Vsebina
- Zgodnja zgodovina klasifikacijskih sistemov
- Klasifikacijski sistemi dvajsetega stoletja
- Pojav kladistike
- Kaj je filogenetska sistematika?
- Definicija kladistike
- Osnovne predpostavke klasične klasifikacije
- Kaj je Cladogram?
- Primeri kladistike
- Kladistična klasifikacijska terminologija
- Značilna stanja organizmov
- Metode kladistike
- Tradicionalna evolucijska klasifikacija
- Sodobna kladistična klasifikacija
- Prihodnje smeri v kladistiki
Pred milijoni let je ena sama celica začela evolucijo, ki je rodila drevo življenja in njegova tri glavna področja: Archaea, Bakcteria in Eukaryota.
Vsaka podružnica je primer a klade. Klade predstavlja skupino, ki vključuje skupnega prednika in vse potomci. Kladistika je sodobna oblika taksonomija ki organizme postavlja na razvejani diagram, imenovan a kladogram (kot družinsko drevo), ki temelji na lastnostih, kot sta podobnost DNK in filogenija.
Zgodnja zgodovina klasifikacijskih sistemov
Na področju biologije je kladistika a sistem taksonomije ki vključuje razvrščanje in urejanje organizmov na a filogenetsko drevo življenja. Pred DNK analizo se je klasifikacija močno opirala na opažanja podobnih in različnih lastnosti in vedenja.
Zahodne družbe uporabljajo klasifikacijo že od časov Aristotela v antični Grčiji, ko so žive organizme zaradi študija preprosto razdelili na kategorije rastlin in živali.
V 1700-ih Karolus (Carl) Linnej razvili taksonomijo sistematične biologije, ki temelji na razvrščanju organizmov po zunanjih videzih in skupnih lastnostih. Razvil je shemo za umeščanje organizma v a hierarhalni takson (skupina; ednina), ki je vključevala več taksone (skupine; množina). Linnaeus je razvil tudi binomno nomenklaturo - sistem dodeljevanja znanstvenih imen, kot so Homo sapiens (človeško) organizmom.
Charles Darwin in Alfred Russel Wallace predlagal idejo o naravni selekciji, Darwin pa je teorijo evolucije formaliziral sredi 1800-ih. Darwinova O izvoru vrst je znanstveno skupnost razveselil s tem, da je predlagal, da vsi organizmi izvirajo iz skupnega prednika in jih je mogoče razvrstiti glede na svoje evolucijske odnose.
Klasifikacijski sistemi dvajsetega stoletja
Ornitolog Ernst Mayr je bil vrhunski evolucijski biolog 20. stoletja, ki je med potovanjem in delom kot kustos v Ameriškem prirodoslovnem muzeju v New Yorku temeljito preučeval taksonomijo ptic. Njegova prelomna knjiga Sistematika in izvor vrst je leta 1942 objavila Columbia University Press.
Mayr je znan po svojem delu na genih, dednosti, spreminjanju in specifikaciji populacij na izoliranih območjih, ki jih je mogoče uporabiti za namene razvrščanja.
Pojav kladistike
Kladistika je biološki klasifikacijski sistem, ki temelji na analizi lastnosti, genske sestave ali fiziologije, ki so jih delili s skupnim prednikom, dokler ni prišlo do neke vrste razhajanj, kar je povzročilo nove vrste. Nemški taksonomist Willi Hennig poskočen kladistična klasifikacija leta 1950, ko je napisal svojo knjigo o filogenetska sistematika.
Knjiga je bila kasneje prevedena v angleščino in široko brana v Ameriki, potem ko jo je leta 1966 objavila University of Illinois Press.
Hennigova teorija filogenetske sistematike je izzvala sodobne pristope k taksonomiji, ki sta jih uvedla Darwin in Wallace.
Trdil je, da je treba vrste določiti in razvrstiti na podlagi genetike in odnosov klede, zlasti monofiletnih skupin. Hennig se je zanašal na nedavni prednik in identificiral razvijajoče se spremenjene lastnosti organizmov, ki so si delili neposredno rodove - četudi pridobljene značilnosti niso podobne značilnostim skupnega prednika.
