Περιεχόμενο
- Πρώιμη Ιστορία των Συστημάτων Κατηγοριοποίησης
- Συστήματα ταξινόμησης του εικοστού αιώνα
- Η εμφάνιση των κλασσικών χαρακτηριστικών
- Τι είναι η φυλογενετική συστηματική;
- Ορισμός κλασσικών χαρακτηριστικών
- Βασικές παραδοχές της κλασσικής ταξινόμησης
- Τι είναι ένα κλασματόγραμμα;
- Παραδείγματα κλασσικών εργαλείων
- Κλασσική ορολογία ταξινόμησης
- Χώρες χαρακτήρων οργανισμών
- Μέθοδοι Κλασσικοποίησης
- Παραδοσιακή εξελικτική ταξινόμηση
- Σύγχρονη κλασσική ταξινόμηση
- Μελλοντικές κατευθύνσεις στα κλασσικά
Πριν από εκατομμύρια χρόνια, ένα καινούριο κύτταρο ξεκίνησε μια εξέλιξη που δημιούργησε το δέντρο της ζωής και τους τρεις κύριους τομείς: Αρχαία, Βακτήρια και Ευκαρυώτα.
Κάθε κλάδος είναι ένα παράδειγμα α clade. Ένα clade αντιπροσωπεύει μια ομάδα που περιλαμβάνει έναν κοινό πρόγονο και όλα απόγονοι. Cladistics είναι μια σύγχρονη μορφή ταξινόμηση που τοποθετεί τους οργανισμούς σε διακλαδισμένο διάγραμμα που ονομάζεται a cladogram (όπως ένα οικογενειακό δέντρο) βασισμένο σε χαρακτηριστικά όπως ομοιότητες DNA και φυλογενία.
Πρώιμη Ιστορία των Συστημάτων Κατηγοριοποίησης
Στον τομέα της βιολογίας, η κλασσικότητα είναι α σύστημα ταξινόμησης που περιλαμβάνει την ταξινόμηση και την οργάνωση των οργανισμών σε ένα φυλογενετικό δέντρο της ζωής. Πριν από την ανάλυση DNA, η ταξινόμηση βασιζόταν σε μεγάλο βαθμό στις παρατηρήσεις παρόμοιων και διαφορετικών χαρακτηριστικών και συμπεριφοράς.
Οι δυτικές κοινωνίες έχουν χρησιμοποιήσει την ταξινόμηση από τις ημέρες του Αριστοτέλη στην αρχαία Ελλάδα, όταν οι ζωντανοί οργανισμοί χωρίστηκαν απλά σε κατηγορίες φυτών και ζώων για σκοπούς μελέτης.
Στη δεκαετία του 1700, Carolus (Carl) Linnaeus ανέπτυξε μια ταξονομία συστηματικής βιολογίας με βάση την ταξινόμηση των οργανισμών με εξωτερικές εμφανίσεις και κοινά χαρακτηριστικά. Έχει αναπτύξει ένα σχήμα για την τοποθέτηση του οργανισμού σε ένα ιεραρχική ταξινόμηση (μια ομάδα, μοναδική) που περιελάμβανε πολλά taxa (ομάδες, πληθυντικός). Ο Linnaeus ανέπτυξε επίσης την διωνυμική ονοματολογία - ένα σύστημα ανάθεσης επιστημονικών ονομάτων όπως Homo sapiens (ανθρώπου) σε οργανισμούς.
Κάρολ Δαρβίνος και Alfred Russel Wallace πρότεινε την ιδέα της φυσικής επιλογής και ο Δαρβίνος επισημοποίησε τη θεωρία της εξέλιξης στα μέσα του 18ου αιώνα. Ο Ντάργουιν Σχετικά με την προέλευση των ειδών τράπηξε την επιστημονική κοινότητα υποδηλώνοντας ότι όλοι οι οργανισμοί κατέβηκαν από έναν κοινό πρόγονο και μπορούσαν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις εξελικτικές σχέσεις τους.
