Arborele filogenetic

Fig. 1: Exemplu de arbore filogenetic

Un arbore filogenetic este o diagramă care prezintă relațiile fundamentale ale ascendenței comune a grupurilor taxonomice de organisme.
Reprezentarea relațiilor în această formă (derivată din utilizarea anterioară în arborele genealogic ) este tipică viziunii evolutive exprimate conform conceptelor sale inițiale, conform cărora dezvoltarea formelor de viață a avut loc începând de la un strămoș comun (trunchiul sau baza arborelui, altfel numită rădăcină ), care a dat naștere prin speciație la diferite linii de coborâre, până la speciile existente în prezent (vârfurile arborelui, altfel numite ramuri terminale ). Într-un arbore filogenetic, fiecare nod (sau bifurcație) reprezintă cel mai recent strămoș comun al subiecților la nodurile ulterioare, iar lungimea ramurilor poate - sau nu - să fie legată de timp sau de modificările genetice dintre ele.

Această relație fundamentală nu explică toate interconectările evolutive dintre diferite organisme, ci doar o parte, deși una foarte importantă. Cercetările actuale propun o viziune integrată a evoluției prin consolidarea relațiilor filogenetice structurate în arbori cu alte mecanisme și diferite ^[1] .

Arborii filogenetici sunt construiți pe baza datelor anatomice , biochimice , genetice și paleontologice . Ramura științei care se ocupă de studiul acestor informații și de compilarea arborilor filogenetici se numește filogenetică computațională .

Tipuri de arbore filogenetic

Fig. 2: Arborele înrădăcinat nu a fost raportat la familia de gene a proteinei miozină . ^[2]

Arborii filogenetici pot fi împărțiți în două tipuri: copacii înrădăcinați și copacii care sunt înrădăcinați.

Un copac înrădăcinat (înrădăcinat în limba engleză) este afișat prin intermediul unui grafic direcționat , o structură de copac care se dezvoltă dintr-un singur nod , reprezentând cel mai recent strămoș comun al formelor de viață care sunt situate la capete. În acest fel, un arbore filogenetic înrădăcinat este capabil să furnizeze informații atât despre corelația genetică existentă între organismele prezente pe ramificațiile sale, cât și despre relațiile evolutive care există între ele. Figura 1 prezintă un exemplu de copac înrădăcinat, colorat diferit pentru a evidenția cele trei domenii diferite.
Un copac neînrădăcinat , pe de altă parte, ilustrează relațiile genetice care există între organisme la vârful său, dar nu oferă nicio informație despre evoluția lor. Figura 2 prezintă un copac de acest tip, care se referă la familia de gene pentru miozină .

Cel mai comun mod de a construi un copac înrădăcinat este de a compara membrii copacului cu un membru extern ( outgroup ). Acest lucru trebuie să fie suficient de similar cu elementele interne date pentru a permite comparația între secvențele genetice, dar trebuie, de asemenea, să fie în același timp mai puțin legat de ele decât sunt între ele.

Ambii copaci înrădăcinați nu sunt înrădăcinați pot fi bifurcați atât multiforcati,

un copac bifurcat are cel mult două ramuri care se ramifică din fiecare nod
un copac cu mai multe furci , pe de altă parte, are mai mult de doi

în cele din urmă, arborii filogenetici pot fi atât etichetați, cât și neetichetați

un arbore etichetat prezintă valori specifice atribuite elementelor găsite la capetele terminale ale fiecărei ramuri
un copac neetichetat, pe de altă parte, nu prezintă aceste valori și, prin urmare, nu oferă informații suplimentare, altele decât cele referitoare la spațiul topologic dintre membrii fiecărei ramuri.

Numărul de arbori care poate fi obținut pornind de la un număr dat de elemente plasate la nodurile terminale depinde de tipul de arbore; cu toate acestea, este întotdeauna posibil să obțineți mai mulți copaci bifurcați multiforcați , mai mulți copaci etichetați fără etichetă și copaci înrădăcinați care nu înrădăcinează copaci. Această ultimă observație este cea mai relevantă din punct de vedere biologic și este o consecință a faptului că, într-un copac neînrădăcinat există multe locuri în care este posibil să se identifice o rădăcină , adică o genă care poate fi definită ca un strămoș comun al celor plasate asupra diferitelor ramificații. Ca formulă generală, pentru un arbore etichetat cu mai multe furci există:

{\frac {(2n-3)!}{2^{n-2}(n-2)!}}

{\ displaystyle {\ frac {(2n-3)!} {2 ^ {n-2} (n-2)!}}}

{\ frac {(2n-3)!} {2 ^ {{n-2}} (n-2)!}}

copaci înrădăcinați total e

{\frac {(2n-5)!}{2^{n-3}(n-3)!}}

{\ displaystyle {\ frac {(2n-5)!} {2 ^ {n-3} (n-3)!}}}

{\ frac {(2n-5)!} {2 ^ {{n-3}} (n-3)!}}

copaci nerădăcinoși total, n reprezintă numărul de noduri terminale. Numărul de arbori neînrădăcinați care pot fi obținuți cu n elemente terminale (secvențe genetice sau organisme) dat este egal cu numărul de arbori înrădăcinați care pot fi obținuți cu n-1 elemente. ^[3]

Arborii filogenetici pot fi, de asemenea, împărțiți în:

Dendrograme , reprezentare schematică a unui arbore filogenetic
Cladogramele , copaci formați prin metode cladistice
Filograme , copaci care reprezintă în mod explicit numărul de modificări ale caracterelor care apar între ramuri
Cronogramele , copaci care reprezintă în mod explicit timpul dintre ramuri.

Limitele arborilor filogenetici

Ilustrație: O organizație ipotetică care nu este doar ierarhică, verticală, ci și orizontală include moștenirea genelor nu numai de către părinți, ci prin viruși și alte căi, ca parteneri simbiotici în cadrul celulelor eucariote.

Deși arborii filogenetici construiți pe baza datelor din analize genomice sunt un instrument important pentru studii asupra evoluției și, mai ales, asupra filogeneticii , aceștia au încă limitări. De exemplu, arborii filogenetici nu reprezintă neapărat istoricul evolutiv exact al unei gene și în același timp al unui organism dat care conține acea genă. Datele pe care se bazează pot fi de fapt modificate de diverși factori: transferul orizontal de gene , hibridizarea între diferite specii situate la distanțe mari pe copac înainte ca hibridizarea însăși să aibă loc, evoluția convergentă și conservarea secvențelor. genele sunt elemente suplimentare care pot confunda cu ușurință analizele bazate exclusiv pe principii filogenetice. Pentru acești factori, care au apărut din descoperiri științifice mai recente, au fost propuse scheme filogenetice mai degrabă reticulare decât arborice (începând cu biologul german Peter Gogarten în 1996).

Notă

^ Tal Dagan, William Martin, The tree of one percent , Genome Biology 2006, 7: 118 doi10.1186 , pe genomebiology.com . Adus pe 9 martie 2012 (Arhivat din original la 17 aprilie 2013) .
^ Hodge, T. și MJTV Cope. 2000. Un arbore genealogic Myosin. Journal of Cell Science 113 : 3353-3354.
^ Felsenstein J. (2004). Deducerea filogeniilor Sinauer Associates: Sunderland, MA.

Bibliografie

David Quammen , Arborele încurcat: o nouă istorie radicală a vieții ; Simon & Schuster, 2018, ISBN 978-14-767-7664-4
- Arborele complicat , trans. Milena Zemira Ciccimarra, Seria cazurilor n.135, Milano, Adelphi, 2020, ISBN 978-88-459-3480-3

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Arborele filogenetic

linkuri externe

Analiza filogenetică a familiilor de proteine omoloage , pe geneproject.altervista.org.

Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie

[1] Tal Dagan, William Martin, The tree of one percent , Genome Biology 2006, 7: 118 doi10.1186 , pe genomebiology.com . Adus pe 9 martie 2012 (Arhivat din original la 17 aprilie 2013) .

[2] Hodge, T. și MJTV Cope. 2000. Un arbore genealogic Myosin. Journal of Cell Science 113 : 3353-3354.

[Felsenstein-3] Felsenstein J. (2004). Deducerea filogeniilor Sinauer Associates: Sunderland, MA.

[1]

[2]

[3]

V · D · M Genetica
Material genetic	Nucleotide · baze azotate · Acizi nucleici ( ADN · ARN ) · Cromozomi · Genom
Concepte cheie	Gene · Cod genetic · Alele · Locus · Moștenire · Diversitate genetică · Mutație
Domenii de genetică	Genetica formale · genetica moleculara · genetica populatiei · Genomics · Human Genetics
Geneticieni	Gregor Mendel · Thomas Hunt Morgan · Ronald Fisher · Frederick Griffith · Erwin Chargaff · Barbara McClintock · James Watson · Francis Crick · Rosalind Franklin · Alec Jeffreys