Sisu
- Klassifikatsioonisüsteemide varasem ajalugu
- Kahekümnenda sajandi klassifikatsioonisüsteemid
- Kladistika teke
- Mis on fülogeneetiline süstemaatika?
- Kladistika määratlus
- Kladistliku klassifikatsiooni põhieeldused
- Mis on kladogramm?
- Kladistika näited
- Kladistlik klassifikatsiooniterminoloogia
- Organismide olekud
- Kladistika meetodid
- Traditsiooniline evolutsiooniline klassifikatsioon
- Kaasaegne kladistlik klassifikatsioon
- Kladistika edasised suunad
Miljoneid aastaid tagasi alustas üksikrakk evolutsiooni, mis andis aluse elupuule ja selle kolmele peamisele domeenile: Archaea, bakterid ja Eukaryota.
Iga haru on näide a-st klade. Klade tähistab rühma, mis sisaldab ühist esivanem ja kõik järeltulijad. Kladistika on tänapäevane vorm taksonoomia mis paigutab organismid hargnenud skeemile, mida nimetatakse a kladogramm (nagu sugupuu), mis põhineb sellistele omadustele nagu DNA sarnasused ja fülogenees.
Klassifikatsioonisüsteemide varasem ajalugu
Bioloogia valdkonnas on kladistika a taksonoomia süsteem mis hõlmab organismide klassifitseerimist ja paigutamist a fülogeneetiline elupuu. Enne DNA analüüsi tugines klassifitseerimine suuresti sarnaste ja erinevate tunnuste ning käitumise vaatlustele.
Lääne ühiskonnad on klassifikatsiooni kasutanud juba Aristotelese päevil Vana-Kreekas, kui elusorganismid jagati uurimiseks lihtsalt taimede ja loomade kategooriasse.
1700. aastatel Carolus (Carl) Linnaeus välja töötanud süsteemse bioloogia taksonoomia, mis põhineb organismide klassifitseerimisel väljanägemise ja ühiste tunnuste järgi. Ta töötas välja skeemi organismi paigutamiseks a hierarhiline takson (rühm; ainsus), mis hõlmas mitut taksonid (rühmad; mitmus). Linnaeus töötas välja ka binoomnomenklatuuri - süsteemi teaduslike nimede määramiseks nagu Homo sapiens (inimese) organismidele.
Charles Darwin ja Alfred Russel Wallace pakkus välja loodusliku valiku idee ja Darwin vormistas evolutsiooniteooria 1800. aastate keskel. Darwini oma Liikide päritolu kohta raputas teadusringkondi, viidates sellele, et kõik organismid põlvnevad ühiselt esivanemalt ja neid saab liigitada vastavalt nende evolutsioonilistele suhetele.
Kahekümnenda sajandi klassifikatsioonisüsteemid
Ornitoloog Ernst Mayr oli 20. sajandi silmapaistev evolutsioonibioloog, kes uuris ulatuslikult lindude taksonoomiat reisides ja New Yorgis Ameerika loodusloomuuseumis kuraatorina töötades. Tema murranguline raamat Süstemaatika ja liikide päritolu ilmus 1942. aastal Columbia University Pressi poolt.
Mayr on tuntud oma tööst eraldatud piirkondade geenide, pärilikkuse, varieeruvuse ja eristamise alal, mida saab kasutada klassifitseerimisel.
Kladistika teke
Kladistika on bioloogiline liigitussüsteem, mis põhineb tunnuste, geneetilise ülesehituse või füsioloogia analüüsil, mida jagati ühise esivanemaga kuni teatud tüüpi lahknemise ilmnemiseni, tekitades uusi liike. Saksa taksonoom Willi Hennig kiirkäivitus kladistlik klassifikatsioon aastal 1950, kui ta kirjutas oma raamatu fülogeneetiline süstemaatika.
Raamat tõlgiti hiljem inglise keelde ja loeti laialdaselt Ameerikas pärast seda, kui 1966. aastal ilmus Illinois Pressi ülikool.
Hennigi fülogeneetilise süstemaatika teooria esitas väljakutse kaasaegsetele taksonoomia käsitlustele, mille tutvustasid Darwin ja Wallace.
Ta väitis, et liigid tuleks tuvastada ja klassifitseerida geneetika ja kladede, eriti monofüetiliste rühmade alusel. Hennig austas hiljutist esivanemat ja otsest sugulust omavate organismide väljakujunenud, modifitseeritud tunnuste tuvastamisel - isegi kui tuletatud tunnused polnud midagi muud nagu ühisel esivanemal.