Συστήματα ταξινόμησης του εικοστού αιώνα
Ορνιθολόγος Ernst Mayr ήταν ένας κορυφαίος εξελικτικός βιολόγος του 20ού αιώνα ο οποίος μελέτησε εκτενώς ταξινόμηση των πτηνών ενώ ταξιδεύει και εργάζεται ως επιμελητής στο Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στη Νέα Υόρκη. Το πρωτοποριακό του βιβλίο Συστηματική και προέλευση των ειδών δημοσιεύθηκε το 1942 από τον Πανεπιστημιακό Τύπο της Columbia.
Ο Mayr είναι γνωστός για τη δουλειά του σχετικά με τα γονίδια, την κληρονομικότητα, τις παραλλαγές και τη συσσώρευση των πληθυσμών σε απομονωμένες περιοχές, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σκοπούς ταξινόμησης.
Η εμφάνιση των κλασσικών χαρακτηριστικών
Το Cladistics είναι ένα σύστημα βιολογικής ταξινόμησης που βασίζεται στην ανάλυση των γνωρισμάτων, της γενετικής μορφής ή της φυσιολογίας που μοιράστηκαν με έναν κοινό πρόγονο μέχρι να εμφανιστεί κάποιο είδος απόκλισης, παράγοντας νέα είδη. Γερμανός ταξινομιστής Willi Hennig jumpstarted κλασική ταξινόμηση το 1950 όταν έγραψε το βιβλίο του φυλογενετική συστηματική.
Το βιβλίο μεταφράστηκε αργότερα στα αγγλικά και διαβάστηκε ευρέως στην Αμερική, αφού δημοσιεύτηκε από το Πανεπιστήμιο του Illinois Press το 1966.
Η θεωρία του Hennig για τη φυλογενετική συστηματική αμφισβήτησε τις σύγχρονες προσεγγίσεις της ταξινόμησης που εισήγαγε ο Δαρβίνος και ο Wallace.
Υποστήριξε ότι τα είδη πρέπει να ταυτοποιούνται και να ταξινομούνται με βάση τις γενετικές και τις συγγενικές σχέσεις, ιδιαίτερα τις μονοφυλετικές ομάδες. Ο Χένιγκ διερευνά την πρόσφατη καταγωγή και την ταύτιση των εξελισσόμενων, τροποποιημένων χαρακτηριστικών οργανισμών που μοιράζονταν μια άμεση γενεά - ακόμα κι αν τα παράγωγα χαρακτηριστικά δεν ήταν τίποτα παρόμοιο με αυτά του κοινού προγόνου.
Τι είναι η φυλογενετική συστηματική;
Φυλογενετική είναι η μελέτη γνωστών ή υποθετικών εξελικτικών σχέσεων που βασίζονται στο φιλογένεια (καταγωγή) ομαδοποιημένων οργανισμών. Το φυλογενετικό δέντρο της ζωής απεικονίζει πώς τα ταξί (ομάδες οργανισμών) εξελίχθηκαν σε μια συγκεκριμένη τάξη καθώς η ζωή διαφοροποιείται και διακλαδίζεται από έναν κοινό πρόγονο.
Η διαδικασία της εξελικτικής συσχέτισης μοιάζει με κλαδιά σε ένα οικογενειακό δέντρο. Επειδή δεν υπάρχει κανένας σίγουρος τρόπος να γνωρίζουμε τι συνέβη πριν από πολύ καιρό, οι επιστήμες πρέπει να αντλήσουν συμπεράσματα για το πώς βασίστηκε η ζωή τα απολιθώματα, τη συγκριτική ανατομία, τη φυσιολογία, τη συμπεριφορά, την εμβρυολογία και τα μοριακά δεδομένα. Η εξελικτική βιολογία είναι ένα δυναμικό πεδίο όπου συνεχώς γίνονται νέες ανακαλύψεις.
