درخت فیلوژنتیک نموداری است که روابط تکاملی بین موجودات را نشان می دهد. درختان فیلوژنتیک فرضیه هستند، نه حقایق قطعی. الگوی انشعاب در یک درخت فیلوژنتیک منعکس کننده چگونگی تکامل گونه ها یا گروه های دیگر از یک سری از اجداد مشترک است. در درخت فیلوژنتیک، دو گونه در صورتی که جد مشترکی جدیدتر داشته باشند بیشتر به هم وابسته هستند. اگر جد مشترک کمتری داشته باشند نسبت کمتری دارند. درختان فیلوژنتیک را می توان در سبک های معادل مختلف ترسیم کرد. چرخاندن یک درخت حول نقاط شاخه اش اطلاعات زیستی را تغییر نمی دهد.
در نشریه جهان شیمی فیزیک در مورد ژنوم، DNA، RNA، ژنتیک ملکولی و مهندسی پروتئین مطالب خوبی منتشر شده است. در این مقاله، نگاهی به درخت فیلوژنتیک که نشان دهنده روابط تکاملی بین موجودات است، خواهیم داشت.
فیلوژنتیک چیست
اصطلاح فیلوژنتیک، یا فیلوژنی، از دو کلمه یونانی باستان φῦλον (phûlon)، به معنای نژاد، دودمان و γένεσις (génesis)، به معنای منشا، منبع مشتق شده است.
ارسطو فیلسوف یونانی تمایل به طبقه بندی موجودات زنده متعدد و متنوع زمین داشت. بیشتر سیستم‌های طبقه‌بندی مدرن مبتنی بر روابط تکاملی بین موجودات است. یعنی بر اساس فیلوژنی موجودات. سیستم‌های طبقه‌بندی مبتنی بر فیلوژنی، گونهها یا گروههای دیگر را به گونه‌ای سازماندهی می‌کنند. نشان‌دهنده درک ما از چگونگی تکامل آنها از اجداد مشترکشان باشد.
درخت فیلوژنتیک
درخت فیلوژنتیک یک نمودار انشعاب یا درختی است. روابط تکاملی بین گونه‌های مختلف بیولوژیکی یا موجودات دیگر را بر اساس شباهت‌ها و تفاوت‌های ویژگی‌های فیزیکی یا ژنتیکی آنها نشان می‌دهد. تمام حیات روی زمین بخشی از یک درخت فیلوژنتیکی واحد است. نشان‌دهنده اصل و نسب مشترک است.
درخت فیلوژنتیک، همچنین به عنوان فیلوژنی شناخته می شود. نموداری است که خطوط تبار تکاملی گونه ها، ارگانیسم ها یا ژن های مختلف از یک اجداد مشترک را نشان می دهد. فیلوژنی ها برای سازماندهی دانش تنوع زیستی، برای ساختاربندی طبقه بندی ها، و برای ارائه بینش به رویدادهایی که در طول تکامل رخ داده اند مفید هستند. علاوه بر این، از آنجایی که این درختان از یک اجداد مشترک منشا می‌گیرند. از آنجا که بسیاری از قوی‌ترین شواهد برای تکامل به شکل نسب مشترک است، باید فیلوژنی‌ها را درک کرد تا به طور کامل شواهد گسترده‌ای را که از نظریه تکامل حمایت می‌کنند، بدرستی درک شود.
تاریخچه درختان فیلوژنتیک
نمودار درختی از زمان چارلز داروین در زیست شناسی تکاملی مورد استفاده قرار گرفته است. بنابراین، ممکن است تصور شود که تا کنون، اکثر دانشمندان با تفکر درختی، خواندن و تفسیر فیلوژنی ها بسیار راحت بوده اند. با این حال، به نظر می رسد که مدل درختی تکامل تا حدودی غیرقابل درک است و به راحتی قابل درک نیست.
این ممکن است دلیلی باشد که چرا زیست شناسان تنها در چند دهه اخیر به درک دقیقی از درختان فیلوژنتیک دست یافته اند. این درک به محققان امروزی اجازه می دهد تا از فیلوژنی برای تجسم تکامل، سازماندهی دانش خود در مورد تنوع زیستی و ساختار و هدایت تحقیقات تکاملی در حال انجام استفاده کنند.
فیلوژنی چیست
اصطلاح فیلوژنی از فیلوژنی آلمانی گرفته شده است. توسط هاکل در سال ۱۸۶۶ معرفی شد. رویکرد داروینی به طبقه بندی به عنوان رویکرد فیلتیک شناخته شد.
فیلوژنی بررسی تکاملی گروههای موجودات زنده است. با این فرض که تمام موجودات یک جد اشتراک دارند. روابط بین موجودات با ویژگی مشترکشان تعیین میشود.
روابط فیلوژنی در درخت فیلوژنتیک نشان داده شده است. شاخه‌‌های درخت نشانه نسب اجدادی و فرزندان است. ارتباط بین گونهها در درخت فیلوژنی با منشعب شدن یک جد مشترک تعیین میشود.
فیلوژنی مطالعه روابط بین گروه های مختلف موجودات و رشد تکاملی آنها است. فیلوژنی تلاش می کند تا تاریخ تکاملی همه حیات روی این سیاره را ردیابی کند. در فرضیه فیلوژنتیک همه موجودات زنده یک اصل و نسب مشترک دارند. روابط بین موجودات در چیزی به عنوان درخت فیلوژنتیک نشان داده می شود. روابط با ویژگی های مشترک تعیین می شوند. همانطور که از طریق مقایسه شباهت های ژنتیکی و تشریحی نشان داده می شود.
فیلوژنی و تاکسونومی دو سیستم طبقه‌بندی موجودات در زیست شناسی است. هدف از فیلوژنی بازسازی درخت تکامل است. تاکسونومی از سلسله مراتب برای دسته‌بندی و شناسایی موجودات استفاده خواهد کرد.
فیلوژنی مولکولی
در فیلوژنی مولکولی، تجزیه و تحلیل ساختار DNA و پروتئین برای تعیین روابط ژنتیکی بین موجودات مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل سیتوکروم C، پروتئینی در میتوکندری سلولی که در سیستم انتقال الکترون و تولید انرژی عمل میکند. برای تعیین درجات رابطه بین موجودات بر اساس شباهت‌ها استفاده میشود.
مفاهیم درخت فیلوژنتیک
درخت فیلوژنتیک صفات مشترک موجودات مختلف را تعیین میکند. انشعاب درخت منشعب شدن گونه از جد مشترک خواهد بود. عباراتی که در تفسیر درخت فیلوژنتیک استفاده میشود، عبارتند از:
گرهها: نقاطی از فیلوژنتیک است. انشعاب از آن ایجاد میشود. هر گره نشانه انتهای اجدادی است. نقطه‌ای است که گونه جدید از موجود قبلی تفکیک میشود.
شاخهها: خطوط روی فیلوژنتیک است. نشانه روابط و نسب اجدادی فرزندان است. شاخهها که از گرهها بدست می آیند. فرزند دارد و از جد مشترک بدست می آید.
گروه فراگیر: این گروه شاخه واحد روی درخت فیلوژنتیک است. گروهی از موجودات که از جد مشترک منشعب میشوند.
گروه نافراگیر: گروهی از موجودات که از جد مشترک منشعب میشوند. اما برخی از گونهها تفاوت‌های زیادی با سایر گونهها دارند.
گروه چند نیا: گونه‌هایی هستند که از اجداد متفاوت منشعب میشوند.
تاکسون: گروه‌بندی موجودات زنده است. نوک شاخه درخت فیلوژنتیک به یک تاکسون ختم میشود.
تاکسون‌ها اجداد مشترک نزدیک دارند. روابط نزدیکی در مقایسه با تاکسون‌‌هایی با اجداد مشترک دور با هم دارند.
کدام گونه ها بیشتر به هم وابسته هستند
در درخت فیلوژنتیک، ارتباط دو گونه معنای بسیار خاصی دارد. دو گونه در صورتی که جد مشترکی جدیدتر داشته باشند، نسبت بیشتری دارند. اگر جد مشترک کمتری داشته باشند، کمتر به هم وابسته هستند.
درخت فیلوژنتیک از کجا می آیند
برای تولید یک درخت فیلوژنتیک، دانشمندان اغلب بسیاری از ویژگی های گونه یا سایر گروه های درگیر را مقایسه و تجزیه و تحلیل می کنند. این ویژگی ها می تواند شامل مورفولوژی خارجی (شکل / ظاهر)، آناتومی داخلی، رفتارها، مسیرهای بیوشیمیایی، DNA و توالی پروتئین و حتی ویژگی های فسیل ها باشد.
برای ساختن درختان دقیق و معنی دار، زیست شناسان اغلب از بسیاری از ویژگی های مختلف استفاده می کنند. با این حال، درختان فیلوژنتیک فرضیه هستند، نه پاسخ های قطعی. زمانی که ساخته می شوند، می توانند به خوبی توضیح داده های موجود باشند. درختان در طول زمان با در دسترس قرار گرفتن داده های جدید و اضافه شدن به تجزیه و تحلیل، تجدید نظر و به روز می شوند. این امر به ویژه امروزه صادق است، زیرا تعیین توالی DNA توانایی ما را برای مقایسه ژن ها بین گونه ها افزایش می دهد.
نکات مهم فیلوژنتیک
فیلوژنی (Phylogeny) یا تبارزایش به بررسی روابط بین گروههای متفاوت ارگانیسمها و تکاملی آنها میپردازد. فیلوژنی تاریخ تکامل و رشد موجودات کره زمین را بررسی می کند. این علم بنام فرضیه فیلوژنتیک معروف است. بر طبق آن موجودات زنده همگی جد مشترکی برای خودشان دارند. روابط بین موجودات به نام درخت فیلوژنتیک است.
