Древо жизни (биология)

редактировать
Метафора взаимоотношений между видами организмов 2016 (метагеномное ) представление о дерево жизни с использованием рибосомных белков последовательностей

древо жизни или универсальное древо жизни - это метафора, модель и инструмент исследования, используемый для изучения эволюции жизни и описания взаимоотношений между организмами, как живыми, так и вымершими, как описано в знаменитом отрывке из книги Чарльза Дарвина О происхождении видов ( 1859).

Сходство всех существ одного класса иногда изображалось большим деревом. Я считаю, что это сравнение в значительной степени говорит правду.

— Чарльз Дарвин

Древовидные диаграммы возникли в средневековье для представления генеалогических отношений. Филогенетические древовидные диаграммы в эволюционном смысле восходят к середине XIX века.

Термин филогения для эволюционных взаимоотношений видов во времени был введен Эрнстом Геккелем, который пошел дальше Дарвина, предложив филогенетические истории жизни. В современном использовании термин «древо жизни» относится к составлению всеобъемлющих филогенетических баз данных, основанных на последнем универсальном общем предке жизни на Земле. Открытое Древо Жизни, впервые опубликованное в сентябре 2015 года, представляет собой проект по компиляции такой базы данных для свободного публичного доступа.

Содержание

  • 1 Ранние деревья в естественной классификации
  • 2 Теория
    • 2.1 Дарвин
    • 2.2 Геккель
  • 3 Современное использование
  • 4 Горизонтальный перенос генов
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

Ранние деревья в естественной классификации

Раскладывающаяся палеонтологическая карта Эдварда Хичкока в «Элементарной геологии» (1840)

Хотя древовидные диаграммы имеют долгое время использовалась для систематизации знаний, и хотя диаграммы ветвления, известные как клавы («ключи»), были повсеместны в естественной истории восемнадцатого века, похоже, что самой ранней древовидной диаграммой естественного порядка была «Arbre botanique» (Ботаническое дерево) французского школьного учителя и католического священника Огюстен Ожье, впервые опубликовано в 1801 году. Тем не менее, хотя Ожье обсуждал свое дерево в отчетливо генеалогических терминах, и хотя его дизайн явно имитировал визуальные условности современной семьи дерево, его дерево не включало в себя никаких эволюционных или временных аспектов. В соответствии с призванием жреца Ожье, ботаническое дерево скорее показывало совершенный порядок природы, установленный Богом в момент Творения.

В 1809 году более известный соотечественник Ожье Жан-Батист Ламарк ( 1744–1829), который был знаком с «Ботаническим деревом» Ожье, включил диаграмму ветвления видов животных в свою Philosophie zoologique. Однако, в отличие от Ожье, Ламарк не обсуждал свою диаграмму в терминах генеалогии или дерева, а вместо этого назвал ее таблицей («таблицей»). Ламарк верил в трансмутацию форм жизни, но не верил в общее происхождение; вместо этого он считал, что жизнь развивалась параллельными линиями, от более простых к более сложным.

В 1804 году американский геолог Эдвард Хичкок (1793–1864) опубликовал первую древовидную палеонтологическую карту. в его элементарной геологии. По вертикальной оси отложены палеонтологические периоды. Хичкок сделал отдельное дерево для растений (слева) и животных (справа). Внизу диаграммы растение и дерево животных не связаны. Более того, каждое дерево начинается с нескольких источников. Дерево Хичкока было более реалистичным, чем теоретическое дерево Дарвина 1859 года (см. Ниже), потому что Хичкок использовал настоящие имена в своих деревьях. Также верно, что деревья Хичкока были ветвящимися деревьями. Однако они не были эволюционными деревьями, потому что Хичкок верил, что божество является агентом перемен. Это было важным отличием от Дарвина.