Ορισμός κλασσικών χαρακτηριστικών
Οι εξελικτικοί βιολόγοι συμπεραίνουν υποθετικές εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των κατηγοριών που βασίζονται σε λεπτομερή σύγκριση παρόμοιων και διαφορετικών χαρακτηριστικών.
Η μελέτη της εξελικτικής κατάβασης βοηθά να εντοπίσουμε πότε προέκυψαν ορισμένα χαρακτηριστικά και μεταβιβάστηκαν στις επόμενες γενιές. Η κλασσική ανάλυση, όπως η φυλογενετική συστηματική, εξετάζει τα εξελικτικά πρότυπα καταγωγής που συμβάλλουν στο συνδυασμό της εξελικτικής ιστορίας των ειδών, εξηγώντας ταυτόχρονα την ποικιλομορφία της εξαφάνισης της ζωής και των ειδών.
Βασικές παραδοχές της κλασσικής ταξινόμησης
Το Cladistics λειτουργεί στην κεντρική προϋπόθεση ότι η ζωή στη Γη ξεκίνησε μόνο μία φορά, πράγμα που σημαίνει ότι όλη η ζωή μπορεί να ανιχνευθεί πίσω σε αυτόν τον πρώτο προγονικό οργανισμό. Η επόμενη υπόθεση είναι ότι τα υπάρχοντα είδη χωρίζονται σε δύο ομάδες που οριοθετούνται από έναν κόμβο σε ένα κλαδί δέντρου. Τέλος, οι οργανισμοί προφανώς αλλάζουν, προσαρμόζονται και εξελίσσονται.
ο σημείο απόκλισης αντιπροσωπεύει την αρχή δύο νέων γενεών που διακλαδίζονται και σχηματίζουν δύο νέα είδη.
Τι είναι ένα κλασματόγραμμα;
Τα cladograms χρησιμοποιούνται για να κάνουν σημαντικές συγκρίσεις μεταξύ των ομάδων.
Στη βιολογία, ένα cladogram είναι α οπτική αναπαράσταση των συναφών χαρακτηριστικών σε διάφορους οργανισμούς. Συνήθως, η ομαδοποίηση γίνεται σύμφωνα με ορισμένα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ενδιαφέροντος. Ωστόσο, διαφορετικά σημεία δεδομένων μπορούν να συνδυαστούν για να δημιουργήσουν ένα ακριβέστερο εξελικτικό δέντρο που εξηγεί περίπλοκες σχέσεις.
Μπορούμε να κάνουμε μια διάκριση μεταξύ ενός κλαδογράμματος και ενός φυλογενετικού δέντρου, αλλά οι όροι χρησιμοποιούνται επίσης εναλλακτικά κατά περιόδους. Τα επικεφαλίδες επικεντρώνονται σε χαρακτηριστικά σε μακροοικονομικό και μοριακό επίπεδο που δείχνουν συγγένεια. Ένα cladogram προτείνει πιθανές εξελικτικές σχέσεις μεταξύ ομάδων οργανισμών ή ταξινομικών που μπορεί να είναι μικρές ή μεγάλες σε αριθμό:
Παραδείγματα κλασσικών εργαλείων
Τα πολυκυτταρικά ευκαρυωτικά δημιούργησαν αφθονία ολοένα και πιο πολύπλοκων οργανισμών.
Για παράδειγμα, τα ψάρια και οι άνθρωποι ανιχνεύονται πίσω σε έναν κοινό πρόγονο πριν από εκατομμύρια χρόνια. Αυτή η πολύπλοκη σχέση μπορεί να απεικονιστεί σε ένα απλό δοξογράφημα που απεικονίζει τις κλασσικές σχέσεις. Ξεκινήστε με την απεικόνιση ενός προγονικού ευκαρυωτικού στη βάση του δέντρου.
