Was ist Phylogenie?

Phylogenie ist das Studium der Beziehungen zwischen verschiedenen Gruppen von Organismen und ihrer evolutionären Entwicklung. Die Phylogenie versucht, die Evolutionsgeschichte allen Lebens auf dem Planeten zu verfolgen. Es basiert auf der phylogenetischen Hypothese, dass alle lebenden Organismen eine gemeinsame Abstammung haben. Die Beziehungen zwischen Organismen sind in einem sogenannten phylogenetischen Baum dargestellt. Beziehungen werden durch gemeinsame Merkmale bestimmt, wie durch den Vergleich genetischer und anatomischer Ähnlichkeiten angezeigt.

Im molekulare Phylogenie, Die Analyse der DNA- und Proteinstruktur wird verwendet, um genetische Beziehungen zwischen verschiedenen Organismen zu bestimmen. Beispielsweise wird die Analyse von Cytochrom C, einem Protein in Zellmitochondrien, das im Elektronentransportsystem und in der Energieerzeugung fungiert, verwendet, um die Verwandtschaftsgrade zwischen Organismen auf der Grundlage von Ähnlichkeiten der Aminosäuresequenzen in Cytochrom C zu bestimmen Strukturen wie DNA und Proteine werden dann verwendet, um einen phylogenetischen Baum zu entwickeln, der auf vererbten gemeinsamen Merkmalen basiert.

Wichtige Erkenntnisse: Was ist Phylogenie??

Phylogenie ist die Untersuchung der evolutionären Entwicklung von Organismengruppen. Die Hypothesen zu den Beziehungen basieren auf der Vorstellung, dass alles Leben von einem gemeinsamen Vorfahren abstammt.
Die Beziehungen zwischen Organismen werden durch gemeinsame Merkmale bestimmt, wie durch genetische und anatomische Vergleiche gezeigt.
Eine Phylogenie wird in einem Diagramm dargestellt, das als a bekannt ist Stammbaum. Die Zweige des Baumes repräsentieren die Abstammungslinien der Vorfahren und / oder Nachkommen.
Die Verwandtschaft zwischen Taxa in einem phylogenen Baum wird durch die Abstammung von einem kürzlich gemeinsamen Vorfahren bestimmt.
Phylogenie und Taxonomie sind zwei Systeme zur Klassifizierung von Organismen in der systematischen Biologie. Während das Ziel der Phylogenie darin besteht, den Evolutionsbaum des Lebens zu rekonstruieren, verwendet die Taxonomie ein hierarchisches Format, um Organismen zu klassifizieren, zu benennen und zu identifizieren.

Stammbaum

EIN Stammbaum, oder Cladogramm, ist ein schematisches Diagramm, das als visuelle Illustration der vorgeschlagenen evolutionären Beziehungen zwischen Taxa verwendet wird. Phylogenetische Bäume werden basierend auf Annahmen der Kladistik oder der phylogenetischen Systematik grafisch dargestellt. Cladistics ist ein Klassifizierungssystem, das Organismen anhand gemeinsamer Merkmale einordnet Synapomorphien, wie durch genetische, anatomische und molekulare Analyse bestimmt. Die Hauptannahmen der Kladistik sind:

Alle Organismen stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab.
Neue Organismen entstehen, wenn sich bestehende Populationen in zwei Gruppen aufteilen.
Im Laufe der Zeit erfahren die Linien Veränderungen in den Eigenschaften.

Dieser phylogene Baum zeigt eine Phylogenese, die auf Unterschieden in der Proteinsequenz von Cytochrom C in Organismen von Neurospora-Schimmel bis hin zu Menschen beruht. Encyclopaedia Britannica / UIG / Getty Image

Die phylogenetische Baumstruktur wird durch gemeinsame Merkmale verschiedener Organismen bestimmt. Seine baumartige Verzweigung stellt abweichende Taxa von einem gemeinsamen Vorfahren dar. Zu den Begriffen, die bei der Interpretation eines phylogenetischen Baumdiagramms wichtig sind, gehören:

Knoten: Dies sind Punkte auf einem phylogenetischen Baum, an denen Verzweigungen auftreten. Ein Knoten repräsentiert das Ende des uralten Taxons und den Punkt, an dem sich eine neue Art von ihrem Vorgänger trennt.
Geäst: Dies sind die Linien auf einem phylogenetischen Baum, die Vorfahren und / oder Nachkommen darstellen. Aus Knoten hervorgegangene Zweige stellen nachkommende Arten dar, die sich von einem gemeinsamen Vorfahren trennen.
Monophyletische Gruppe (Clade): Diese Gruppe ist ein einzelner Zweig eines Stammbaums, der eine Gruppe von Organismen darstellt, die von einem letzten gemeinsamen Vorfahren abstammen.
Taxon (pl.Taxa): Taxa sind bestimmte Gruppen oder Kategorien lebender Organismen. Die Astspitzen eines phylogenetischen Baumes enden in einem Taxon.

