עץ פילוגנטי: סוגים ותכונותיהם, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

עץ פילוגנטי הוא ייצוג גרפי מתמטי של מערכות יחסי ההיסטוריה קדמונית-צאצא של קבוצות, אוכלוסיות, מינים, או כול קטגוריה טקסונומיות אחרת. תיאורטית, כל העצים הפילוגנטיים יכולים להיות מקובצים בעץ החיים, המהווים את העץ האוניברסלי.

ייצוגים גרפיים אלו חוללו מהפכה בחקר הביולוגיה האבולוציונית, מכיוון שהם מאפשרים לבסס ולהגדיר מין, לבחון השערות אבולוציוניות שונות (כמו תיאוריה אנדוסימביוטית), להעריך את מקורן של מחלות (כמו HIV) וכו '.

מקור: ג'ון גולד (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881)

ניתן לשחזר עצים בעזרת תווים מורפולוגיים או מולקולריים, או שניהם. באותו אופן, ישנן שיטות שונות לבנייתן, כאשר הנפוצה ביותר היא המתודולוגיה הקלאדיסטית. זה מבקש לזהות דמויות נגזרות משותפות, המכונות סינאפומורפיה.

מאפיינים

אחד העקרונות שפיתח צ'רלס דארווין הוא האבות הקדומים של כל האורגניזמים החיים - כלומר, כולנו חולקים אב קדמון מרוחק.

ב- "מוצא המינים" דרווין מעלה את המטפורה של "עץ החיים". למעשה, הוא משתמש בעץ גרפי היפותטי כדי לפתח את הרעיון שלו (באופן מוזר, זהו האיור היחיד למוצא).

הייצוג של מטאפורה זו הוא מה שאנחנו מכירים כעצים פילוגנטיים, המאפשרים להציג גרפית את ההיסטוריה והקשרים של קבוצה מסוימת של אורגניזמים.

אנטומיה של עץ פילוגנטי

בעצים פילוגנטיים אנו יכולים להבחין בין החלקים הבאים - ממשיכים באנלוגיה הבוטנית:

סניפים: קווי העץ נקראים "ענפים", ואלו מייצגים את אוכלוסיות המחקר לאורך זמן. תלוי בסוג העץ (ראה להלן), אורך הענף עשוי או לא יכול להיות בעל משמעות.

בעצות הענפים אנו מוצאים את האורגניזמים שאנו רוצים להעריך. אלה יכולים להיות ישויות החיים כיום, או יצורים נכחדים. המין יהיה עלי העץ שלנו.

שורש: השורש הוא הענף העתיק ביותר של העץ. יש כאלה שקוראים להם עצים מושרשים, ואילו אחרים לא.

צמתים: נקודות הענף של הענפים בשני שושלות או יותר נקראות צמתים. הנקודה מייצגת את האב הקדמון השכיח ביותר של קבוצות הצאצאים (שימו לב שאבות אבות אלה הם היפותטיים).

קיומו של צומת מרמז על אירוע מפרט - יצירת מינים חדשים. לאחר מכן, כל מין עוקב אחר מסלולו האבולוציוני.

מונחים נוספים

בנוסף לשלושת המושגים הבסיסיים הללו, ישנם מונחים הכרחיים נוספים בכל הקשור לעצים פילוגנטיים:

פוליטומיה: כאשר לעץ פילוגנטי יש יותר משני ענפים בצומת, נאמר שיש פוליטומיה. במקרים אלה, העץ הפילוגנטי אינו נפתר במלואו, מכיוון שהקשרים בין האורגניזמים המעורבים אינם ברורים. זה קורה לעתים קרובות בגלל חוסר נתונים, וניתן לתקן אותם רק כאשר חוקר צובר יותר.

קבוצה חיצונית: בנושאים פילוגנטיים מקובל לשמוע את המושג קבוצה חיצונית - המכונה גם "קבוצת חוץ". קבוצה זו נבחרת כדי להיות מסוגלת להכות את העץ. יש לבחור אותו כטקסון שסטה בעבר מקבוצת המחקר. לדוגמה, אם אני לומד מפזרים, אתה יכול לגדול את גזרות הים.

סוגים

ישנם שלושה סוגים בסיסיים של עצים: קלגרמות, עצי תוסף ועצים אולטרה-טמטריים.

