Back to chapter

33.1:

עצים פילוגנטיים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Phylogenetic Trees

Languages

Share

עצים פילוגנטיים מתארים את מערכת היחסים האבולוציונית בין אורגניזמים. מערכות היחסים לובשות צורה של עץ בעל קצוות, ענפים, צמתים ושורש. באופן ספציפי, קצוות העץ מייצגים קבוצות טקסונומיות קיימות, או חיות, והענפים מסמנים שינויים אבולוציוניים בין אבות קדמונים וצאצאים, DNA-כמו שינוי ברצף ה, או ההתפתחות של מאפיין, כמו נוצות.קבוצות שחולקות אב קדמון משותף מיידי, קבוצות אחיות, הן הקרובות ביותר, וחולקות ביניהן צמתים, נקודות בהן נפגשים ענפים, כמו לטאות וציפורים, מכרסמים ובני אדם. צומת הבסיס הוא האב הקדמון המשותף האחרון של כל האורגניזמים בעץ. עצים פילוגנטיים מקבצים אורגניזמים שהם צאצאים של אב קדמון משותף.כשקבוצה מכילה את האב הקדמון המשותף האחרון ואת כל צאצאיו, היא נקראת ענף קלייד, או קבוצה מונופילטית. למשל, כל בעלי החוליות החיים בעלי נוצות נחשבים לציפורים. קבוצה פרפילטית כוללת אב קדמון משותף וחלק מצאצאיו.למשל, כל בעלי החיים שלהם קשקשים וארבע רגליים זוחלים, למעט יונקים וציפורים. מבחינה היסטורית, ביולוגים סיווגו גם אורגניזמים מסוימים כפוליפילטיים. הסיווג הנטוש הזה קיבץ יחד אורגניזמים שלא חולקים אב קדמון משותף מיידי.למשל, אוכלי חרקים הם יונקים חסרי שיניים שניזונים מחרקים. ניתן לקבוע את מערכות היחסים האבולוציוניות בין אורגניזמים על ידי השוואה בין תכונות מורפולוגיות או גנטיות. כדי לבנות עצים פילוגנטיים מדויקים, מדענים אימצו שיטות כמו חסכנות מקסימלית ונראות מקסימלית.בחסכנות מקסימלית, מניחים את ההשתנות הנמוכה ביותר בין אורגניזמים. למשל סידורם של אייל, סלמון ולווייתן על עץ פילוגנטי. גם הסלמון וגם הלווייתן הם בעלי חיים ימיים.נראה שההסבר הפשוט ביותר הוא שסלמון ולווייתנים הם קבוצה מונופילטית. עם זאת, מבט קרוב יותר אל האנטומיה שלהם חושף כי הלווייתן והאייל קרובים זה לזה יותר. הצבת אייל ולווייתן ביחד מניחה השתנות אבולוציונית מועטה, תרחיש פחות מסובך, שהוא מטרת הניתוח בחסכנות מקסימלית.גישה חלופית, נראות מקסימלית, מביאה בחשבון שלא כל השינויים סבירים באותה מידה. כלומר ניתן לבנות עץ פילוגנטי המבוסס על התרחיש הסביר ביותר שמוביל לאורגניזמים הנצפים. לדוגמה, המדענים שבונים DNA את העץ הפילוגנטי מרצפי עשויים להביא בחשבון כי אדנין מוחלף על ידי גואנין בקלות רבה יותר מאשר על ידי תיאמין.אלגוריתמים ממוחשבים מתוחכמים מסייעים בבניית העץ הפילוגנטי בעל החסכנות והנראות המרביות.

33.1:

עצים פילוגנטיים

Phylogenetic trees come in many forms. It matters in which sequence the organisms are arranged from the bottom to the top of the tree, but the branches can rotate at their nodes without altering the information. The lines connecting individual nodes can be straight, angled, or even curved.

The length of the branches can depict time or the relative amount of change among organisms. For instance, the branch length might indicate the number of amino acid changes in the sequence that underlies the phylogenetic tree. The exact meaning must be shown clearly on a legend accompanying the phylogenetic tree. If such a legend is not present, the branch length is arbitrary, and the reader should not infer any information.

Trees may or may not have a root. The tree is unrooted if the most recent common ancestor of all organisms of interest is unknown. In this case, the depiction of the phylogenetic relationships resembles a snowflake, not a tree. The scientist can root the tree by including an outgroup into the analysis. An outgroup is an organism that is not closely related to any of the organisms that the scientist wishes to arrange on the tree.

Suggested Reading

Gregory, T. Ryan. “Understanding Evolutionary Trees.” Evolution: Education and Outreach 1, no. 2 (April 2008): 121. [Source]

Sober, Elliott. “The Contest Between Parsimony and Likelihood.” Systematic Biology 53, no. 4 (August 1, 2004): 644–53. [Source]