Taxa, die einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren haben, sind enger verwandt als Taxa mit einem jüngeren gemeinsamen Vorfahren. In der obigen Abbildung sind Pferde beispielsweise eher mit Eseln als mit Schweinen verwandt. Dies liegt daran, dass Pferde und Esel einen neueren gemeinsamen Vorfahren haben. Darüber hinaus kann festgestellt werden, dass Pferde und Esel eng miteinander verwandt sind, da sie zu einer monophyletischen Gruppe gehören, die keine Schweine umfasst.

Vermeidung von Fehlinterpretationen der Taxa-Verwandtschaft

Dieser phylogene Baum zeigt eine Phylogenie basierend auf Unterschieden in der Proteinsequenz von Cytochrom c in Organismen. Encyclopaedia Britannica / UIG / Getty Image

Die Verwandtschaft in einem phylogenetischen Baum wird durch die Abstammung von einem jüngeren gemeinsamen Vorfahren bestimmt. Bei der Interpretation eines phylogenetischen Baumes besteht die Tendenz, anzunehmen, dass der Abstand zwischen Taxa zur Bestimmung der Verwandtschaft verwendet werden kann. Die Nähe der Verzweigungsspitzen ist jedoch willkürlich und kann nicht zur Bestimmung der Verwandtschaft verwendet werden. In der obigen Abbildung sind die Verzweigungsspitzen, einschließlich Pinguine und Schildkröten, beispielsweise eng beieinander positioniert. Dies kann fälschlicherweise als enge Beziehung zwischen den beiden Taxa interpretiert werden. Wenn man sich die letzten gemeinsamen Vorfahren ansieht, kann man korrekt feststellen, dass die beiden Taxa weit voneinander entfernt verwandt sind.

Eine andere Möglichkeit, phylogenetische Bäume falsch zu interpretieren, besteht darin, die Anzahl der Knoten zwischen Taxa zu zählen, um die Verwandtschaft zu bestimmen. In dem obigen Stammbaum sind Schweine und Kaninchen durch drei Knoten getrennt, während Hunde und Kaninchen durch zwei Knoten getrennt sind. Es könnte falsch interpretiert werden, dass Hunde mit Kaninchen enger verwandt sind, da die beiden Taxa durch weniger Knoten getrennt sind. Unter Berücksichtigung der jüngsten gemeinsamen Abstammung kann richtig festgestellt werden, dass Hunde und Schweine gleichermaßen mit Kaninchen verwandt sind.

Phylogenie vs. Taxonomie

Dieses Bild zeigt die hierarchische taxonimische Kategorisierung eines Hundes. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY 4.0

Phylogenie und Taxonomie sind zwei Systeme zur Klassifizierung von Organismen. Sie repräsentieren die beiden Hauptgebiete der systematischen Biologie. Beide Systeme stützen sich auf Merkmale oder Eigenschaften, um Organismen in verschiedene Gruppen einzuteilen. In der Phylogenetik besteht das Ziel darin, die Evolutionsgeschichte von Arten zu verfolgen, indem versucht wird, die Phylogenie des Lebens oder den Evolutionsbaum des Lebens zu rekonstruieren. Taxonomie ist ein hierarchisches System zum Benennen, Klassifizieren und Identifizieren von Organismen. Phylogene Merkmale werden zur Bildung taxanomischer Gruppierungen verwendet. Die taxonomische Organisation des Lebens klassifiziert Organismen in drei Domänen:

Archaea: Diese Domäne umfasst prokaryotische Organismen (solche, denen ein Kern fehlt), die sich in der Membranzusammensetzung und der RNA von Bakterien unterscheiden.
Bakterien: Diese Domäne umfasst prokaryotische Organismen mit einzigartigen Zellwandzusammensetzungen und RNA-Typen.
Eukarya: Diese Domäne umfasst Eukaryoten oder Organismen mit einem wahren Kern. Zu den eukaryotischen Organismen gehören Pflanzen, Tiere, Protisten und Pilze.

Organismen in der Domäne Eukarya werden weiter in kleinere Gruppen eingeteilt: Königreich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Spezies. Diese Gruppierungen sind auch in Zwischenkategorien wie Subphyla, Unterordnungen, Überfamilien und Oberklassen unterteilt.

Taxonomie ist nicht nur zur Kategorisierung von Organismen nützlich, sondern legt auch ein spezifisches Benennungssystem für Organismen fest. Bekannt als binomischen Nomenklatur, Dieses System liefert einen eindeutigen Namen für einen Organismus, der aus einem Gattungsnamen und einem Artennamen besteht. Dieses universelle Benennungssystem ist weltweit anerkannt und vermeidet Verwechslungen bei der Benennung von Organismen.

Quellen

Dees, Jonathan et al. "Schülerinterpretationen phylogenetischer Bäume in einem Biologie-Einführungskurs" CBE Life Sciences Ausbildung vol. 13, 4 (2014): 666–76.
"Reise in die phylogenetische Systematik." UCMP, www.ucmp.berkeley.edu/clad/clad4.html.

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