Первое издание Роберта Чемберса 'Остатки естественной истории сотворения, которое было анонимно опубликовано в 1844 году в Англии, содержало древовидный диаграмма в главе «Гипотеза развития растительного и животного царств». На нем показана модель эмбриологического развития, где рыбы (F), рептилии (R) и птицы (B) представляют собой ответвления от пути, ведущего к млекопитающим (M). В тексте эта идея ветвящегося дерева предварительно применяется к истории жизни на Земле: «может быть ветвление», но диаграмма ветвления не отображается снова специально для этой цели. Тем не менее, образ ветвистого дерева мог легко вдохновить других использовать его в явном виде как представление истории жизни на Земле.

В 1858 году, за год до «Происхождения Дарвина», палеонтолог Генрих Георг Бронн (1800–1862) опубликовал гипотетическое дерево, помеченное буквами. Хотя Бронн и не был креационистом, он не предложил механизма изменения.

Теория

Дарвин

Образ дерева жизни, появившийся в Дарвине в О происхождении видов, 1859. Это была единственная иллюстрация в книге.

Чарльз Дарвин (1809–1882) использовал метафору «древа жизни» для концептуализации своей теории эволюции. В статье О происхождении видов (1859) он представил абстрактную схему теоретического древа жизни для видов безымянного большого рода (см. Рисунок). На горизонтальной базовой линии гипотетические виды этого рода обозначены буквами A - L и расположены нерегулярно, чтобы указать, насколько они отличаются друг от друга, и расположены над пунктирными линиями под разными углами, что свидетельствует о том, что они расходились с одним или несколькими общими предками. На вертикальной оси деления, обозначенные I - XIV, представляют тысячу поколений. От A расходящиеся линии показывают ветвистое происхождение, дающее новые разновидности, некоторые из которых вымерли, так что после десяти тысяч поколений потомки A превратились в отдельные новые разновидности или даже подвиды a, f и m. Точно так же потомки I разнообразились, чтобы стать новыми разновидностями w и z. Этот процесс экстраполируется на следующие четыре тысячи поколений, так что потомки A и I становятся четырнадцатью новыми видами, помеченными от a до z. В то время как F существовал четырнадцать тысяч поколений относительно без изменений, виды B, C, D, E, G, H, K и L вымерли. По словам самого Дарвина: «Таким образом, небольшие различия, отличающие разновидности одного и того же вида, будут неуклонно увеличиваться, пока не станут равными более значительным различиям между видами одного и того же рода или даже разных родов». Это ветвящийся паттерн без названий видов, в отличие от более линейного дерева, которое Эрнст Геккель построил много лет спустя (рисунок ниже), которое включает названия видов и показывает более линейное развитие от «низших» к «высшим» видам. В своем резюме к разделу Дарвин изложил свою концепцию в терминах метафоры древа жизни:

Страница из записных книжек Дарвина около июля 1837 года, показывающая его первый набросок эволюционного древа со словами «Я думаю» на наверх

Сходство всех существ одного класса иногда изображалось большим деревом. Я считаю, что это сравнение во многом говорит правду. Зеленые и распускающиеся веточки могут представлять существующие виды; а те, что производятся в течение каждого предыдущего года, могут представлять собой длинную последовательность вымерших видов. В каждый период роста все растущие ветки пытались разветвляться во все стороны, перекрывать и уничтожать окружающие ветки и ветви, точно так же, как виды и группы видов пытались победить другие виды в великой битве за жизнь. Конечности разделились на большие ветви, а эти на меньшие и меньшие ветви сами были когда-то, когда дерево было маленьким, распускающимися ветками; и эта связь бывших и настоящих почек разветвленными ветвями вполне может представлять классификацию всех вымерших и ныне живущих видов на группы, подчиненные группам. Из множества веток, которые процветали, когда дерево было простым кустом, только две или три теперь превратились в большие ветви, но выжили и несут все остальные ветви; так что среди видов, которые жили в давние геологические периоды, очень немногие теперь имеют живых и модифицированных потомков. От первого роста дерева многие ветви и ветви сгнили и отпали; и эти потерянные ветви различных размеров могут представлять те целые отряды, семейства и роды, у которых сейчас нет живых представителей и которые известны нам только по тому, что были найдены в ископаемом состоянии. Когда мы то тут, то там видим тонкую ветку, вырастающую из развилки низко на дереве, которая по какой-то случайности была одобрена и все еще жива на ее вершине, поэтому мы иногда видим такое животное, как Ornithorhynchus или лепидосирен, который в некоторой малой степени соединяет своим родством две большие ветви жизни и который, по-видимому, был спасен от роковой конкуренции, поселившись на охраняемой станции. Подобно тому, как почки в процессе роста дают новые почки, и они, если они сильны, разветвляются и покрывают со всех сторон более слабые ветви, так и я верю, что из поколения в поколение это было с великим Древом Жизни, которое наполняется своими мертвыми и сломанными. разветвляет земную кору и покрывает поверхность своими вечно ветвящимися и красивыми разветвлениями.

