データが利用可能になるにつれて修正されることを思い出してください。, また、歴史的に分類は、主に共通の特性によって生物をグループ化することに焦点を当てており、必ずしも進化の観点から様々なグループが互いにどのよう 例えば、カバはクジラよりも豚に似ているという事実にもかかわらず、カバはクジラの最も近い生きている親戚である可能性があります。

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