Innehåll
- Klassificeringssystemets tidiga historia
- Klassificeringssystem från det tjugonde århundradet
- Emerging of Cladistics
- Vad är fylogenetisk systematik?
- Cladistics Definition
- Grundläggande antaganden om Cladistic klassificering
- Vad är ett Cladogram?
- Exempel på Cladistics
- Cladistic klassificeringsterminologi
- Karaktärstater av organismer
- Metoder för Cladistics
- Traditionell evolutionär klassificering
- Modern Cladistic klassificering
- Framtida riktningar inom Cladistics
För miljontals år sedan startade en enda cell en utveckling som gav upphov till livets träd och dess tre huvuddomäner: Archaea, Bacteria och Eukaryota.
Varje gren är ett exempel på en klad. En clade representerar en grupp som inkluderar en gemensam förfader och Allt ättlingar. Cladistics är en modern form av taxonomi som placerar organismer på ett grenat diagram som kallas a cladogram (som ett släktträd) baserat på egenskaper som DNA-likheter och fylogeni.
Klassificeringssystemets tidiga historia
Inom biologi är kladistik en system för taxonomi som innebär klassificering och arrangering av organismer på en fylogenetiska livets träd. Innan DNA-analys förlitade sig klassificeringen starkt på observationer av liknande och olika egenskaper och beteende.
Västra samhällen har använt klassificering sedan Aristoteles dagar i antika Grekland då levande organismer helt enkelt delades upp i kategorier av växter och djur för studier.
På 1700-talet Carolus (Carl) Linné utvecklade en taxonomi för systematisk biologi baserad på klassificering av organismer utifrån utseende och delade drag. Han utvecklade ett schema för placering av organismer i en hierarkal taxon (en grupp; singular) som inkluderade flera taxa (grupper; plural). Linné utvecklade också binomial nomenklatur - ett system för att tilldela vetenskapliga namn som Homo sapiens (människa) för organismer.
Charles Darwin och Alfred Russel Wallace föreslog idén om naturligt urval, och Darwin formaliserade evolutionsteorin i mitten av 1800-talet. Darwins Om arternas ursprung skakade det vetenskapliga samfundet genom att föreslå att alla organismer härstammade från en gemensam förfader och kunde klassificeras enligt deras evolutionära förhållanden.
Klassificeringssystem från det tjugonde århundradet
Ornitolog Ernst Mayr var en framstående evolutionär biolog från 1900-talet som studerade omfattande fågeltaxonomi när han reser och arbetade som kurator vid American Museum of Natural History i New York. Hans banbrytande bok Systematik och artens ursprung publicerades 1942 av Columbia University Press.
Mayr är känd för sitt arbete med gener, ärftlighet, variation och specifikation av populationer i isolerade områden, som kan användas för klassificeringsändamål.
Emerging of Cladistics
Cladistics är ett biologiskt klassificeringssystem baserat på analys av egenskaper, genetisk smink eller fysiologi som delades med en gemensam förfader tills någon typ av divergens inträffade och producerade nya arter. Tysk taxonom Willi Hennig jumpstarted cladistic klassificering 1950 när han skrev sin bok på fylogenetisk systematik.
Boken översattes senare till engelska och lästes allmänt i Amerika efter att den publicerades av University of Illinois Press 1966.
Hennigs teori om fylogenetisk systematik utmanade samtida inställningar till taxonomi införda av Darwin och Wallace.
Han hävdade att arter borde identifieras och klassificeras baserat på genetik och clade-förhållanden, särskilt monofyletiska grupper. Hennig slog sig in på nyare förfäder och identifieringen av utvecklade, modifierade egenskaper hos organismer som delade en direkt avstamning - även om härledda egenskaper inte liknade de som den gemensamma förfäder.
Vad är fylogenetisk systematik?
Phylogenetics är studien av kända eller hypotesiserade evolutionära relationer baserade på phylogeny (avstamning) av grupperade organismer. Livets fylogenetiska träd illustrerar hur taxa (grupper av organismer) utvecklats i en specifik ordning när livet diversifierades och förgrenades från en gemensam förfader.
Processen för evolutionär speciation ser ut som grenar på ett släktträd. Eftersom det inte finns något säkert sätt att veta vad som hände för så länge sedan, måste vetenskaper dra slutsatser om hur livet utvecklats utifrån fossila register, jämförande anatomi, fysiologi, beteende, embryologi och molekylära data. Evolutionär biologi är ett dynamiskt fält där nya upptäckter kontinuerligt görs.
Cladistics Definition
Evolutionära biologer drar slutsatsen hypotetiska evolutionära relationer mellan taxa baserat på en detaljerad jämförelse av liknande och olika egenskaper.
Att studera evolutionär härkomst hjälper till att fastställa när vissa drag uppstod och överlämnades till efterföljande generationer. Kladistisk analys undersöker, liksom fylogenetisk systematik, evolutionära härkomstmönster som hjälper till att sammanföra artens evolutionshistoria samtidigt som de förklarar mångfalden i liv och arter utrotning.
Grundläggande antaganden om Cladistic klassificering
Cladistics arbetar utifrån den centrala förutsättningen att livet på jorden endast har sitt ursprung, vilket innebär att allt liv kan spåras tillbaka till den första förfäderorganismen. Nästa antagande är att befintliga arter delas upp i två grupper avgränsade av en nod på en trädgren. Slutligen förändras förmodligen organismer, anpassar sig och utvecklas.
De punkt för divergens representerar början på två nya linjer som grenar ut och bildar två nya arter.
Vad är ett Cladogram?
Cladogram används för att göra meningsfulla jämförelser mellan grupper.
