פילוגניה: פרשנות, סוגי עצים, יישומים - ביולוגיה - 2025

גזע , בביולוגיה אבולוציונית, הוא ייצוג של ההיסטוריה האבולוציונית של קבוצת אורגניזמים או מינים, תוך שימת דגש על הקו ממוצא ואת היחסים קרבים בין הקבוצות.

כיום, הביולוגים השתמשו בנתונים שמקורם בעיקר במורפולוגיה ואנטומיה השוואתית, וברצפי גנים כדי לשחזר אלפים על אלפי עצים.

מקור: וילסון JEM קוסטה, באמצעות ויקימדיה Commons

עצים אלה מבקשים לתאר את ההיסטוריה האבולוציונית של המינים השונים של בעלי חיים, צמחים, חיידקים ויצורים אורגניים אחרים המאכלסים את כדור הארץ.

האנלוגיה לעץ החיים מתוארכת לתקופתו של צ'רלס דארווין. חוקר טבע בריטי מבריק לוכד ביצירת המופת "מוצא המינים" דימוי יחיד: "עץ" המייצג את ההשלכה של שושלות, החל מאב קדמון משותף.

מהי פילוגניה?

לאור המדעים הביולוגיים, אחד האירועים המדהימים שהתרחשו הוא האבולוציה. ניתן לייצג שינוי אמר בצורות אורגניות לאורך זמן בעץ פילוגנטי. לכן הפילוגניה מבטאת את ההיסטוריה של השושלות וכיצד הם השתנו עם הזמן.

אחת ההשלכות הישירות של גרף זה היא שושלת נפוצה. כלומר, כל האורגניזמים שאנו רואים כיום צצו כצאצאים עם שינויים בצורות העבר. רעיון זה היה אחד המשמעותיים בתולדות המדע.

כל צורות החיים שאנו יכולים להעריך כיום - מחיידקים מיקרוסקופיים, לצמחים וחוליות החוליות הגדולות ביותר - קשורים זה לזה והיחסים מיוצגים בעץ החיים העצום והמורכב.

בתוך ההקבלה של העץ, המינים החיים כיום היו מייצגים את העלים ושאר הענפים היו ההיסטוריה האבולוציונית שלהם.

מהו עץ פילוגנטי?

מוצג פילוגניה מפושטת של המטאזואה. עבור קבוצות מסוימות, ייצוג סכמטי קשור לכמה מסוגי העיניים שהם עשויים להציג: גביע, מצלמה עם חור כניסה קל, מצלמה עם עדשה, מורכב לפי מיקום והלחין על ידי סופרפוזיציה. לורה ביביאנה, מוויקישיתוף

עץ פילוגנטי הוא ייצוג גרפי של ההיסטוריה האבולוציונית של קבוצת אורגניזמים. דפוס זה של מערכות יחסים היסטוריות הוא הפילוגניות שהחוקרים מנסים להעריך.

עצים מורכבים מצמתים המחברים בין ה"ענפים ". הצמתים הסופיים של כל ענף הם המיסות הסופיות ומייצגים את הרצפים או האורגניזמים שעבורם ידוע נתונים - אלה יכולים להיות מינים חיים או נכחדים.

הצמתים הפנימיים מייצגים אבות אבות היפותטיים, ואילו האב הקדמון שנמצא בשורש העץ מייצג את האב הקדמון של כל הרצפים המיוצגים בתרשים.

כיצד מפורשים עצים פילוגנטיים?

ישנן דרכים רבות לייצג עץ פילוגנטי. מסיבה זו, חשוב לדעת להכיר האם ההבדלים הללו שנצפים בין שני עצים נובעים מטופולוגיות שונות - כלומר הבדלים אמיתיים המתאימים לשני איות - או שהם פשוט הבדלים הקשורים לסגנון הייצוג.

לדוגמה, הסדר בו מופיעות התוויות בחלקו העליון יכול להשתנות, מבלי לשנות את המשמעות של הייצוג הגרפי, בדרך כלל שם המין, הסוג, המשפחה, בין קטגוריות אחרות.

זה קורה מכיוון שהעצים דומים לנייד, שם הענפים יכולים להסתובב מבלי לשנות את הקשר של המין המיוצג.