Mis on fülogeneetiline süstemaatika?
Fülogeneetika on teadaolevate või hüpoteesil põhinevate evolutsiooniliste suhete uurimine, mis põhineb fülogenees (sugupuu) grupeeritud organismid. Fülogeneetiline elupuu illustreerib, kuidas taksonid (organismirühmad) arenesid kindlas järjekorras, kui elu mitmekesistus ja hargnes ühisest esivanemast.
Evolutsioonilise spetsialiseerumise protsess näeb välja nagu sugupuu oksad. Kuna pole nii kindlat viisi teada, mis nii kaua aega tagasi juhtus, peavad teadused tegema järeldusi, kuidas elu arenes fossiilide kirjed, võrdlev anatoomia, füsioloogia, käitumine, embrüoloogia ja molekulaarsed andmed. Evolutsioonibioloogia on dünaamiline väli, kus tehakse pidevalt uusi avastusi.
Kladistika määratlus
Evolutsioonibioloogid järeldavad hüpoteetilised evolutsioonilised suhted taksonite vahel, tuginedes sarnaste ja erinevate tunnuste üksikasjalikule võrdlusele.
Evolutsioonilise põlvnemise uurimine aitab täpselt kindlaks teha, millal tekkisid teatud tunnused ja mida anti edasi järgmistele põlvkondadele. Kladistlik analüüs, nagu fülogeneetiline süstemaatika, uurib ka põlvnemise evolutsioonilisi mustreid, mis aitavad kokku panna liikide evolutsiooniloolist ajalugu, selgitades ühtlasi ka elu mitmekesisust ja liikide väljasuremist.
Kladistliku klassifikatsiooni põhieeldused
Kladistika põhineb kesksel eeldusel, et elu Maal sai alguse ainult üks kord, mis tähendab, et kogu elu on võimalik jälgida selle esimese esivanema organismiga. Järgmine eeldus on, et olemasolevad liigid jagunevad kaheks rühmaks, mille piiritleb puu oksal olev sõlm. Viimaseks muutuvad, kohanevad ja arenevad organismid.
lahknemise punkt tähistab kahe uue liini algust, mis hargnevad ja moodustavad kaks uut liiki.
Mis on kladogramm?
Kladogramme kasutatakse rühmade sisukate võrdluste tegemiseks.
Bioloogias on kladogramm a visuaalne esitus seotud omaduste kohta erinevates organismides. Tavaliselt toimub rühmitamine vastavalt teatud huvipakkuvatele omadustele. Erinevaid andmepunkte saab aga kombineerida, et luua täpsem evolutsioonipuu, mis selgitab keerulisi suhteid.
Kladogrammi ja fülogeneetilist puud võib eristada, kuid termineid kasutatakse kohati ka vaheldumisi. Kladogrammid keskenduvad omadustele makro- ja molekulaarsel tasandil, mis näitavad seotust. Kladogramm näitab tõenäolisi evolutsioonilisi suhteid organismirühmade või taksonite vahel, mis võivad olla väikesed või arvukad:
Kladistika näited
Mitmerakulised eukarüootid tekitasid arvukalt üha keerukamaid organisme.
Näiteks saavad kalad ja inimesed miljonite aastate eest tagasi ühise esivanema. Seda keerulist suhet saab kujutada lihtsal kladogrammil, mis illustreerib kladistlikke suhteid. Alustage puu juurest esivanemate eukarüoidi joonistamist.
Ühise esivanema arenedes hargnes üks puu sõlm veeselgroogseteks nagu lõuata kalad. Järgmises sõlmes haru hajus neljajalgseteks tetrapoodideks.
Järgmisel sõlmel ilmneb erinevus, kui loomadel tekkisid amnionimunad, millele järgneb lõhe, kui loomadel tekkisid karusnahad või karvad. Palju hiljem inimesed ja primaadid erinesid ja arenesid eraldi rada pidi.