Darwin, 1859.

Значение и важность использования Дарвином метафоры древа жизни широко обсуждались ученые и ученые. Стивен Джей Гулд, например, утверждал, что Дарвин поместил процитированный выше знаменитый отрывок «в решающее место в своем тексте», где он обозначил завершение его аргумента в пользу естественного отбора, иллюстрируя как взаимосвязь между происхождение организмов, а также их успехи и неудачи в истории жизни. Дэвид Пенни написал, что Дарвин использовал древо жизни не для описания взаимоотношений между группами организмов, а для того, чтобы предположить, что, поскольку с ветвями живого дерева родословные видов конкурировали и вытесняли друг друга. утверждал, что Дарвин сознательно назвал свое дерево в честь библейского Древо жизни, как описано в Бытие, таким образом связав свою теорию с религиозной традицией.

Геккель

Эрнст Геккель (1834–1919) построил несколько деревьев жизни. Его первый набросок (в 1860-х годах) своего знаменитого древа жизни показывает "Pithecanthropus alalus" как предка Homo sapiens. Его Древо жизни 1866 года из Generelle Morphologie der Organismen показывает три царства: Plantae, Protista и Animalia. Его «Родословная человека» 1879 года была опубликована в журнале «Эволюция человека».

Современное употребление

В 1990 году Карл Вёзе, Отто Кандлер и Марк Уилис предложили «древо жизни», состоящее из трех линий происхождения. для которого они ввели термин домен как наивысший ранг классификации. Они также предложили термины бактерии, археи и эукариоты для трех доменов.

Модель дерева по-прежнему считается действительной для эукариотические формы жизни. По данным на 2010 год, исследование самых ранних ветвей дерева эукариот предложило дерево с четырьмя или двумя супергруппами. Похоже, что консенсуса пока нет; в обзорной статье Роджер и Симпсон приходят к выводу, что «при нынешних темпах изменений в нашем понимании древа жизни эукариот мы должны действовать с осторожностью».

В 2015 г. был выпущен первый вариант Было опубликовано Open Tree of Life, в котором информация из почти 500 ранее опубликованных деревьев была объединена в единую онлайн-базу данных, которую можно бесплатно просматривать и загружать.

В 2016 году было создано новое древо жизни, обобщающее была опубликована эволюция всех известных жизненных форм, иллюстрирующая последние генетические открытия, согласно которым ветви в основном состоят из бактерий. Новое исследование включало более тысячи недавно открытых бактерий и архей.

Горизонтальный перенос генов

прокариот (два домена бактерий и археи ) и некоторые животные, такие как бделлоидные коловратки, обладают способностью передавать генетическую информацию между неродственными организмами посредством горизонтального переноса генов. Рекомбинация, потеря генов, дупликация и создание генов - это лишь некоторые из процессов, с помощью которых гены могут переноситься внутри и между бактериальными и архейными видами, вызывая вариации, не связанные с вертикальным переносом. Появляются новые доказательства горизонтального переноса генов внутри прокариот на уровне одиночных и многоклеточных, поэтому древо жизни не объясняет всей сложности ситуации в прокариотах.

Дэвид Хиллис 2008 г. Древо жизни, основанное на полностью секвенированных геномах Спекулятивно укоренившееся дерево для рРНК генов, показывающее три домена жизни Бактерии, Archaea и Eukaryota, а также соединение трех ветвей живых организмов с LUCA (черный ствол внизу дерева), 2009

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 10:42:32
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте