Indhold
- Tidlig historie med klassificeringssystemer
- Klassificeringssystemer fra det tyvende århundrede
- Fremkomst af Cladistics
- Hvad er fylogenetisk systematik?
- Cladistics Definition
- Grundlæggende antagelser om Cladistic klassificering
- Hvad er et Cladogram?
- Eksempler på Cladistics
- Cladistic klassificering terminologi
- Karaktertilstande af organismer
- Metoder til Cladistics
- Traditionel evolutionær klassificering
- Moderne Cladistic klassificering
- Fremtidige retninger i Cladistics
For millioner af år siden startede en enkelt celle en udvikling, der gav anledning til livets træ og dets tre hoveddomæner: Archaea, Bakterier og Eukaryota.
Hver gren er et eksempel på en clade. En klede repræsenterer en gruppe, der inkluderer en fælles stamfar og alle efterkommere. cladistics er en moderne form for taksonomi der placerer organismer på et forgrenet diagram kaldet a kladogram (som et slægtstræ) baseret på træk som DNA-ligheder og filogeni.
Tidlig historie med klassificeringssystemer
Inden for biologi er cladistik en taxonomisystem der involverer klassificering og arrangering af organismer på en fylogenetisk livets træ. Før DNA-analyse var klassificeringen stærkt afhængig af observationer af lignende og forskellige egenskaber og adfærd.
Vestlige samfund har brugt klassificering siden Aristoteles dage i det gamle Grækenland, da levende organismer simpelthen blev opdelt i kategorier af planter og dyr til undersøgelsesformål.
I 1700'erne Carolus (Carl) Linné udviklede en taksonomi af systematisk biologi baseret på klassificering af organismer efter udseende og delte træk. Han udviklede et skema til placering af organisme i en hierarkal taxon (en gruppe; ental) der indeholdt flere taxa (grupper; flertal). Linné udviklede også binomial nomenklatur - et system til tildeling af videnskabelige navne som Homo sapiens (menneske) til organismer.
Charles Darwin og Alfred Russel Wallace foreslog ideen om naturlig udvælgelse, og Darwin formaliserede evolutionsteorien i midten af 1800-tallet. Darwins Om arternes oprindelse sprang det videnskabelige samfund ved at antyde, at alle organismer stammede fra en fælles forfader og kunne klassificeres i henhold til deres evolutionære forhold.
Klassificeringssystemer fra det tyvende århundrede
ornitolog Ernst Mayr var en fremtrædende evolutionsbiolog i det 20. århundrede, der i vid udstrækning studerede fugletaksonomi, mens han rejste og arbejdede som kurator ved American Museum of Natural History i New York. Hans banebrydende bog Systematik og artenes oprindelse blev udgivet i 1942 af Columbia University Press.
Mayr er kendt for sit arbejde med gener, arvelighed, variation og speciation af populationer i isolerede områder, som kan bruges til klassificeringsformål.
Fremkomst af Cladistics
Cladistics er et biologisk klassificeringssystem baseret på analyse af træk, genetisk sammensætning eller fysiologi, der blev delt med en fælles stamfar, indtil en eller anden type afvigelse opstod, hvilket producerede nye arter. Tysk taxonom Willi Hennig jumpstarted cladistic klassificering i 1950, da han skrev sin bog om fylogenetisk systematik.
Bogen blev senere oversat til engelsk og læst bredt i Amerika, efter at den blev udgivet af University of Illinois Press i 1966.
Hennigs teori om fylogenetisk systematik udfordrede moderne tilgang til taksonomi introduceret af Darwin og Wallace.
Han argumenterede for, at arter skulle identificeres og klassificeres på baggrund af genetik og clade-forhold, især monofyletiske grupper. Hennig slog sig fast på nylige aner og identificeringen af udviklede, modificerede træk af organismer, der delte en direkte afstamning - selvom afledte egenskaber ikke var ligesom den fælles stamfar.
