FYLOGENETISCHE BOOM: SOORTEN EN HUN KENMERKEN, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

Een fylogenetische boom is een wiskundige grafische weergave van de geschiedenis en relaties tussen voorouders en afstammelingen van groepen, populaties, soorten of een andere taxonomische categorie. Theoretisch kunnen alle fylogenetische bomen worden gegroepeerd in de boom des levens en de universele boom vormen.

Deze grafische voorstellingen hebben een revolutie teweeggebracht in de studie van de evolutiebiologie, omdat ze het mogelijk maken om een ​​soort vast te stellen en te definiëren, verschillende evolutionaire hypothesen te testen (zoals endosymbiotische theorie), de oorsprong van ziekten (zoals HIV) te evalueren, enz.

Bron: John Gould (14 september 1804 - 3 februari 1881)

Bomen kunnen worden gereconstrueerd met behulp van morfologische of moleculaire karakters, of beide. Op dezelfde manier zijn er verschillende methoden om ze te bouwen, waarvan de meest voorkomende de cladistische methodologie is. Dit tracht gedeelde afgeleide karakters te identificeren, bekend als synapomorfie.

kenmerken

Een van de principes die Charles Darwin heeft ontwikkeld, is de gemeenschappelijke afstamming van alle levende organismen - dat wil zeggen dat we allemaal een verre voorouder delen.

In "The Origin of Species" werpt Darwin de metafoor van de "boom des levens" op. In feite gebruikt hij een hypothetische grafische boom om zijn idee te ontwikkelen (merkwaardig genoeg is dit de enige illustratie van de oorsprong).

De weergave van deze metafoor is wat we kennen als fylogenetische bomen, waarmee we de geschiedenis en relaties van een specifieke groep organismen grafisch kunnen weergeven.

Anatomie van een fylogenetische boom

In fylogenetische bomen kunnen we de volgende delen onderscheiden - verdergaand met de botanische analogie:

Takken: de lijnen van de boom worden "takken" genoemd, en deze vertegenwoordigen de studiepopulaties in de tijd. Afhankelijk van het type boom (zie hieronder), kan de lengte van de tak al dan niet een betekenis hebben.

Aan de uiteinden van de takken vinden we de organismen die we willen evalueren. Dit kunnen entiteiten zijn die momenteel in leven zijn, of uitgestorven wezens. De soort zouden de bladeren van onze boom zijn.

Wortel: de wortel is de oudste tak van de boom. Sommigen hebben het en worden geroote bomen genoemd, terwijl anderen dat niet doen.

Knooppunten: de vertakkingspunten van takken in twee of meer lijnen worden knooppunten genoemd. De punt vertegenwoordigt de meest recente gemeenschappelijke voorouder van de afstammingsgroepen (merk op dat deze voorouders hypothetisch zijn).

Het bestaan ​​van een knoop impliceert een soortvormingsgebeurtenis - het creëren van nieuwe soorten. Hierna volgt elke soort zijn evolutionaire koers.

Aanvullende terminologie

Naast deze drie basisconcepten zijn er nog andere noodzakelijke termen als het gaat om fylogenetische bomen:

Politomie: wanneer een fylogenetische boom meer dan twee takken in een knoop heeft, wordt er gezegd dat er een polytomie is. In deze gevallen is de fylogenetische boom niet volledig opgelost, omdat de relaties tussen de betrokken organismen niet duidelijk zijn. Dit gebeurt vaak vanwege een gebrek aan gegevens en kan alleen worden verholpen als een onderzoeker meer verzamelt.

Externe groep: in fylogenetische kwesties is het gebruikelijk om het concept van externe groep te horen - ook wel outgroup genoemd. Deze groep is geselecteerd om de boom te kunnen rooten. Het moet worden gekozen als een taxon dat voorheen afweek van de studiegroep. Als ik bijvoorbeeld stekelhuidigen bestudeer, kun je zeescheuiten overgroeien.

