Filoģenētika (filoģenēze): definīcija, dzīvības koks, DNS un metodes

Filoģenētika (bieži lietots arī termins filoģenēze) pēta, kā organismi ir saistīti evolūcijas gaitā — t.i., kādas ir priekšteču un pēcteču attiecības starp sugām un grupām. Tā ir zinātniska pieeja, kas balstās uz pierādījumiem, ka visu dzīvību saista kopīga izcelsme.^p336 Filoģenētiku pamato daudzi datu veidi: paleontoloģija, salīdzinošā anatomija un molekulārie dati, piemēram, DNS un secības analīze. Svarīgi ir saprast, ka filoģenētiskie modeļi ir hipotēzes — tie tiek būvēti un testēti, un laika gaitā var tikt koriģēti, pievienojot jaunus datus vai izmantojot uzlabotas metodes.

Galvenais filoģenētikas produkts ir filoģenētiskais koks, ko bieži dēvē arī par dzīvības koku. Tas ir diagrammatisks attēlojums, kas parāda, kā taksoni (sugas, ģintis, kārtas u.c.) var būt saistīti caur kopīgiem priekštečiem. Šādu koku var sasaistīt ar ģeoloģiskajiem periodiem vai aptuveniem datumiem, ja tiek izmantota laika kalibrēšana, un rezultāts var kalpot arī bioloģiskai klasifikācijai.

Kas iekļauts filoģenētiskajā analīzē

• Datu avoti: morfoloģija (skelets, anatomija), fosilijas (paleontoloģija), molekulārie dati (DNS, RNS, proteīni — DNS un secības analīze), uzvedība un biogeogrāfija.
• Raksturlielumu izvēle: svarīgi atšķirt homologas pazīmes (kopīga izcelsme) no analoģiskām (konverģences rezultāts).
• Kokā redzamie elementi: gali (tips) pārstāv pašreizējās vai izmirušās taksonu vienības, mezgli (nodes) — kopējos priekštečus, zarojuma garums dažkārt atspoguļo evolūcijas apmēru vai laiku.

Metodes un pieejas

• Filogenētiskās metodes:
  • Parsimonijas metodes — meklē koku, kas prasa vismazāk evolūcijas solījumu (vienkāršākais skaidrojums).
  • Distances metodes (piem., UPGMA, Neighbor-Joining) — izmanto pāru attālumus starp secībām, lai izveidotu koku.
  • Izmaksu/balss funkciju metodes: maksimālā ticamība (maximum likelihood) un Bayesa metodes — izmanto statistisku modeļus, kas apraksta molekulāro evolūciju, un nodrošina ticamības vai varbūtības novērtējumus.
• Atbalsta novērtējums: bootstrap vērtības un Bayesa posteriora varbūtības parāda, cik droši dati atbalsta konkrētas zarojuma vietas koks.
• Laika kalibrēšana (molekulārais pulkstenis): fosīliju ieraksti un ģeoloģiskie periodi (ģeoloģiskajiem periodiem) palīdz pārvērst filiālju garumus laika skalā (chronogrammas).

Dažas svarīgas koncepcijas un sarežģījumi

• Klades tipiskie termini: monofila grupa (iesaista kopēju priekšteci un visus tā pēcnācējus), parafila un polifila grupas (neatbilst pilnīgai priekšteča–pēcteča iekļaušanai).
• Homoloģija vs analogija: pazīmes var izskatīties līdzīgas, bet radniecīgas dēļ (homoloģija) vai neatkarīgas konverģences dēļ (analogija).
• Gēnu koki pret sugu kokiem: viens gēns var radīt koku, kas neatbilst sugu kokam (ieskaitot hibridizāciju, horizontālo gēnu pārnesi, nepilnīgu līniju atlasi — incomplete lineage sorting).
• Horizontālais gēnu pārneses risks: īpaši mikroorganismos, šis process var radīt sarežģījumus, interpretējot filogenētiku kā vienotu sugu vēsturi.

Praktiskas lietojumprogrammas

• Bioloģiskā klasifikācija un taksonomija — koku izmanto, lai iedalītu dzīvības formas pēc evolūcijas attiecībām (bioloģiskā klasifikācija).
• Fosīliju interpretācija un dzīvo grupu izcelsmes datēšana — sasaistot ar ģeoloģiskajiem periodiem, var rekonstruēt, kad parādījās noteiktas līnijas.
• Konservācija — nosakot evolūcisko unikālumu, palīdz noteikt aizsargājamus taksonus.
• Medicina un epidemioloģija — seko patogēnu izmaiņām un izplatībai, izseko uzliesmojumus.

Filoģenētika ir dinamiska un starpdisciplināra joma — tā apvieno paleontoloģiju, morfoloģiju, molekulāro bioloģiju un statistiku. Arvien pilnīgāki secību dati un uzlabotās analītiskās metodes ļauj veidot precīzākas un labāk pamatotas hipotēzes par dzīves koku, taču rezultāti vienmēr jāuztver kā vislabākais pieejamais skaidrojums, kas var mainīties, parādoties jauniem datiem.

Meklēt pēc burta