Καθώς ο κοινός πρόγονος εξελίχθηκε, ένας κόμβος στο δέντρο διακλαδίστηκε στα υδρόβια σπονδυλωτά όπως τα ψαροκόκαλα. Στον επόμενο κόμβο, ο κλάδος αποκλίνει σε τετράποδα τετράποδων.
Ο επόμενος κόμβος παρουσιάζει μια απόκλιση όταν τα ζώα αναπτύσσουν αμνιακά αυγά, ακολουθούμενα από ένα σχίσιμο όταν τα ζώα αναπτύσσουν γούνα ή τρίχα. Πολύ αργότερα, οι άνθρωποι και τα πρωτεύοντα αποκλίνονταν και εξελίχθηκαν κάτω από ξεχωριστά μονοπάτια.
Κλασσική ορολογία ταξινόμησης
Η κλασική ταξινόμηση εξετάζει ορισμένα χαρακτηριστικά των οργανισμών που φέρουν άμεσα τα προγονικά κράτη στην εξελικτική βιολογία. Ο Hennig ανέπτυξε πολλούς επιστημονικούς όρους για να περιγράψει την προσέγγισή του στην κατηγοριοποίηση, η οποία ήταν καθοριστική για τις ιδέες και τις θεωρίες του. Οι όροι περιγράφουν ομάδες οργανισμών σε σχέση με έναν συγκεκριμένο κόμβο σε ένα φυλογενετικό δέντρο ή χαρτογράφημα:
Χώρες χαρακτήρων οργανισμών
Καταστάσεις χαρακτήρων είναι χαρακτηριστικά που προέρχονται από τη διαδικασία της φυσικής επιλογής, της προσαρμογής και της κληρονομικής διακύμανσης που οδηγούν στη βιοποικιλότητα στη ζωή. Ως εκ τούτου, μόνο συναπομορφίες είναι συναφείς όταν απαιτούν εξελικτικές σχέσεις. Πολλές συναπομορφίες σε οργανισμούς με κοινό πρόγονο είναι μονοφυλετικό:
Μέθοδοι Κλασσικοποίησης
Οι επιστήμονες που ονομάζονται cladists οργανώνουν taxa σε ένα φυλογενετικό δέντρο που μπορεί να αποκαλύψει νέες εξελικτικές σχέσεις. Οι ομαδοποιήσεις γίνονται βάσει φυσικών, μοριακών, γενετικών και συμπεριφορικών χαρακτηριστικών.
Ένα διάγραμμα που ονομάζεται cladogram εμφανίζει συγγένεια, κάθε φορά που τα είδη διακλαδίζονται από έναν κοινό πρόγονο σε διάφορα σημεία της εξελικτικής ιστορίας.
Τα cladograms είναι διαγράμματα διακλάδωσης του κλαστικά δεδομένα που ρυθμίζουν ορισμένα χαρακτηριστικά χρησιμοποιώντας συγκριτικά φυσικά σύνολα δεδομένων ή μοριακά δεδομένα, για παράδειγμα. Οι ερευνητές σήμερα χρησιμοποιούν συχνά προγράμματα ηλεκτρονικών υπολογιστών για να συνδυάσουν σύνολα δεδομένων για να δημιουργήσουν πιο ακριβή cladograms που δείχνουν συνεκτικές και ολοκληρωμένες σχέσεις μεταξύ των οργανισμών.
Η βασική μεθοδολογία δεν είναι δύσκολη, αλλά κάθε βήμα πρέπει να γίνει σχολαστικά:
Παραδοσιακή εξελικτική ταξινόμηση
Η προέλευση του παραδοσιακές εξελικτικές μεθόδους της ταξινόμησης χρονολογείται από την αρχαιότητα. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί υποτίθεται ότι είναι φυτά ή ζώα. Οι κλασικές μέθοδοι δεν προέβλεπαν καμία διάκριση μεταξύ του αν τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά κληρονομούνταν από έναν μακρινό πρόγονο ή από έναν πιο πρόσφατο.
Ο στόχος ήταν να επινοηθεί ένας χάρτης για το πώς η ζωή στη γη μπορεί να εξελίχθηκε από τη θάλασσα.