במובן זה, לא משנה כמה פעמים משנה את הסדר או שמסתובבים האובייקטים ה"תלויים ", מכיוון שהוא לא משנה את אופן חיבורם - וזה הדבר החשוב.

כיצד משוחזרים פילוגניות?

פילוגניות הן השערות המנוסחות על סמך עדויות עקיפות. הסרת פילוגניה דומה לתפקידו של חוקר הפותר פשע על ידי מעקב אחר הרמזים מזירת הפשע.

ביולוגים לעתים קרובות מניחים את הפילוגניות שלהם בעזרת ידע מענפים שונים, כמו פליאונטולוגיה, אנטומיה השוואתית, עוברית השוואתית וביולוגיה מולקולרית.

תיעוד המאובנים, אף על פי שאינו שלם, מספק מידע בעל ערך רב על זמני ההתבדלות של קבוצות מינים.

עם חלוף הזמן, הביולוגיה המולקולרית הצמיחה את כל התחומים שהוזכרו, ומרבית הפילוגניות נובעות מנתונים מולקולריים.

למטרה של בניית עץ פילוגנטי יש מספר חסרונות מרכזיים. ישנם כ- 1.8 מיליון מינים ששמו ורבים אחרים מבלי שתוארו.

ולמרות שמספר לא מבוטל של מדענים שואפים כל יום לשחזר מערכות יחסים בין מינים, עדיין אין עץ שלם.

דמויות הומולוגיות

כאשר הביולוגים רוצים לתאר את הדמיון בין שני מבנים או תהליכים, הם יכולים לעשות זאת במונחים של אבות קדומים משותפים (הומולוגיות), אנלוגיות (פונקציה) או הומופלזיה (דמיון מורפולוגי).

כדי לשחזר פילוגניה משתמשים אך ורק בתווים הומולוגיים. הומולוגיה היא מושג מפתח באבולוציה ובבריאה של מערכות יחסים בין מינים, מכיוון שרק היא משקפת כנדרש את האבות הקדומים של האורגניזמים.

נניח שאנחנו רוצים להסיק את הפילוגניות של שלוש קבוצות: ציפורים, עטלפים ובני אדם. כדי להשיג את מטרתנו החלטנו להשתמש בגפיים העליונות כמאפיין שעוזר לנו להבחין בדפוס היחסים.

מכיוון שציפורים ועטלפים שינו מבנים לטיסה, אנו יכולים להסיק בטעות כי עטלפים וציפורים קשורים יותר זה לזה מאשר עטלפים לבני אדם. מדוע הגענו למסקנה שגויה? מכיוון שהשתמשנו באופי מקביל ולא הומולוגי.

כדי למצוא את הקשר הנכון עלי לחפש אופי הומולוגי, כמו נוכחות שיער, בלוטות חלב ושלוש עצמות קטנות באוזן התיכונה - רק אם נזכיר כמה. עם זאת, לא קל לאבחן הומולוגיות.

סוגי עצים

לא כל העצים זהים, יש ייצוגים גרפיים שונים וכל אחד מהם מצליח לשלב איזשהו מאפיין ייחודי להתפתחות הקבוצה.

העצים הבסיסיים ביותר הם קלגרמות. גרפים אלה מציגים את מערכות היחסים במונחים של אבות קדומים משותפים (לפי האבות הקדומים האחרונים).

עצי תוספות מכילים מידע נוסף והם מיוצגים באורך הענפים.

המספרים המשויכים לכל ענף תואמים תכונה כלשהי ברצף - כמו כמות השינוי האבולוציוני שעברו אורגניזמים. בנוסף ל"עצי תוסף ", הם ידועים גם כעצים מטריים או פילוגרמות.

עצים אולטראמטריים, המכונים גם דנדוגרמות, הם מקרה מסוים של עצים תוספים, כאשר קצות העץ שווים זה מזה מהשורש לעץ.

לשני הגרסאות האחרונות הללו יש את כל הנתונים שאנו יכולים למצוא בקלוגרמה, ומידע נוסף. לכן הם אינם בלעדיים, אם לא משלימים.

פוליטומיות

פעמים רבות צמתי העצים אינם נפתרים במלואם. מבחינה ויזואלית נאמר שיש פוליטומיה, כאשר למעלה משלושה ענפים יוצאים מתוך חדש (יש אב קדמון אחד ליותר משני צאצאים מיידיים). כאשר לעץ אין פוליטומים אומרים שהוא נפתר במלואו.

ישנם שני סוגים של פוליטומים. הראשון הם הפוליטומים "הקשים". אלה מהותיים מקבוצת המחקר, ומעידים כי הצאצאים התפתחו במקביל. לחלופין, פוליטומים "רכים" מצביעים על קשרים לא פתורים הנגרמים על ידי הנתונים כשלעצמם.

סיווג אבולוציוני

שושלות מונופילטיות

ביולוגים אבולוציוניים מבקשים למצוא סיווג שמתאים לדפוס הענפים של ההיסטוריה הפילוגנטית של קבוצות. בתהליך זה פותחו סדרה של מונחים הנמצאים בשימוש נרחב בביולוגיה אבולוציונית: מונופילטית, פרפילטית ופוליפילטית.

טקסון או שושלת מונופילטית הם כאלה המרכיבים מין אבות, המיוצג בצומת, וכל צאצאיו, אך לא מינים אחרים. קיבוץ זה נקרא מלדה.

שושלות מונופילטיות מוגדרות בכל רמה של ההיררכיה הטקסונומית. לדוגמה, משפחת פלידה (Family Felidae), שושלת המכילה נקבות (כולל חתולי בית), נחשבת למונופילטית.

באופן דומה, Animalia הוא גם טקסון מונופילטי. כפי שאנו רואים, המשפחה פלידה נמצאת בתוך חיות, כך שניתן לקנן קבוצות מונופילטיות.

שושלות פרפילילטיות ופוליפילטיות

עם זאת, לא כל הביולוגים חולקים חשיבה על סיווג קלדיסטי. במקרים שהנתונים אינם מלאים או פשוט מטעמי נוחות, נקראות מסות מסוימות הכוללות מינים ממוצאים שונים או ממוניות גבוהות יותר שאינם חולקים אב קדמון שכיח יותר.

באופן זה, טקסון הוא פוליפילטי, הוא מוגדר כקבוצה הכוללת אורגניזמים מקלאדים שונים, ואלו אינם חולקים אב קדמון משותף. לדוגמא, אם אנו רוצים לייעד קבוצה של טיפולי בית, זה יכלול ציפורים ויונקים.

לעומת זאת, קבוצה פרפילטית אינה מכילה את כל צאצאי האב הקדום האחרון. במילים אחרות, זה מחריג כמה מחברי הקבוצה. הדוגמא המשמשת ביותר היא זוחלים, קבוצה זו אינה מכילה את כל צאצאי האב הקדום השכיח ביותר: ציפורים.

יישומים

בנוסף לתרום למשימה הקשה של הסרת עץ החיים, לפילוגניות יש גם כמה יישומים משמעותיים למדי.

בתחום הרפואי משתמשים בפילוגניות להתחקות אחר מקורן ושיעורי ההעברה של מחלות זיהומיות, כמו איידס, דנגה ושפעת.

הם משמשים גם בתחום הביולוגיה לשימור. הכרת הפילוגניות של מין בסכנת הכחדה היא חיונית כדי לעקוב אחר דפוסי ההתרבות ורמת ההכלאה והגידול בין הפרטים.

הפניות

1. באום, ד.ה., סמית ', ס.ד., ודונובן, אס.אס (2005). אתגר חשיבת העצים. מדע, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). הזמנה לביולוגיה. מקמילן.
3. הול, ב.ק. (עורכת). (2012). הומולוגיה: הבסיס ההיררכי של ביולוגיה השוואתית. עיתונות אקדמית.
4. היקמן, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). עקרונות משולבים של זואולוגיה. מקגרו - היל.
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, כץ, לוס אנג'לס, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T., … Cranston, KA (2015). סינתזה של פילוגניות וטקסונומיה לעץ חיים מקיף. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, 112 (41), 12764-9.
6. קרדונג, KV (2006). חוליות חוליות: אנטומיה השוואתית, תפקוד, אבולוציה. מקגרו-היל.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). אבולוציה מולקולרית: גישה פילוגנטית. ג'ון וויילי ובניו.