Biologi for Hovedfag I

Lese og analysere et fylogenetisk tre som dokumenter evolusjonære relasjoner

I vitenskapelige termer, evolusjonære historie og forholdet til en organisme eller gruppe av organismer er kalt fylogeni. Fylogeni beskriver relasjoner av en organisme, for eksempel fra organismer som det er tenkt å ha utviklet seg, til hvilke arter det er mest nært i slekt, og så videre. Fylogenetisk relasjoner gi informasjon på felles opphav, men ikke nødvendigvis på hvordan organismer er like eller forskjellige.,

Vitenskapelige Klassifisering

Figur 1. Bare et par av de mer enn én millioner kjente arter av insekter er representert i denne billen samling., Biller er en viktig undergruppe av insekter. De utgjør om lag 40 prosent av alle insektarter og om lag 25 prosent av alle kjente arter av organismer.

Hvorfor biologer klassifisere organismer? Den viktigste grunnen er å gjøre følelse av den utrolige mangfoldet av liv på Jorden. Forskere har identifisert flere millioner forskjellige arter av organismer. Blant dyr, den mest mangfoldige gruppen av organismer er insekter. Mer enn en million forskjellige arter av insekter har allerede blitt beskrevet. Anslagsvis ni millioner insektarter ennå ikke er identifisert., En bitteliten brøkdel av insekt arter er vist i beetle samling i Figur 1.

så forskjellige Som insekter er, det kan bli enda flere arter av bakterier, en annen stor gruppe av organismer. Det er åpenbart et behov for å organisere den enorme mangfoldet av liv. Klassifisering tillater forskere å organisere og bedre forstå de grunnleggende likheter og forskjeller mellom organismer. Denne kunnskapen er nødvendig for å forstå dagens mangfold og de siste evolusjonær historie av livet på Jorden.,

Fylogenetisk Trær

Forskere bruk et verktøy som heter et fylogenetisk tre for å vise den evolusjonære mekanismer og sammenhenger mellom organismer. Et fylogenetisk tre er et diagram brukes til å reflektere evolusjonære relasjoner mellom organismer eller grupper av organismer. Forskere mener fylogenetisk trær for å være en hypotese av den evolusjonære fortid siden man ikke kan gå tilbake til å bekrefte den foreslåtte relasjoner. Med andre ord, en «tree of life» kan være konstruert for å illustrere når ulike organismer utviklet seg og til å vise relasjoner mellom forskjellige organismer (Figur 2).,

Hver gruppe av organismer gikk gjennom sin egen evolusjonære reisen, kalt sin fylogeni. Hver organisme aksjer relatedness med andre, og basert på morphologic og genetiske bevis, forskere forsøke å kartlegge den evolusjonære utviklingen av alt liv på Jorden. Mange forskere bygge fylogenetisk trær for å illustrere evolusjonære relasjoner.

– Struktur av Fylogenetisk Trær

Et fylogenetisk tre kan leses som et kart av evolusjonære historie. Mange fylogenetisk trær har en eneste linjen i bunnen som representerer en felles stamfar., Forskere kaller slike trær forankret, noe som betyr at det er en enkelt forfedres avstamning (vanligvis trukket fra bunn eller venstre) som alle organismer representert i diagrammet gjelder. Varsel forankret fylogenetisk tre som de tre domener—Bakterier, Archaea, og Eukarya—avviker fra et enkelt punkt og gren av. Den lille grenen som planter og dyr (inkludert mennesker) opptar i dette diagrammet viser hvor nye og ørsmå disse gruppene er sammenlignet med andre organismer. Unrooted trær ikke vis en felles stamfar men viser relasjoner mellom arter.,

Figur 2. Begge disse fylogenetisk trær viser forholdet mellom de tre domener av livet—Bakterier, Archaea, og Eukarya—men (a) forankret tre forsøk på å identifisere når ulike arter skilte seg fra en felles stamfar, mens (b) unrooted treet ikke. (kreditt-a: endring av arbeid av Eric Gaba)

I en rotfestet tre, forgrening indikerer evolusjonære relasjoner (Figur 3). Det punktet hvor en delt oppstår, kalles en gren punkt, representerer hvor en enkelt avstamning utviklet seg til en tydelig ny., En avstamning som utviklet seg tidlig fra roten og forblir unbranched kalles basal taxon. Når to linjene stammer fra samme gren punktet, de kalles søster taksa. En gren med mer enn to linjene kalles en polytomy og tjener til å illustrere hvor forskere har ikke endelig bestemt alle relasjoner. Det er viktig å merke seg at selv om søster taksa og polytomy må dele en stamfar, det betyr ikke at grupper av organismer delt eller utviklet seg fra hverandre., Organismer i to taksa kan ha delt i stykker på en bestemt gren punktet, men verken taksa ga opphav til den andre.

