Что называют филогенетическим рядом
Филогенетика
Филогене́тика, или филогенети́ческая система́тика — область биологической систематики, которая занимается идентификацией и прояснением эволюционных взаимоотношений среди разных видов жизни на Земле, как современных, так и вымерших. Эволюционная теория утверждает, что сходство среди индивидуумов или видов часто указывает на общее происхождение или общего предка. Потому взаимоотношения, установленные филогенетической систематикой, часто описывают эволюционную историю видов и их филогенез, исторические взаимоотношения между ветвями организмов или их частей, например, их генов. Филогенетическая таксономия, являющаяся ответвлением, но не логическим продолжением филогенетической систематики, занимается классификацией групп организмов согласно степени их эволюционных отношений.
Основателем систематики, области науки, которая занимается классификацией живых организмов и взаимоотношениями между компонентами живого, считается Карл Линней. Однако только в конце 1950-х годов немецкий энтомолог Вилли Хенниг высказал идею, что систематика должна отображать известную эволюционную историю так близко, как только возможно. Так был основан подход к систематике, который он назвал филогенетической систематикой. Противники Хеннига пренебрежительно называли его последователей «кладистами», из-за акцента на признание только монофилетичных групп или клад. Однако, кладисты быстро приняли это название как полезный термин, и кладистический подход начал преобладать в систематике. Противоположностью филогенетической систематики является фенетика.
Содержание
Филогенетические деревья
Систематика описывает взаимоотношения среди таксонов и призвана помочь нам понять историю всех живых организмов. Но история не является чем-то, что мы можем увидеть, она произошла один раз и оставила только косвенные показатели фактических событий. Ученые используют эти показатели, чтобы построить гипотезы, или модели, истории жизни. В филогенетике наиболее удобный путь визуального представления эволюционных взаимоотношений среди групп организмов осуществляется посредством графиков, которые называются филогенетическими деревьями.
Методы филогенетического анализа
Существуют две главные группы методов изучения филогенетических взаимоотношений: фенетические и кладистические методы. Важно отметить, что фенетика и кладистика имели запутанные взаимоотношения в течение последних 40 лет ХХ века. Большинство современных биологов-эволюционистов отдают преимущество кладистике, хотя, строго говоря, кладистический подход может приводить к неинтуитивным результатам.
Кладистические методы
Альтернативный подход к схематическому изображению взаимоотношений между таксонами называется кладистикой. Основное предположение кладистики заключается в том, что члены группы имеют общую эволюционную историю. Потому они более близко относятся друг к другу, чем они к другим группам организмов. Связанные группы определяются по наличию набора уникальных особенностей (апоморфий), которые отсутствовали в отдаленных предках, но которые характерны для большинства или всех организмов в пределах группы. Полученные характеристики, относящиеся к членам группы называются синапоморфиями. Потому, в отличие от фенетических, кладистические группы не зависят от того сходны ли организмы по физическим чертам, а зависят от их эволюционных взаимоотношений. Действительно, в кладистических анализах у двух организмов могут быть общими многочисленные характеристики, но они будут членами разных групп.
Кладистический анализ использует ряд предположений. Например, считается что виды являются только раздвоением, или отделением, из наследственной группы. В случае гибридизации (скрещивание) или горизонтального переноса генетической информации виды считаются исчезнувшими, а такие явления — редкими или отсутствующими. Кроме того, кладистические группы должны иметь следующие характеристики: все виды в группе должны разделять общего предка и все виды, полученные от общего предка, должны войти в таксон. Соблюдение этих требований приводит к следующим терминам, которые используются для ссылки на разные возможные способы состава групп:
Молекулярная филогенетика
Макромолекулярные данные, под которыми имеется в виду последовательности генетического материала (ДНК) и белков, накапливаются всё быстрыми темпами благодаря успехам молекулярной биологии. Для эволюционной биологии быстрое накопление данных последовательностей целых геномов имеет значительную ценность, потому что сама природа ДНК позволяет использовать его как «документ» эволюционной истории. Сравнения последовательности ДНК разных генов у разных организмов могут сказать ученому много нового об эволюционных взаимоотношениях организмов, которые не могут иначе быть обнаружены на основе на морфологии, или внешней форме организмов, и их внутренней структуре. Поскольку геномы эволюционируют через постепенное накопление мутаций, количество отличий последовательности нуклеотидов между парой геномов разных организмов должно указать, как давно эти два генома разделили общего предка. Два генома, которые разделились в недавнем прошлом, должны иметь меньшие отличий, чем два генома, чей общий предок очень давний. Потому, сравнивая разные геномы друг с другом, возможно получить сведения об эволюционном взаимоотношения между ними. Это является главной задачей молекулярной филогенетики.
Молекулярная филогенетика пытается определить скорость и отличия изменений в ДНК и белках, чтобы восстановить эволюционную историю генов и организмов. Два общих подхода могут использоваться, чтобы получить эту информацию. В первом подходе, ученые используют ДНК, чтобы изучать эволюцию организма. Во втором подходе, разные организмы используются, чтобы изучать эволюцию ДНК. В любом подходе общая цель — сделать вывод относительно процесса эволюции организма по изменениям ДНК и процесса молекулярной эволюции по картине изменений ДНК.
Филогенетический ряд слона
Вы будете перенаправлены на Автор24
Филогенетический ряд – это последовательности ископаемых форм организмов, которые эволюционировали в определенных направлениях.
Филогенетические ряды
Филогенетические ряды составляются на основе различных палеонтологических доказательств эволюционного процесса. К ним относят: ископаемые остатки организмов, которые вымерли много эволюционных отрезков времени назад; переходные формы организмов в ископаемом виде, современные филогенетические ряды.
Ископаемые переходные формы – это вымершие организмы, которые сочетают в себе признаки различных эволюционных групп: более ранних и поздних эволюционных форм.
Наличие переходных форм дает возможность определить характер родственных связей между ныне живущими и вымершими организмами. Наличие таких переходных форм доказывает систему исторического развития живой природы и помогает построить естественную систему эволюции растительного и животного мира.
Примеры таких филогенетических рядов:
Установление филогенетических рядов доказывает существование эволюционного процесса и возможности происхождения современных форм от предковых. Филогенетические ряды также позволяют проследить видоизменения отдельных органов живых организмов, типичных для их строения и уникальных, отличительных, оригинальных.
Примером типичного филогенетического ряда можно назвать: филогенетический ряд лошади.
Филогенетический ряд слона
Что касается хоботных животных, то их эволюция шла по оригинальному пути. Их историческое развитие отсчитывается от раннетретичного (эоценового) меритерия (Moeritherium), найденного в Египте.
Готовые работы на аналогичную тему
Меритерий обладал следующими признаками:
Данная предковая форма слонов считалась весьма приспособленной к существовавшим на тот момент условиям обитания.
Следующей предковой формой слона можно считать палеомастодонта. Его останки также добывали из раннетретичных египетских отложений Египта. Но поскольку палеомастодонты развивались в более позднее время (верхний эоцен), то несколько отличались по строению: были крупнее, имели более вытянутые челюсти, не имели клыков, обладали более длинными резцами, которые располагались по одной паре в нижней челюсти. Хобот имел уже более значительные размеры.
Еще одним предком хоботных считают дейнотериумов или древних хоботных, которые возникали в Африке в миоцене. Позднее они распространились по Евразии. Имели бивни только в нижних челюстях. Они являются боковой ветвью развития хоботных.
В более позднее время появились еще более крупные мастодонты. Обе челюсти этих предковых форм слона были сильно вытянуты и вооружены несколькими бивнями довольно большого размера.
Коренных зубов у данных животных было несколько меньше. Их жевательная поверхность имела 4 ряда бугорков и существование длинного хобота не подвергалось сомнению. Постепенно у мастодонтов нижняя челюсть укорачивалась, нижние бивни исчезали и весь череп приобретал сходство с черепом слона, но коренные зубы еще сохраняли бугорчатое строение. В течение конца верхнетретичного времени коренные зубы мастодонтов постепенно уплощались, ряды бугорков увеличивались.
Амебелодоны – это род мастодонтов, который принадлежал к семейству Gomrhotheriidae. Он был типичен для Северной Америке позднего миоцена. Верхние бивни их были небольшими, нижние имели большой размер и были уплощены.