I biologi är ett kladogram ett visuell representation av relaterade egenskaper hos olika organismer. Vanligtvis görs gruppering enligt vissa specificerade intressegenskaper. Men olika datapunkter kan kombineras för att skapa ett mer exakt evolutionärt träd som förklarar komplexa relationer.
En åtskillnad kan göras mellan ett kladogram och ett fylogenetiskt träd, men termerna används också ibland utbytbart. Cladograms fokuserar på egenskaper på makro- och molekylnivå som indikerar besläktning. Ett kladogram antyder troliga evolutionsförhållanden mellan grupper av organismer eller taxa som kan vara små eller stora i antal:
Exempel på Cladistics
Flercelliga eukaryoter gav upphov till ett överflöd av alltmer komplexa organismer.
Till exempel spårar fisk och människor tillbaka till en gemensam förfader för miljontals år sedan. Det komplicerade förhållandet kan avbildas på ett enkelt kladogram som illustrerar de kladistiska förhållandena. Börja med att avbilda en förfäder eukaryot vid botten av trädet.
När den gemensamma förfäder utvecklats, förgrenades en nod på trädet till vattenlevande ryggradsdjur som käkelös fisk. Vid nästa nod divergrade grenen i fyrbenade tetrapoder.
Nästa nod visar en divergens när djur utvecklade fostervattenägg, följt av en uppdelning när djur utvecklade päls eller hår. Mycket senare divergerade människor och primater nedåt på olika vägar.
Cladistic klassificeringsterminologi
Kladistisk klassificering tittar på vissa egenskaper hos organismer som direkt bär på förfäder tillstånd i evolutionär biologi. Hennig utvecklade många vetenskapliga termer för att beskriva sin inställning till kategorisering, som var instrument för hans idéer och teorier. Termerna beskriver grupper av organismer i förhållande till en specifik nod på ett fylogenetiskt träd eller kladogram:
Karaktärstater av organismer
Karaktärstatus är egenskaper som härrör från processen med naturlig urval, anpassning och ärftlig varians som leder till biologisk mångfald i livet. Som sådan bara synapomorphies är relevanta när man urskiljer evolutionära relationer. Flera synapomorfier i organismer med en delad förfader är monophyletic:
Metoder för Cladistics
Forskare som kallas kladister ordnar taxa i ett fylogenetiskt träd som kan avslöja nya evolutionära förhållanden. Grupperingar görs baserat på fysiska, molekylära, genetiska och beteendeegenskaper.
Ett diagram som kallas ett kladogram visar släkt, när arter som förgrenats från en gemensam förfader vid olika tidpunkter i utvecklingshistorien.
Cladograms är grendiagram över cladistic data som till exempel ordnar vissa egenskaper med hjälp av jämförande fysiska datamängder eller molekylära data. Forskare idag använder ofta datorprogram för att kombinera datasätt för att skapa mer exakta kladogram som visar sammanhängande och omfattande förhållanden mellan organismer.
Grundläggande metodik är inte svårt, men varje steg måste göras noggrant:
Traditionell evolutionär klassificering
Ursprunget till traditionella evolutionära metoder klassificering går tillbaka till antiken. Alla levande organismer antogs vara växter eller djur. Klassiska metoder skilde ingen skillnad mellan om observerade egenskaper ärvdes från en avlägsen förfader eller en nyare.
Målet var att ta fram en karta över hur livet på jorden kan ha utvecklats från havet.
Egenskaper som används för klassificering bestäms av experter som tittar på uppenbara skillnader som päls, skalor eller fjädrar. Metoden fungerade bättre för att klassificera ryggradsdjur än ryggradslösa djur. Evolutionär klassificering placerar organismer i grupper med minskande storlek under tre domäner som vidare är indelade i kungarike, filum / division, klass, ordning, familj, släkte och arter.
Cladistic metoder är inte knutna till Linnean klassificeringssystem, och de undersöker djupare för anslutning.
Traditionella systematik ordnar organismer på ett evolutionärt träd beroende på när och hur en art förändras som en anpassning till en ny livsstil eller till exempel livsmiljö. Trädet visar evolutionsriktning i tid. Subjektiva bedömningar av egenskaper och egenskaper i traditionella metoder kan potentiellt förskjuta resultat och göra en studie svår eller omöjlig att replikera.
Modern Cladistic klassificering
Cladistiska och fylogenetiska klassificeringsmetoder föredras idag framför traditionella metoder för klassificering inom naturvetenskapen. Den nyare metoden är mer vetenskaplig, evidensbaserad och oåterkallelig. Exempelvis används DNA- och RNA-sekvensering för att studera organismer på molekylnivå för nyanserad placering på ett kladogram.
Organismer ordnas enligt deras delade härledda egenskaper.
Framtida riktningar inom Cladistics
Cladistics inom området biologi gör det möjligt för forskare att identifiera mönster, bilda en hypotes, testa hypoteser och göra förutsägelser.
”Cladistics handlar alltså om upptäckt,” som beskrivits av samtida kladdister, David M. Williams och Malte C. Ebach, 2018. Williams och Ebach ser för sig kladistik som en process för naturlig klassificering som inte kräver grund i evolutionsteorin.
Teknik ger en nivå av precision och sofistikering till cladistikmetoder. Speciellt indikerar DNA-sekvensering av gener graden av besläktighet och delade förfäder med hög grad av förtroende. Skillnader i DNA kan ge insikt i hur länge sedan arter delade en gemensam förfader.
Nya fynd kan antingen bekräfta eller korrigera tidigare antaganden om hur organismer utvecklats och hjälpa till att klassificera nya arter när de upptäcks.