معلومة

3.16: أشجار النشوء والتطور - علم الأحياء

3.16: أشجار النشوء والتطور - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من الناحية العلمية ، يُطلق على التاريخ التطوري والعلاقة بين كائن أو مجموعة من الكائنات الحية اسم نسالة. علم تطور السلالات يصف علاقات كائن حي بالآخرين - مثل الكائنات الحية التي يعتقد أنه تطورت منها ، والأنواع الأكثر ارتباطًا بها ، وما إلى ذلك. توفر العلاقات التطورية معلومات عن الأصل المشترك ولكن ليس بالضرورة عن كيفية تشابه الكائنات الحية أو اختلافها.

يستخدم العلماء أداة تسمى شجرة النشوء والتطور لإظهار المسارات التطورية والصلات بين الكائنات الحية. أ شجرة النشوء والتطور هو رسم تخطيطي يستخدم ليعكس العلاقات التطورية بين الكائنات الحية أو مجموعات الكائنات الحية. يعتبر العلماء أن أشجار النشوء والتطور هي فرضية للماضي التطوري حيث لا يمكن للمرء أن يعود لتأكيد العلاقات المقترحة. بعبارة أخرى ، يمكن بناء "شجرة الحياة" لتوضيح متى تطورت الكائنات الحية المختلفة ولإظهار العلاقات بين الكائنات الحية المختلفة (الشكل 1).

يمكن قراءة شجرة النشوء والتطور كخريطة للتاريخ التطوري. العديد من أشجار النشوء والتطور لها سلالة واحدة في القاعدة تمثل سلفًا مشتركًا. يطلق العلماء على هذه الأشجار جذورًا ، مما يعني أن هناك سلالة واحدة من الأسلاف (تُسحب عادةً من الأسفل أو اليسار) ترتبط بها جميع الكائنات الحية الممثلة في الرسم التخطيطي. لاحظ في شجرة النشوء والتطور الجذور أن المجالات الثلاثة - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى - تتباعد من نقطة واحدة وتتفرع. يوضح الفرع الصغير الذي تشغله النباتات والحيوانات (بما في ذلك البشر) في هذا الرسم التخطيطي مدى حداثة هذه المجموعات الصغيرة والصغيرة مقارنة بالكائنات الأخرى. لا تُظهر الأشجار التي لم يتم استئصالها سلفًا مشتركًا ولكنها تظهر العلاقات بين الأنواع.

كارل ووز وشجرة النشوء والتطور

في الماضي ، صنف علماء الأحياء الكائنات الحية في خمس ممالك: الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات والبكتيريا. اعتمد المخطط التنظيمي بشكل أساسي على السمات الفيزيائية ، على عكس علم وظائف الأعضاء أو الكيمياء الحيوية أو البيولوجيا الجزيئية ، وكلها مستخدمة بواسطة علم اللاهوت النظامي الحديث. أظهر العمل الرائد لعالم الأحياء الدقيقة الأمريكي كارل ووز في أوائل السبعينيات ، مع ذلك ، أن الحياة على الأرض قد تطورت على طول ثلاث سلالات ، تسمى الآن المجالات - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقية النوى. أول مجموعتين من الميكروبات بدائية النواة تفتقر إلى نوى وعضيات محاطة بالغشاء. يحتوي المجال الثالث على حقيقيات النوى ويتضمن الكائنات الحية الدقيقة أحادية الخلية مع الممالك الأربع الأصلية (باستثناء البكتيريا). عرّف Woese Archaea كمجال جديد ، وقد أدى ذلك إلى ظهور شجرة تصنيفية جديدة (الشكل 1 أ). تعيش العديد من الكائنات الحية التي تنتمي إلى مجال الأركيا في ظروف قاسية وتسمى الكائنات الحية المتطرفة. لبناء شجرته ، استخدم ووز العلاقات الجينية بدلاً من أوجه التشابه القائمة على التشكل (الشكل).

تم إنشاء شجرة ووز من التسلسل المقارن للجينات الموزعة عالميًا ، والموجودة في كل كائن حي ، والمحافظة عليها (بمعنى أن هذه الجينات ظلت بشكل أساسي دون تغيير خلال التطور). كان نهج Woese ثوريًا لأن مقارنات السمات الفيزيائية غير كافية للتمييز بين بدائيات النوى التي تبدو متشابهة إلى حد ما على الرغم من تنوعها الكيميائي الحيوي الهائل والتنوع الجيني (الشكل 2). زودت مقارنة تسلسلات الحمض النووي الريبي المتماثل والحمض النووي الريبي Woese بجهاز حساس كشف التباين الواسع في بدائيات النوى ، والذي برر فصل بدائيات النوى إلى مجالين: البكتيريا والعتائق.


