27.3: Філогенія тварин

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1919

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

Навички для розвитку

Інтерпретувати метазойне філогенетичне дерево
Опишіть типи даних, які вчені використовують для побудови та перегляду філогенії тварин
Перерахуйте деякі зв'язки всередині сучасного філогенетичного дерева, які були виявлені в результаті сучасних молекулярних даних

Біологи прагнуть зрозуміти еволюційну історію і взаємини членів тваринного світу, і всього життя, якщо на те пішло. Вивчення філогенії має на меті визначити еволюційні зв'язки між філами. В даний час більшість біологів ділять тваринне царство на 35 - 40 філ. Вчені розробляють філогенетичні дерева, які служать гіпотезами про те, з яких видів еволюціонували, з яких предків

Нагадаємо, що до недавнього часу для визначення філогенетичних зв'язків між тваринами використовувалися тільки морфологічні характеристики і викопний запис. Наукове розуміння відмінностей та ієрархій між анатомічними характеристиками забезпечило значну частину цих знань. Використовується окремо, однак ця інформація може вводити в оману. Морфологічні характеристики можуть розвиватися кілька разів і незалежно, через еволюційну історію. Аналогічні характеристики можуть виявитися схожими між тваринами, але їх основна еволюція може бути дуже різною. З розвитком молекулярних технологій сучасна філогенетика тепер інформується за допомогою генетичних та молекулярних аналізів, на додаток до традиційних морфологічних та викопних даних. Зі зростаючим розумінням генетики еволюційне дерево тварин суттєво змінилося і продовжує змінюватися, оскільки нові аналізи ДНК та РНК виконуються на додаткових видах тварин.

Побудова філогенетичного дерева тварин

Сучасне розуміння еволюційних стосунків між тваринами, або метазоєю, філою починається з відмінності між «справжніми» тваринами з справжніми диференційованими тканинами, званими Eumtazoa, і тваринними філами, які не мають справжніх диференційованих тканин (наприклад, губок), що називається Паразоа. І Parazoa, і Eumtazoa еволюціонували із загального родового організму, який нагадує сучасних протестів, які називаються хоанофлагелатами. Ці клітини протеста сильно нагадують клітини хоаноцитів губки сьогодні (рис.\(\PageIndex{1}\)).

На зображенні зліва зображений хоанофлагелят, який є одноклітинним протестом. На зображенні праворуч зображена клітина хоаноцитів губки, яка вибудовується всередині губки. Дві клітини виявляються однаковими. Обидва мають яйцеподібну форму з конусом на задньому кінці. З широкої частини конуса вирізається джгутик. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Клітини протеста хоанофлагелату нагадують клітини хоаноцитів губки. Побиття джгутиків хоаноцитів витягує воду через губку, щоб можна було витягти поживні речовини та видалити відходи.

Еуметазої поділяються на радіально симетричні тварини та двосторонньо симетричні тварини, і, таким чином, класифікуються на клади Bilateria або Radiata відповідно. Як уже згадувалося раніше, кнідарії і ктенфори - це тваринна філа з істинною радіальною симетрією. Всі інші еуметазої є членами клади білатерій. Двосторонньо симетричні тварини додатково поділяються на дейтеростоми (включаючи хордові та голкошкірі) та дві окремі клади протостоми (включаючи екдизозоани та лофотрохозоани) (рис.\(\PageIndex{2}\)). Екдізозоа включає нематод і членистоногих; вони так названі за загальнознайдену характеристику серед групи: екзоскелетна линька (називається лущення). Лофотрохозоа названий за двома структурними ознаками, кожен з яких є загальним для певної філи в межах клада. Деякі лофотрохозоєві філи характеризуються личинковою стадією, званої личинками трохофора, а інші філи характеризуються наявністю структури харчування, званої лофофором.

Частина а показує тарганів. На частині b зображені фороніди, тіло яких являє собою струнке стебло, закріплене на дні океану. Дрібні щупальця випромінюють з верхівки стебла. Щупальця і стебло нагадують квітка. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Тварини, які линяють свої екзоскелети, такі як ці (а) мадагаскарські шиплячі таргани, знаходяться в кладі Ecdysozoa. (б) Фороніди знаходяться в кладі лофотрохозоа. Щупальця є частиною живильної структури, яка називається лофофором. (кредит a: модифікація роботи Уїтні Креншоу, Університет штату Колорадо, Bugwood.org; кредит b: модифікація роботи NOAA)

Посилання на навчання

Дослідіть інтерактивне дерево життя тут. Збільшіть масштаб і клацніть, щоб дізнатися більше про організми та їх еволюційні стосунки.

