Fylogenetika

Fylogenetika neboli fylogenetická systematika  je obor biologické systematiky , který se zabývá identifikací a objasněním evolučních vztahů mezi různými typy života na Zemi, moderním i zaniklým. Evoluční teorie tvrdí, že podobnost určitých jedinců nebo druhů často ukazuje na společný původ nebo společného předka. Proto vztahy stanovené fylogenetickým systematikem často popisují evoluční historii druhů a jejich fylogenezi , historické vztahy mezi větvemi organismů nebo jejich částmi, například jejich geny . Fylogenetická taxonomie , která je odnoží, ale není logickým rozšířením fylogenetické taxonomie [1] , se zabývá klasifikací skupin organismů podle stupně jejich evoluční příbuznosti.

Zakladatelem taxonomie, vědního oboru, který se zabývá klasifikací živých organismů a vztahem mezi složkami živých věcí, je Carl Linné . Teprve koncem 50. let však německý entomolog Willi Hennig přišel s myšlenkou, že by systematika měla co nejvěrněji odrážet známou evoluční historii [2] . Tak byl založen přístup k systematice, který nazval fylogenetická systematika. Hennigovi oponenti hanlivě označovali jeho následovníky jako „kladisty“ [3] , kvůli důrazu na rozpoznání pouze monofyletických skupin nebo kladů . Toto jméno však kladisté ​​rychle přijali jako užitečný termín a v taxonomii začal dominovat kladistický přístup. Opakem fylogenetické systematiky je fenetika .

Fylogenetické stromy

Systematika popisuje vztahy mezi taxony a je navržena tak, aby nám pomohla porozumět historii všech živých organismů. Ale historie není něco, co můžeme vidět, stalo se to jednou a zanechalo jen nepřímé ukazatele skutečných událostí. Vědci používají tyto indikátory k vytváření hypotéz nebo modelů historie života. Ve fylogenetice je nejpohodlnější způsob, jak vizuálně znázornit evoluční vztahy mezi skupinami organismů, pomocí grafů nazývaných fylogenetické stromy.

• Uzel: Představuje taxonomickou jednotku. Může to být buď existující skupina nebo předek.
• Větev: definuje vztah mezi taxony z hlediska potomků a předků.
• Topologie: pravidlo, podle kterého se strom větví.
• Délka větve: představuje počet změn, ke kterým došlo mezi taxony.
• Kořen: Společný předek všech dotyčných organismů.
• Stupnice vzdálenosti: Stupnice, která odráží počet rozdílů mezi organismy nebo sekvencemi genomu .
• Clade : Seskupení dvou (nebo více) taxonů (nebo sekvencí DNA ), které zahrnuje jak jeho společného předka, tak všechny jeho potomky.
• Operační taxonomická jednotka (OTU): Úroveň podrobnosti zvolená výzkumníkem pro danou práci, jako jsou jedinci, populace, druhy, rody nebo linie bakterií.

Metody fylogenetické analýzy

Existují dvě hlavní skupiny metod pro studium fylogenetických vztahů: fenetické a kladistické metody. Je důležité poznamenat, že fenetika a kladistika měly během posledních 40 let 20. století složitý vztah. . Většina moderních evolučních biologů upřednostňuje kladistiku , i když přísně vzato, kladistický přístup může vést k neintuitivním výsledkům.

Kladistické metody

Alternativní přístup ke znázornění vztahů mezi taxony se nazývá kladistika. Základním předpokladem kladistiky je, že členové skupiny sdílejí společnou evoluční historii. Proto jsou mezi sebou blíže příbuzné než s jinými skupinami organismů. Příbuzné skupiny jsou definovány přítomností souboru jedinečných znaků (apomorfií), které chyběly u vzdálených předků, ale které jsou charakteristické pro většinu nebo všechny organismy ve skupině. Výsledné charakteristiky týkající se členů skupiny se nazývají synapomorfie . Kladistické skupiny proto na rozdíl od fenetických skupin nezávisí na tom, zda jsou si organismy podobné ve fyzických vlastnostech, ale závisí na jejich evolučních vztazích. V kladistických analýzách mohou dva organismy skutečně sdílet četné vlastnosti, ale být členy různých skupin.