3.16: أشجار النشوء والتطور - علم الأحياء

من الناحية العلمية ، يُطلق على التاريخ التطوري والعلاقة بين كائن أو مجموعة من الكائنات الحية اسم نسالة. علم تطور السلالات يصف علاقات كائن حي بالآخرين - مثل الكائنات الحية التي يعتقد أنه تطورت منها ، والأنواع الأكثر ارتباطًا بها ، وما إلى ذلك. توفر العلاقات التطورية معلومات عن الأصل المشترك ولكن ليس بالضرورة عن كيفية تشابه الكائنات الحية أو اختلافها.


حدود الأشجار النشوء والتطور

الشكل 3. شجرة الفقاريات هذه التي تشبه السلم متجذرة من كائن حي يفتقر إلى العمود الفقري. في كل نقطة فرع ، يتم وضع الكائنات الحية ذات السمات المختلفة في مجموعات مختلفة بناءً على الخصائص التي تشترك فيها.

قد يكون من السهل افتراض أن الكائنات الحية الأكثر ارتباطًا تبدو أكثر تشابهًا ، وعلى الرغم من أن هذا هو الحال غالبًا ، إلا أنه ليس صحيحًا دائمًا. إذا تطورت سلالتان متصلتان ارتباطًا وثيقًا في ظل بيئة متنوعة بشكل كبير أو بعد تطور تكيف جديد رئيسي ، فمن الممكن أن تظهر المجموعتان أكثر اختلافًا عن المجموعات الأخرى غير المرتبطة ارتباطًا وثيقًا. على سبيل المثال ، توضح شجرة النشوء والتطور في الشكل 3 أن كلا من السحالي والأرانب بها بيض يحيط بالجنين ، في حين أن الضفادع لم تظهر بعد السحالي والضفادع أكثر تشابهًا من السحالي والأرانب.

جانب آخر لأشجار النشوء والتطور هو أنه ، ما لم يُذكر خلاف ذلك ، فإن الفروع لا تمثل طول الوقت ، بل الترتيب التطوري فقط. بعبارة أخرى ، لا يعني طول الفرع عادةً مرور المزيد من الوقت ، كما لا يعني مرور الوقت القصير وقتًا أقل - ما لم يتم تحديده في الرسم التخطيطي. على سبيل المثال ، في الشكل 3 ، لا تشير الشجرة إلى مقدار الوقت المنقضي بين تطور البيض الذي يحيط بالجنين والشعر. ما تظهره الشجرة هو الترتيب الذي حدثت به الأشياء. مرة أخرى باستخدام الشكل 3 ، توضح الشجرة أن أقدم سمة هي العمود الفقري ، متبوعًا بالفكين المفصليين ، وهكذا دواليك. تذكر أن أي شجرة نسالة هي جزء من الكل الأكبر ، ومثل الشجرة الحقيقية ، لا تنمو في اتجاه واحد فقط بعد أن يتطور فرع جديد. لذلك ، بالنسبة للكائنات الحية في الشكل 3 ، لمجرد أن العمود الفقري قد تطور لا يعني أن تطور اللافقاريات قد توقف ، فهذا يعني فقط أن فرعًا جديدًا قد تشكل. أيضًا ، قد تظهر المجموعات التي لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا ، ولكنها تتطور في ظل ظروف مماثلة ، أكثر تشابهًا من الناحية الظاهرية مع بعضها البعض مقارنة بأحد الأقارب القريبين.


مسافات شجرة النشوء والتطور

الملخص

أشجار النشوء والتطور هي كائنات رياضية تلخص أحدث علاقات السلف المشتركة بين مجموعة معينة من الكائنات الحية. غالبًا ما تكون هناك حاجة لتحديد درجة التشابه أو الاختلاف بين شجرتين مقترحتين. على سبيل المثال ، قد يكون الشخص مهتمًا بمعرفة ما إذا كانت أشجار النشوء والتطور التي أعيد بناؤها من محاذاة تسلسلين متميزين مختلفة حقًا ، أو إذا كانت الاختلافات طفيفة جدًا بحيث لا تُعزى إلا إلى التباين الإحصائي. في هذه المقالة نلخص العديد من الطرق الأكثر شهرة لتحديد المسافات بين أشجار النشوء والتطور ، ونقدم أمثلة على الحسابات عندما يكون ذلك ممكنًا.


