Biologi för Majors i (Svenska)

Läs och analysera ett fylogenetiskt träd som dokumenterar evolutionära relationer

i vetenskapliga termer kallas den evolutionära historien och förhållandet mellan en organism eller grupp av organismer fylogeni. Fylogeni beskriver en organisms relationer, till exempel från vilka organismer det anses ha utvecklats, till vilka arter det är närmast besläktat, och så vidare. Fylogenetiska relationer ger information om delade anor men inte nödvändigtvis om hur organismer är likartade eller olika.,

vetenskaplig klassificering

figur 1. Endast ett fåtal av de mer än en miljon kända insektsarterna är representerade i denna skalbaggesamling., Skalbaggar är en stor undergrupp av insekter. De utgör cirka 40 procent av alla insektsarter och cirka 25 procent av alla kända arter av organismer.

varför klassificerar biologer organismer? Den främsta anledningen är att förstå den otroliga mångfalden av livet på jorden. Forskare har identifierat miljontals olika arter av organismer. Bland djur är den mest mångsidiga gruppen av organismer insekterna. Mer än en miljon olika arter av insekter har redan beskrivits. Uppskattningsvis nio miljoner insektsarter har ännu inte identifierats., En liten del av insektsarter visas i skalbaggesamlingen i Figur 1.

så olika som insekter är, kan det finnas ännu fler arter av bakterier, en annan stor grupp av organismer. Det är uppenbart att det finns ett behov av att organisera den enorma mångfalden i livet. Klassificering gör det möjligt för forskare att organisera och bättre förstå de grundläggande likheterna och skillnaderna mellan organismer. Denna kunskap är nödvändig för att förstå den nuvarande mångfalden och livets tidigare evolutionära historia på jorden.,

fylogenetiska träd

forskare använder ett verktyg som kallas ett fylogenetiskt träd för att visa de evolutionära vägarna och anslutningarna mellan organismer. Ett fylogenetiskt träd är ett diagram som används för att återspegla evolutionära relationer mellan organismer eller grupper av organismer. Forskare anser att fylogenetiska träd är en hypotes om det evolutionära förflutna eftersom man inte kan gå tillbaka för att bekräfta de föreslagna relationerna. Med andra ord kan ett ”livets träd” konstrueras för att illustrera när olika organismer utvecklats och för att visa relationerna mellan olika organismer (Figur 2).,

varje grupp av organismer gick igenom sin egen evolutionära resa, kallad dess fylogeni. Varje organism delar relatedness med andra, och baserat på morfologiska och genetiska bevis försöker forskare att kartlägga de evolutionära vägarna i allt liv på jorden. Många forskare bygger fylogenetiska träd för att illustrera evolutionära relationer.

struktur av fylogenetiska träd

ett fylogenetiskt träd kan läsas som en karta över evolutionär historia. Många fylogenetiska träd har en enda härstamning vid basen som representerar en gemensam förfader., Forskare kallar sådana träd rotade, vilket innebär att det finns en enda släktlinje (typiskt ritad från botten eller vänster) som alla organismer representerade i diagrammet relaterar till. Lägg märke till i det rotade fylogenetiska trädet att de tre domänerna-bakterier, Archaea och Eukarya—avviker från en enda punkt och grenar av. Den lilla gren som växter och djur (inklusive människor) upptar i detta diagram visar hur nyligen och miniscule dessa grupper jämförs med andra organismer. Unrooted träd visar inte en gemensam förfader men visar relationer mellan arter.,

Figur 2. Båda dessa fylogenetiska träd visar förhållandet mellan de tre domänerna av livsbakterier, Archaea och Eukarya—men det (A) rotade trädet försöker identifiera när olika arter avviker från en gemensam förfader medan (b) unrooted tree inte gör det. (credit a: modification of work by Eric Gaba)

i ett rotat träd indikerar förgreningen evolutionära relationer (Figur 3). Den punkt där en delning inträffar, kallad en grenpunkt, representerar där en enda härstamning utvecklats till en distinkt ny., En härstamning som utvecklats tidigt från roten och förblir obefogad kallas basal taxon. När två linjer härrör från samma grenpunkt kallas de syster taxa. En gren med mer än två linjer kallas en polytomi och tjänar till att illustrera var forskare inte definitivt har bestämt alla relationer. Det är viktigt att notera att även om syster taxa och polytomy delar en förfader, betyder det inte att grupperna av organismer delas eller utvecklas från varandra., Organismer i två taxa kan ha splittrats vid en viss filialpunkt, men ingen taxa gav upphov till den andra.

