Филогенетическое древо: Филогенетическое дерево | это… Что такое Филогенетическое дерево? |

Содержание

Новое филогенетическое древо млекопитающих примирило палеонтологические и молекулярные данные

Большая международная группа ученых использовала внушительный массив молекулярных данных для реконструкции эволюции класса млекопитающих. Датировки узловых событий были тщательно откалиброваны по множеству палеонтологических находок, так что скорости эволюции в каждой из ветвей рассчитывались особо. В результате ученые получили филогенетическое дерево семейств млекопитающих, удовлетворяющее и аминокислотным последовательностям, и нуклеотидным последовательностям, и палеонтологическим данным. И это одна из немногих удачных попыток такого рода. Анализ этого дерева показал, что активная эволюция класса млекопитающих приходится на середину и конец мелового периода (100 и 80 млн лет назад), а не на эоцен (55–50 млн лет назад), как это предполагалось ранее.

На первых уроках истории в школе пятиклассникам, как правило, задают вопрос: «Откуда начинается наша история?» Далее ученики фантазируют в меру своих скудных или не очень скудных знаний о ходе развития нашей планеты. Некоторые особо продвинутые дети доходят до Большого взрыва, назначая его отправной точкой истории. Другие же видят начало пути в появлении млекопитающих, некоторые — человека, а для иных началом истории является собственный день рождения. В любом случае, история планеты и жизни на ней принимается близко к сердцу. Каждый специалист, занимающийся эволюцией, мысленно соотносит ее с человеческой историей и с собственным днем рождения. Поэтому в статьях на эту тему фоном остается ощущение человеческой причастности к научным результатам.

Не стала в этом смысле исключением и работа большой международной группы ученых под руководством Марка Шпрингера (Mark S. Springer) из Калифорнийского университета и Уильяма Мёрфи (William J. Murphy) из Техасского аграрно-технического университета (Texas A&M University). Она посвящена выяснению путей происхождения млекопитающих — того класса животных, к которым принадлежит каждый из читателей.

Авторы взяли на себя неблагодарную задачу совмещения накопленных данных по геномике млекопитающих с палеонтологическими датировками появления первых представителей семейств и отрядов млекопитающих. Данные эти зачастую противоречивы: геологические датировки первых представителей таксонов плохо согласуются с временем, которое вычисляется по молекулярным часам, а молекулярные часы, настроенные по разным группам генов, показывают разное время. Так что возникает вопрос: можно ли вообще совместить все эти данные? Так, скорости эволюции усатых китов дают время происхождения предков этой группы 4 млн лет, тогда как палеонтологические находки древнейших усатых китов имеют возраст 20,4 млн лет (здесь дело в сильно огрубленной оценке темпов молекулярной эволюции китов на основе данных молекулярной эволюции грызунов).

Сейчас описано около 5400 видов ныне живущих млекопитающих. Их история, судя по палеонтологической летописи, стартовала 220 миллионов лет назад, в конце триасового периода. Динозавры и млекопитающие появились одновременно, а потом их пути разошлись. По современным представлениям птицы — потомки динозавров — освоили воздушную среду, научившись летать, а представители млекопитающих хотя и предпочитают твердую почву под ногами и лапами, но чувствуют себя вполне свободно в самых разных средах: и в воде, и в воздухе, и даже пытаются улететь в космос. Освоение различных сред млекопитающими началось еще во времена господства динозавров, в юрском периоде. В меловом периоде на планете уже существовали многие ныне живущие жизненные формы млекопитающих.

На границе мела и палеогена планета пережила грандиозные перемены — потепление климата, появление цветковых растений, увеличение содержания кислорода в атмосфере, реорганизацию расположения материков. В результате биоценотической перестройки произошло обновление фауны млекопитающих — появились практически все современные отряды млекопитающих. Этот вывод был сделан на основе совмещения различных морфологических реконструкций — узловые расхождения линий, формирующих отряды современных млекопитающих, располагаются во временном интервале 50–55 млн лет. Насколько удовлетворяют прежние реконструкции имеющимся современным данным по геномике млекопитающих? На этот вопрос и отвечали авторы публикации в Science.

