Filogenezy lub filogenezy , od starożytnego greckiego φῦλον / phylon czyli „plemię, rodzina, klan” i starogrecki γένεσις / geneza czyli „tworzenie” jest badanie powiązań pokrewieństwa (filogenetyczne związki lub filogenetyczne ) pomiędzy istot żywych i tych, którzy zniknęli :
Filogenezie pozwala odtworzyć ewolucję w organizmach żywych .
W filogenezie zwykle przedstawiamy krewnych za pomocą drzewa filogenetycznego . Liczba węzłów między gałęziami, która reprezentuje tyle samo wspólnych przodków, wskazuje na stopień pokrewieństwa między osobnikami, grupami lub taksonami . Im więcej węzłów, a tym samym przodków pośrednich, znajduje się między dwiema żywymi istotami, tym starszy jest ich wspólny przodek i tym bardziej odległe ich obecne pokrewieństwo.
W filogenezie międzygatunkowej rozwija się drzewo ( dendrogram ):
Systematyczny lub badanie różnorodności biologicznej dla jego klasyfikacji , koncentruje się, w świetle ostatnich odkryć, na filogenetycznej klasyfikacji zastępującego obecnie klasyfikacji klasyczną . Klasyczna klasyfikacja ustala grupy lub taksony na podstawie prostego kryterium ogólnego podobieństwa. Klasyfikacja filogenetyczna zakłada, że grupujemy żywe istoty według ich więzów pokrewieństwa. Każda grupa systematyczna (lub „ takson ”) zawiera zatem istoty żywe, które są genetycznie blisko siebie (co nie zawsze jest skorelowane z ogólnym podobieństwem fenotypowym ). Więzy pokrewieństwa między dwoma członkami taksonu są zawsze bliższe niż więzy pokrewieństwa między dowolnym członkiem grupy a żywą istotą spoza grupy (zdarza się, że ten zewnętrzny członek jest jednak bardzo podobny ze względu na zjawisko konwergencji ewolucyjnej , jest to zatem kwestia analogii między gatunkami, co nie pozwala na ich klasyfikację). Aby odtworzyć więzy pokrewieństwa między żywymi istotami, filogeneza przebiega według dwóch technik: fenetyki i kladystyki . Dlatego bardzo ważne jest zrozumienie różnicy między analogiem (podobny charakter) a homologicznym (podobny charakter odziedziczony po wspólnym przodku i w wyniku ewolucji).
Kladystyka, której podstawy stworzył Willi Hennig , hierarchizuje porównywane postacie. W rzeczywistości tylko żywe istoty, które mają wspólne cechy homologiczne, są zgrupowane razem w tym samym taksonie :
Postać „parzyści członkowie” ma dwa stany: | |
---|---|
Stan przodków | Stan pochodny |
2 pary płetw rybnych (9 i 10) | 2 pary nóg ( jaszczurka ) |
Homologie są w rzeczywistości postrzegane jako wspólne innowacje ewolucyjne: jeśli charakter homologiczny mają dwa taksony, to dlatego, że dwa taksony odziedziczyły go po wspólnym przodku. Ten homologiczny charakter pojawił się zatem w linii prowadzącej do tego wspólnego przodka. Zatem każda żywa istota posiadająca ten homologiczny charakter pochodzi od tego wspólnego przodka, podczas gdy żywe istoty nieposiadające tego homologicznego charakteru nie pochodzą od tego wspólnego przodka i są bardziej odległe genetycznie.
Kladystyka opiera się zatem na identyfikacji (często trudnej) homologii postaci. Jest to istotne na poziomie morfologicznym (i jest jedynym sposobem klasyfikacji gatunków kopalnych, których DNA jest rzadko konserwowane), a także na poziomie molekularnym. Wyniki są reprezentowane w drzewie filogenetycznym , zwanym kladogramem , w którym każdy węzeł reprezentuje wspólnego przodka i gdzie synapomorfie są reprezentowane na gałęziach o dowolnej długości. Każda z tych gałęzi nazywana jest kladem . Dwa taksony są tym bardziej spokrewnione, gdy mają wspólnego przodka w drzewie. Dlatego też tutaj taksony są pogrupowane według ich więzów pokrewieństwa.
Fenetyka polega na badaniu relacji ogólnego podobieństwa lub odmienności między żywymi istotami; od dawna zakładano, co może być słuszne, że stopień podobieństwa jest skorelowany ze stopniem pokrewieństwa. Metodologicznie zaczynamy od określenia podobieństwa między żywymi istotami, które mają zostać sklasyfikowane.
Jednak ze względu na analogie , cechy morfologiczne nie gwarantują pokrewieństwo: pewne podobieństwa istot żywych lub taksonów nie może w rzeczywistości być przypisane do wspólnego przodka. Mogą one wynikać z podobnej adaptacji: mówimy wtedy o konwergencji ewolucyjnej, ponieważ dwa różne taksony żyjące w podobnych niszach ekologicznych lub na które dobór naturalny wywarł podobny wpływ, mogą mieć podobne cechy. Skrzydła ptaków i nietoperzy są postaciami analogicznymi do adaptacji przednich kończyn do lotu wioślarskiego, ale występowały osobno w każdej z tych dwóch linii, a zatem nie są odziedziczone po wspólnym skrzydlatym przodku.