Soorten

Er zijn drie basistypen bomen: cladogrammen, additieve bomen en ultrametrische bomen.

Cladogrammen zijn de eenvoudigste bomen en tonen de relatie tussen organismen in termen van gemeenschappelijke afkomst. De informatie van dit type boom zit in de vertakkingspatronen, aangezien de grootte van de takken geen extra betekenis heeft.

Het tweede type boom is het additief, ook wel metrische bomen of fylogrammen genoemd. De lengte van de takken is gerelateerd aan de hoeveelheid evolutionaire verandering.

Ten slotte hebben we ultrametrische bomen of dendogrammen, waarbij alle toppen van de bomen zich op dezelfde afstand bevinden (wat niet het geval is in het fylogram, waar een top lager of hoger kan lijken dan zijn partner). De lengte van de tak is gerelateerd aan de evolutietijd.

De keuze van de boom houdt rechtstreeks verband met de evolutionaire vraag die we willen beantwoorden. Als we ons bijvoorbeeld alleen bezighouden met de relaties tussen individuen, is een cladogram voldoende voor het onderzoek.

De meest voorkomende fouten bij het lezen van fylogenetische bomen

Hoewel fylogenetische bomen vaak veelgebruikte grafieken zijn in de evolutiebiologie (en algemene biologie), zijn er veel studenten en professionals die de boodschap verkeerd interpreteren die deze ogenschijnlijk eenvoudige grafieken bedoeld zijn om aan de lezer over te brengen.

Er is geen kofferbak

De eerste fout is om ze opzij te lezen, ervan uitgaande dat evolutie vooruitgang impliceert. Als we het evolutieproces goed begrijpen, is er geen reden om te denken dat de voorouderlijke soorten aan de linkerkant staan ​​en de meer geavanceerde soorten aan de rechterkant.

Hoewel de botanische analogie van een boom erg nuttig is, komt er een moment waarop hij niet meer zo exact is. Er is een cruciale boomstructuur die niet in de boom aanwezig is: de stam. In fylogenetische bomen vinden we geen hoofdtakken.

In het bijzonder zouden sommige mensen de mens als het ultieme "doel" van evolutie kunnen beschouwen, en daarom moet de Homo sapiens-soort altijd als de laatste entiteit worden gelokaliseerd.

Deze visie is echter niet consistent met evolutionaire principes. Als we begrijpen dat fylogenetische bomen mobiele elementen zijn, kunnen we Homo in elke eindpositie van de boom plaatsen, aangezien dit kenmerk niet relevant is in de weergave.

Knooppunten kunnen roteren

Een essentieel kenmerk dat we moeten begrijpen over fylogenetische bomen is dat ze niet-statische grafieken vertegenwoordigen.

Daarin kunnen al deze takken draaien - op dezelfde manier als een mobiel kan. We bedoelen niet dat we de takken naar believen kunnen verplaatsen, omdat bij sommige bewegingen het patroon of de topologie van de boom moet worden veranderd. Wat we kunnen roteren, zijn de knooppunten.

Om de boodschap van een boom te interpreteren, moeten we ons niet concentreren op de toppen van de takken, we moeten ons concentreren op de vertakkingspunten, die het belangrijkste aspect van de grafiek zijn.

Bovendien moeten we in gedachten houden dat er verschillende manieren zijn om een ​​boom te tekenen. Vaak hangt het af van de stijl van het boek of tijdschrift en veranderingen in de vorm en positie van de takken hebben geen invloed op de informatie die ze ons willen overbrengen.

We kunnen het bestaan ​​van huidige voorouderlijke of "oude" soorten niet afleiden

Als we naar huidige soorten gaan verwijzen, moeten we er geen voorouderlijke connotaties op toepassen. Als we bijvoorbeeld nadenken over de relaties tussen chimpansees en mensen, kunnen we verkeerd begrijpen dat chimpansees een voorouder zijn van onze afkomst.

