Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.2: Організація життя на Землі

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    6978

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Обговоріть компоненти і призначення філогенетичного дерева.
    • Інтерпретувати відносини між організмами за допомогою філогенетичного дерева.
    • Правильно впорядкувати різні рівні таксономічної класифікації.
    • Обговоріть переваги наявності комплексної системи класифікації.

    Еволюційна історія групи видів іменується як філогенез. Філогенія описує відносини групи в контексті споріднених організмів. Хоча філогенетичні відносини надають інформацію про спільне походження, вони не обов'язково стосуються того, як організми схожі або різні.

    Філогенетичні дерева

    Вчені використовують інструмент під назвою філогенетичне дерево, щоб показати еволюційні шляхи та зв'язки між організмами. Філогенетичне дерево - це діаграма, яка використовується для відображення еволюційних відносин між організмами або групами організмів. Вчені вважають філогенетичні дерева гіпотезою еволюційного минулого, оскільки не можна повернутися назад, щоб підтвердити запропоновані відносини. Іншими словами, «дерево життя» може бути побудовано, щоб проілюструвати, коли різні організми еволюціонували, і показати відносини між різними організмами (рис.\(\PageIndex{1}\)).

    На відміну від таксономічної класифікаційної діаграми, філогенетичне дерево можна прочитати як карту еволюційної історії. Багато філогенетичні дерева мають одну родовід в основі, що представляє спільного предка. Вчені називають такі дерева вкоріненими, а це означає, що існує єдина родова лінія (як правило, намальована знизу або зліва), до якої відносяться всі організми, представлені на схемі. Зверніть увагу в укоріненому філогенетичному дереві, що три домени - бактерії, архея та Еукарія - розходяться від однієї точки і відгалужуються. Невелика гілка, яку рослини та тварини (позначена зіркою «ти тут» на малюнку\(\PageIndex{1}\)) займає на цій діаграмі, показує, наскільки останні та незначні ці групи порівнюються з іншими організмами. Невкорінені дерева не передбачають спільного предка, але демонструють взаємозв'язок між видами.

    Діаграма гіллястого дерева, що зображує зв'язки між трьома доменами живих організмів: Бактерії, Археї та Еукаріота
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Філогенетичне дерево частково а вкорінене і нагадує живе дерево, при цьому загальний предок вказаний як основа стовбура. Від стовбура утворюються дві гілки. Ліва гілка веде до домену Бактерії. Права гілка знову розгалужується, даючи початок Археї і Еукарії. Менші гілки в межах кожного домену вказують на групи, присутні в цьому домені. Філогенетичне дерево в частині В не вкорінене. Він не схожий на живе дерево; скоріше, групи організмів в межах доменів Архея, Еукарія та Бактерії розташовані по колу. Лінії з'єднують групи в межах кожного домену. Групи в Археї та Еукарії потім з'єднуються разом. Лінія з областей Archeaea/Eukarya, а інша від Бактерії зустрічаються в центрі кола. Немає root, а тому немає вказівки на те, який домен виник першим. Обидва ці філогенетичні дерева показують взаємозв'язок трьох областей життя - бактерій, археї та Еукарії - але (а) вкорінене дерево намагається визначити, коли різні види розходяться від спільного предка, тоді як (б) некорінене дерево цього не робить. (Кредит: модифікація роботи Еріка Габа)

    У вкоріненого дерева розгалуження вказує на еволюційні відносини (див. Рис.\(\PageIndex{2}\)). Точка, де відбувається розкол, називається точкою гілки або вузлом, представляє, де одна лінія еволюціонувала в окрему нову. Лінія, яка рано еволюціонувала від кореня і залишається нерозгалуженою, називається базальним таксоном. Коли дві лінії випливають з однієї і тієї ж точки гілки, їх називають сестринськими таксонами. Гілка з більш ніж двома лініями називається політомією і служить для ілюстрації того, де вчені остаточно не визначили всіх взаємозв'язків. Важливо зазначити, що хоча сестринські таксони та політомія поділяють предка, це не означає, що групи організмів розщеплюються або еволюціонували один від одного. Організми двох таксонів, можливо, розкололися в певній точці гілки, але жоден таксон не породив іншого.

    Приклади представницьких структур на філогенетичному дереві
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Корінь філогенетичного дерева вказує на те, що родове походження породило всі організми на дереві. Точка відгалуження вказує, де дві лінії розійшлися. Лінія, яка розвивалася рано і залишається нерозгалуженою, - це базальний таксон. Коли дві лінії випливають з однієї точки гілки, вони є сестринськими таксонами. Гілка з більш ніж двома лініями - це політомія. Описовий текст: Філогенетичне дерево, яке починається від кореня, вказуючи на те, що всі організми на дереві мають спільного предка. Незабаром після кореня дерево розгалужується. Одна гілка породжує одну, базальну лінію (базальний таксон), а інша породжує всі інші організми на дереві. Наступна гілка розгалужується в одній точці на чотири різні лінії, приклад політомії. Заключна гілка породжує дві лінії, приклад сестринських таксонів.