Kaj je filogenetska sistematika?
Filogenetika je preučevanje znanih ali hipoteziziranih evolucijskih odnosov na podlagi filogenija (roda) združenih organizmov. Filogenetsko drevo življenja ponazarja, kako so se taksoni (skupine organizmov) razvijali v določenem zaporedju, ko so se življenje razvejale in razvejale od skupnega prednika.
Proces evolucijske specifikacije je videti kot veje na družinskem drevesu. Ker ne moremo vedeti, kaj se je zgodilo tako dolgo nazaj, mora znanost potegniti sklepe o tem, kako se je življenje razvijalo fosilni zapisi, primerjalna anatomija, fiziologija, vedenje, embriologija in molekularni podatki. Evolucijska biologija je dinamično polje, kjer se nenehno dogajajo nova odkritja.
Definicija kladistike
Evolucijski biologi sklepajo hipotetični evolucijski odnosi med taksoni na podlagi podrobne primerjave podobnih in različnih značilnosti.
Preučevanje evolucijskega porekla pomaga ugotoviti, kdaj so se nekatere lastnosti pojavile in jih prenesle na naslednje generacije. Kladistična analiza, podobno filogenetski sistematiki, preučuje evolucijske vzorce spuščanja, ki pomagajo združiti evolucijsko zgodovino vrst, hkrati pa razloži raznolikost življenja in izumrtja vrst.
Osnovne predpostavke klasične klasifikacije
Kladistika deluje na osrednji premisi, da je življenje na Zemlji nastalo le enkrat, kar pomeni, da je vse življenje mogoče doseči do tistega prvega organizma prednikov. Naslednja domneva je, da se obstoječe vrste razdelijo v dve skupini, razmejene z vozliščem na drevesni veji. Končno se organizmi predvidoma spreminjajo, prilagajajo in razvijajo.
The točka razhajanja predstavlja začetek dveh novih rodov, ki se razvejata in tvorita dve novi vrsti.
Kaj je Cladogram?
Kladogrami se uporabljajo za smiselne primerjave med skupinami.
V biologiji je kladogram a vizualna reprezentacija povezanih lastnosti v različnih organizmih. Običajno se združevanje izvede glede na določene značilnosti, ki jih zanimajo. Vendar pa se lahko različne točke podatkov združijo, da se ustvari bolj natančno evolucijsko drevo, ki razloži zapletene odnose.
Ločimo lahko med kladogramom in filogenetskim drevesom, vendar se izrazi včasih uporabljajo tudi zamenljivo. Cladogrami se osredotočajo na značilnosti na makro in molekularni ravni, ki kažejo na povezanost. Kladogram kaže na verjetno evolucijske odnose med skupinami organizmov ali taksonov, ki so lahko majhne ali velike:
Primeri kladistike
Večcelični evkarioti so ustvarili obilico vse bolj zapletenih organizmov.
Na primer, ribe in ljudje sledijo skupnemu predniku pred milijoni let. To zapleteno razmerje je mogoče prikazati na preprostem kladogramu, ki prikazuje kladistične odnose. Začnite s slikanjem eukariota prednikov na dnu drevesa.
Ko se je skupni prednik razvijal, se je eno vozlišče na drevesu razvejalo v vodne vretenčarje kot ribe brez čeljusti. Na naslednjem vozlišču se je veja razšla v štirinožne tetrapode.
Naslednje vozlišče kaže razhajanje, ko so živali razvile amnijsko jajce, čemur sledi razcep, ko so živali razvile krzno ali dlako. Veliko kasneje so se ljudje in primati razhajali in razvijali ločene poti.