Платибелодоны были найдены в 1920-ом году на территории Азии в миоценовых отложениях возрастом около 20- ти миллионов лет. В нижней их челюсти наблюдались лопатовидные бивни, которые были приспособлены к добыванию различной водной растительности.
Гомфотериум являлся мастодонтом, который был обычен в Африке 20 миллионов лет назад. Эта предковая форма слонов расселялась из Африки через Европу в Азию до территории Индостана. У данных предковых форм одинаково были развиты как верхние, так и нижние бивни. Скорее всего, эти предковые формы слонов обитали в увлажненных и болотистых местах обитания. Считается, что они имели сильно удлиненные челюсти.
Еще одна предковая форма слона – стегодон. Стегодонов палеонтологи считают ближайшими родственниками современных слонов. Они мели очень длинные и массивные бивни, питались ветвями и листьями с деревьев.
Первослоны включали в себя мамонтов и ныне живущих слонов. Они отличались от мастодонтов тем, что коренные зубы имели поперечные гребни и на их бивнях не было эмали. Вероятным местом обитания первослона были лесные области и саванны. У первослонов были бивни в нижней челюсти.
Южные слоны по размерам были сопоставимы с сегодняшними индийскими слонами. Их наиболее древние находки были обнаружены около четырёх миллионов лет назад. Обычно мамонтов выделяют в отдельное подсемейство Mammuthinae, которое характеризуется черепом с закругленной вершиной, без седловидного вдавления.
Что касается колумбийских мамонтов, то они обитали в Северной Америке в среднем и позднем плейстоцене. По степени эволюции они соответствовали степному евразийскому мамонту, но в Америке сохранялись до плейстоцена. Размеры этих мамонтов сильно варьировали, и могли достигать до 3.5 метров в холке.
Таким образом филогенетический ряд слонов представлен весьма разнообразными предковыми формами, которые обладали целым рядом отличительных признаков, которые были обусловлены особенностями среды их обитания, а также другими причинами, морфологическими и физиологическими.
Филогенетический ряд слона: определение и главные особенности
Филогенетический ряд слона
Что такое филогенетический ряд?
Филогенетические ряды — это последовательности ископаемых переходных форм организмов, эволюционировавшие в конкретных направлениях.
Филогенетические ряды формируются с учетом разнообразных палеонтологических доказательств эволюции. К таким доказательствам относятся:
Ископаемые переходные формы представляют собой вымершие организмы, сочетающие признаки различных эволюционных групп (ранних и поздних эволюционных форм).
Переходные формы — это отличный инструмент для определения особенностей родственных связей между организмами, которые живут сейчас и вымершими. Благодаря переходным формам обосновывается и не подлежит сомнению система исторического развития живой природы. Они помогают построить естественную систему эволюции растительного и животного мира.
Вот несколько примеров филогенетических рядов:
Филогенетический ряд — это то, что вполне доказывает, что эволюционный процесс существовал, а также тот факт, что современные формы произошли от предковых. Глядя на них можно проследить, как видоизменялись отдельные органы живых организмов, типичные для их строения, а также уникальные и оригинальные.
Стандартный пример филогенетического ряда — филогенетический ряд лошади.
Особенности филогенетического ряда слона
Эволюция хоботных животных протекала по собственному пути. Историческое развитие этих животных начинается с раннетретичного (эоценового) меритерия (Moeritherium), который был найден в Египте.
Можно назвать несколько отличительных характеристик меритерия:
Такая предковая форма слонов была достаточно приспособлена к существованию в условиях того времени.
Палеомастодонт был следующей предковой формой слона. Его останки были обнаружены во все том же раннетретичном периоде (отложения Египта). Однако развитие палеомастодонтов происходило в более позднее время, в частности, в верхний эоцен. Поэтому их строение было немного другим:
Также к предкам хоботных причисляют дейнотериумов или древних хоботных. Они появились на территории Африки в миоцене. Чуть позже они распространились и по Евразии. Бивни у этих животных были только в нижних челюстях. Дейнотериумов называют также боковой ветвью развития хоботных.
Более крупные мастодонты возникли чуть позже. У этой предковой формы слона челюсти были сильно вытянуты и оснащены несколькими крупными бивнями.