Figur 3. Roten av ett fylogenetiskt träd indikerar att en förfäders härstamning gav upphov till alla organismer på trädet. En grenpunkt anger var två linjer avviker. En härstamning som utvecklats tidigt och förblir obefläckad är en basal taxon. När två lineages härrör från samma gren punkt, de är syster taxa. En gren med mer än två linjer är en polytomi.,

diagrammen ovan kan fungera som en väg för att förstå evolutionär historia. Vägen kan spåras från livets ursprung till varje enskild art genom att navigera genom de evolutionära grenarna mellan de två punkterna. Genom att börja med en enda art och spåra tillbaka mot” stammen ” av trädet, kan man upptäcka att artens förfäder, liksom där lineages delar ett gemensamt anor. Dessutom kan trädet användas för att studera hela grupper av organismer.,

en annan punkt att nämna om fylogenetisk trädstruktur är att rotation vid grenpunkter inte ändrar informationen. Till exempel, om en filialpunkt roterades och taxon-ordern ändrades, skulle detta inte ändra informationen eftersom utvecklingen av varje taxon från filialpunkten var oberoende av den andra.

många discipliner inom studier av biologi bidrar till att förstå hur tidigare och nuvarande liv utvecklats över tiden.dessa discipliner bidrar tillsammans till att bygga, uppdatera och upprätthålla ”livets träd.,”Information används för att organisera och klassificera organismer baserade på evolutionära relationer inom ett vetenskapligt område som kallas Systematik. Data kan samlas in från fossiler, från att studera strukturen hos kroppsdelar eller molekyler som används av en organism och genom DNA-analys. Genom att kombinera data från många källor kan forskare sätta ihop en organisms fylogeni; eftersom fylogenetiska träd är hypoteser kommer de att fortsätta att förändras när nya typer av liv upptäcks och ny information lärs.,

begränsningar av fylogenetiska träd

det kan vara lätt att anta att närmare besläktade organismer ser mer likadana ut, och även om detta ofta är fallet är det inte alltid sant. Om två närbesläktade linjer utvecklats under betydligt varierande omgivningar eller efter utvecklingen av en stor ny anpassning, är det möjligt för de två grupperna att visas mer annorlunda än andra grupper som inte är lika nära besläktade., Till exempel visar det fylogenetiska trädet i Figur 4 att ödlor och kaniner båda har fosterägg, medan grodor inte gör det.ändå verkar ödlor och Grodor mer lika än ödlor och kaniner.

Figur 4. Detta stegliknande fylogenetiska träd av ryggradsdjur är rotat av en organism som saknade en ryggrad. Vid varje grenpunkt placeras organismer med olika tecken i olika grupper baserat på de egenskaper de delar.,

en annan aspekt av fylogenetiska träd är att, om inte annat anges, grenarna inte står för tid, bara den evolutionära ordningen. Med andra ord betyder inte längden på en gren vanligtvis mer tid som gått, och inte heller betyder en kort gren mindre tid passerat – om det inte anges på diagrammet. Till exempel, i Figur 4, indikerar trädet inte hur mycket tid som passerade mellan utvecklingen av fosterägg och hår. Vad trädet visar är den ordning i vilken saker ägde rum., Återigen med hjälp av Figur 4 visar trädet att det äldsta egenskapen är ryggraden, följt av gångjärnsbackar och så vidare. Kom ihåg att något fylogenetiskt träd är en del av den större helheten, och som ett riktigt träd växer det inte bara i en riktning efter att en ny gren utvecklas.

så, för organismerna i Figur 4, bara för att en ryggrad utvecklats betyder inte att ryggradslös utveckling upphörde, betyder det bara att en ny gren bildades., Grupper som inte är nära besläktade, men utvecklas under liknande förhållanden, kan också verka mer fenotypiskt lik varandra än en nära släkting.

det taxonomiska klassificeringssystemet

taxonomi (som bokstavligen betyder ”arrangemangslag”) är vetenskapen om att klassificera organismer för att konstruera internationellt delade klassificeringssystem med varje organism placerad i mer och mer inkluderande grupperingar. Tänk på hur en mataffär är organiserad. Ett stort utrymme är uppdelat i avdelningar, såsom produktion, mejeri och kött., Sedan delas varje avdelning vidare i gångar, sedan varje gång i kategorier och varumärken, och sedan slutligen en enda produkt. Denna organisation från större till mindre, mer specifika kategorier kallas ett hierarkiskt system.det taxonomiska klassificeringssystemet (även kallat Linnésystemet efter uppfinnaren Carl Linné, en svensk botaniker, zoolog och läkare) använder en hierarkisk modell. Flytta från ursprungspunkten blir grupperna mer specifika tills en gren slutar som en enda art., Till exempel, efter den gemensamma början av allt liv, delar forskare organismer i tre stora kategorier som kallas en domän: bakterier, Archaea och Eukarya. Inom varje domän är en andra kategori som kallas ett rike. Efter riken är de efterföljande kategorierna av ökande specificitet: Stam, Klass, Ordning, familj, släkt och arter (Figur 5).

Figur 5. Det taxonomiska klassificeringssystemet använder en hierarkisk modell för att organisera levande organismer i alltmer specifika kategorier., Den vanliga hunden, Canis lupus familiaris, är en underart av Canis lupus, som också innehåller vargen och dingo. (credit ”dog”: ändring av arbete av Janneke Vreugdenhil)

kungariket Animalia härrör från Eukarya domän. För den gemensamma hunden skulle klassificeringsnivåerna vara som visas i Figur 5. Därför har organismens fullständiga namn Tekniskt åtta termer. För hunden är det: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis och lupus. Observera att varje namn aktiveras med undantag för arter, och släktet och artens namn är kursiverade., Forskare hänvisar i allmänhet till en organism endast av dess släkt och Art, vilket är dess tvåordiga vetenskapliga namn, i vad som kallas binomial nomenklatur. Därför är hundens vetenskapliga namn Canis lupus. Namnet på varje nivå kallas också en taxon. Med andra ord är hundar i ordning Carnivora. Carnivora är namnet på taxon på ordernivå; Canidae är taxon på familjenivå, och så vidare. Organismer har också ett gemensamt namn som människor vanligtvis använder, i detta fall, hund. Observera att hunden är dessutom en underart:” familiaris ” i Canis lupus familiaris., Underarter är medlemmar av samma art som kan para och reproducera livskraftiga avkommor, men de anses vara separata underarter på grund av geografisk eller beteendemässig isolering eller andra faktorer.

Figur 6 visar hur nivåerna rör sig mot specificitet med andra organismer. Lägg märke till hur hunden delar en domän med den bredaste mångfalden av organismer, inklusive växter och fjärilar. Vid varje undernivå blir organismerna mer likartade eftersom de är närmare besläktade., Historiskt har forskare klassificerat organismer som använder egenskaper, men som DNA-teknik utvecklats har mer exakta fylogenier bestämts.

Övningsfråga

Figur 6. På varje undernivå i det taxonomiska klassificeringssystemet blir organismerna mer likartade. Hundar och vargar är samma art eftersom de kan odla och producera livskraftiga avkommor, men de är tillräckligt olika för att klassificeras som olika underarter., (credit ”plant”: modifiering av arbete av ”berduchwal” / Flickr; credit ”insect”: modifiering av arbete av Jon Sullivan; credit ”fish”: modifiering av arbete av Christian Mehlführer; credit ”rabbit”: modifiering av arbete av Aidan Wojtas; credit ”cat”: modifiering av arbete av Jonathan Lidbeck; credit ”fox”: modifiering av arbete av Kevin Bacher, NPS; credit ”jackal”: modifiering av arbete av Thomas A., Hermann, NBII, USGS; credit ”wolf”: modifiering av arbete av Robert Dewar; credit ”dog”: modifiering av arbete av”digital_image_fan” /Flickr)

på vilka nivåer anses katter och hundar vara en del av samma grupp?

Visa svar

katter och hundar är en del av samma grupp på fem nivåer: båda är i domänen Eukarya, kungariket Animalia, fylum Chordata, klassen Mammalia och ordningen Carnivora.,

den senaste genetiska analysen och andra framsteg har visat att vissa tidigare fylogenetiska klassificeringar inte överensstämmer med det evolutionära förflutna.därför måste ändringar och uppdateringar göras när nya upptäckter uppstår. Minns att fylogenetiska träd är hypoteser och ändras när data blir tillgängliga., Dessutom har klassificeringen historiskt fokuserat på att gruppera organismer huvudsakligen genom delade egenskaper och illustrerar inte nödvändigtvis hur de olika grupperna relaterar till varandra ur ett evolutionärt perspektiv. Till exempel, trots att en flodhäst liknar en gris mer än en val, kan flodhästen vara den närmaste levande släkting till valen.

kontrollera din förståelse

svara på frågorna nedan för att se hur bra du förstår de ämnen som omfattas av föregående avsnitt., Denna korta frågesport räknas inte mot din klass i klassen, och du kan återta det ett obegränsat antal gånger.

använd denna frågesport för att kontrollera din förståelse och bestämma om (1) studera föregående avsnitt ytterligare eller (2) gå vidare till nästa avsnitt.