De gemeenschappelijke voorouder van chimpansees en mensen was echter geen van beide. Denken dat de chimpansee voorouderlijk is, zou betekenen dat zijn evolutie stopte zodra beide geslachten gescheiden waren.

Volgens dezelfde logica van deze ideeën vertelt een fylogenetische boom ons ook niet of er ook jonge soorten zijn. Aangezien allelfrequenties voortdurend veranderen en er in de loop van de tijd nieuwe karakters veranderen, is het moeilijk om de ouderdom van een soort te bepalen en een boom geeft ons dergelijke informatie zeker niet.

De "verandering van allelfrequenties in de tijd" is hoe populatiegenetica evolutie definieert.

Ze zijn onveranderlijk

Als we naar een fylogenetische boom kijken, moeten we begrijpen dat deze grafiek gewoon een hypothese is die is gegenereerd op basis van concreet bewijs. Het kan zijn dat als we meer tekens aan de boom toevoegen, dit de topologie zal wijzigen.

De expertise van wetenschappers bij het kiezen van de beste karakters om de relaties van de organismen in kwestie op te helderen, staat centraal. Bovendien zijn er zeer krachtige statistische hulpmiddelen waarmee onderzoekers bomen kunnen evalueren en de meest plausibele kunnen kiezen.

Voorbeelden

De drie levensdomeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya

In 1977 stelde de onderzoeker Carl Woese voor om levende organismen in drie domeinen te groeperen: Archaea, Bacteria en Eukarya. Dit nieuwe classificatiesysteem (voorheen waren er slechts twee categorieën, Eukaryota en Prokaryota) was gebaseerd op de ribosomale RNA-moleculaire marker.

Bacteriën en eukaryoten zijn algemeen bekende organismen. Archaea wordt vaak aangezien voor bacteriën. Deze verschillen echter aanzienlijk in de structuur van hun cellulaire componenten.

Dus hoewel het microscopisch kleine organismen zijn zoals bacteriën, zijn leden van het Archaea-domein nauwer verwant aan eukaryoten - omdat ze een nauwere gemeenschappelijke voorouder delen.

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

Fylogenie van primaten

Binnen de evolutiebiologie is een van de meest controversiële onderwerpen de evolutie van de mens. Voor de tegenstanders van deze theorie is een evolutie die uitgaat van een aapachtige voorouder waaruit de moderne mens is voortgekomen, niet logisch.

Een sleutelbegrip is te begrijpen dat we niet zijn geëvolueerd uit de huidige apen, maar eerder een gemeenschappelijke voorouder met hen deelden. In de boom van apen en mensen valt op dat wat we kennen als "aap" geen geldige monofyletische groep is, aangezien het mensen uitsluit.

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

Fylogenie van cetartiodactylen (cetartiodactyla)

Evolutionair gezien vertegenwoordigden walvisachtigen een groep gewervelde dieren wiens relatie met de rest van hun medezoogdieren niet erg duidelijk was. Morfologisch lijken walvissen, dolfijnen en andere leden weinig op andere zoogdieren.

Momenteel is het, dankzij de studie van verschillende morfologische en moleculaire kenmerken, mogelijk om te concluderen dat de zustergroep van de grote walvisachtigen wordt gevormd door de artiodactylen - hoefdieren met even hoeven.

Bron: opgesteld door Mariana Gelambi.

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. Kardong, KV (2006). Gewervelde dieren: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academische pers.
7. Losos, JB (2013). De Princeton-gids voor evolutie. Princeton University Press.
8. Pagina, RD, & Holmes, EC (2009). Moleculaire evolutie: een fylogenetische benadering. John Wiley & Sons.
9. Rijst, SA (2009). Encyclopedie van evolutie. Infobase Publishing.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologie: concepten en toepassingen zonder fysiologie. Cengage leren.