Эти животные отличались меньшим количеством коренных зубов. Жевательная поверхность состояла из 4 рядов бугорков — по этой причине наличие длинного хобота было очевидным. С течением времени нижняя челюсть мастодонтов стала короче, исчезли нижние бивни, а череп стал похож на череп слона. При этом сохранилось бугорчатое строение коренных зубов.
Постепенное уплощение коренных зубов мастодонтов и увеличение рядов бугорков произошло в течение конца верхнетретичного периода.
Для Северной Америки в позднем миоцене был характерен род мастодонтов семейства Gomrhotheriidae — а именно амебелодоны. Они отличались небольшими верхними бивнями, и большими и уплощенными нижними.
В 1920 году на территории Азии в отложениях миоцена (возраст примерно 20 млн лет) были обнаружены платибелодоны. Из отличительных характеристик — наличие лопатовидных бивней, используемых в качестве идеального средства для добычи различной водной растительности.
20 млн лет назад на территории Африки можно было обнаружить такого мастодонта как гомфотериум. Расселение этой предковой формы происходило с территории Африки на территорию Азии (через Европу) и далее в Индостан. Можно говорить об одинаковом развитии верхних и нижних бивней. Ученые склоняются к мысли, что эти предковые формы слонов обитали в увлаженных и болотистых местах. Их челюсти были сильно удлинены.
Стегодон — еще одна предковая форма слона. Это ближайшие родственники современного слона, как считают палеонтологи. Их отличали длинные и массивные бивни, питание листьями и ветвями деревьев.
Первослоны — это мамонты и существующие сегодня слоны. В отличие от мастодонтов, их коренные зубы были с поперечными гребнями, а на бивнях отсутствовала эмаль. Предположительно, слоны обитали в лесных областях и саваннах.
Первослоны имели бивни, которые находились в нижней челюсти.
Размеры южных слонов были практически идентичны размерам современных индийских слонов. Самые древние ископаемые этой формы датированы примерно 4 млн лет.
Мамонтов относят к отдельному подсемейству Mammuthinae — для него характерны закругленная верхушка черепа и отсутствие седловидного вдавления.
Колумбийские мамонты проживали на территории Северной Америки в среднем и позднем плейстоцене. Степень их эволюции соответствовала эволюции степного евразийского мамонта. Однако в Америке этот вид обитал до плейстоцена. По своим размерам представители этих мамонтов могли достигать 3,5 метра в холке. А вообще размеры довольно сильно варьировались.
Как видно, филогенетический ряд слонов включает различные предковые формы, обладавшие широким спектром отличительных признаков. Эти признаки были обусловлены особенностями среды обитания и прочими физиологическими и морфологическими причинами.
Филогенетические связи в природе. Естественная классификация живых форм. Основные типы животного мира. Доказательства монофилии
Основополагающими принципами филогенетики являются:
Филогенетическое дерево (эволюционное дерево, дерево жизни) — дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между различными видами или другими сущностями, имеющими общего предка.
Вершины филогенетического дерева делятся на три класса: листья, узлы и (максимум один) корень. Листья — это конечные вершины, то есть те, в которые входят ровно по одному ребру; каждый лист отображает некоторый видживых организмов (или иной объект, подверженный эволюции, например, домен белка). Каждый узел представляет эволюционное событие: разделение предкового вида на два или более, которые в дальнейшем эволюционировали независимо. Корень представляет общего предка всех рассматриваемых объектов. Ребра филогенетического дерева принято называть «ветвями».
 |
Филогенетическое дерево
Филогенетическое дерево (эволюционное дерево, дерево жизни) — дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между различными видами или другими сущностями, имеющими общего предка.
Вершины филогенетического дерева делятся на три класса: листья, узлы и (максимум один) корень. Листья — это конечные вершины, то есть те, в которые входят ровно по одному ребру; каждый лист отображает некоторый вид живых организмов (или иной объект, подверженный эволюции, например, домен белка). Каждый узел представляет эволюционное событие: разделение предкового вида на два или более, которые в дальнейшем эволюционировали независимо. Корень представляет общего предка всех рассматриваемых объектов. Ребра филогенетического дерева принято называть «ветвями».
