FYLOGENIE: INTERPRETATIE, SOORTEN BOMEN, TOEPASSINGEN - BIOLOGIE - 2026

Een fylogenie , in de evolutiebiologie, is een weergave van de evolutionaire geschiedenis van een groep organismen of een soort, met de nadruk op de afstammingslijn en de verwantschapsverhoudingen tussen de groepen.

Tegenwoordig hebben biologen gegevens gebruikt die voornamelijk zijn afgeleid van vergelijkende morfologie en anatomie, en van gensequenties om duizenden en duizenden bomen te reconstrueren.

Bron: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Deze bomen proberen de evolutionaire geschiedenis te beschrijven van de verschillende soorten dieren, planten, microben en andere organische wezens die op aarde leven.

De analogie met de levensboom dateert uit de tijd van Charles Darwin. Deze briljante Britse natuuronderzoeker legt in het meesterwerk "The Origin of Species" een enkel beeld vast: een "boom" die de vertakking van geslachten vertegenwoordigt, beginnend bij een gemeenschappelijke voorouder.

Wat is een fylogenie?

In het licht van de biologische wetenschappen is evolutie een van de meest verbazingwekkende gebeurtenissen die hebben plaatsgevonden. Genoemde verandering in organische vormen in de tijd kan worden weergegeven in een fylogenetische boom. Daarom drukt de fylogenie de geschiedenis van de geslachten uit en hoe ze in de loop van de tijd zijn veranderd.

Een van de directe implicaties van deze grafiek is de gemeenschappelijke afkomst. Dat wil zeggen, alle organismen die we vandaag zien, zijn naar voren gekomen als afstammelingen met modificaties van vroegere vormen. Dit idee is een van de belangrijkste in de geschiedenis van de wetenschap.

Alle levensvormen die we vandaag kunnen waarderen - van microscopisch kleine bacteriën tot planten en de grootste gewervelde dieren - zijn met elkaar verbonden en die relatie wordt weergegeven in de enorme en ingewikkelde levensboom.

Binnen de analogie van de boom, zouden de soorten die vandaag leven de bladeren vertegenwoordigen en de rest van de takken zou hun evolutionaire geschiedenis zijn.

Wat is een fylogenetische boom?

Een vereenvoudigde fylogenie van de Metazoa wordt getoond. Voor sommige groepen is een schematische weergave gekoppeld voor enkele van de soorten ogen die ze kunnen presenteren: beker, camera met lichtinlaatopening, camera met lens, composiet door appositie en composiet door superpositie. Laura bibiana, van Wikimedia Commons

Een fylogenetische boom is een grafische weergave van de evolutionaire geschiedenis van een groep organismen. Dit patroon van historische relaties is de fylogenie die onderzoekers proberen in te schatten.

Bomen bestaan ​​uit knooppunten die de "takken" met elkaar verbinden. De terminale knooppunten van elke tak zijn de terminale taxa en vertegenwoordigen de sequenties of organismen waarvoor gegevens bekend zijn - dit kunnen levende of uitgestorven soorten zijn.

De interne knooppunten vertegenwoordigen hypothetische voorouders, terwijl de voorouder die in de wortel van de boom wordt gevonden, de voorouder vertegenwoordigt van alle reeksen die in de grafiek worden weergegeven.

Hoe worden fylogenetische bomen geïnterpreteerd?

Er zijn veel manieren om een ​​fylogenetische boom weer te geven. Om deze reden is het belangrijk om te weten hoe te herkennen of deze verschillen die tussen twee bomen worden waargenomen, te wijten zijn aan verschillende topologieën - dat wil zeggen, echte verschillen die overeenkomen met twee spellingen - of eenvoudigweg verschillen zijn die verband houden met de weergavestijl.

De volgorde waarin de labels bovenaan verschijnen, kan bijvoorbeeld variëren, zonder de betekenis van de grafische weergave te wijzigen, in het algemeen de naam van de soort, het geslacht, de familie en andere categorieën.

Dit komt omdat de bomen op een mobiel lijken, waarbij de takken kunnen draaien zonder de relatie van de weergegeven soort te veranderen.