Hvad er fylogenetisk systematik?
fylogeni er studiet af kendte eller hypotetiske evolutionære forhold baseret på fylogeni (afstamning) af grupperede organismer. Det fylogenetiske livstræ illustrerer, hvordan taxaer (grupper af organismer) udviklede sig i en bestemt rækkefølge, efterhånden som livet diversificeredes og forgrenede sig fra en fælles forfader.
Processen med evolutionær speciation ligner grene på et slægtstræ. Fordi der ikke er nogen sikker måde at vide, hvad der skete for længe siden, skal videnskaberne drage konklusioner om, hvordan livet udviklede sig ud fra fossile poster, komparativ anatomi, fysiologi, adfærd, embryologi og molekylære data. Evolutionsbiologi er et dynamisk felt, hvor der konstant gøres nye opdagelser.
Cladistics Definition
Evolutionære biologer udlede hypotetiske evolutionære forhold mellem taxaer baseret på en detaljeret sammenligning af lignende og forskellige karakteristika.
At studere evolutionær afstamning hjælper med at finde ud af, når visse træk opstod og blev overført til efterfølgende generationer. Kladistisk analyse undersøger ligesom fylogenetisk systematik evolutionære afstamningsmønstre, der hjælper med at sammenlægge artss evolutionshistorie og samtidig forklare mangfoldigheden i liv og artsudryddelse.
Grundlæggende antagelser om Cladistic klassificering
Cladistics arbejder ud fra den centrale forudsætning, at livet på Jorden kun oprindeligt en gang, hvilket betyder, at alt liv kan spores tilbage til den første forfædres organisme. Den næste antagelse er, at eksisterende arter opdeles i to grupper afgrænset af en knude på en trægren. Endelig ændrer organismer formodentlig, tilpasser sig og udvikler sig.
Det punkt for divergens repræsenterer begyndelsen på to nye linjer, der forgrener sig og danner to nye arter.
Hvad er et Cladogram?
Cladograms bruges til at foretage meningsfulde sammenligninger mellem grupper.
I biologi er et kladogram et visuel repræsentation af relaterede karakteristika i forskellige organismer. Normalt udføres gruppering i henhold til visse specificerede træk af interesse. Imidlertid kan forskellige datapunkter kombineres for at skabe et mere nøjagtigt evolutionært træ, der forklarer komplekse forhold.
Der kan sondres mellem et cladogram og et fylogenetisk træ, men udtrykkene bruges også til tider udskifteligt. Cladograms fokuserer på egenskaber på makro- og molekylniveau, der indikerer beslægtning. Et kladogram antyder sandsynlige evolutionære forhold mellem grupper af organismer eller taxaer, der kan være små eller store i antal:
Eksempler på Cladistics
Multicellulære eukaryoter gav anledning til en overflod af stadig mere komplekse organismer.
F.eks. Spores fisk og mennesker tilbage til en fælles stamfar for millioner af år siden. Det komplicerede forhold kan afbildes på et simpelt cladogram, der illustrerer de cladistiske forhold. Start med at afbillede en forfædres eukaryot ved bunden af træet.
Efterhånden som den fælles forfader udviklede sig, forgrenedes en knude på træet sig til vandlevende hvirveldyr som kæbeløs fisk. Ved den næste knude diveriverede grenen sig i firbenede tetrapoder.
Den næste knude viser en divergens, når dyrene udviklede fostervand, efterfulgt af en opdeling, når dyrene udviklede pels eller hår. Meget senere divergerede mennesker og primater ned ad separate stier.