3.16: أشجار النشوء والتطور - علم الأحياء

يمكن قراءة شجرة النشوء والتطور كخريطة للتاريخ التطوري. العديد من أشجار النشوء والتطور لها سلالة واحدة في القاعدة تمثل سلفًا مشتركًا. يطلق العلماء على هذه الأشجار جذورها ، مما يعني أن هناك سلالة واحدة من الأسلاف (تُسحب عادةً من الأسفل أو اليسار) ترتبط بها جميع الكائنات الحية الممثلة في الرسم التخطيطي. لاحظ في شجرة النشوء والتطور الجذور أن المجالات الثلاثة - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى - تتباعد من نقطة واحدة وتتفرع. يوضح الفرع الصغير الذي تشغله النباتات والحيوانات (بما في ذلك البشر) في هذا الرسم البياني مدى حداثة هذه المجموعات وضئيلها مقارنة بالكائنات الحية الأخرى. لا تظهر الأشجار غير المقطوعة & # 8217t سلفًا مشتركًا ولكنها تظهر العلاقات بين الأنواع.

الشكل 1. تُظهِر كلتا الشجرتين النشائيتين العلاقة بين مجالات الحياة الثلاثة - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى - لكن (أ) الشجرة المتجذرة تحاول تحديد متى تباعدت الأنواع المختلفة عن سلف مشترك بينما (ب) شجرة غير متجذرة لا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل إيريك جابا)

في الشجرة المتجذرة ، يشير التفرع إلى العلاقات التطورية (الشكل 2). النقطة التي يحدث فيها الانقسام ، تسمى أ نقطة تفرع، يمثل المكان الذي تطور فيه سلالة واحدة إلى سلالة جديدة مميزة. يُطلق على السلالة التي نشأت مبكرًا من الجذر وتبقى غير متفرعة الأصناف القاعدية. عندما ينبع سلالتان من نفس نقطة التفرع ، يتم استدعاؤهما الأصناف الشقيقة. يسمى الفرع الذي يحتوي على أكثر من سلالتين أ الشد ويعمل على توضيح الأماكن التي لم يحدد العلماء فيها جميع العلاقات بشكل نهائي. من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من أن الأصناف الشقيقة و polytomy يشتركان في سلف ، فإن هذا لا يعني أن مجموعات الكائنات الحية تنفصل أو تطورت عن بعضها البعض. قد تكون الكائنات الحية في تصنيفين قد انقسمت عند نقطة فرع معينة ، ولكن لم ينتج عن أي نوع آخر.

الشكل 2. جذر شجرة النشوء والتطور يشير إلى أن سلالة الأسلاف أدت إلى ظهور جميع الكائنات الحية على الشجرة. تشير نقطة الفرع إلى مكان تباعد سلالتين. السلالة التي تطورت في وقت مبكر ولا تزال غير متفرعة هي تصنيف أساسي. عندما ينبع سلالتان من نفس نقطة الفرع ، فإنهما يعتبران أصنافًا شقيقة. الفرع الذي يحتوي على أكثر من سلالتين هو تعدد الأنساب.

يمكن أن تكون الرسوم البيانية أعلاه بمثابة طريق لفهم التاريخ التطوري. يمكن تتبع المسار من أصل الحياة إلى أي نوع فردي من خلال التنقل عبر الفروع التطورية بين النقطتين. أيضًا ، من خلال البدء بنوع واحد والتتبع مرة أخرى نحو & # 8220 trunk & # 8221 من الشجرة ، يمكن للمرء أن يكتشف أن الأنواع & # 8217 أسلاف ، وكذلك حيث تشترك الأنساب في سلف مشترك. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الشجرة لدراسة مجموعات كاملة من الكائنات الحية.

هناك نقطة أخرى يجب ذكرها في بنية شجرة النشوء والتطور وهي أن الدوران في نقاط الفروع لا يغير المعلومات. على سبيل المثال ، إذا تم تدوير نقطة فرع وتغيير ترتيب التصنيف ، فإن هذا لن يغير المعلومات لأن تطور كل تصنيف من نقطة الفرع كان مستقلاً عن الآخر.

تساهم العديد من التخصصات في دراسة علم الأحياء في فهم كيفية تطور الحياة في الماضي والحاضر بمرور الوقت تساهم هذه التخصصات معًا في بناء وتحديث وصيانة & # 8220 شجرة الحياة. & # 8221 يتم استخدام المعلومات لتنظيم وتصنيف الكائنات الحية على أساس التطور العلاقات في مجال علمي يسمى علم اللاهوت النظامي. يمكن جمع البيانات من الحفريات ، من دراسة بنية أجزاء الجسم أو الجزيئات المستخدمة من قبل الكائن الحي ، ومن خلال تحليل الحمض النووي. من خلال الجمع بين البيانات من العديد من المصادر ، يمكن للعلماء تجميع نسالة الكائن الحي نظرًا لأن أشجار النشوء والتطور هي فرضيات ، وسوف تستمر في التغيير مع اكتشاف أنواع جديدة من الحياة وتعلم معلومات جديدة.

مراجعة الفيديو



المنفعة الوراثية للفواصل المنقولة الداخلية للحمض النووي الريبوزومي النووي في النباتات: مثال من التركيبات

تم تسلسل منطقة الفاصل الداخلي (ITS) المكونة من 18-26S DNA ريبوزومي نووي في 12 ممثلاً عن قبيلة Compositae الفرعية Madiinae ونوعين خارجيين لتقييم فائدتها في إعادة بناء نسالة. سهلت محاذاة التسلسل العالي والحد الأدنى من التباين في الطول بين متواليات ITS 1 و 5.8S و ITS 2 تحديد التماثل الموضعي لمواقع النيوكليوتيدات. في المقارنات الزوجية بين Madiinae DNAs ، تراوح التباعد المتسلسل في المواقع المحاذية بشكل لا لبس فيه من 0.4 إلى 19.2٪ من النيوكليوتيدات في ITS 1 ومن 0 إلى 12.9٪ من النيوكليوتيدات في ITS 2. العلاقات النشوءية بين متواليات ITS لأنواع تحالف الكلمات الفضية في هاواي (Argyroxiphium ، Dubautia) ، و Wilkesia) وأصناف أعشاب القطران في كاليفورنيا في Adenothamnus و Madia و Raillardella و Raillardiopsis متوافقة إلى حد كبير مع سلالة الحمض النووي القائمة على البلاستيدات الخضراء لهذه المجموعة. تشير جميع الأشجار شديدة البخل من ITS وبيانات الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء إلى (أ) أصل تحالف هاواي الفضي أحادي الخلية من سلف أعشاب القار في كاليفورنيا ، (ب) علاقة أوثق بين أنواع هاواي إلى Madia و Raillardiopsis من Adenothamnus أو Raillardella ، (ج) paraphyly من Raillardiopsis ، وهو فصل من Raillardella ، و (د) علاقة أوثق بين Raillardiopsis و Madia وتحالف silversword من Raillardella. تشير هذه النتائج إلى أنه يجب استكشاف منطقة أنظمة النقل الذكية في المصانع كمصدر واعد لعلامات التطور النووي.


شجرة العائلة

تنتج عملية التطور نمطًا من العلاقات بين الأنواع. تتباعد مساراتها التطورية مع تطور السلالات وانقسامها وتوارث التعديلات. ينتج عن هذا نمط متفرع من العلاقات التطورية.

من خلال دراسة خصائص الأنواع الموروثة والأدلة التاريخية الأخرى ، يمكننا إعادة بناء العلاقات التطورية وتمثيلها على "شجرة عائلة" ، تسمى نسالة. يمثل علم التطور الذي تراه أدناه العلاقات الأساسية التي تربط كل أشكال الحياة على الأرض معًا.


معالم على شجرة الحياة

الآن بعد أن عرفنا كيفية قراءة الشجرة والنظر في المقاييس الزمنية الجيولوجية ، دعنا نتحدث عن موضوعات القراءات القادمة: حقيقيات النوى ، والنباتات الخضراء ، والفطريات ، والحيوانات ، وهي بعض المعالم البارزة لتطور أشكال الحياة الرئيسية ، شجرة الحياة.

شجرة الحياة الوراثية التي بنيت باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبي الريبوزومي ، بعد كارل ووز. رصيد الصورة: معدل من Eric Gaba ، ويكيميديا ​​كومنز.

لاحظ أن الشجرة مقسمة إلى ثلاث مجموعات: البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى (حقيقيات النوى). حقيقيات النوى عبارة عن كليد يحتوي على نباتات خضراء وفطريات وحيوانات ، وهي ثلاث مجموعات تصنيفية ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض أكثر من كل الأصناف الأخرى الموضحة على هذه الشجرة. بينما نمضي قدمًا من خلال وحدة التنوع البيولوجي ، استخدم هذه الصورة لاتساع الأصناف على الشجرة لوضع الجزء الصغير من الحياة الذي سنتعلمه في المنظور الصحيح.

يلخص الفيديو أدناه من سلسلة PBS Eons أحداث النطاق الزمني الجيولوجي الرئيسية ويؤكد على تطور معالم الحياة التي ستجعلنا نبدأ في النظر في التنوع البيولوجي.


شاهد الفيديو: شجرة السبحبح وتسمى الزنزلخت (شهر نوفمبر 2022).