In die zin maakt het niet uit hoe vaak de volgorde wordt gewijzigd of de objecten die 'hangen' worden geroteerd, aangezien het de manier waarop ze zijn verbonden niet verandert - en dat is het belangrijkste.

Hoe worden fylogenieën gereconstrueerd?

Fylogenieën zijn hypothesen die zijn geformuleerd op basis van indirect bewijs. Het ophelderen van een fylogenie is vergelijkbaar met het werk van een onderzoeker die een misdaad oplost door de aanwijzingen van de plaats delict te volgen.

Biologen postuleren hun fylogenieën vaak met behulp van kennis uit verschillende takken, zoals paleontologie, vergelijkende anatomie, vergelijkende embryologie en moleculaire biologie.

Hoewel het fossielenbestand onvolledig is, levert het zeer waardevolle informatie op over de divergentie-tijden van groepen soorten.

Met het verstrijken van de tijd heeft de moleculaire biologie alle bovengenoemde velden overtroffen, en de meeste fylogenieën worden afgeleid uit moleculaire gegevens.

Het doel van het opnieuw opbouwen van een fylogenetische boom heeft een aantal grote nadelen. Er zijn ongeveer 1,8 miljoen soorten met de naam en nog veel meer zonder te worden beschreven.

En hoewel een aanzienlijk aantal wetenschappers er elke dag naar streeft om relaties tussen soorten te reconstrueren, is er nog steeds geen volledige boom.

Homologe karakters

Wanneer biologen de overeenkomsten tussen twee structuren of processen willen beschrijven, kunnen ze dat doen in termen van gemeenschappelijke afkomst (homologieën), analogieën (functie) of homoplasie (morfologische gelijkenis).

Om een ​​fylogenie te reconstrueren, worden uitsluitend homologe karakters gebruikt. Homologie is een sleutelbegrip bij de evolutie en bij het opnieuw creëren van relaties tussen soorten, aangezien het alleen de gemeenschappelijke afstamming van organismen adequaat weerspiegelt.

Stel dat we de fylogenie van drie groepen willen afleiden: vogels, vleermuizen en mensen. Om ons doel te bereiken, hebben we besloten om de bovenste ledematen te gebruiken als een kenmerk dat ons helpt het patroon van relaties te onderscheiden.

Aangezien vogels en vleermuizen aangepaste vluchtstructuren hebben, zouden we ten onrechte kunnen concluderen dat vleermuizen en vogels meer aan elkaar verwant zijn dan vleermuizen aan mensen. Waarom zijn we tot de verkeerde conclusie gekomen? Omdat we een analoog en niet-homoloog karakter hebben gebruikt.

Om de juiste relatie te vinden, moet ik zoeken naar een homoloog karakter, zoals de aanwezigheid van haar, melkklieren en drie kleine botten in het middenoor - om er maar een paar te noemen. Homologieën zijn echter niet gemakkelijk te diagnosticeren.

Soorten bomen

Niet alle bomen zijn hetzelfde, er zijn verschillende grafische voorstellingen en elke boom slaagt erin een eigenaardig kenmerk van de evolutie van de groep op te nemen.

De meest elementaire bomen zijn cladogrammen. Deze grafieken geven de relaties weer in termen van gemeenschappelijke voorouders (volgens de meest recente gemeenschappelijke voorouders).

Bijkomende bomen bevatten aanvullende informatie en worden weergegeven in de lengte van de takken.

De nummers die aan elke tak zijn gekoppeld, komen overeen met een bepaald kenmerk in de reeks, zoals de hoeveelheid evolutionaire verandering die organismen hebben ondergaan. Naast "additieve bomen" worden ze ook wel metrische bomen of fylogrammen genoemd.

Ultrametrische bomen, ook wel dendogrammen genoemd, zijn een bijzonder geval van additieve bomen, waarbij de toppen van de boom op gelijke afstand van de wortel tot de boom staan.

Deze laatste twee varianten hebben alle gegevens die we in een cladogram kunnen vinden, en extra informatie. Daarom zijn ze niet exclusief, zo niet complementair.