Было построено филогенетическое дерево для 164 видов млекопитающих, из которых 142 вида представляли собой самостоятельные виды, 16 были межвидовыми гибридами и еще шесть — близкородственными родовыми гибридами. Эта выборка охватывает более 150 семейств современных млекопитающих, что составляет около 97–99% всех семейств (разница отражает неустойчивость таксономии млекопитающих). Для сравнения были взяты геномы пяти внешних для млекопитающих групп — два вида птиц, лягушки, рыбки и ящерицы. Для конструирования дерева были использованы 26 локусов ДНК, которые кодируют 21 аминокислоту (около 33 тыс. пар оснований и, соответственно, около 11 тыс. аминокислот) и еще 5 нетранслируемых участков генома (около 2,5 тыс. пар оснований). Некоторые из них использовались для построения филогенетических деревьев и раньше, а некоторые были взяты впервые. Этот гигантский массив данных ученые постарались привести к общему знаменателю: для каждого из локусов построили свой вариант дерева, то же проделали и отдельно для аминокислот. Далее все полученные деревья сравнили и нашли вариант, удовлетворяющий так или иначе каждому из построений.

В этом дереве большинство узлов согласуются и с аминокислотными и нуклеотидными последовательностями — только для пяти из всех реконструированных точек ветвления два набора данных конфликтуют друг с другом. При этом построенное дерево существенно отличается от предложенной в 2007 году аналогичной реконструкции (см.: Bininda-Emonds, et al. The delayed rise of present-day mammals // Nature. 2007. V. 446. P. 507). Ученые предполагают, что дело тут в большем массиве данных, использованных в новой работе.

Анализ этого дерева потребовал расположить точки ветвления дерева на временной оси. Для этого каждый узел был сопоставлен с датировками наиболее древних представителей соответствующих семейств. Естественно, в расчетах понадобились минимальные и максимальные оценки возраста находок — тут в качестве минимального возраста были использован возраст находки, а максимального — нижняя граница возраста геологического слоя, где нашлись интересующие нас окаменелости. Таким образом были откалиброваны скорости молекулярной эволюции в разных ветвях. Как показали расчеты, скорости молекулярной эволюции в разных локусах и разных ветвях в пределах класса млекопитающих различаются не меньше чем на порядок. Именно эти специфичные для каждой ветви оценки и использовали, чтобы расположить узлы на временной оси. В результате авторы работы чуть ли не впервые получили филогенетическое древо, построенное на основе молекулярных данных, не противоречащее палеонтологическим датировкам.

На основе полученных филогенетических реконструкций оказалось полезно рассчитать динамику скоростей вымирания и появления семейств млекопитающих. Ученые прорабатывали гипотезу, согласно которой предки млекопитающих появились в конце триаса и далее до конца мела присутствовали в очень небольшом количестве и их развитие сдерживалось различными абиотическими и, главным образом, биотическими факторами. После массового вымирания в палеоцене скорость появления новых семейств резко возросла и сформировалось современное разнообразие млекопитающих. Это так называемая отложенная эволюция в ответ на освобождение экологического пространства после вымирания господствующих групп.

Однако расчеты показали иную картину динамики темпов появления семейств млекопитающих. Было два пика появления — около 100 и 80 млн лет назад, а также немного увеличились темпы появления на границе мела и палеогена. А вот в эоцене (55–50 млн лет назад) темпы появления оставались относительно стабильными. 100 млн лет назад, во время меловой наземной революции, появились новые экологические ниши, которые заняли первые представители современных отрядов млекопитающих. Это вполне согласуется с идеей о том, что стремительное развитие цветковых растений 125–80 млн лет назад способствовало эволюции наземных млекопитающих и птиц. Затем массовое вымирания в конце мела инициировало диверсификацию в пределах отрядов.