Figur 3. Roten av et fylogenetisk tre indikerer at en forfedres avstamning ga opphav til alle organismer på treet. En gren tilgangspunkt indikerer hvor to linjene skilte seg. En avstamning som utviklet seg tidlig, og er fortsatt unbranched er en basal taxon. Når to linjene stammer fra samme gren punktet, de er søster taksa. En gren med mer enn to linjene er en polytomy.,

tegningen ovenfor kan tjene som en vei til å forstå evolusjonære historie. Veien kan spores fra livets opprinnelse til den enkelte arter ved å navigere gjennom evolusjonære grener mellom de to punktene. Også, ved å starte med en enkelt art, og spore tilbake mot «stammen» av treet, kan man oppdage at arter’ forfedre, samt hvor linjene deler et felles opphav. I tillegg treet kan brukes til å studere hele grupper av organismer.,

et Annet punkt å nevne på fylogenetisk tre-struktur er at rotasjon på grenen poeng ikke endre informasjonen. For eksempel, hvis en gren punktet ble rotert og taxon for endret, dette vil ikke endre informasjon fordi utviklingen av hver taxon fra gren punktet var uavhengig av de andre.

Mange disipliner innen studiet av biologi bidra til å forstå hvordan fortid og nåtid livet har utviklet seg over tid; disse disiplinene sammen bidra til å bygge, oppdatere og vedlikeholde «tree of life., Informasjon som brukes til å ordne og klassifisere organismer basert på evolusjonære relasjoner i et vitenskapelig felt som heter systematikk. Data kan hentes fra fossiler, fra å studere strukturen av kroppsdeler eller molekyler som brukes av en organisme, og ved DNA-analyse. Ved å kombinere data fra mange kilder, forskere kan sette sammen den fylogeni av en organisme; siden fylogenetisk trær er hypoteser, de vil fortsette å endres etter hvert som nye typer livet er oppdaget og ny informasjon er lært.,

Begrensninger av Fylogenetisk Trær

Det kan være lett å anta at flere nært beslektede organismer se mer likt, og mens dette er ofte tilfelle, det er ikke alltid sant. Hvis to nært beslektede linjene utviklet seg under betydelig varierte omgivelser eller etter utviklingen av et nytt, stort tilpasning, er det mulig for de to gruppene skal være mer forskjellige enn andre grupper som ikke er så nært i slekt., For eksempel, den fylogenetisk treet i Figur 4 viser at øgler og kaniner begge har fostervann egg, mens frosker ikke; men øgler og frosker dukke opp flere lik enn øgler og kaniner.

Figur 4. Denne stigen-som fylogenetisk tre av vertebrater er forankret ved en organisme som manglet en ryggsøylen. På hver gren punkt, organismer med ulike tegn som er plassert i forskjellige grupper, basert på egenskapene som de deler.,

et Annet aspekt av fylogenetisk trær er at, med mindre annet er angitt, avdelinger ikke konto for lang tid, bare den evolusjonære ordre. Med andre ord, lengden på en gren ikke vanligvis betyr flere tiden gikk, og heller ikke en kort gren bety mindre tid gikk det— med mindre det er spesifisert på skjemaet. For eksempel, i Figur 4, treet ikke indikerer hvor mye tid som gikk mellom utviklingen av fostervann egg og hår. Hva treet betyr showet er i hvilken rekkefølge ting skjedde., Igjen ved hjelp av Figur 4, treet viser at de eldste trekk er den ryggsøylen, etterfulgt av hengslet kjefter, og så videre. Husk at alle fylogenetisk tre er en del av en større helhet, og som en ekte tre, er det ikke vokser i bare én retning etter en ny gren utvikler seg.

Så, for organismer i Figur 4, bare fordi en ryggsøylen utviklet seg, betyr ikke at virvelløse utviklingen opphørt, det betyr bare at en ny gren dannet., Også grupper som ikke er nært i slekt, men utvikler seg under lignende forhold, kan virke mer phenotypically lik hverandre enn til en nær slektning.

Taksonomisk Klassifikasjon

Taxonomy (som betyr bokstavelig talt «- arrangement lov») er vitenskapen om å klassifisere organismer for å konstruere et internasjonalt felles klassifisering systemer med hver organisme plassert i mer og mer inkluderende grupperinger. Tenk på hvordan en dagligvarebutikk er organisert. Et stort område er delt inn i avdelinger, som produserer, melkeprodukter og kjøtt., Deretter hver avdeling videre deles i midtgangen, så hver midtgangen i kategorier og merkevarer, og så til slutt et enkelt produkt. Denne organisasjonen fra større til mindre, mer spesifikke kategorier, kalles et hierarkisk system.