Cladistic klassificering terminologi
Kladistisk klassificering ser på bestemte egenskaber ved organismer, der direkte bærer på forfædres tilstand i evolutionær biologi. Hennig udviklede mange videnskabelige termer for at beskrive sin tilgang til kategorisering, som var instrumentel til hans ideer og teorier. Udtrykkene beskriver grupper af organismer i relation til en bestemt knude på et fylogenetisk træ eller cladogram:
Karaktertilstande af organismer
Karaktertilstande er træk, der er afledt af processen med naturlig selektion, tilpasning og nedarvet varians, der fører til biodiversitet i livet. Som sådan kun synapomorphies er relevante, når man vurderer evolutionære forhold. Flere synapomorfier i organismer med en delt stamfar er monofyletisk:
Metoder til Cladistics
Forskere kaldet kladister arrangerer taxaer i et fylogenetisk træ, der muligvis afslører nye evolutionære forhold. Grupperinger laves på baggrund af fysiske, molekylære, genetiske og adfærdsmæssige egenskaber.
Et diagram, der kaldes et kladogram, viser sammenhæng, når arter forgrenes fra en fælles stamfar på forskellige tidspunkter i udviklingshistorien.
Cladograms er forgreningsdiagrammer af kladistiske data der for eksempel arrangerer visse karakteristika ved hjælp af komparative fysiske datasæt eller molekylære data. Forskere i dag bruger ofte computerprogrammer til at kombinere datasæt for at skabe mere nøjagtige cladogrammer, der viser sammenhængende og omfattende forhold mellem organismer.
Grundlæggende metodik er ikke vanskelig, men hvert trin skal udføres omhyggeligt:
Traditionel evolutionær klassificering
Oprindelsen af traditionelle evolutionære metoder af klassificering dateres tilbage til antikken. Alle levende organismer antages at være planter eller dyr. Klassiske metoder gjorde ingen sondring mellem, hvorvidt observerede træk blev arvet fra en fjern forfader eller en nyere.
Målet var at udtænke et kort over, hvordan livet på Jorden kan have udviklet sig fra havet.
Egenskaber, der bruges til klassificering, bestemmes af eksperter, der ser på åbenlyse forskelle såsom pels, vægt eller fjer. Fremgangsmåden fungerede bedre til klassificering af hvirveldyr end hvirvelløse dyr. Evolutionær klassificering placerer organismer i grupper med faldende størrelse under tre domæner, der yderligere er opdelt i rige, filum / opdeling, klasse, orden, familie, slægt og arter.
Kladistiske metoder er ikke bundet til det Linnean klassificeringssystem, og de undersøger dybere for tilslutningsmuligheder.
Traditionel systematik arrangerer organismer på et evolutionært træ afhængigt af hvornår og hvordan en art ændres som en tilpasning til for eksempel en ny livsstil eller habitat. Træet viser evolutionsretning i tide. Subjektive vurderinger af træk og karakteristika ved traditionelle metoder kan potentielt skæve resultater og gøre en undersøgelse vanskelig eller umulig at gentage.
Moderne Cladistic klassificering
Cladistiske og fylogenetiske klassificeringsmetoder foretrækkes i dag frem for traditionelle metoder til klassificering i naturvidenskab. Den nyere tilgang er mere videnskabelig, evidensbaseret og ubestridelig. F.eks. Anvendes DNA og RNA-sekventering til at studere organismer på molekylært niveau til nuanceret placering på et cladogram.
Organismer er arrangeret i henhold til deres delte afledte egenskaber.
Fremtidige retninger i Cladistics
Cladistik inden for biologi giver forskere mulighed for at identificere mønstre, danne en hypotese, teste hypoteser og komme med forudsigelser.
”Cladistics handler derfor om opdagelse”, som beskrevet af moderne klidister, David M. Williams og Malte C. Ebach, i 2018. Williams og Ebach forestiller sig cladistik som en proces med naturlig klassificering, der ikke kræver forankring i evolutionsteorien.
Teknologi tilføjer et niveau af præcision og sofistikering til cladistikmetoder. Navnlig indikerer DNA-sekventering af gener graden af sammenhæng og delt aner med en høj grad af selvtillid. Forskelle i DNA kan give indsigt i, hvor længe siden arter delte en fælles stamfar.
Nye fund kan enten bekræfte eller korrigere tidligere antagelser om, hvordan organismer udviklede sig og hjælpe med at klassificere nye arter, når de opdages.