Co więcej, bardzo trudno jest liczbowo określić podobieństwo morfologiczne: porównując bardzo dużą liczbę cech, uzyskuje się wskaźnik statystyczny, ale nie pewność co do pochodzenia podobieństw. Numeryczna kwantyfikacja podobieństw, zastosowana na poziomie molekularnym, umożliwia jednak porównywanie taksonów i daje ciekawe wskazówki do rekonstrukcji filogenezy. W tym celu porównujemy różne składniki molekularne organizmów żywych, takie jak DNA , RNA czy białka , które są cząsteczkami polimerowymi . Każda reszta cząsteczki ( nukleotyd w przypadku DNA i RNA lub aminokwas w przypadku białka) jest uważana za postać. Możliwe jest zatem porównanie sekwencji w kilku żywych istotach i ilościowe określenie ich podobieństwa za pomocą prostego procentu, który przyrównujemy do „ odległości genetycznej ” między dwoma taksonami, do których należą te dwie żywe istoty.
Wyniki są reprezentowane na drzewie filogenetycznym lub dendrogramie, gdzie długość gałęzi zależy od odległości genetycznej, a zatem przedstawia prawdopodobny stopień pokrewieństwa między badanymi taksonami a prawdopodobnym czasem, jaki upłynął od każdej rozbieżności („ specjacja ”). Technika ta opiera się na obliczeniu globalnego wskaźnika podobieństwa (ISG), który jest określany po analizie wielu cech (morfologicznych, anatomicznych, molekularnych...). Cała analiza jest wykonywana z jednego gatunku (na przykład porównując określone sekwencje nukleotydowe kilku organizmów z jednym). Na podstawie tego porównania tworzymy „macierz odległości genetycznych” (tabelę z liczbą wpisów równą liczbie porównywanych organizmów, w tym nasz organizm referencyjny), a następnie szukamy najmniejszych odległości (organizmy najbliższe badanemu kryterium) w celu ustalenia drzewo filogenetyczne.
Rezultatem jest prawdopodobieństwo pokrewieństwa, z pewnym stopniem niepewności, co wyjaśnia, dlaczego filogenetycy nigdy nie mówią o „przodku” lub „potomku”, ale o znanym najbliższym krewnym takiego a takiego gatunku.
Przez długi czas dyskusje, czasem gwałtowne, przeciwstawiały się zwolennikom jednej lub drugiej techniki. Obecnie fenetyka i kladystyka są często używane razem jako dwie niezależne metody. Kiedy ich wyniki są zbieżne, otrzymujemy bardzo solidne filogenezy; w przeciwnym razie badania są kontynuowane. Zastosowanie molekularnej fenetyki i kladystyki oraz porównanie otrzymanych drzew jest w dużej mierze możliwe dzięki nowoczesnym metodom, takim jak amplifikacja i sekwencjonowanie PCR , w połączeniu z potężnymi narzędziami obliczeniowymi, które pozwalają na ich zautomatyzowanie.
Łączne zastosowanie tych dwóch metod ujawniło istnienie w klasycznej klasyfikacji wielu sztucznych grupowań, opartych na podobieństwach zbieżności, a zatem nie opartych na powiązaniach pokrewieństwa i które z tego powodu są obecnie uważane za nieistotne i nie powinny być dłużej używane w taksonomii : na przykład w przypadku ryb (teraz mówimy o „ nieczworonogach kręgowców ”), skamieniałych i współczesnych płazów (teraz mówimy o „nie- owodniowych czworonogach ”) lub gadów (mówimy teraz osobno o „ chlonianach ”, „ lepidozaurach ”). „lub „ krokodyli ”, przy czym te ostatnie są bliżej ptaków niż pozostałych dwóch grup). Innym przykładem jest zastosowanie genu 16S do badań filogenetycznych prokariotów .
Dzielenie się między gatunkami postaci lub określoną liczbą postaci wskazuje na możliwość wspólnego pochodzenia, sięgającego wspólnego przodka, który jako pierwszy rozwinął tę postać lub zestaw znaków. Istnienie przodka można zatem wywnioskować metodą kladystyczną, ale nie jego tożsamość, która pozostaje nieznana, chyba że zostaną znalezione skamieniałości zarówno osobników gatunku przodka, jak i osobników gatunku przodka. statystycznie jest tak mało prawdopodobne, że uważa się to za niemożliwe. Na przykład, mimo że wszystkie ptaki mają wspólnego przodka, odkrycie w 1861 r. skamieniałości, takiej jak Archaeopteryx ( celurozaur bliski ptakom) nie dowodzi, że ten konkretny gatunek jest przodkiem wszystkich współczesnych ptaków, ponieważ przyszłe odkrycie mogłoby wydobyć na światło dzienne starszego kopalnego celurozaura lub bliższego ptakom niż Archaeopteryx (dlatego teraz mówimy o „ nieptasich ptakach ” dla tych grup pośrednich, co wyraża brak pewności bycia przed bezpośrednim przodkiem nowoczesne ptaki).
Relacje przodek-potomek ( genealogia ) mogą być zidentyfikowane jako takie tylko wtedy, gdy sama tożsamość przodka i potomków jest wcześniej znana. Innymi słowy, aby prześledzić genealogię, nauka klasyfikacji powinna być pewna, że zna wszystkie istniejące gatunki i że istniały. Ponieważ tak nie jest, ponieważ ludzkość jest daleka od poznania całości żywych i kopalnych gatunków, genealogii, nawet jeśli jest prawdziwa, nie można precyzyjnie prześledzić, a jedynie odtworzyć z takim prawdopodobieństwem, że nauka próbuje zwiększyć, poprzez zwielokrotnienie badań tych częściowych elementów, które są kopalnymi i obecnie znanymi gatunkami. Umożliwia to ocenę relacji między gatunkami. Na tym polega różnica między genealogią („kto jest czyim przodkiem?”) a filogenezą („kto jest najbliższym krewnym kogo?”). Relacje filogenetyczne między znanymi gatunkami tworzą zatem możliwe obiektywne kryteria klasyfikacji.