روابط فیلوژنتیک با ویژگی مشترک آنها بین موجودات مشخص میشود. این روابط توسط مقایسه شباهت ژنتیکی و آناتومیک موجودات زنده مشخص میشود.
در فیلوژنی مولکولی،DNA را تجزیه و تحلیل کرده و از پروتئین ها برای بررسی روابط ژنتیکی موجودات استفاده میشود. در تحلیل پروتئین سیتوکروم سی که در میتوکندری سلول و در انتقال الکترونی و تولید انرژی نقش دارد. در جهت تعیین ارتباط ارگانیسمها و شباهت توالی اسید آمینه در سیتوکروم استفاده میشود.
نکات مهم درخت فیلوژنی
درخت فیلوژنتیک یک تصویر از روابط تکاملی بین گونهها است. درخت فیلوژنتیک با توجه به شاخه‌بندی یا سیستماتیک رسم میشوند. شاخه‌بندی یک طبقه‌بندی است. ارگانیسمها بر اساس صفات مشترک یا هم جداریختی طبقه‌بندی میشوند. فرض اصلی شاخه‌بندی موارد زیر است:
همه موجودات یک جد مشترک دارند.
موجودات جدید وقتی به دو گروه تقسیم شوند، تکامل می‌یابند.
با گذشت زمان، در نسل‌ها تغییر ایجاد خواهد شد.
درخت فیلوژنتیک بیانگر روابط و بررسی تکامل بین موجودات است.
انشعاب یک درخت فیلوژنتیک نشان داد. تکامل گونهها به چه صورت است.
در درخت فیلوژنتیک، اگر جد مشترک نزدیک به دو گونه باشد به هم مرتبط اند. اگر جد مشترک دور باشند، دو گونه ارتباطشان کمتر است.
برای ترسیم درخت فیلوژنتیک، زیست شناسان خصوصیات گونه موجودات را مقایسه می‌کنند. خصوصیات شامل مورفولوژی، آناتومی، رفتار، مسیر بیوشیمیایی، توالی DNA و پروتئین است.
فیلوژنی در مقابل تاکسونومی
فیلوژنی و تاکسونومی دو نوع طبقه‌بندی موجودات است. این دو نوع سیستم برای طبقه‌بندی موجودات به گروههای مختلف متکی است. در فیلوژنتیک، هدف ارزیابی تکامل گونهها و تلاش برای تجدد فیلوژنی حیات است. تاکسونومی یک سیستم برای نامگذاری و دسته‌بندی موجودات است. تاکسونومی شناسایی، نامگذاری و طبقه بندی موجودات است. طبقه‌بندی‌ها در حال حاضر بر اساس داده‌های فیلوژنتیکی است. بسیاری از سیستم‌شناسان معتقدند که تنها گونه‌های تک‌فیلتیک باید به‌عنوان گروههای نامگذاری شده شناسایی شوند. میزان وابسته بودن طبقه بندی به تاریخچه تکاملی استنباط شده بسته به مکتب طبقه بندی متفاوت است.
از خصوصیات فیلوژنتیک برای گروه‌بندی‌‌های تاکسونومی استفاده خواهد شد. تاکسونومی، موجودات را به سه حوزه طبقه‌بندی خواهد کرد:
آرکی باکترها شامل ارگانیسم پروکاریوتی که با باکتری در ترکیب غشا وRNA ریبوزوم متفاوت است.
باکتری‌‌ها شامل ارگانیسم پروکاریوتی با دیواره سلولی و انواع RNA است.
اشرشیا کولی و باسیلوس سوبتیلیس دو نمونه از این خانواده هستند.
یوکاریا متشکل از یوکاریوت‌‌ها با هسته واقعی هستند. شامل گیا‌هان، جانوران، آغازیان و قارچ است.
ارگانیسم‌‌های یوکاریا به گروههای کوچک زیر طبقه‌بندی میشوند:
- سلسله یا فرمانرو
- شاخه
- رده
- راسته
- خانواده
- جنس
- گونه
این گروه بندی به دسته‌‌های زیرشاخه، فوق خانواده و فوق رده تقسیم خواهد شد.
تاکسونومی برای طبقه‌بندی موجودات و نامگذاری ارگانیسمها مناسب است. این سیستم نامگذاری دو جمله‌ای است. یک ارگانیسم از نام جنس و نام گونه مختص خودش تشکیل شده است. این سیستم نامگذاری در سراسر جهان معروف است. از سردرگمی زیست شناسان در نامگذاری ارگانیسمها جلوگیری شده است.
کلام آخر
مطالعه درخت فیلوژنتیک و بررسی روابط بین موجودات زنده از مهمترین بحثهای دروس زیست شناسی است.