Сучасні досягнення в філогенетичному розумінні походять від молекулярного аналізу

Філогенетичні угруповання постійно обговорюються та вдосконалюються еволюційними біологами. Щороку з'являються нові докази, які ще більше змінюють відносини, описані діаграмою філогенетичного дерева.

Посилання на навчання

Перегляньте наступне відео, щоб дізнатися, як біологи використовують генетичні дані для визначення взаємозв'язків між організмами.

Аналізи нуклеїнових кислот та білків значно поінформували сучасне філогенетичне дерево тварин. Ці дані надходять з різних молекулярних джерел, таких як мітохондріальна ДНК, ядерна ДНК, рибосомна РНК (рРНК) та певні клітинні білки. Багато еволюційні відносини в сучасному дереві лише недавно були визначені завдяки молекулярним доказам. Наприклад, раніше класифікована група тварин, звана лофофоратами, до складу якої входили брахіоподи і бріозоани, давно вважалися примітивними дейтеростомами. Широкий молекулярний аналіз з використанням даних рРНК виявив, що ці тварини є протостомами, більш тісно пов'язаними з аннелідами та молюсками. Це відкриття дозволило відрізнити клади протостоми, лофотрохозоани. Молекулярні дані також пролили світло на деякі відмінності всередині групи лофотрохозоїв, і деякі вчені вважають, що філа Platyhelminthes і Rotifera в межах цієї групи насправді повинні належати до їх власної групи протостомів під назвою Platyzoa.

Молекулярні дослідження, подібні до відкриттів, які призвели до відмінності лофотрохозойської клади, також виявили драматичну перестановку стосунків між молюсками, аннелідами, членистоногими та нематодами, і утворилася нова екдизозойська клада. Через морфологічну схожість у сегментованих типах тіла колись вважали, що аннеліди та членистоногі були тісно пов'язані між собою. Однак молекулярні дані показали, що членистоногі насправді більш тісно пов'язані з нематодами, які зараз містять екдизозоановий клад, а аннеліди більш тісно пов'язані з молюсками, брахіоногими та іншими філами в лофотрохозойній кладці. Ці два клади тепер складають протостоми.

Ще одна зміна колишніх філогенетичних угруповань через молекулярних аналізів включає появу абсолютно нового філума хробака під назвою Acoelomorpha. Ці акоельні плоскі черв'яки довго вважалися належать до Phylum Platyhelminthes через їх подібну морфологію «плоских черв'яків». Однак молекулярні аналізи виявили, що це помилковий зв'язок і спочатку припустив, що акоели представляли живі види деяких з найбільш ранніх розбіжних білатерій. Більш пізні дослідження акоеломорфів поставили цю гіпотезу під сумнів і запропонували більш тісний зв'язок з дейтеростомами. Розміщення цього нового філума залишається спірним, але вчені сходяться на думці, що при достатніх молекулярних даних буде визначена їх справжня філогенія.

Резюме

Вчені цікавляться еволюційною історією тварин і еволюційними взаємозв'язками між ними. Існує три основні джерела даних, які вчені використовують для створення філогенетичних еволюційних діаграм дерев, що ілюструють такі зв'язки: морфологічна інформація (яка включає морфології розвитку), дані записів викопних копалин і, останнім часом, молекулярні дані. Деталі сучасного філогенетичного дерева часто змінюються в міру збору нових даних, а молекулярні дані останнім часом сприяли багатьом суттєвим модифікаціям розуміння взаємозв'язків між тваринами філа.

Глосарій

Екдизозоза: клада протостоми, які демонструють екзоскелетну линьку (лущення)

Еуметазої: група тварин з істинними диференційованими тканинами

Лофотрохозоа: клада протостоми, які демонструють стадію личинок трохофора або структуру годування лофофора

Метазої: група, що містить всіх тварин

Паразоа: група тварин без справжніх диференційованих тканин