Politomias

Vaak zijn de knooppunten van de bomen niet volledig opgelost. Visueel wordt gezegd dat er een polytomie is, wanneer meer dan drie takken uit een nieuwe komen (er is een enkele voorouder voor meer dan twee directe nakomelingen). Wanneer een boom geen polytomieën heeft, wordt gezegd dat deze volledig is opgelost.

Er zijn twee soorten polytomieën. De eerste zijn de "harde" polytomieën. Deze zijn inherent aan de studiegroep en geven aan dat de nakomelingen tegelijkertijd evolueerden. Als alternatief duiden "zachte" polytomieën onopgeloste relaties aan die worden veroorzaakt door de gegevens op zich.

Evolutionaire classificatie

Monofyletische lijnen

Evolutionaire biologen proberen een classificatie te vinden die past in het vertakkingspatroon van de fylogenetische geschiedenis van groepen. In dit proces is een reeks termen ontwikkeld die veel worden gebruikt in de evolutiebiologie: monofyletisch, parafyletisch en polyfyletisch.

Een monofyletisch taxon of afstamming is er een die een voorouderlijke soort omvat, die wordt weergegeven in het knooppunt, en al zijn nakomelingen, maar geen andere soorten. Deze groepering wordt een clade genoemd.

Monofyletische lijnen worden gedefinieerd op elk niveau van de taxonomische hiërarchie. De familie Felidae, een geslacht dat katachtigen bevat (inclusief huiskatten), wordt bijvoorbeeld als monofyletisch beschouwd.

Evenzo is Animalia ook een monofyletisch taxon. Zoals we kunnen zien, bevindt de Felidae-familie zich binnen Animalia, dus monofyletische groepen kunnen worden genest.

Parafyletische en polyfyletische lijnen

Niet alle biologen delen echter cladistisch classificatieddenken. In gevallen waarin de gegevens niet volledig zijn of simpelweg voor het gemak, worden bepaalde taxa genoemd die soorten uit verschillende clades of hogere taxa bevatten die geen recentere gemeenschappelijke voorouder delen.

Op deze manier is een taxon polyfyletisch, het wordt gedefinieerd als een groep die organismen uit verschillende clades omvat, en deze delen geen gemeenschappelijke voorouder. Als we bijvoorbeeld een groep homeothermen willen aanwijzen, dan zijn dat ook vogels en zoogdieren.

Een parafyletische groep daarentegen bevat niet alle afstammelingen van de meest recente gemeenschappelijke voorouder. Met andere woorden, het sluit enkele leden van de groep uit. Het meest gebruikte voorbeeld zijn reptielen, deze groep bevat niet alle nakomelingen van de meest recente gemeenschappelijke voorouder: vogels.

Toepassingen

Behalve dat ze bijdragen aan de zware taak om de boom des levens op te helderen, hebben fylogenieën ook enkele vrij belangrijke toepassingen.

Op medisch gebied worden fylogenieën gebruikt om de oorsprong en overdrachtssnelheden van infectieziekten, zoals aids, dengue en griep, op te sporen.

Ze worden ook gebruikt op het gebied van conserveringsbiologie. Kennis van de fylogenie van een bedreigde soort is essentieel om de kruisingspatronen en het niveau van hybridisatie en inteelt tussen individuen te volgen.

Referenties

1. Baum, DA, Smith, SD en Donovan, SS (2005). De uitdaging van het boomdenken. Wetenschap, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
3. Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: de hiërarchische basis van vergelijkende biologie. Academische pers.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Geïntegreerde principes van zoölogie. McGraw - Hill.
5. Hinchliff, CE, Smith, SA, Allman, JF, Burleigh, JG, Chaudhary, R., Coghill, LM, Crandall, KA, Deng, J., Drew, BT, Gazis, R., Gude, K., Hibbett, DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T.,… Cranston, KA (2015). Synthese van fylogenie en taxonomie tot een uitgebreide levensboom. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Gewervelde dieren: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. McGraw-Hill.
7. Pagina, RD, & Holmes, EC (2009). Moleculaire evolutie: een fylogenetische benadering. John Wiley & Sons.