תוֹכֶן
- היסטוריה מוקדמת של מערכות סיווג
- מערכות סיווג של המאה העשרים
- הופעת הקלדיסטיקה
- מהי סיסטמטיקה פילוגנטית?
- הגדרת קלדיסטיקה
- הנחות יסוד לסיווג קלדיסטי
- מהי Cladogram?
- דוגמאות לקלדיסטיקה
- מונחי סיווג קלדיסטי
- מצבי אופי של אורגניזמים
- שיטות קלדיסטיקה
- סיווג אבולוציוני מסורתי
- סיווג קלאדיסטי מודרני
- כיוונים עתידיים בקלדיסטיקה
לפני מיליוני שנים, תא יחיד התחיל אבולוציה שהולידה את עץ החיים ושלושת התחומים העיקריים שלו: ארכאאה, חיידקים ואוקריוטה.
כל סניף הוא דוגמא ל קלייד. מלטה מייצגת קבוצה הכוללת אב קדמון משותף את כל צאצאים. קלדיסטיקה היא צורה מודרנית של טקסונומיה שמציב אורגניזמים בתרשים מסועף הנקרא א cladogram (כמו אילן יוחסין) המבוסס על תכונות כמו דמיון DNA ופילוגניות.
היסטוריה מוקדמת של מערכות סיווג
בתחום הביולוגיה הקלאדיסטיקה היא א מערכת הטקסונומיה הכרוך בסיווג וסידור של אורגניזמים על א עץ חיים פילוגנטי. לפני ניתוח ה- DNA, המיון הסתמך מאוד על תצפיות על תכונות והתנהגות דומות ושונות.
חברות מערביות השתמשו בסיווג מאז ימי אריסטו ביוון העתיקה כאשר אורגניזמים חיים פשוט חולקו לקטגוריות של צמחים ובעלי חיים למטרות לימוד.
בשנות ה- 1700 קרולוס (קרל) לינאוס פיתח טקסונומיה של ביולוגיה שיטתית המבוססת על סיווג של אורגניזמים לפי הופעות חיצוניות ותכונות משותפות. הוא פיתח סכמה להצבת אורגניזם ב- טקסון היררכי (קבוצה; יחיד) שכלל כמה מוניות (קבוצות; רבים). לינאוס פיתחה גם שמות של בינומים - מערכת של הקצאת שמות מדעיים כמו הומו ספיינס (אנושי) לאורגניזמים.
צ'ארלס דארווין ו אלפרד ראסל וואלאס הציע את רעיון הבחירה הטבעית, ודרווין עיצב את תיאוריית ההתפתחות באמצע שנות ה -18. דרווין על מקור המינים טלטל את הקהילה המדעית והציע כי כל האורגניזמים צאצאים מאב קדמון משותף וניתן היה לסווג אותם לפי מערכות היחסים האבולוציוניות שלהם.
מערכות סיווג של המאה העשרים
אורניתולוג ארנסט מאי היה ביולוג אבולוציוני בולט במאה העשרים שלמד בהרחבה את הטקסונומיה של הציפורים בעת שעסק ועבד כאוצר במוזיאון האמריקני להיסטוריה של הטבע בניו יורק. ספרו פורץ הדרך שיטתיות ומקור המינים פורסם בשנת 1942 על ידי הוצאת אוניברסיטת קולומביה.
מאיר ידוע בעבודתו על גנים, תורשה, שונות ושונות של אוכלוסיות באזורים מבודדים, בהם ניתן להשתמש למטרות סיווג.
הופעת הקלדיסטיקה
Cladistics היא מערכת סיווג ביולוגית המבוססת על ניתוח של תכונות, איפור גנטי או פיזיולוגיה שהיו שותפים לאב קדמון משותף עד להתרחשות סוג כלשהו של סטייה, המייצרת מינים חדשים. טקסונום גרמני ווילי הניג קפץ לדרך סיווג קלדיסטי בשנת 1950 כשכתב את ספרו ב- סיסטמטיקה פילוגנטית.
הספר תורגם מאוחר יותר לאנגלית וקורא נרחב באמריקה לאחר שיצא לאור על ידי אוניברסיטת אילינוי בעיתונות בשנת 1966.
התיאוריה של הניג למערכת השיטתיות הפילוגנטית איתגרה את הגישות העכשוויות לטקסונומיה שהוצגו על ידי דארווין וואלאס.
הוא טען כי יש לזהות ולסווג מינים על בסיס גנטיקה ויחסי קשחת, במיוחד קבוצות מונופילטיות. הניג התגבש באביב קדום אחרון ובזיהוי תכונות מתפתחות ושונות של אורגניזמים שחולקו שושלת ישירה - גם אם מאפיינים נגזרים אינם דומים לאלו של האב הקדמון.