Τα χαρακτηριστικά που χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση καθορίζονται από ειδικούς που εξετάζουν προφανείς διαφορές όπως γούνα, ζυγαριές ή φτερά. Η προσέγγιση ήταν καλύτερη για την ταξινόμηση των σπονδυλωτών από τα ασπόνδυλα. Εξελικτική ταξινόμηση τοποθετεί οργανισμούς σε ομάδες μειούμενου μεγέθους κάτω από τρεις τομείς που χωρίζονται περαιτέρω στο βασίλειο, το φύλο / διαίρεση, την τάξη, την τάξη, την οικογένεια, το γένος και τα είδη.
Οι κλαδιστικές μέθοδοι δεν συνδέονται με το σύστημα ταξινόμησης Linnean και διερευνούν βαθύτερα τη συνδεσιμότητα.
Η παραδοσιακή συστηματική οργανώνει οργανισμούς σε ένα εξελικτικό δέντρο ανάλογα με το πότε και πώς άλλαξε ένα είδος ως προσαρμογή σε έναν νέο τρόπο ζωής ή περιβάλλον, για παράδειγμα. Το δέντρο δείχνει κατεύθυνση της εξέλιξης εγκαίρως. Οι υποκειμενικές αξιολογήσεις χαρακτηριστικών και χαρακτηριστικών στις παραδοσιακές μεθόδους μπορούν δυνητικά να προκαλέσουν αποτελέσματα και να κάνουν μια μελέτη δύσκολη ή αδύνατη στην αναπαραγωγή.
Σύγχρονη κλασσική ταξινόμηση
Οι κλαδιστικές και φυλογενετικές μέθοδοι ταξινόμησης προτιμώνται σήμερα στις παραδοσιακές μεθόδους ταξινόμησης στις φυσικές επιστήμες. Η νεότερη προσέγγιση είναι πιο επιστημονική, βασισμένη σε αποδεικτικά στοιχεία και αδιαμφισβήτητη. Για παράδειγμα, η ανάλυση αλληλουχίας DNA και RNA χρησιμοποιείται για τη μελέτη οργανισμών σε μοριακό επίπεδο για τη χρωματική τοποθέτηση σε ένα cladogram.
Οι οργανισμοί είναι διατεταγμένοι σύμφωνα με τους κοινά παραγόμενα χαρακτηριστικά.
Μελλοντικές κατευθύνσεις στα κλασσικά
Το Cladistics στον τομέα της βιολογίας επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίζουν τα πρότυπα, να σχηματίζουν μια υπόθεση, να δοκιμάζουν τις υποθέσεις και να κάνουν προβλέψεις.
"Το Cladistics, λοιπόν, είναι για την ανακάλυψη", όπως περιγράφουν οι σύγχρονοι κλαδιστές, ο David M. Williams και ο Malte C. Ebach, το 2018. Οι Williams και Ebach οραματίζουν την κλασσικότητα ως μια διαδικασία φυσικής ταξινόμησης που δεν απαιτεί γείωση στην εξελικτική θεωρία.
Η τεχνολογία προσθέτει ένα επίπεδο ακρίβειας και πολυπλοκότητας στις μεθόδους κλασσικής εξυπηρέτησης. Συγκεκριμένα, η αλληλουχία DNA των γονιδίων δείχνει βαθμό συγγένειας και από κοινού καταγωγή με υψηλό βαθμό εμπιστοσύνης. Οι διαφορές στο DNA μπορούν να δώσουν μια εικόνα για πόσο καιρό τα είδη μοιράστηκαν έναν κοινό πρόγονο.
Τα νέα ευρήματα μπορούν είτε να επιβεβαιώσουν ή να διορθώσουν προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι οργανισμοί εξελίχθηκαν και να βοηθήσουν στην ταξινόμηση νέων ειδών όπως ανακαλύφθηκαν.