Источник: Robert W. Meredith, Jan E. Janečka, John Gatesy, Oliver A. Ryder, Colleen A. Fisher, Emma C. Teeling, Alisha Goodbla, Eduardo Eizirik, Taiz L. L. Simгo, Tanja Stadler, Daniel L. Rabosky, Rodney L. Honeycutt, John J. Flynn, Colleen M. Ingram, Cynthia Steiner, Tiffani L. Williams, Terence J. Robinson, Angela Burk-Herrick, Michael Westerman, Nadia A. Ayoub, Mark S. Springer, William J. Murphy. Impacts of the Cretaceous Terrestrial Revolution and KPg Extinction on Mammal Diversification // Science. 2011. V. 334. P. 521–524. Doi: 10.1126/science.1211028.

См. также:
Olaf R. P. Bininda-Emonds, Marcel Cardillo, Kate E. Jones, Ross D. E. MacPhee, Robin M. D. Beck, Richard Grenyer, Samantha A. Price, Rutger A. Vos, John L. Gittleman, Andy Purvis. The delayed rise of present-day mammals // Nature. 29 March 2007. V. 446. P. 507–512. Doi:10.1038/nature05634.

Елена Наймарк

все живые существа на одной схеме

Французский эволюционный биолог Дамьен де Вьен (Damien M. de Vienne) из Лионского университета создал Lifemap – не имеющую аналогов интерактивную карту всех известных видов живых существ на Земле, существующих и вымерших. Пользоваться ей может любой желающий.

Анастасия Шартогашева

С тех пор как секвенирование ДНК стало относительно дешевым и быстрым, ученые получили огромное количество данных о генетическом родстве разных видов живых существ. Одну из самых больших баз данных по филогенетике (науке об эволюционных взаимоотношениях организмов) ведет Национальный центр биотехнологической информации США (NCBI). По состоянию на октябрь 2016 года в ней содержалась информация об 1,4 миллионах видов.

Недавно в журнале PNAS была опубликована работа, в которой ученые предложили в распоряжение коллег первую всеобъемлющую версию филогенетического древа жизни — Open Tree of Life (OTOL). Однако пользоваться этим древом могут только специалисты: работа с ним требует многих специальных знаний и навыков, а выглядит оно как компьютерная программа со сложным интерфейсом. Филогенетического древа с простой и понятной обычному пользователю интерактивной структурой до сих пор не существовало

Теперь такой ресурс есть. Дамьен де Вьен объединил современные способы визуализации информации (такие, как OpenStreetMap) и разработал Lifemap — платформу, на которой появилось Древо Жизни (Tree of Life), в котором на данный момент содержится информация о 802 639 (в версии для широкой аудитории) видах, существующих и вымерших.

Lifemap состоит из трех основных групп (доменов), выделение которых предположил в 1990 году основатель молекулярной филогенетики Карл Вёзе. Первый домен — археи, одноклеточные организмы, не имеющие ни ядра, ни других органелл: в Древе сейчас есть 3733 вида архей. Вторая — бактерии (277 426 видов), третья — эукариоты, то есть организмы, в клетках которых есть ядро (521480 видов на сегодняшний день в Lifemap general public). К таким относится множество живых существ от мухомора до человека.

На все узлы древа можно нажать, чтобы получить подробную информацию о таксоне или виде. В строку поиска можно вводить английское или латинское название вида или другого таксона. С помощью команды View full ancestry можно проследить эволюционную историю выбранного вида, а заполнив вторую поисковую строку, можно найти ближайшего общего предка любых двух видов, относящихся к одному домену. При этом система выдает полный кликабельный список всех предков обоих видов вплоть до ближайшего общего.

