Co to jest filogeneza?

Phylogeneza jest reprezentacją historii ewolucyjnej i relacji między grupami organizmów.

Wyniki są reprezentowane w drzewie filogenetycznym, które zapewnia wizualne wyjście relacji opartych na wspólnych lub rozbieżnych cechach fizycznych i genetycznych.

Analiza filogenetyczna jest zależna od typu wprowadzonych danych, liczby gatunków i zakresu interpretowanych relacji ewolucyjnych.

Taksonomia i filogeneza

Taksonomia to nauka o klasyfikacji, w której organizmy biologiczne są grupowane i nazywane na podstawie wspólnych cech. Pozwala ona na racjonalną komunikację między naukowcami, w tym biologami i mikrobiologami. Filogeneza jest użytecznym narzędziem dla taksonomów, ponieważ może być wykorzystywana do badania rozwoju ewolucyjnego. Taksonomia doprowadziła do badań nad filogenezą dzięki podziałowi organizmów na hierarchię kategorii taksonomicznych, takich jak rodzina, rodzaj i gatunek.

Schemat klasyfikacji opracowany przez Linneusza w XVIII wieku został później wykorzystany jako podstawa do wnioskowania o filogenezie poprzez interpretację relacji ewolucyjnych między kategoriami taksonomicznymi. Zarówno taksonomia, jak i filogeneza wymagają porównania cech organizmów, przy czym badania najpierw wykorzystują cechy morfologiczne, a następnie przechodzą do danych molekularnych.

Zakorzenione i niezakorzenione drzewa filogenetyczne

Drzewa filogenetyczne mogą być zakorzenione lub niezakorzenione. Zakorzenione drzewa filogenetyczne spotykają się w punkcie na pojedynczym węźle, który reprezentuje hipotetycznego wspólnego przodka. Istnieją różne metody tworzenia zakorzenionych drzew filogenetycznych, ale najbardziej powszechne wykorzystują outgroup składający się z odległego krewnego dla wszystkich innych gatunków w ramach analizy. Drzewa ukorzenione zapewniają reprezentację relacji ewolucyjnych w czasie, z najdłuższymi ścieżkami między gatunkiem a przodkiem odzwierciedlającymi największą odległość ewolucyjną między nimi. Drzewa nieukorzenione pokazują powiązania między organizmami bez wskazywania przodków i nie wymagają znanego lub wnioskowanego przodka.

Filogenetyka molekularna

Podejścia filogenetyczne wymagają dużych zbiorów danych analizowanych poprzez rygorystyczne modelowanie matematyczne. Dane molekularne mogą dać większą liczbę cech w porównaniu do cech morfologicznych. Nukleotydy w DNA są jednoznaczne z cechami A, C, G i T, które mogą być jasno zdefiniowane. Natomiast cechy morfologiczne oparte są na kształcie i strukturze, które mogą się nakładać i być trudne do rozróżnienia. Prosta konwersja informacji molekularnej do postaci numerycznej oznacza, że ten typ danych jest szczególnie odpowiedni do analizy filogenetycznej.

Kolejną komplikacją filogenez produkowanych przez dane morfologiczne jest plastyczność fenotypowa. To jest, gdy nie ma mniej ograniczeń dla zachowania lub cech morfologicznych, aby zmienić w odpowiedzi na unikalne środowisko. Plastyczność fenotypowa może zatem zmącić sygnały filogenetyczne. Liczba zaskakujących relacji ewolucyjnych zostały odkryte przez filogenetyki molekularnej, które nie zostały podkreślone przez poprzednich filogenetycznych produkowanych przez morfologicznych cech.

Molekularne drzewa filogenetyczne są uzyskiwane przez porównanie sekwencji nukleotydów. Homologiczne sekwencje wskazują, że pochodzą one od wspólnego przodka sekwencji. Sekwencje DNA są następnie wyrównane tak, że homologiczne nukleotydy mogą być porównywane, odnotowując wszelkie rozbieżności przez akumulację indeli i mutacji punktowych. Uzyskane różnice nukleotydów są następnie wykorzystywane do rekonstrukcji drzewa filogenetycznego z analizą bootstrapową często wykonywaną w celu zapewnienia granic zaufania.

Oszacowanie specjacji na podstawie filogenez

Fylogeny mogą być również wykorzystywane do oszacowania czasu trwania specjacji, wyjaśniając jak długo trwa formowanie się nowego gatunku i jakie czynniki wpływają na ten okres czasu. Symulacje wykazały, że filogenezy często nie zawierają wystarczającej ilości informacji, aby bezstronnie prognozować tempo specjacji i wymierania, ale istnieją metody modelowania, które redukują ten błąd. Model przedłużającej się specjacji zakłada, że specjacja jest procesem stopniowym, w którym nieustannie powstają zaczątki gatunków doświadczających przedłużającej się drogi, która w końcu może doprowadzić do powstania nowego gatunku.

Pojedynczy gatunek jest definiowany w tym modelu jako kompleks wszystkich linii rozwojowych, które nie zostały jeszcze rozdzielone przez zdarzenie zakończenia specjacji. Model przedłużającej się specjacji może wyjaśnić zmniejszone tempo akumulacji linii w czasie, a analiza filogenów, w połączeniu z modelem przedłużającej się specjacji, daje nowe podejście do szacowania czasu trwania specjacji.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści dotyczące filogenezy
• Ważność filogenezy w mikrobiologii

Cytaty

.