Kladistická analýza využívá řadu předpokladů. Například druhy jsou považovány pouze za rozdělení nebo větev z rodové skupiny. V případě hybridizace (křížení) nebo horizontálního přenosu genetické informace jsou druhy považovány za vyhynulé a takové jevy jsou vzácné nebo chybí. Kladistické skupiny musí mít navíc následující charakteristiky: všechny druhy ve skupině musí sdílet společného předka a všechny druhy odvozené od společného předka musí být zahrnuty do taxonu. Splnění těchto požadavků vede k následujícím termínům, které se používají k označení různých možných způsobů, jakými lze skupiny skládat:

• Do této skupiny je zahrnuta monofyletická skupina (nebo klad ), ve které všechny druhy pocházejí ze společného předka a všechny druhy pocházejí z tohoto společného předka. Jen takovou formu vnímají kladisté ​​jako „správnou“.
• Parafyletická skupina , jejíž všechny druhy mají společného předka, ale ne všechny jsou zařazeny do skupiny, ale pouze některé z těchto druhů pocházejí z tohoto společného předka, zatímco jiné druhy do skupiny zahrnuty nejsou (příkladem parafyletické skupiny je např. Plazi ; z této skupiny jsou vyloučeni ptáci  - rozsáhlá skupina druhů, jejichž předkem je právě zástupce třídy Plazi).
• Polyfyletická skupina , ve které jsou chybně kombinovány druhy, které nemají bezprostředního společného předka, ale skupina nezahrnuje druhy, které by je spojovaly (např. nyní již rozpuštěná teplokrevná skupina byla polyfyletická , která dříve spojovala ptáky a savce ; skupina teplokrevníků byla rozpuštěna, protože bylo zjištěno, že ptáci a savci pocházejí z různých skupin předků plazů).

Molekulární fylogenetika

Makromolekulární data, která se týkají sekvencí genetického materiálu ( DNA ) a proteinů , se díky pokrokům v molekulární biologii hromadí stále rychlejším tempem. Pro evoluční biologii má rychlé nahromadění dat celé genomové sekvence značnou hodnotu, protože samotná povaha DNA umožňuje její použití jako „dokumentu“ evoluční historie. Srovnání sekvencí DNA různých genů v různých organismech může vědci prozradit mnohé o evolučních vztazích organismů, které nelze jinak zjistit: na základě morfologie, nebo na vnější formě organismů a jejich vnitřní struktuře. Protože se genomy vyvíjejí postupným hromaděním mutací , měl by počet rozdílů v nukleotidových sekvencích mezi párem genomů z různých organismů poskytnout informaci o době, kdy tyto organismy sdílely společného předka. Dva genomy organismů, jejichž evoluční linie se v nedávné minulosti rozcházely, by se měly lišit méně než genomy organismů, jejichž společný předek existoval před velmi dlouhou dobou. Proto je možné vzájemným porovnáváním různých genomů získat informace o evolučním vztahu odpovídajících organismů. To je hlavní úkol molekulární fylogenetiky.

Molekulární fylogenetika se pokouší určit rychlost a rozdíl změn v DNA a proteinech s cílem rekonstruovat evoluční historii genů a organismů. K získání těchto informací lze použít dva obecné přístupy. V prvním z nich vědci používají DNA ke studiu evoluce organismu. Druhý přístup využívá různé organismy ke studiu evoluce DNA. V každém přístupu je celkovým cílem odvodit proces evoluce organismu ze změn DNA a proces molekulární evoluce ze vzoru změn DNA.

Poznámky

1. ↑ Edwards AWF; Cavalli-Sforza LL . Rekonstrukce evolučních stromů // Fenetická a fylogenetická klasifikace / Heywood, Vernon Hilton; McNeill, J.. - 1964. - S. 67-76. . — „Fylogenetika je obor vědy o živé přírodě, který se zabývá analýzou dat molekulárního sekvenování ke studiu evolučních vztahů mezi skupinami organismů.
2. ↑ Hennig. W. (1950). Grundzuge einer theorie der phylogenetischen systematik. Deutscher Zentralverlag, Berlín.
3. ↑ Cain, AJ, Harrison, GA 1960. "Fylétické vážení". Proceedings of the Zoological Society of London 35: 1-31.

Literatura

• Schuh, Randall T.; Brower, Andrew VZ Biologická systematika : principy a aplikace  . — 2. — Ithaca: Comstock Pub. Associates/Cornell University Press, 2009. ISBN 978-0-8014-4799-0 .
• Forster, P., Renfrew C.: Fylogenetické metody a prehistorie jazyků. » McDonald Institute Press, University of Cambridge, 2006. ISBN 978-1-902937-33-5

Odkazy

• Fylogenetická analýza rodiny homologních proteinů
• Bast, F. 2013. Vyhledávání podobnosti sekvencí, zarovnání více sekvencí, výběr modelu, matice vzdálenosti a rekonstrukce fylogeneze. Nature Protocol Exchange. doi: 10.1038/protex.2013.065

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština velká čínština velká čínština Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 11952878h GND : 4076110-1 J9U : 987007545890705171 LCCN : sh85101498