Сейчас Tree of Life существует в трех вариантах, в которых различаются и само древо, и количество и источники сопроводительной информации. Версия для широкой аудитории (Lifemap general public) включает возможность добавлять в описания видов изображения и ссылки на статьи в Википедии, а если соответсвующей статьи нет, пользователю предлагается ее создать.

Версия Lifemap NCBI содержит всю таксономию по данным NCBI и обновляется раз в неделю. Кликнув на нужный узел древа, пользователь получает дополнительные сведения о количестве видов в таксоне, ссылку на веб-страницу NCBI с описанием таксона и возможность скачать соответствующий участок древа. При желании в этой версии можно создать дополнительный слой и в нем показать все виды указанного таксона, геном которых уже секвенирован.

Третья версия называется Lifemap OTOL (Open Tree of Life). В нем пользователь увидит филогенетическое древо согласно OTOL, о которой рассказывалось выше.

Подробное описание Lifemap опубликовано в журнале PLOS Biology.

филогенетических деревьев | Биологические принципы

Цели обучения

Знать и использовать терминологию, необходимую для описания и интерпретации филогенетического дерева.
Знать различные типы данных, включенных в филогенетические деревья, и понимать, как эти данные используются для построения филогенетических деревьев
Интерпретация родства существующих видов на основе филогенетических деревьев

Что такое филогенетическое дерево?

Филогенетическое древо — это визуальное представление взаимоотношений между различными организмами, показывающее путь во времени эволюции от общего предка к разным потомкам. Деревья могут представлять отношения, начиная от всей истории жизни на земле и заканчивая отдельными людьми в популяции.

На приведенной ниже диаграмме показано дерево из 3 таксонов (отдельный таксон является таксономической единицей; может быть видом или геном).

Терминология филогенетических деревьев

Это разветвляющееся дерево. Вертикальные линии, называемые ветвями , представляют родословную , а узла находятся там, где они расходятся, представляя событие видообразования от общего предка. Ствол у основания дерева на самом деле называется корнем . Корневой узел представляет самый последний общий предок всех таксонов, представленных на дереве. Время также представлено, начиная от самого старого внизу до самого последнего вверху. Это конкретное дерево говорит нам о том, что таксон A и таксон B более тесно связаны друг с другом, чем любой таксон с таксоном C. Причина в том, что таксон A и таксон B имеют более позднего общего предка, чем таксон C. Группа таксонов, включающая общего предка и всех его потомков, называется таксонов.0023 клада . Также говорят, что клада монофилетическая . Группа, которая исключает одного или нескольких потомков , является парафилетической ; группа, исключающая общего предка r, называется полифилетической.

На изображении ниже показаны несколько монофилетических (верхний ряд) и полифилетических (внизу слева) или парафилетических (внизу справа) деревьев. Обратите внимание, что клады включают общего предка и всех его потомков (зеленый и синий примеры), в то время как клады, помеченные как «не клада», не включают некоторых общих предков (полифилетические, выделенные красным) или некоторых потомков (парафилетические, выделенные оранжевым).

Взято с http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/side_0_0/evo_06

Видео ниже фокусируется на терминологии и исследует некоторые неправильные представления о чтении деревьев:

Неправильные представления и как правильно читать филогенетическое дерево

Деревья могут сбивать с толку. Распространенная ошибка — читать верхушки деревьев и думать, что их порядок имеет значение. В приведенном выше дереве ближайший родственник таксона C не является таксоном B. И A, и B одинаково удалены от таксона C или связаны с ним. Фактически, перестановка меток таксонов A и B приведет к топологически эквивалентному дереву. . Важен порядок ветвления по оси времени. На приведенном ниже рисунке показано, что можно вращать ветки, не затрагивая структуру дерева, подобно подвесному мобилю:

http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/%3C?%20echo%20$baseURL;%20?%3E_0_0/evotrees_primer_08

Висячий мобиль для птиц от Чарли Харпера

Также может быть трудно распознать как деревья моделируют эволюционные отношения. Следует помнить, что любое дерево представляет собой ничтожную часть дерева жизни.