Cladograms הם העצים הפשוטים ביותר ומראים את הקשר של אורגניזמים במונחים של אבות קדומים משותפים. המידע על סוג עץ זה נמצא בדפוסי הענפים, מכיוון שלגודל הענפים אין משמעות נוספת.

הסוג השני של העץ הוא התוסף, הנקרא גם עצים מטריים או פילוגרמות. אורך הענפים קשור לכמות השינוי האבולוציוני.

לבסוף, יש לנו עצים או דנדוגרמות אולטרה-טמטריות, כאשר כל עצות העצים נמצאות באותו מרחק (מה שלא במקרה בפילוגרמה, שם קצה עשוי להיראות נמוך או גבוה יותר מבן זוגו). אורך הענף קשור לזמן האבולוציוני.

בחירת העץ קשורה ישירות לשאלה האבולוציונית עליה אנו רוצים לענות. לדוגמא, אם אנו עוסקים רק במערכות היחסים בין יחידים, קלדיוגרמה תספיק למחקר.

הטעויות הנפוצות ביותר בעת קריאת עצים פילוגנטיים

למרות שעצים פילוגנטיים הם לרוב גרפים בשימוש נרחב בביולוגיה אבולוציונית (ובביולוגיה כללית), ישנם סטודנטים ואנשי מקצוע רבים אשר מפרשים באופן שגוי את המסר שגרפים פשוטים לכאורה אלה נועדו להעביר לקורא.

אין תא מטען

הטעות הראשונה היא לקרוא אותם לצדדים, בהנחה שהאבולוציה מרמזת על התקדמות. אם אנו מבינים נכון את התהליך האבולוציוני, אין סיבה לחשוב שמיני האבות הם משמאל והמינים המתקדמים יותר מימין.

למרות שהאנלוגיה הבוטנית של עץ מועילה מאוד, יש נקודה שהיא כבר לא כל כך מדויקת. יש מבנה עצים מכריע שאינו קיים בעץ: תא המטען. בעצים פילוגנטיים אנו לא מוצאים ענפים עיקריים.

באופן ספציפי, אנשים מסוימים עשויים לראות באדם כ"מטרה "האולטימטיבית של האבולוציה, ולכן תמיד צריך להיות ממוקם במין הומו ספיינס כישות הסופית.

עם זאת, השקפה זו אינה עולה בקנה אחד עם עקרונות אבולוציוניים. אם אנו מבינים שעצים פילוגנטיים הם אלמנטים ניידים, נוכל למקם את הומו בכל מיקום סופני של העץ, מאחר ומאפיין זה אינו רלוונטי בייצוג.

צמתים יכולים להסתובב

מאפיין חיוני שעלינו להבין לגבי עצים פילוגנטיים הוא שהם מייצגים גרפים לא סטטיים.

בתוכם, כל הענפים הללו יכולים להסתובב - באותו אופן בו נייד יכול. אנחנו לא מתכוונים שנוכל להזיז את הענפים כרצונך, מכיוון שתנועות מסוימות היו כרוכות בשינוי הדפוס או הטופולוגיה של העץ. מה שאנחנו יכולים לסובב הם הצמתים.

כדי לפרש את המסר של עץ, אל לנו להתמקד בקצות הענפים, עלינו להתמקד בנקודות הענף, שהם ההיבט החשוב ביותר בתרשים.

בנוסף, עלינו לזכור כי ישנן מספר דרכים לצייר עץ. פעמים רבות זה תלוי בסגנון הספר או המגזין ושינויים בצורת הענפים ומיקומם אינם משפיעים על המידע שהם רוצים להעביר לנו.

איננו יכולים להסיק את קיומם של מינים קדומים או "ישנים"

כשאנחנו מתכוונים להתייחס למינים הנוכחיים, אנחנו לא צריכים להחיל עליהם קונוטציות של אבות. לדוגמא, כשאנחנו חושבים על מערכות היחסים בין השימפנזים לבני האדם, אנו עשויים להבין שלא כי השימפנזים הם אבות קדמונים לשושלתנו.

עם זאת, האב הקדמון המשותף לשימפנזים ובני האדם לא היה אחד מהם. לחשוב שהשימפנזה הוא אב קדמון זה היה להניח שהתפתחותו נעצרה ברגע ששני השושלות נפרדו.