Kladistična klasifikacijska terminologija
Kladistična klasifikacija obravnava nekatere značilnosti organizmov, ki v evolucijski biologiji neposredno prenašajo stanja prednikov. Hennig je razvil veliko znanstvenih izrazov, s katerimi je opisal svoj pristop k kategorizaciji, ki so bili ključni za njegove ideje in teorije. Izrazi opisujejo skupine organizmov glede na določeno vozlišče na filogenetskem drevesu ali kladogramu:
Značilna stanja organizmov
Stanja znakov so lastnosti, pridobljene s postopkom naravne selekcije, prilagajanja in podedovane variacije, ki vodijo do biotske raznovrstnosti v življenju. Samo tako sinapomorfije so pomembni pri ugotavljanju evolucijskih odnosov. V organizmih s skupnim prednikom obstajajo več sinapomorfij monofiletno:
Metode kladistike
Znanstveniki imenovani kladisti uredijo taksone v filogenetsko drevo, ki lahko razkrijejo nove evolucijske odnose. Skupine so narejene na podlagi fizikalnih, molekularnih, genetskih in vedenjskih značilnosti.
Diagram, imenovan kladogram, prikazuje sorodnost, kadar koli se odcepijo od skupnega prednika na različnih točkah evolucijske zgodovine.
Cladogrami so razvejani diagrami kladistični podatki ki uredijo določene značilnosti na primer s primerjalnimi fizičnimi nabori podatkov ali molekularnimi podatki. Raziskovalci danes pogosto uporabljajo računalniške programe za združevanje naborov podatkov, da ustvarijo natančnejše kladograme, ki prikazujejo kohezivno in celovito razmerje med organizmi.
Osnovna metodologija ni težka, vendar je treba vsak korak natančno narediti:
Tradicionalna evolucijska klasifikacija
Izvori tradicionalne evolucijske metode klasifikacije segajo v antiko. Za vse žive organizme se je domnevalo, da so rastline ali živali. Klasične metode niso razlikovale med tem, ali so bile opažene lastnosti podedovane od daljnega prednika ali novejše.
Cilj je bil izdelati zemljevid, kako se je življenje na Zemlji morda razvilo iz morja.
Karakteristike, uporabljene za razvrščanje, določijo strokovnjaki, ki preučijo očitne razlike, kot so krzno, luska ali perje. Pristop je deloval bolje pri razvrščanju vretenčarjev kot nevretenčarjev. Evolucijska klasifikacija uvršča organizme v skupine manjše velikosti pod tri domene, ki jih nadalje razdelimo na kraljestvo, vrsto / delitev, razred, red, družino, rod in vrste.
Kladistične metode niso vezane na Linneov klasifikacijski sistem in sondirajo globlje za povezljivost.
Tradicionalna sistematika razporeja organizme na evolucijskem drevesu glede na to, kdaj in kako se je vrsta spremenila kot prilagoditev na nov življenjski slog ali habitat. Drevo kaže smer evolucije pravočasno. Subjektivne ocene lastnosti in značilnosti v tradicionalnih metodah lahko potencialno pristranijo rezultate in otežijo ali nemogoče ponovitev študije.
Sodobna kladistična klasifikacija
Danes so prednostne kladistične in filogenetske metode klasifikacije pred tradicionalnimi metodami klasifikacije v naravoslovnih vedah. Novejši pristop je bolj znanstven, temelji na dokazih in je neizpodbiten. Na primer, zaporedje DNK in RNK se uporablja za preučevanje organizmov na molekularni ravni za niansirano namestitev na kladogram.
Organizmi so razporejeni po njihovih skupne izpeljane značilnosti.
Prihodnje smeri v kladistiki
Kladistika s področja biologije omogoča znanstvenikom, da prepoznajo vzorce, oblikujejo hipotezo, preizkušajo hipoteze in dajejo napovedi.
"Kladistika torej govori o odkritju," kot sta jih leta 2018 opisala sodobna kladista David M. Williams in Malte C. Ebach. Williams in Ebach sta klasifikacijo obravnavala kot proces naravne klasifikacije, ki ne zahteva utemeljevanja evolucijske teorije.
Tehnologija kladistike dodaja natančnost in prefinjenost tehnologije. Zlasti zaporedje genov DNK kaže na stopnjo sorodnosti in deljenja prednikov z visoko stopnjo zaupanja. Razlike v DNK lahko dajo vpogled v to, kako dolgo so vrste delile skupnega prednika.
Nove ugotovitve lahko potrdijo ali popravijo prejšnje domneve o tem, kako so se organizmi razvijali, in pomagajo pri razvrščanju novih vrst ob odkritju.