Учитывая только дерево из 5 таксонов (без пунктирных ветвей), заманчиво думать, что таксон S является наиболее «примитивным» или наиболее похожим на общего предка, представленного корневым узлом, поскольку между ними нет дополнительных узлов. С и корень. Однако в ходе эволюции, несомненно, было много ответвлений от этой линии, большинство из которых привело к вымершим таксонам (9).9% всех видов считаются вымершими), а многие из них относятся к живым таксонам (например, фиолетовая пунктирная линия), которые просто не показаны на дереве. В таком случае имеет значение общее расстояние по оси времени (вертикальная ось в этом дереве) — таксон S эволюционировал в течение 5 миллионов лет, то есть столько же времени, сколько и любой из других 4 таксонов. Поскольку дерево нарисовано с вертикальной осью времени, горизонтальная ось не имеет значения и служит только для разделения таксонов и их родословных. Таким образом, ни один из ныне живущих таксонов не является ни более «примитивным», ни более «продвинутым», чем любой другой; все они эволюционировали в течение одинакового периода времени от своего последнего общего предка.

Ось времени также позволяет нам количественно измерять эволюционные расстояния. Расстояние между A и Q составляет 4 миллиона лет (A эволюционировала в течение 2 миллионов лет с момента их разделения, а Q также развивалась независимо от A в течение 2 миллионов лет после разделения). Расстояние между A и D составляет 6 миллионов лет, так как они отделились от своего общего предка 3 миллиона лет назад.

Филогенетические деревья могут иметь разную форму – они могут быть ориентированы боком, перевернуты (самые свежие внизу), ветви могут быть изогнутыми, или дерево может быть радиальным (самые старые в центре). Независимо от того, как нарисовано дерево, все модели ветвления передают одну и ту же информацию: эволюционное происхождение и модели дивергенции.

Это видео отлично объясняет, как интерпретировать родство видов с помощью деревьев, включая описание некоторых неправильных способов чтения деревьев:

Построение филогенетических деревьев

Для построить филогенетические деревья, включая морфологические данные, такие как структурные особенности, типы органов и специфические скелетные устройства; и генетические данные, такие как последовательности митохондриальной ДНК, гены рибосомной РНК и любые представляющие интерес гены.

Эти типы данных используются для определения гомологии, что означает сходство из-за общего происхождения. Это просто идея о том, что вы наследуете черты от своих родителей, только применяемая на уровне вида: у всех людей большой мозг и противопоставленные большие пальцы, потому что так было у наших предков; все млекопитающие производят молоко из молочных желез, потому что это делали их предки.

Деревья строятся по принципу экономичности, который заключается в том, что наиболее вероятным шаблоном является тот, который требует наименьшего количества изменений. Например, гораздо более вероятно, что все млекопитающие производят молоко, потому что все они унаследовали молочные железы от общего предка, который производил молоко из молочных желез, по сравнению с несколькими группами организмов, каждая из которых развивала молочные железы независимо.

Вот отличный ресурс по филогенетическим деревьям: https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evotrees_intro

Филогенетические деревья | Биология для специальностей I

Прочитайте и проанализируйте филогенетическое дерево, которое документирует эволюционные отношения

В научных терминах история эволюции и взаимоотношения организма или группы организмов называется филогенезом. Филогения описывает отношения организма, например, от каких организмов он, как считается, произошел, с какими видами он наиболее тесно связан и так далее. Филогенетические отношения предоставляют информацию об общем происхождении, но не обязательно о том, чем организмы похожи или отличаются.