בעקבות אותו היגיון של רעיונות אלה, עץ פילוגנטי אינו מגלה לנו אם ישנם גם מינים צעירים. מכיוון שתדרים אלליים משתנים כל הזמן ויש דמויות חדשות המשתנות לאורך זמן, קשה לקבוע את הגיל של מין ובוודאי, עץ אינו נותן לנו מידע כזה.

"שינוי תדרי האלל לאורך זמן" הוא איך הגנטיקה של האוכלוסייה מגדירה את האבולוציה.

הם אינם ניתנים לשינוי

כשמסתכלים על עץ פילוגנטי עלינו להבין שהגרף הזה הוא פשוט השערה שנוצרה מתוך עדויות קונקרטיות. יכול להיות שאם נוסיף עוד תווים לעץ, הוא ישנה את הטופולוגיה שלו.

המומחיות של מדענים בבחירת הדמויות הטובות ביותר כדי להבהיר את מערכות היחסים של האורגניזמים המדוברים היא המפתח. בנוסף, ישנם כלים סטטיסטיים חזקים מאוד המאפשרים לחוקרים להעריך עצים ולבחור את אחד האמינים ביותר.

דוגמאות

שלושת תחומי החיים: ארכאאה, חיידקים ואוקריה

בשנת 1977 הציע החוקר קארל ווז לקבץ אורגניזמים חיים לשלושה תחומים: ארכאה, חיידקים ואוקריה. מערכת סיווג חדשה זו (בעבר היו רק שתי קטגוריות, אוקריוטה ופרוקריוטה) התבססה על הסמן המולקולרי RNA של ריבוזומלי.

חיידקים ואוקריוטים הם אורגניזמים ידועים. ארכאאה טועה לעתים קרובות בחיידקים. עם זאת, אלה נבדלים באופן מעמיק במבנה הרכיבים הסלולריים שלהם.

לפיכך, למרות שמדובר באורגניזמים מיקרוסקופיים כמו חיידקים, חברי תחום ה- Archaea קשורים קשר הדוק יותר לאוקריוטים - מכיוון שהם חולקים אב קדמון משותף קרוב יותר.

מקור: הוכן על ידי מריאנה גלמבי.

פילוגניות של פרימטים

במסגרת הביולוגיה האבולוציונית, אחד הנושאים השנויים ביותר במחלוקת הוא התפתחות האדם. עבור מתנגדי תיאוריה זו, אבולוציה המתחילה מאב קדמון קדמוני שהוליד את האדם המודרני אינה הגיונית.

מושג מפתח הוא הבנה שלא התפתחנו מקופי האדם הנוכחיים, אלא חלקנו איתם אב קדמון משותף. בעץ קופי האדם ובני האדם, מתברר שמה שאנחנו מכירים כ"קוף "אינו קבוצה מונופילטית תקפה, מכיוון שהוא מחריג את בני האדם.

מקור: הוכן על ידי מריאנה גלמבי.

פילוגניות של צטרטיודיקטיל (Cetartiodactyla)

מבחינה אבולוציונית, קטינים ייצגו קבוצה של חוליות-חולים שיחסיהם עם שאר חבריהם היונקים לא היו ברורים במיוחד. מבחינה מורפולוגית, לווייתנים, דולפינים וחברים אחרים דומים מעט מאוד ליונקים אחרים.

נכון לעכשיו, הודות למחקר של דמויות מורפולוגיות ומולקולאריות שונות, ניתן היה להסיק שקבוצת האחיות של הקטואים הגדולים נוצרת על ידי ארטיודקטילים - פיות עם אפילו פרסות.

מקור: הוכן על ידי מריאנה גלמבי.

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. קרדונג, KV (2006). חוליות חוליות: אנטומיה השוואתית, תפקוד, אבולוציה. מקגרו-היל.
6. Kliman, RM (2016). אנציקלופדיה של ביולוגיה אבולוציונית. עיתונות אקדמית.
7. Losos, JB (2013). מדריך פרינסטון לאבולוציה. הוצאת אוניברסיטת פרינסטון.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). אבולוציה מולקולרית: גישה פילוגנטית. ג'ון וויילי ובניו.
9. רייס, ס.א. (2009). אנציקלופדיה של אבולוציה. הוצאת אינפובייס.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). ביולוגיה: מושגים ויישומים ללא פיזיולוגיה. לימוד Cengage.