13.3: Филогенетические древа

Филогенетические деревья бывают разных форм. Имеет значение, в какой последовательности организмы расположены от низа до вершины дерева, но ветви могут вращаться в своих узлах, не изменяя информацию. Линии, соединяющие отдельные узлы, могут быть прямыми, наклонными или даже изогнутыми.

Длина ветвей может отображать время или относительную величину изменений среди организмов. Например, длина ветви может указывать на количество аминокислотных изменений в последовательности, лежащей в основе филогенетического дерева. Точное значение должно быть ясно показано в легенде, сопровождающей филогенетическое древо. Если такой легенды нет, длина ветки произвольна, и читатель не должен делать никаких выводов.

У деревьев может быть корень, а может и нет. Дерево не имеет корней, если неизвестен самый последний общий предок всех интересующих организмов. В этом случае изображение филогенетических отношений напоминает снежинку, а не дерево. Ученый может укоренить дерево, включив в анализ внешнюю группу. Внешняя группа - это организм, который не имеет близкого родства ни с одним из организмов, которые ученый хочет разместить на дереве.

Филогенетические деревья отражают эволюционный характер связи между организмами. Отношения принимают форму дерева с окончаниями, ветвями, узлами и корнем. В частности, окончания дерева представляют сохранившиеся, или живущие организмы, таксоны, а ветви обозначают эволюционные изменения между предками и потомками, такие как изменение в последовательности ДНК или эволюцию признака, как перья.

Группы, которые делят непосредственного общего предка, сестринские таксоны, являются ближайшими родственниками и совместно используют узлы, точки где встречаются ветви, как ящерицы и птицы, или грызуны и люди. Базальный узел соответствует самому последнему общему предку всех организмов в дереве. Филогенетические деревья группируют организмы, которые являются потомками общего предка.

Если группа содержит самого последнего общего предка и всех его потомков, это называется кладой, или монофилетической группой. Например, все живущие позвоночные с перьями считаются птицами. В состав парафилетической группы входят виды с общим предком и некоторыми его потомками.

Например, все чешуйчатые животные с четырьмя ногами рептилии, за исключением млекопитающих и птиц. Исторически биологи также классифицировали некоторые организмы, как полифелитические. Это устаревшее обозначение группировало организмы, у которых нет общего непосредственного предка.

Например, Insectivora беззубые, насекомоядные млекопитающие. Эволюционные связи между организмами можно определить, сравнивая морфологии или генетические особенности. Для создания точных филогенетических деревьев, учёные обратились к методам, таким как максимальная парсимония и максимальная вероятность.

Используя максимальное значение парсимонии, предполагается наименьшее количество изменений между организмами. Рассмотрим расположение лося, лосося и кита на филогенетическом дереве. И лосось, и киты морские животные.

Это было бы самым простым объяснением то, что лосось и кит являются монофилетической группой. Более пристальный взгляд на их анатомию, однако, позволяют увидеть, что кит и лось более тесно связаны друг с другом. Совместное размещение лося и китов предполагает меньше эволюционных изменений, менее сложный сценарий, что является целью анализа максимальной парсимонии.

Альтернативный подход, максимальная вероятность, учитывает, что не все изменения одинаково вероятны. Таким образом, можно построить филогенетическое дерево на основе наиболее вероятного сценария, который ведёт к наблюдаемым организмам. Например, учёные, которые строят Филогенетическое дерево из последовательностей ДНК, могут принять во внимание, что аденин легче заменить на гуанин, чем тиамин.

Сложные компьютерные алгоритмы помогают в построении большинства парсимонных и вероятностных филогенетических деревьев.