    Наведені вище діаграми можуть служити шляхом до розуміння еволюційної історії. Шляху можна простежити від походження життя до будь-якого окремого виду, орієнтуючись через еволюційні гілки між двома точками. Починаючи з одного виду і простежуючи назад до «стовбура» дерева, можна виявити предків цього виду, а також де родовища мають спільне походження. Крім того, дерево можна використовувати для вивчення цілих груп організмів.

    Ще один момент, який слід згадати про філогенетичну структуру дерева, полягає в тому, що обертання в точках гілок не змінює інформацію. Наприклад, якщо точка гілки була повернута, а порядок таксонів змінився, це не змінить інформацію, оскільки еволюція кожного таксону з точки гілки була незалежною від іншого.

    Багато дисциплін у вивченні біології сприяють розумінню того, як минуле і теперішнє життя розвивалося з часом; ці дисципліни разом сприяють побудові, оновленню та підтримці «дерева життя». Інформація використовується для організації та класифікації організмів на основі еволюційних взаємозв'язків у науковій галузі, яка називається систематикою. Дані можуть бути зібрані з скам'янілостей, з вивчення структури частин тіла або молекул, що використовуються організмом, і шляхом аналізу ДНК. Об'єднавши дані з багатьох джерел, вчені можуть зібрати філогенез організму; оскільки філогенетичні дерева є гіпотезами, вони продовжуватимуть змінюватися в міру виявлення нових типів життя та вивчення нової інформації.

    Приклади простих дерев

    На малюнку\(\PageIndex{3}\) та малюнку наведено деякі приклади дерев\(\PageIndex{4}\), щоб показати, як інтерпретувати структуру філогенетичного дерева.

    5 приклад діаграм розгалужень, що повідомляють відносини між 4 різними організмами або групами (A, B, C і D).
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Ці діаграми показують гіпотези для чотирьох різних таксонів: A, B, C і D. Ці таксони можуть представляти особин, різні види або будь-який інший рівень класифікації. Дерева 1a і 1b малюються по-різному, але представляють одну і ту ж гіпотезу: C і D найбільш тісно пов'язані (сестринські таксони), а A - найбільш родове походження. Дерева 2a і 2b представляють дещо іншу гіпотезу: C і D - сестринські таксони, але A і B також сестринські таксони; жодна лінія не зображується як «старша» за іншу. Це останнє співвідношення також представлено в дереві «Некорені»: у цьому дереві немає гіпотези, для якої групи є найбільш предковою (немає «кореня»). Зображення, намальовані Марією Морроу, CC-BY-NC.
    Чотири дерева, що повідомляють відносини між A, B, C і D. Однак цього разу до дерев додаються риси.
    Малюнок\(\PageIndex{4}\). Судинна тканина з'являється на корені дерев як родова риса. Це означає, що A, B, C і D всі мають судинну тканину. Мегафіли з'являються в обох деревах як спільна похідна характеристика (синоморфія) C і D. Це означає, що C і D мають мегафіли, а А і В - ні. І дерево 1, і дерево 2 однаково парсімоніальні. У деревах 3 і 4 додана третя риса: гетероспорія. На додаток до інформації з дерев 1 і 2, ми тепер бачимо, що A і B гетероспористі, в той час як C і D - ні. У дереві 3 гетероспорія з'являється як родова риса, яка втрачається в C і D. У дереві 4 гетероспорія є синопоморфією A і B. Дерево 3 має чотири зміни, тоді як дерево 4 має лише три. Це означає, що дерево 4 є більш парсимонійним і тому більш імовірним (хоча і не обов'язково правильним!). Зображення, намальовані Марією Морроу, CC-BY-NC.

    Рівні класифікації

    Таксономія (що буквально означає «закон організації») - це наука про класифікацію організмів для побудови міжнародних спільних систем класифікації з кожним організмом, розміщеним у все більш інклюзивних групах. Подумайте, як організований продуктовий магазин. Один великий простір розділений на відділи, такі як продукти, молочні продукти та м'ясо. Потім кожен відділ далі ділиться на проходи, потім кожен прохід на категорії і марки, а потім, нарешті, один продукт. Ця організація від більших до менших, більш конкретних категорій називається ієрархічною системою.

    Система таксономічної класифікації (її також називають системою Ліннея після її винахідника Карла Ліннея, шведського ботаніка, зоолога та лікаря) використовує ієрархічну модель. Рухаючись від точки походження, групи стають більш специфічними, поки одна гілка не закінчується як єдиний вид. Як ви бачили на малюнку\(\PageIndex{1}\), вчені поділяють організми на три великі категорії, які називаються доменами: Бактерії, Архея та Еукарія. Усередині кожного домену знаходиться друга категорія, яка називається королівством. Кожен домен може охоплювати багато королівств. Наприклад, царство Plantae, королівство Animalia, і королівство Гриби представляють три з багатьох королівств, що містяться в області Eukarya. Після царств наступними категоріями зростаючої специфічності є: філум, клас, порядок, сім'я, рід і вид (рис.\(\PageIndex{5}\)).