Цели обучения

Выяснить, как и почему ученые классифицируют организмы на Земле
Различать типы филогенетических деревьев и то, что говорит нам их структура
Определите некоторые ограничения филогенетических деревьев
Связь системы таксономической классификации и биномиальной номенклатуры

Научная классификация

Рисунок 1. В этой коллекции жуков представлены лишь некоторые из более чем одного миллиона известных видов насекомых. Жуки — крупная подгруппа насекомых. Они составляют около 40 процентов всех видов насекомых и около 25 процентов всех известных видов организмов.

Почему биологи классифицируют организмы? Основная причина заключается в том, чтобы понять невероятное разнообразие жизни на Земле. Ученые идентифицировали миллионы различных видов организмов. Среди животных наиболее разнообразной группой организмов являются насекомые. Описано более миллиона различных видов насекомых. По оценкам, девять миллионов видов насекомых еще предстоит идентифицировать. Крошечная часть видов насекомых показана в коллекции жуков на рисунке 1.

Какими бы разнообразными ни были насекомые, видов бактерий, еще одной крупной группы организмов, может быть еще больше. Ясно, что существует необходимость организовать огромное многообразие жизни. Классификация позволяет ученым организовать и лучше понять основные сходства и различия между организмами. Эти знания необходимы для понимания настоящего разнообразия и прошлой эволюционной истории жизни на Земле.

Филогенетические деревья

Ученые используют инструмент, называемый филогенетическим деревом, чтобы показать эволюционные пути и связи между организмами. А Филогенетическое дерево — это диаграмма, используемая для отражения эволюционных отношений между организмами или группами организмов. Ученые считают филогенетические деревья гипотезой эволюционного прошлого, поскольку невозможно вернуться назад, чтобы подтвердить предполагаемые отношения. Другими словами, можно построить «древо жизни», чтобы проиллюстрировать эволюцию различных организмов и показать взаимосвязь между разными организмами (рис. 2).

Каждая группа организмов прошла свой эволюционный путь, называемый филогенезом. Каждый организм связан родством с другими, и, основываясь на морфологических и генетических данных, ученые пытаются составить карту эволюционных путей всей жизни на Земле. Многие ученые строят филогенетические деревья, чтобы проиллюстрировать эволюционные отношения.

Структура филогенетических деревьев

Филогенетическое древо можно читать как карту истории эволюции. Многие филогенетические деревья имеют в основе одну линию, представляющую общего предка. Ученые называют такие деревья корневыми, что означает наличие единой линии предков (обычно нарисованной снизу или слева), к которой относятся все организмы, представленные на диаграмме. Обратите внимание, что на корневом филогенетическом дереве три домена — бактерии, археи и эукариоты — расходятся из одной точки и ответвляются. Небольшая ветвь, занимаемая растениями и животными (включая человека) на этой диаграмме, показывает, насколько недавно и ничтожны эти группы по сравнению с другими организмами. Неукорененные деревья не показывают общего предка, но показывают отношения между видами.

Рисунок 2. Оба этих филогенетических дерева показывают взаимосвязь между тремя доменами жизни — бактериями, археями и эукариями — но (а) корневое дерево пытается определить, когда различные виды отделились от общего предка, в то время как (б) неукорененное дерево — нет. (кредит а: модификация работы Эрика Габа)

В корневом дереве ветвление указывает на эволюционные отношения (рис. 3). Точка, в которой происходит разделение, называемая точкой ветвления , представляет собой место, где одна линия развилась в отдельную новую. Линия, которая рано развилась от корня и остается неразветвленной, называется 9. 0023 базальный таксон . Когда две линии происходят от одной и той же точки ветвления, их называют сестринскими таксонами . Ветвь с более чем двумя родословными называется политомией и служит иллюстрацией того, где ученые не определили окончательно все отношения. Важно отметить, что, хотя сестринские таксоны и политомии имеют общего предка, это не означает, что группы организмов отделились или произошли друг от друга. Организмы двух таксонов могли разделиться в определенной точке ветвления, но ни один таксон не дал начало другому.

