If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако използваш уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Филогенетични дървета

Какво е филогенетично дърво. Научи как да разчиташ филогенетичните дървета и да определяш кои видове са най-тясно свързани.

Ключови точки:

  • Филогенетичното дърво е диаграма, която представя еволюционни връзки между организми. Филогенетичните дървета са хипотези, а не точни факти.
  • Моделът на разклоняване на филогенетичното дърво отразява как видове или други групи са еволюирали от поредица общи предшественици.
  • При филогенетичните дървета два вида са по-близко свързани, ако имат по-скорошен общ предшественик, и по-далечни, ако имат по-отдавнашен общ предшественик.
  • Филогенетичните дървета могат да бъдат нарисувани по различни начини, които са равностойни. Ако завъртим едно дърво около точки от клоните му, информацията, която то носи, няма да се промени.

Въведение

Като цяло хората много обичат да подреждат и да организират неща. Не е задължително това да са неща като килери и стаи, аз лично съм доста назад в класацията по подреденост на тези две помещения. Вместо това хората обичат да групират и подреждат нещата, които виждат в света около себе си. От гръцкия философ Аристотел до днес, това желание за класифициране е засегнало много и разнообразни живи форми на Земята.
Повечето модерни системи за класификация са основани на еволюционните връзки между организмите — на филогенията или филогенезата на организмите. Система за класификация, основана на филогенията, организира видове или други групи организми по начин, който отразява разбирането ни за тяхната еволюция от общи предшественици.
В тази статия ще разгледаме филогенетичните дървета — диаграми, които представят еволюционните връзки между организми. Ще разберем точно какви изводи можем (и не можем!) да направим от едно филогенетично дърво, както и какво означава дадени организми да са по-близко свързани или по-отдалечени в контекста на филогенетичните дървета.

Структура на филогенетичното дърво

Когато рисуваме филогенетично дърво, представяме най-добрата си хипотеза за това как дадени видове (или други групи) са еволюирали от общ предшественик1. Както ще разберем по-нататък в статията за изграждане на дървета, тази хипотеза е основана на информация, която сме събрали за видовете, които ни интересуват — например информация за физическите им белези и за ДНК последователността на гените им.
Във филогенетичното дърво видовете или групите, от които се интересуваме, се намират върху точки на върховете на линии, които от своя страна са клоните на дървото. Например филогенетичното дърво по-долу представя връзката между пет вида — A, B, C, D и E, които за разположени на върховете на клоните.
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 2 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Начинът на свързване на клоните отразява разбирането ни за това как видовете в дървото са еволюирали от поредица общи предшественици. Всяка точка на разклоняване (или междинен възел) представя дивергенция или разделяне на една група на две дъщерни групи.
На всяка точка на разклонение се намира най-скорошният общ предшественик на всички групи, произлезли от тази точка на разклонение. Например в точката на разклонение, от която произлизат видове A и B, намираме най-скорошния общ предшественик на тези два вида. В точката на разклонение над корена на дървото, откриваме най-скорошния предшественик на всички видове в дървото (A, B, C, D, E).
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 2 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Всяка хоризонтална линия от нашето дърво представя поредица от предшественици, водещи до вида в нейния край. Например линията, която води до вида Е, показва предшествениците на Е, тъй като той е произлязъл от другите видове в дървото. Също така коренът представя поредица от предшественици, водещи до най-скорошния общ предшественик на всички видове в дървото.

Кои видове са по-близко свързани?