    Ряд воронок, що виходять один від одного. Життя - це воронка, розташована вгорі. Видом є воронка, розташована внизу.
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Система таксономічної класифікації використовує ієрархічну модель для організації живих організмів у все більш конкретні категорії. У межах того, що ми зараз описали як життя, існує три домени. У межах кожного домену є королівства. Усередині кожного королівства є філа. У межах філи є класи, всередині класів є порядки, в межах порядків є сім'ї, всередині сімей є пологи, а всередині пологів - види. Діаграма Пенго, суспільне надбання, через Вікісховище.

    Царство Plantae походить від домену Eukarya. Для берегової сосни (Pinus contorta var. contorta) рівні класифікації будуть такими, як показано на малюнку\(\PageIndex{6}\). Тому повна назва організму технічно має кілька пов'язаних термінів. Для берегової сосни це: Eukarya, Plantae, Pin ophyta, Pin opsida, Pin ales, Pin aceae, Pinus contorta і var. конторта. Зверніть увагу, що кожне ім'я пишеться з великої літери, за винятком конкретного епітета (contorta), а назви роду та видів виділені курсивом. Зверніть увагу також на підкреслені закінчення слів. У таксономії рослин підкреслена частина завжди використовується для тих таксономічних рівнів: філа закінчуються на -phyta, класи закінчуються на -opsida, порядки закінчуються на -ales, а сім'ї закінчуються на -aceae.

    Наукова назва організму зазвичай стосується назви виду, наукової назви з двох слів, яка включає назву роду (наприклад, Pinus) та специфічний епітет (наприклад, contorta). Ця система іменування двох слів називається біноміальною номенклатурою. Назва на кожному рівні також називається таксоном. Іншими словами, сосни в порядку Піналес. Піналес - це назва таксону на рівні порядку; Pinaceae - таксон на сімейному рівні тощо. Організми також мають загальну назву, яку люди зазвичай використовують, в даному випадку, берегову сосну. Відзначимо, що берегова сосна додатково є підвидом або різновидом: друга «contorta» у Pinus contorta var. конторта. Підвиди - це представники одного виду, які здатні спарюватися і відтворювати життєздатне потомство, але вони вважаються окремими підвидами в силу географічної або поведінкової ізоляції або інших факторів. Берегові сосни прибережні (звідси і загальна назва) і, як правило, ростуть в неохайних, скручених формах (звідси і наукова назва). Ложеполюс сосни (Pinus contorta вар. latifolia) зазвичай мають прямий стовбур і ростуть в горах.

    На малюнку\(\PageIndex{6}\) показано, як рівні рухаються до специфічності з іншими організмами. Зверніть увагу, як берегова сосна (крайнє ліве зображення) розділяє домен з найширшою різноманітністю організмів, включаючи рослини, гриби, водорості та тварин. На кожному підрівні організми стають більш схожими, оскільки вони більш тісно пов'язані між собою. Історично вчені групували подібні організми, використовуючи характеристики, але в міру розвитку ДНК-технології були визначені більш точні зв'язки.

    Рівні класифікації берегової сосни
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): На кожному підрівні в системі таксономічної класифікації організми стають більш схожими. Примітка автора: Скорочення трохи штучне на цій діаграмі, оскільки Піналес є єдиним порядком у Пінопсіді. Малюнок та зображення Марії Морроу, CC-BY-NC, за винятком: сосна лоджель, яка походить із загального надбання на Вікісховищі, отримано з наступної сторінки [1] архівів файлів цифрових слайдів Yellowstone; Pinus contorta var contorta image, by Дженіс С, CC-BY-NC.

    Недавній генетичний аналіз та інші досягнення виявили, що деякі більш ранні філогенетичні класифікації не узгоджуються з еволюційним минулим; отже, зміни та оновлення повинні здійснюватися у міру виникнення нових відкриттів. Нагадаємо, що філогенетичні дерева є гіпотезами і змінюються в міру того, як дані стають доступними. Крім того, класифікація історично зосереджувалася на групуванні організмів головним чином за загальними характеристиками і не обов'язково ілюструє, як різні групи співвідносяться один з одним з еволюційної точки зору. Наприклад, незважаючи на те, що бегемот більше нагадує свиню, ніж кита, бегемот може бути найближчим живим родичем кита.

    Резюме

    Вчені постійно отримують нову інформацію, яка допомагає зрозуміти еволюційну історію життя на Землі. Кожна група організмів пройшла свій еволюційний шлях, званий своєю філогенією. Кожен організм поділяє спорідненість з іншими, і, спираючись на морфологічні та генетичні докази, вчені намагаються скласти карту еволюційних шляхів всього живого на Землі. Історично організми були організовані в таксономічну систему класифікації. Однак сьогодні багато вчених будують філогенетичні дерева, щоб проілюструвати еволюційні відносини.

    Дописувачі та атрибуція

    Куратор і автор Марія Морроу з використанням наступних джерел: