ARBORE FILOGENETIC: TIPURI ȘI CARACTERISTICILE ACESTORA, EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Un arbore filogenetic este o reprezentare grafică matematică a istoriei și relațiilor strămoș-descendenți ale grupurilor, populațiilor, speciilor sau oricărei alte categorii taxonomice. Teoretic, toți pomii filogenetici pot fi grupați în arborele vieții, constituind arborele universal.

Aceste reprezentări grafice au revoluționat studiul biologiei evolutive, deoarece permit stabilirea și definirea unei specii, testarea diferitelor ipoteze evolutive (cum ar fi teoria endosimbiotică), evaluarea originii bolilor (cum ar fi HIV) etc.

Sursa: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881)

Copacii pot fi reconstruiți folosind caractere morfologice sau moleculare, sau ambele. În același mod, există diferite metode pentru a le construi, cele mai frecvente fiind metodologia cladistă. Aceasta încearcă să identifice caractere derivate partajate, cunoscute sub denumirea de sinapomorfie.

caracteristici

Unul dintre principiile dezvoltate de Charles Darwin este strămoșul comun al tuturor organismelor vii - adică toți împărtășim un strămoș îndepărtat.

În „Originea speciilor” Darwin ridică metafora „copacului vieții”. De fapt, el folosește un arbore grafic ipotetic pentru a-și dezvolta ideea (curios, este singura ilustrație a Originii).

Reprezentarea acestei metafore este ceea ce cunoaștem sub denumirea de arbori filogenetici, care ne permit să afișăm grafic istoria și relațiile unui grup specific de organisme.

Anatomia unui copac filogenetic

În pomii filogenetici, putem distinge următoarele părți - continuând cu analogia botanică:

Ramuri: liniile arborelui se numesc „ramuri”, iar acestea reprezintă populațiile studiate de-a lungul timpului. În funcție de tipul arborelui (vezi mai jos), lungimea ramurii poate avea sau nu o semnificație.

La sfaturile ramurilor găsim organismele pe care vrem să le evaluăm. Acestea pot fi entități care sunt în prezent în viață sau ființe dispărute. Specia ar fi frunzele copacului nostru.

Rădăcina: rădăcina este cea mai veche ramură a copacului. Unii îl au și se numesc copaci înrădăcinați, în timp ce alții nu.

Noduri: punctele ramurilor ramurilor din două sau mai multe linii se numesc noduri. Punctul reprezintă cel mai recent strămoș comun al grupurilor descendenți (rețineți că acești strămoși sunt ipotetici).

Existența unui nod implică un eveniment de specializare - crearea de noi specii. După aceasta, fiecare specie își urmează cursul evolutiv.

Terminologie suplimentară

Pe lângă aceste trei concepte de bază, există și alți termeni necesari atunci când vine vorba de arbori filogenetici:

Politomie: când un arbore filogenetic are mai mult de două ramuri într-un nod, se spune că există o polimie. În aceste cazuri, arborele filogenetic nu este pe deplin rezolvat, deoarece relațiile dintre organismele implicate nu sunt clare. Acest lucru se întâmplă adesea din cauza lipsei de date și poate fi remediat doar atunci când un cercetător acumulează mai multe.

Grup extern: în problemele filogenetice este frecvent să auzim conceptul de grup extern - numit și outgroup. Acest grup este selectat pentru a putea rădăcina arborele. Ar trebui să fie ales ca un taxon care s-a abătut anterior de la grupul de studiu. De exemplu, dacă studiez echinodermele, puteți să depășiți ghearele de mare.

Tipuri

Există trei tipuri de arbori de bază: cladograme, arbori aditivi și arbori ultrametrici.

Cladogramele sunt cei mai simpli arbori și arată relația organismelor în termeni de strămoși comuni. Informațiile acestui tip de arbore se află în tiparele de ramificare, deoarece mărimea ramurilor nu are niciun sens suplimentar.

Al doilea tip de arbore este aditivul, numit și arbori metrici sau filograme. Lungimea ramurilor este legată de cantitatea de schimbare evolutivă.

În sfârșit, avem arbori sau dendograme ultrametrice, în care toate vârfurile copacilor se află la aceeași distanță (ceea ce nu este cazul în filogramă, unde un vârf poate apărea mai mic sau mai mare decât partenerul său). Lungimea ramurii este legată de timpul evolutiv.

Alegerea arborelui este direct legată de întrebarea evolutivă la care vrem să răspundem. De exemplu, dacă ne preocupăm doar de relațiile dintre indivizi, o cladogramă va fi suficientă pentru studiu.

Cele mai frecvente greșeli atunci când citiți arbori filogenetici

Cu toate că arborii filogenetici sunt adesea grafice utilizate pe scară largă în biologia evolutivă (și în biologia generală), există mulți studenți și profesioniști care interpretează greșit mesajul pe care aceste grafice aparent simple sunt destinate să le transmită cititorului.

Nu există portbagaj

Prima greșeală este să le citesc lateral, presupunând că evoluția implică progres. Dacă înțelegem corect procesul evolutiv, nu există niciun motiv să credem că speciile ancestrale sunt pe stânga și speciile mai avansate în dreapta.

Deși analogia botanică a unui copac este foarte utilă, vine un punct în care acesta nu mai este atât de exact. Există o structură crucială a arborelui care nu este prezentă în copac: trunchiul. În pomii filogenetici nu găsim ramuri principale.

Mai exact, unii oameni ar putea considera omul drept „obiectivul” final al evoluției și, prin urmare, specia Homo sapiens ar trebui să fie întotdeauna localizată ca entitate finală.

Totuși, această părere nu este în concordanță cu principiile evolutive. Dacă înțelegem că pomii filogenetici sunt elemente mobile, putem plasa Homo în orice poziție terminală a arborelui, deoarece această caracteristică nu este relevantă în reprezentare.

Nodurile se pot roti

O caracteristică vitală pe care trebuie să o înțelegem cu privire la pomii filogenetici este aceea că reprezintă grafice nestatice.

În ele, toate aceste ramuri se pot roti - în același mod în care un mobil poate. Nu înseamnă că putem muta ramurile în voie, deoarece unele mișcări ar implica schimbarea modelului sau topologiei arborelui. Ceea ce putem roti sunt nodurile.

Pentru a interpreta mesajul unui arbore, nu trebuie să ne concentrăm pe vârfurile ramurilor, trebuie să ne concentrăm asupra punctelor ramurilor, care sunt aspectul cel mai important al graficului.

În plus, trebuie să avem în vedere că există mai multe modalități de a desena un copac. De multe ori depinde de stilul cărții sau al revistei, iar schimbările în forma și poziția ramurilor nu afectează informațiile pe care doresc să ni le transmită.

Nu putem deduce existența unor specii ancestrale sau „vechi”

Când ne vom referi la speciile actuale, nu ar trebui să le aplicăm conotații ancestrale. De exemplu, când ne gândim la relațiile dintre cimpanzei și oameni, putem înțelege greșit că cimpanzeii sunt strămoși pentru descendența noastră.

Cu toate acestea, strămoșul comun al cimpanzeilor și al oamenilor nu a fost nici unul. A crede că cimpanzeul este ancestral ar fi să presupunem că evoluția sa s-a oprit odată ce ambele linii s-au separat.

Urmând aceeași logică a acestor idei, un arbore filogenetic nu ne spune dacă există specii tinere. Deoarece frecvențele alelice se schimbă constant și apar noi caractere în timp, este dificil să se stabilească vârsta unei specii și, cu siguranță, un copac nu ne oferă astfel de informații.

„Schimbarea frecvențelor de alele în timp” este modul în care genetica populației definește evoluția.

Sunt neschimbabile

Când privim un arbore filogenetic trebuie să înțelegem că acest grafic este pur și simplu o ipoteză generată din dovezi concrete. S-ar putea ca dacă adăugăm mai multe caractere în arbore, acesta își va modifica topologia.

Experiența oamenilor de știință în alegerea celor mai bune personaje pentru a elucida relațiile organismelor în cauză este esențială. În plus, există instrumente statistice foarte puternice care permit cercetătorilor să evalueze copacii și să-l aleagă pe cel mai plauzibil.

Exemple

Cele trei domenii ale vieții: Archaea, Bacteria și Eukarya

În 1977, cercetătorul Carl Woese a propus gruparea organismelor vii în trei domenii: Archaea, Bacteria și Eukarya. Acest nou sistem de clasificare (anterior existau doar două categorii, Eukaryota și Prokaryota) s-a bazat pe markerul molecular ARN ribozomal.

Bacteriile și eucariote sunt organisme cunoscute. Arhaea este adesea confundată cu bacteriile. Cu toate acestea, acestea diferă profund în structura componentelor lor celulare.

Prin urmare, deși sunt organisme microscopice precum bacteriile, membrii domeniului Archaea sunt mai strâns legați de eucariote - pentru că au un strămoș comun mai apropiat.

Sursa: Pregătită de Mariana Gelambi.

Filogenia primatelor

În cadrul biologiei evolutive, unul dintre cele mai controversate subiecte este evoluția omului. Pentru adversarii acestei teorii, o evoluție pornind de la un strămoș apelativ care a dat naștere omului modern nu este logică.

Un concept cheie este înțelegerea faptului că nu am evoluat din maimuțele actuale, ci mai degrabă le-am împărtășit un strămoș comun. În arborele maimuțelor și al oamenilor, se evidențiază faptul că ceea ce cunoaștem ca „ape” nu este o grupă monofiletică valabilă, deoarece exclude oamenii.

Sursa: Pregătită de Mariana Gelambi.

Filogenia cetartiodactililor (cetartiodactila)

Evolutiv vorbind, cetaceele reprezentau un grup de vertebrate ale căror relații cu restul colegilor lor de mamifere nu erau foarte clare. Morfologic, balenele, delfinii și ceilalți membri au o asemănare mică cu alte mamifere.

În prezent, datorită studierii diferitelor caractere morfologice și moleculare, a fost posibil să concluzionăm că grupul soră al cetaceelor ​​mari este format din artiodactile - ungulate cu copite uniforme.

Sursa: Pregătită de Mariana Gelambi.

Referințe

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Provocarea gândirii în copac. Știință, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitație la biologie. Macmillan.
3. Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: Baza ierarhică a biologiei comparative. Presă academică.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Principii integrate de zoologie. McGraw - Hill.
5. Kardong, KV (2006). Vertebrate: anatomie comparativă, funcție, evoluție. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Enciclopedia biologiei evolutive. Presă academică.
7. Losos, JB (2013). Ghidul Princeton către evoluție. Presa universitară Princeton.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Evoluția moleculară: o abordare filogenetică. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Enciclopedia evoluției. Editura Infobase.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologie: concepte și aplicații fără fiziologie. Cengage Learning.