מהי סיסטמטיקה פילוגנטית?
פילוגנטיקה הוא המחקר על קשרים אבולוציוניים ידועים או מתוך השערה, המבוססים על פילוגניה (שושלת) של אורגניזמים מקובצים. עץ החיים הפילוגנטי ממחיש כיצד המוניות (קבוצות של אורגניזמים) התפתחו בסדר ספציפי ככל שהחיים התפזרו והסתעפו מאב קדמון משותף.
תהליך המפרט האבולוציוני נראה כמו ענפים על אילן יוחסין. מכיוון שאין דרך בטוחה לדעת מה קרה לפני זמן כה רב, על המדעים להסיק מסקנות לגבי התפתחות החיים על בסיס רשומות מאובנים, אנטומיה השוואתית, פיזיולוגיה, התנהגות, עוברים ונתונים מולקולריים. ביולוגיה אבולוציונית היא תחום דינאמי בו מתגלים גילויים חדשים ללא הרף.
הגדרת קלדיסטיקה
ביולוגים אבולוציוניים מסיקים קשרים אבולוציוניים היפותטיים בין מסות מבוססות על השוואה מפורטת של מאפיינים דומים ושונים.
לימוד ירידה אבולוציונית מסייע להצביע על היווצרות תכונות מסוימות והועברו לדורות הבאים. ניתוח קלדיסטי, כמו סיסטמטיקה פילוגנטית, בוחן דפוסי ירידה אבולוציוניים המסייעים לחבר את ההיסטוריה האבולוציונית של המינים, ובמקביל להסביר את מגוון החיים והכחדת המינים.
הנחות יסוד לסיווג קלדיסטי
הקלדיסטיקה פועלת מתוך הנחה מרכזית שהחיים על כדור הארץ מקורם פעם אחת בלבד, כלומר ניתן לייחס את כל החיים לאותו אורגניזם של אבות ראשונים. ההנחה הבאה היא שמינים קיימים מתפצלים לשתי קבוצות שתוחם על ידי צומת על ענף עץ. לבסוף, יש להניח כי אורגניזמים משתנים, מסתגלים ומתפתחים.
ה נקודת הסטייה מייצג את תחילתן של שתי שושלות חדשות המסתעפות ויוצרות שני מינים חדשים.
מהי Cladogram?
Cladograms משמשים להשוואה משמעותית בין הקבוצות.
בביולוגיה קלדוגרמה היא א ייצוג ויזואלי של מאפיינים קשורים באורגניזמים שונים. בדרך כלל הקבוצת נעשית על פי תכונות מעניינות מסוימות. עם זאת, ניתן לשלב נקודות נתונים שונות ליצירת עץ אבולוציוני מדויק יותר המסביר מערכות יחסים מורכבות.
ניתן להבחין בין קלוגרמה לעץ פילוגנטי, אך המונחים משמשים גם כן להחלפה לעיתים. Cladograms מתמקדים במאפיינים ברמה המאקרו והמולקולרית המעידים על קשר. קלדוגרמה מציעה קשרים אבולוציוניים סבירים בין קבוצות של אורגניזם או טקסות שיכולות להיות קטנות או גדולות במספר:
דוגמאות לקלדיסטיקה
אאוקריוטים רב-תאיים הולידו שפע של אורגניזמים מורכבים יותר ויותר.
לדוגמה, דגים ובני אדם נובעים מאב קדמון משותף לפני מיליוני שנים. ניתן לתאר את מערכת היחסים המסובכת הזו על קלוגרמה פשוטה הממחישה את מערכות היחסים הקלאדיסטיות. התחל בתמונת אקריוטה קדמונית בבסיס העץ.
ככל שהתפתח האב הקדמון, צומת אחד על העץ הסתעף לחוליות מים כמו דגים ללא לסת. בצומת הבא, הסתעף הענף לכדי רגליים ארבע רגליים.
הצומת הבא מראה סטייה כאשר בעלי חיים פיתחו ביצי מי שפיר, ואחריה פיצול כאשר בעלי חיים פיתחו פרווה או שיער. הרבה יותר מאוחר, בני האדם והפרימטים התפצלו והתפתחו לאורך שבילים נפרדים.