Kladistlik klassifikatsiooniterminoloogia
Kladistlikus klassifikatsioonis käsitletakse organismide teatavaid omadusi, mis evolutsioonibioloogias otseselt mõjutavad esivanemate olekuid. Hennig töötas kategoriseerimise käsitluse kirjeldamiseks välja palju teaduslikke termineid, mis olid tema ideede ja teooriate jaoks olulised. Mõisted kirjeldavad organismide rühmi seoses fülogeneetilise puu või kladogrammi konkreetse sõlmega:
Organismide olekud
Märkide olekud on loodusliku valiku, kohanemise ja päritud varieerumise käigus saadud tunnused, mis põhjustavad elus bioloogilist mitmekesisust. Sellisena ainult sünapomorfid on evolutsiooniliste suhete tajumisel olulised. Mitu sünapomorfiat on ühise esivanematega organismides monofüütiline:
Kladistika meetodid
Teadlased, keda nimetatakse kladistideks, korraldavad fülogeneetilises puus taksonid, mis võivad paljastada uusi evolutsioonilisi suhteid. Rühmitused põhinevad füüsikalistel, molekulaarsetel, geneetilistel ja käitumuslikel omadustel.
Diagramm, mida nimetatakse kladogrammiks, näitab seotust alati, kui liigid hargnevad evolutsiooniajaloo erinevates punktides ühiselt esivanema juurest.
Kladogrammid on hargnemisskeemid kladistlikud andmed mis korraldavad teatud karakteristikud, kasutades näiteks võrdlevaid füüsikalisi andmekogumeid või molekulaarseid andmeid. Täna kasutavad teadlased andmekogumite ühendamiseks arvutiprogramme sageli täpsemate kladogrammide loomiseks, mis näitavad organismide sidusaid ja põhjalikke seoseid.
Põhimetoodika pole keeruline, kuid iga samm tuleb läbi viia hoolikalt:
Traditsiooniline evolutsiooniline klassifikatsioon
Päritolu traditsioonilised evolutsioonimeetodid klassifikatsioon pärineb antiikajast. Kõik elusorganismid arvati olevat taimed või loomad. Klassikalised meetodid ei teinud vahet, kas täheldatud tunnused päriti kaugelt esivanemalt või uuemast.
Eesmärk oli välja töötada kaart sellest, kuidas elu Maal võis areneda merest.
Klassifitseerimiseks kasutatavad omadused määravad eksperdid, kes vaatavad ilmseid erinevusi nagu karusnahk, soomused või suled. Lähenemisviis töötas paremini selgroogsete klassifitseerimisel kui selgrootud. Evolutsiooniline klassifikatsioon paigutab organismid väheneva suurusega rühmadesse kolme domeeni alla, mis jagunevad omakorda kuningriiki, varjatud piirkonda / jaotust, klassi, järjekorda, perekonda, perekonda ja liiki.
Kladistlikud meetodid ei ole seotud Linneani klassifikatsioonisüsteemiga ja nad proovivad ühenduvust sügavamal.
Traditsiooniline süstemaatika korraldab organismid evolutsioonipuu peal vastavalt sellele, millal ja kuidas liik muutus, näiteks uue eluviisi või elupaigaga kohanemisel. Puu näitab evolutsiooni suund õigel ajal. Traditsiooniliste meetodite tunnuste ja tunnuste subjektiivne hindamine võib tulemusi moonutada ja muuta uuringu korramise keeruliseks või võimatuks.
Kaasaegne kladistlik klassifikatsioon
Loodusteaduste klassifitseerimise traditsiooniliste meetodite asemel eelistatakse tänapäeval kladistlikke ja fülogeneetilisi klassifitseerimismeetodeid. Uuem lähenemisviis on teaduslikum, tõenduspõhisem ja ümberlükkamatu. Näiteks DNA ja RNA järjestamist kasutatakse organismide uurimiseks molekulaarsel tasemel kladogrammi nüansseeritud paigutamiseks.
Organismid on paigutatud vastavalt nende omadele jagatud tuletatud omadused.
Kladistika edasised suunad
Kladistika bioloogia valdkonnas võimaldab teadlastel tuvastada mustreid, moodustada hüpoteesi, testida hüpoteese ja teha ennustusi.
“Kladistika tähendab siis avastust”, nagu on kirjeldanud tänapäevased kladistid David M. Williams ja Malte C. Ebach 2018. aastal. Williams ja Ebach näevad kladistikat loodusliku klassifitseerimise protsessina, mis ei vaja evolutsiooniteoorias maandamist.
Tehnoloogia lisab kladistika meetoditele täpsuse ja keerukuse. Eelkõige näitab geenide DNA järjestamine suguluse astet ja jagatud esivanemaid suure usaldusväärsusega. DNA erinevused võivad anda ülevaate sellest, kui kaua aega tagasi liikidel ühine esivanem oli.
Uued leiud võivad kas kinnitada või korrigeerida eelnevaid eeldusi organismide arengu kohta ja aidata klassifitseerida uusi liike avastamisel.