Рисунок 3. Корень филогенетического дерева указывает на то, что родовая линия дала начало всем организмам на дереве. Точка ветвления указывает, где разошлись две родословные. Линия, которая развилась рано и остается неразветвленной, является базальным таксоном. Когда две линии происходят из одной и той же точки ветвления, они являются сестринскими таксонами. Ветвь с более чем двумя родословными является политомией.

Диаграммы выше могут служить путем к пониманию истории эволюции. Путь можно проследить от зарождения жизни до любого отдельного вида, перемещаясь по эволюционным ветвям между двумя точками. Кроме того, начав с одного вида и проследив обратно к «стволу» дерева, можно обнаружить предков этого вида, а также узнать, где родословные имеют общее происхождение. Кроме того, дерево можно использовать для изучения целых групп организмов.

Еще один момент, который следует упомянуть о структуре филогенетического дерева, заключается в том, что вращение в точках ветвления не меняет информацию. Например, если повернуть точку ветвления и изменить порядок таксонов, это не изменит информацию, потому что эволюция каждого таксона из точки ветвления не зависит от другого.

Многие дисциплины в рамках изучения биологии способствуют пониманию того, как жизнь в прошлом и настоящем развивалась с течением времени; вместе эти дисциплины способствуют построению, обновлению и поддержанию «дерева жизни». Информация используется для организации и классификации организмов на основе эволюционных отношений в научной области, называемой систематикой. Данные могут быть собраны из окаменелостей, путем изучения структуры частей тела или молекул, используемых организмом, а также с помощью анализа ДНК. Комбинируя данные из многих источников, ученые могут составить филогению организма; поскольку филогенетические деревья являются гипотезами, они будут продолжать меняться по мере открытия новых типов жизни и получения новой информации.

Видеообзор

Ограничения филогенетических деревьев

Легко предположить, что более близкородственные организмы выглядят более похожими, и хотя это часто бывает, это не всегда так. Если две близкородственные линии развились в значительно различающихся условиях или после эволюции крупной новой адаптации, две группы могут казаться более разными, чем другие группы, которые не так тесно связаны. Например, филогенетическое дерево на рисунке 4 показывает, что и у ящериц, и у кроликов есть амниотические яйца, а у лягушек их нет; однако ящерицы и лягушки кажутся более похожими, чем ящерицы и кролики.

Рисунок 4. Это лестничное филогенетическое древо позвоночных основано на организме, у которого отсутствует позвоночник. В каждой точке ветвления организмы с разными признаками помещаются в разные группы в зависимости от общих характеристик.

Другой аспект филогенетических деревьев заключается в том, что, если не указано иное, ветви не учитывают продолжительность времени, а только эволюционный порядок. Другими словами, длина ветви обычно не означает, что прошло больше времени, а короткая ветвь не означает, что прошло меньше времени, если только это не указано на диаграмме. Например, на рисунке 4 дерево не показывает, сколько времени прошло между эволюцией амниотических яиц и волос. То, что показывает дерево, — это порядок, в котором происходили события. Снова используя рисунок 4, дерево показывает, что самым старым признаком является позвоночный столб, за которым следуют шарнирные челюсти и так далее. Помните, что любое филогенетическое дерево является частью большего целого, и, подобно настоящему дереву, оно не растет только в одном направлении после развития новой ветви.

Таким образом, для организмов на рис. 4 то, что развился позвоночник, не означает, что эволюция беспозвоночных прекратилась, это означает лишь то, что образовалась новая ветвь. Кроме того, группы, которые не являются близкородственными, но развиваются в сходных условиях, могут казаться фенотипически более похожими друг на друга, чем на близкого родственника.

Посетите этот веб-сайт, чтобы увидеть интерактивные упражнения, которые позволят вам исследовать эволюционные отношения между видами.

Система таксономической классификации

Таксономия (что буквально означает «закон упорядочения») — это наука о классификации организмов для создания общедоступных на международном уровне систем классификации, в которых каждый организм помещается во все более и более всеобъемлющие группы. Подумайте о том, как организован продуктовый магазин. Одно большое пространство разделено на отделы, такие как продуктовый, молочный и мясной. Затем каждый отдел делится на проходы, затем каждый проход делится на категории и бренды, а затем, наконец, один продукт. Эта организация от больших к меньшим, более конкретным категориям называется иерархической системой.

Система таксономической классификации (также называемая системой Линнея по имени ее изобретателя Карла Линнея, шведского ботаника, зоолога и врача) использует иерархическую модель. По мере продвижения от места возникновения группы становятся более специфичными, пока одна ветвь не заканчивается единым видом. Например, после общего начала всей жизни ученые делят организмы на три большие категории, называемые доменом: бактерии, археи и эукариоты. В каждом домене есть вторая категория, называемая королевство . После царств следуют категории возрастающей специфичности: тип , класс , порядок , семейство , род и вид (рис. 5).

Рисунок 5. Система таксономической классификации использует иерархическую модель для организации живых организмов во все более конкретные категории. Обыкновенная собака, Canis lupus familiaris , является подвидом Canis lupus , который также включает волка и динго. (кредит «собака»: модификация работы Janneke Vreugdenhil)

Царство Animalia происходит от домена Eukarya. Для обычной собаки уровни классификации будут такими, как показано на рисунке 5. Таким образом, полное название организма технически состоит из восьми терминов. Для собак это: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, и lupus . Обратите внимание, что все названия пишутся с заглавной буквы, кроме видов, а названия родов и видов выделены курсивом. Ученые обычно ссылаются на организм только по его роду и виду, что является его научным названием, состоящим из двух слов, в том, что называется биномиальная номенклатура . Поэтому научное название собаки Canis lupus . Название на каждом уровне также называется таксоном . Другими словами, собаки в порядке плотоядные. Carnivora — название таксона на уровне отряда; Canidae — таксон на уровне семейства и так далее. Организмы также имеют общее название, которое люди обычно используют, в данном случае собака. Обратите внимание, что собака также является подвидом: « Familiaris » в Canis lupus Familiis. Подвиды — это представители одного и того же вида, которые способны спариваться и воспроизводить жизнеспособное потомство, но считаются отдельными подвидами из-за географической или поведенческой изоляции или других факторов.

На рисунке 6 показано, как уровни приближаются к специфичности для других организмов. Обратите внимание, что собака делит территорию с самыми разнообразными организмами, включая растения и бабочек. На каждом подуровне организмы становятся более похожими, потому что они более тесно связаны. Исторически сложилось так, что ученые классифицировали организмы по признакам, но по мере развития технологии ДНК были определены более точные филогении.

Практический вопрос

Рисунок 6. На каждом подуровне системы таксономической классификации организмы становятся более похожими. Собаки и волки — это один и тот же вид, потому что они могут размножаться и производить жизнеспособное потомство, но они достаточно разные, чтобы их можно было отнести к разным подвидам. (кредит «растение»: модификация работы «berduchwal»/Flickr; кредит «насекомое»: модификация работы Джона Салливана; кредит «рыба»: модификация работы Кристиана Мелфюрера; кредит «кролик»: модификация работы Эйдана Войтас; кредит «кошка»: модификация работы Джонатана Лидбека; кредит «лиса»: модификация работы Кевина Бахера, NPS; кредит «шакал»: модификация работы Томаса А. Херманна, NBII, Геологическая служба США; кредит «волк» : модификация работы Роберта Дьюара; кредит «собака»: модификация работы «digital_image_fan»/Flickr)

На каком уровне кошки и собаки считаются частью одной группы?

Показать ответ

Посетите этот веб-сайт, чтобы классифицировать три организма — медведя, орхидею и морской огурец — от царства к виду.