Den taksonomisk klassifisering system (også kalt Linnaean systemet etter dens oppfinner, Carl Linné, en svensk botaniker, zoolog, og lege) bruker en hierarkisk modell. Flytting fra det punktet av opprinnelse, grupper blir mer konkrete, til en gren ender som en enkelt art., For eksempel, etter at vanlig begynnelsen av alt liv, forskere dele organismer inn i tre store kategorier som kalles et domene: Bakterier, Archaea, og Eukarya. Innenfor hvert domene er en ny kategori kalt til et rike. Etter riker, den påfølgende kategorier for å øke spesifisiteten er: phylum, klasse, orden, familie, slekt, og arter (Figur 5).

Figur 5. Den taksonomisk klassifisering systemet bruker en hierarkisk modell for å organisere levende organismer inn i stadig mer spesifikke kategorier., Felles hund, Canis lupus familiaris, er en underart av Canis lupus, som også inkluderer ulv og dingo. (kreditt «hund»: endring av arbeid av Janneke Vreugdenhil)

Den rike Animalia stammer fra Eukarya domene. For felles hund, klassifisering nivåer ville være som vist i Figur 5. Derfor er det fulle navnet på en organisme teknisk har åtte vilkår. For hunden, det er: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, og lupus. Legg merke til at hvert navn er aktivert, unntatt for arter, og slekt og art navn er i kursiv., Forskere vanligvis refererer til en organisme bare ved sin slekt og art, som er to ord vitenskapelig navn, i det som er kalt binomiske nomenklatur. Derfor er det vitenskapelige navnet på hunden er Canis lupus. Navnet på hvert nivå er også kalt en taxon. Med andre ord, hunder er i orden Carnivora. Carnivora er navnet på taxon på ordre nivå; Canidae er taxon på familien nivå, og så videre. Organismer har også et felles navn som folk vanligvis bruker, i dette tilfellet, dog. Vær oppmerksom på at hunden er i tillegg en underart: den «familiaris» i Canis lupus familiaris., Underarter er medlemmer av samme art som er i stand til å parre seg og reprodusere levedyktig avkom, men de er vurdert som separate underarter på grunn av geografiske eller atferdsdata isolasjon eller andre faktorer.

Figur 6 viser hvordan nivåene bevege seg i retning av spesifisitet med andre organismer. Legg merke til hvordan hunden aksjer et domene med det største mangfoldet av organismer, inkludert planter og sommerfugler. På hvert undernivå, den organismer blir mer likt fordi de er mer nært beslektet., Historisk, forskere klassifisert organismer ved hjelp av egenskaper, men som DNA-teknologi er utviklet, mer presis phylogenies har blitt fastsatt.

Praksis Spørsmålet

Figur 6. På hvert undernivå i taksonomisk klassifikasjon, organismer blitt mer lik. Hunder og ulver er de samme artene fordi de kan avle og produsere levedyktig avkom, men de er forskjellige nok til å bli klassifisert som ulike underarter., (kreditt «plante»: endring av arbeid med «berduchwal»/Flickr; kreditt «insekt»: endring av arbeid av Jon Sullivan; kreditt «fisk»: endring av arbeid med Christian Mehlführer; kreditt «kanin»: endring av arbeid av Aidan Wojtas; kreditt «katt»: endring av arbeid av Jonathan Lidbeck; kreditt «fox»: endring av arbeid med Kevin Bacher, NPS; kreditt «sjakalen»: endring av arbeid av Thomas A., Hermann, NBII, USGS; kreditt «wolf»: endring av arbeid av Robert Dewar; kreditt «hund»: endring av arbeid med «digital_image_fan»/Flickr)

På hvilke nivåer er katter og hunder anses å være en del av samme gruppe?

Vis Svaret

Katter og hunder er en del av samme gruppe på fem nivåer: begge er i domenet Eukarya, rike Animalia, den phylum Chordata, klassen Mammalia, og ordenen Carnivora.,

Nylig genetiske analyser og andre fremskritt har funnet at noen tidligere fylogenetisk klassifikasjoner som ikke er i samsvar med den evolusjonære fortid; derfor, endringer og oppdateringer må gjøres som nye funn oppstå. Husker at fylogenetisk trær er hypoteser og er endret som data blir tilgjengelig., I tillegg, klassifisering historisk sett har fokusert på gruppering organismer, først og fremst av felles kjennetegn og ikke nødvendigvis illustrere hvordan ulike grupper forholder seg til hverandre fra et evolusjonært perspektiv. For eksempel, til tross for det faktum at en flodhest ligner på en gris mer enn en hval, hippopotamus kan være nærmest levende slektning av hval.

Sjekk Din Forståelse

Svar på spørsmålet(s) nedenfor for å se hvor godt du forstår emnene som er nevnt i forrige avsnitt., Denne korte quiz teller ikke på karakteren i klassen, og du kan ta det til et ubegrenset antall ganger.

Bruk denne quizen for å sjekke din forståelse og avgjøre om (1) å studere forrige avsnitt ytterligere eller (2) å gå videre til neste avsnitt.