Във филогенетичното дърво свързаността на два вида има много специфично значение. Два вида са по-близко свързани, ако имат по-скорошен общ предшественик, и по-далечни, ако имат по-отдавнашен общ прародител.
Можем да използваме доста ясен метод за намиране на най-скорошния общ предшественик на всяка двойка или група от видове. При този метод започваме от края на клона, където са двата вида, от които се интересуваме, и "вървим назад" по дървото, докато не намерим точката, в която линиите на видовете се сливат.
Да предположим, че искаме да разберем дали видовете A и B или B и C са по-близко свързани. За да го направим, ще проследим линиите на двете двойки видове назад по дървото. Тъй като линиите на А и В се събират в общ предшественик първи, а линията на В се слива с С след като вече се е събрала с А, можем да кажем, че А и В са по-близко свързани от В и С.
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 2 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Важно е да отбележим, че има видове, чиято свързаност не можем да определим по този метод. Например не можем да кажем дали А и В са по-близко свързани от С и D. Това е така, тъй като по подразбиране хоризонталната ос на дървото не дава пряка репрезентация на времето. Така че можем да сравним единствено времето на събития на разклоняване, които се случват в едно и също родословие (в една директна линия, започваща от корена на дървото), но не и събития в различни родословия.

Няколко съвета за четене на филогенетични дървета

Може да видиш филогенетични дървета, нарисувани по много различни начини. Някои са по-четвъртити, като дървото вляво по-долу. Други използват диагонални линии, например като дървото долу вдясно. Дървета от всеки от двата вида могат да бъдат разположени вертикално или хоризонтално, както е представено по-четвъртитото дърво.
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 2 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Трите дървета по-горе представят еднакви връзки между видовете A, B, C, D и E. Може да отделиш време, за да разгледаш и да се убедиш, че това е така – че между дърветата няма никакви разлики в модела на разклоняване, нито в най-скорошните общи предшественици. Идентичната информация в тези различно изглеждащи дървета ни припомня, че при типичното дърво е важен моделът на разклоняване, а не дължината на клоните.
Друга важна особеност за тези дървета е, че ако завъртим структурата около една точка от клоните като опорна точка на въртене, няма да променим връзките в дървото. Също така, точно както дърветата от фигурата по-горе показват еднакви връзки, въпреки че са оформени различно, така и всички дървета от фигурата по-долу представят еднакви връзки между четири вида.
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 3 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Ако не забелязваш от първия път, че това е така (аз не успях на първо четене), просто се концентрирай върху връзките и точките на разклоняване, вместо върху подредбата на видовете (W, X, Y и Z) в най-горната част на диаграмите. Това подреждане не ни дава важна информация. Всъщност структурата на разклоняване на всяка диаграма ни представя важната информация, която трябва да извлечем от дървото.
Досега всички дървета, които разгледахме, имаха хубави, чисти модели на разклоняване, с по две родословия (линии на произход), произлизащи от всяка точка на разклоняване. Но е възможно да срещнеш и дървета с политомия (poly, много; tomy, резки), това означава, че от една точка на разклоняване произлизат три или повече различни вида2. По принцип политомията показва места, за които нямаме достатъчно информация, за да определим последователността на разклоняване.
Изображение, модифицирано от Таксономия и филогения: фигура 2 от Робърт Беър и колеги, CC от 4.0.
Ако по-късно получим повече информация за видовете в това дърво, може да успеем да разрешим политомията с помощта на новата информация.

Откъде идват тези дървета?

За да генерират филогенетично дърво, учените често сравняват и анализират много от характеристиките на видовете или другите групи, от които се интересуват. Тези характеристики могат да включват външна морфология (форма/външен вид), вътрешна анатомия, поведение, биохимични пътища, ДНК и белтъчни секвенции (последователности), както и характеристики на фосили.
За да изградят точно и смислено дърво, биолозите често използват много различни характеристики (така се намаляват шансовете неточна информация да доведе до грешно дърво). Но въпреки това филогинетичните дървета са хипотези, а не точни отговори, те са толкова добри, колкото са данните, използвани за изграждането им. Дърветата се проверяват и обновяват с течение на времето и с появата на нови данни, които могат да се добавят към анализа. Това е особено вярно днес, тъй като секвенирането на ДНК подобрява възможностите ни да сравняваме гени на различни видове.
В следващата статия за изграждане на филогенетични дървета, ще видим конкретни примери за това как различните типове данни се използват за организиране на видовете във филогенетични дървета.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.