מונחי סיווג קלדיסטי
סיווג קלדיסטי מסתכל על מאפיינים מסוימים של אורגניזמים הנושאים ישירות על מצבי אבות בביולוגיה אבולוציונית. הניג פיתח מונחים מדעיים רבים כדי לתאר את גישתו לסיווג, שהיו כלי עזר לרעיונותיו ולתיאוריותיו. המונחים מתארים קבוצות של אורגניזמים ביחס לצומת מסוים על עץ פילוגנטי או קלגוגרמה:
מצבי אופי של אורגניזמים
מצבי תו הן תכונות הנגזרות בתהליך של בחירה טבעית, הסתגלות ושונות תורשתית המובילות למגוון ביולוגי בחיים. ככאלה, רק סינפומורפיות הם רלוונטיים כשמערכים יחסים אבולוציוניים. סינפורומורפיות מרובות באורגניזמים עם אב משותף הם מונופילטית:
שיטות קלדיסטיקה
מדענים בשם קלדיסטים מסדרים מסים בעץ פילוגנטי שעשוי לחשוף קשרים אבולוציוניים חדשים. הקבוצות נעשות על בסיס מאפיינים פיזיקליים, מולקולריים, גנטיים והתנהגותיים.
דיאגרמה המכונה קלדוגרמה מציגה קשרים, בכל פעם שמינים מסתעפים מאב קדמון משותף בנקודות שונות בהיסטוריה האבולוציונית.
Cladograms הם דיאגרמות מסתעפות של נתונים קלדיסטיים המסדרים מאפיינים מסוימים באמצעות מערכי נתונים פיסיים השוואתיים או נתונים מולקולריים, למשל. חוקרים כיום משתמשים לעתים קרובות בתוכנות מחשב כדי לשלב מערכי נתונים ליצירת קלדוגרמות מדויקות יותר המראות קשרים מגובשים ומקיפים בין אורגניזמים.
המתודולוגיה הבסיסית אינה קשה, אך כל צעד צריך להיעשות בקפידה:
סיווג אבולוציוני מסורתי
מקורותיה של שיטות אבולוציוניות מסורתיות מהסיווג עוד מימי קדם. ההנחה כי כל האורגניזמים החיים הם צמחים או בעלי חיים. שיטות קלאסיות לא הבדילו בין תכונות שנצפו בירושה מאב קדמון רחוק או מתכונה חדשה יותר.
המטרה הייתה לתכנן מפה של האופן בו החיים על פני כדור הארץ התפתחו מהים.
מאפיינים המשמשים לסיווג נקבעים על ידי מומחים הבוחנים הבדלים ברורים כמו פרווה, קשקשים או נוצות. הגישה עבדה טוב יותר לסיווג בעלי חוליות מאשר חסרי חוליות. סיווג אבולוציוני מציב אורגניזמים בקבוצות בגודל קטן יותר תחת שלושה תחומים המחולקים עוד יותר לממלכה, פילום / חלוקה, מעמד, סדר, משפחה, מין ומינים.
שיטות קלדיסטיות אינן קשורות למערכת הסיווג לינאנית והן נבדקות עמוק יותר לקישוריות.
שיטתיות מסורתיות מסדרות אורגניזמים על עץ אבולוציוני בהתאם למתי ואיך המין השתנה כהסתגלות לאורח חיים או בית גידול חדש, למשל. העץ מראה כיוון האבולוציה בזמן. הערכות סובייקטיביות של תכונות ומאפיינים בשיטות מסורתיות עשויות להטות תוצאות ולהקשות על המחקר או בלתי אפשרי לשכפל אותו.
סיווג קלאדיסטי מודרני
כיום עדיפות שיטות סיווג קלדיסטיות ופילוגנטיות על פני שיטות מסורתיות לסיווג במדעי הטבע. הגישה החדשה יותר היא מדעית יותר, מבוססת ראיות ובלתי ניתנת לסתירה. לדוגמה, נעשה שימוש ברצפי DNA ו- RNA לחקר אורגניזמים ברמה המולקולרית לצורך מיקום ניואנס על קלוגרמה.
אורגניזמים מסודרים לפי שלהם מאפיינים נגזרים משותפים.
כיוונים עתידיים בקלדיסטיקה
הקלדיסטיקה בתחום הביולוגיה מאפשרת למדענים לזהות דפוסים, ליצור השערה, לבחון השערות ולבצע תחזיות.
"קלדיסטיקה, אם כן, עוסק בגילוי", כפי שתואר על ידי קלדיסטים בני זמננו, דיוויד מ 'וויליאמס ומלטה C. איבך, בשנת 2018. וויליאמס ואבך רואים את הקלדיסטיקה כתהליך של סיווג טבעי שאינו דורש התבססות בתיאוריה האבולוציונית.
הטכנולוגיה מוסיפה דרגות דיוק ותחכום לשיטות הקלאדיסטיקה. בפרט, רצף DNA של גנים מעיד על מידת הקשר ואבני אבות משותפים בדרגה גבוהה של ביטחון. הבדלים ב- DNA יכולים לספק תובנה לגבי כמה זמן לפני המינים חלקו אב קדמון משותף.
ממצאים חדשים יכולים לאשש או לתקן הנחות קודמות לגבי התפתחות אורגניזמים ולעזור לסווג מינים חדשים ככל שהם מתגלים.