Идея «дерева» появилась в ранних взглядах на жизнь, как на процесс развития от простых форм к сложным. Современные эволюционные биологи продолжают использовать деревья для иллюстрации эволюции, так как они наглядно показывают взаимосвязи между живыми организмами.
Содержание
Типы филогенетических деревьев
Укоренённое и неукоренённое филогенетическое дерево может быть бифуркационным или небифуркационным, а также маркированным или немаркированным. В бифуркационном дереве к каждому узлу подходят ровно три ветви (в случае укоренённого дерева — одна входящая ветвь и две исходящие). Таким образом бифуркационное дерево предполагает, что все эволюционные события состояли в происхождении от предкового объекта ровно двух потомков. К узлу небифуркационного дерева могут подходить четыре и более ветви. Маркированное дерево содержит названия листьев, тогда как немаркированное просто отражает топологию.
Дендрограмма — общий термин, обозначающий схематическое представление филогенетического дерева.
Кладограмма — филогенетическое дерево, не содержащее информации о длинах ветвей.
Филограмма (или фенограмма) — филогенетическое дерево, содержащее информацию о длинах ветвей; эти длины представляют изменение некой характеристики.
Хронограмма — филограмма, длины ветвей в которой представляют эволюционное время.
Построение филогенетических деревьев
Методы построения дерева могут быть оценены по нескольким основным показателям [5] :
Кроме того, методы можно разделить на предполагающие и не предполагающие справедливость гипотезы «молекулярных часов» (то есть одинаковой скорости изменений для всех предковых последовательностей, см. нейтральная теория молекулярной эволюции). Первая группа методов строит укоренённые деревья, вторая — как правило, неукоренённые. Чаще всего предполагать «молекулярные часы» нет достаточных оснований, и поэтому большинство компьютерных программ филогенетического анализа по умолчанию выдают неукоренённые деревья.
Среди бесплатных пакетов филогенетического анализа большим набором реализованных алгоритмов выделяется PHYLIP, среди платных — PAUP. Для редактирования и визуализации готовых деревьев наиболее часто используются программы FigTree, TreeView. На русском языке доступна программа UGENE, распространяющаяся по свободной лицензии и включающая в себя построение и визуализацию деревьев.
Ограничения использования филогенетических деревьев
Хотя филогенетические деревья, построенные на основе последовательностей генов или всего генома особей различных видов, могут дать представление об эволюции, у них есть серьёзные ограничения. Филогенетические деревья не обязательно (и вероятно никогда) не дают полного и абсолютно правильного описания эволюционной истории. Данные, на которых они основываются, содержат шум. Из-за этого дерево, построенное на основе ограниченных данных (например, последовательности единственного гена или белка), требует скептического отношения к себе, потому что дерево, построенное на основе другого независимого источника данных, нередко будет отличаться от первого.
Горизонтальный перенос генов, а также гибридизация между видами затрудняют использование деревьев для описания эволюции. В случаях, когда подобные эволюционные события сыграли большую роль в эволюции изучаемой группы, предлагается использовать более сложные методы описания, например филогенетические сети (англ.).
В основном, вывод дерева филогенетического анализа — это оценка филогении особенностей (то есть дерева гена), а не филогении таксона (то есть дерева видов), из которого были отобраны эти отличительные характерные особенности, хотя в идеале оба должны быть весьма близкими.
Когда вымершие виды включены в дерево, они являются конечными точками, поскольку маловероятно, чтобы они были прямыми предками любых существующих видов. Следует скептически относиться к включению в дерево вымерших видов, информация о которых полностью или частично основана на данных цепочки ДНК, на основе того факта, что небольшая полезная «древняя ДНК» сохраняется дольше 100 000 лет, и, за исключением необычных случаев, цепочка ДНК не является достаточно длинной для использования в филогенетических анализах, даже если она взята из материала давностью до 1 млн лет.
В некоторых организмах эндосимбионты могут иметь генетическую историю, независимую от носителя.
Филогенетические сети используются, когда бифуркация деревьев не уместна, из-за этих сложностей охват эволюционной истории выбранных организмов имеет более сетчатый узор.