Skip to main content
Global

12.1: ארגון החיים על פני כדור הארץ

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208665

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    כל החיים על פני כדור הארץ התפתחו מאב קדמון משותף. ביולוגים ממפים כיצד אורגניזמים קשורים על ידי בניית עצים פילוגנטיים. במילים אחרות, ניתן לבנות "עץ חיים" כדי להמחיש מתי התפתחו אורגניזמים שונים ולהראות את היחסים בין אורגניזמים שונים, כפי שמוצג באיור\(\PageIndex{1}\). שימו לב שמנקודה אחת, שלושת התחומים של ארכאה, חיידקים ואוקריה מתפצלים ואז מסתעפים שוב ושוב. הענף הקטן שצמחים ובעלי חיים (כולל בני אדם) תופסים בתרשים זה מראה עד כמה קבוצות אלה מקורן לאחרונה בהשוואה לקבוצות אחרות.

    עץ פילוגנטי זה מראה כי שלושת תחומי החיים, חיידקים, ארכאה ואוקריה, כולם נבעו מאב קדמון משותף.
    איור\(\PageIndex{1}\): באבולוציה של החיים על פני כדור הארץ, שלושת תחומי החיים - ארכאה, חיידקים ואוקריה - מסתעפים מנקודה אחת. (אשראי: שינוי העבודה על ידי אריק גאבא)

    העץ הפילוגנטי באיור \(\PageIndex{1}\) ממחיש את מסלול ההיסטוריה האבולוציונית. ניתן לעקוב אחר המסלול ממקור החיים לכל מין בודד על ידי ניווט בין הענפים האבולוציוניים בין שתי הנקודות. כמו כן, על ידי התחלה ממין בודד והתחקות לאחור לכל נקודת ענף, ניתן לזהות את האורגניזמים הקשורים אליו בדרגות קרבה שונות.

    פילוגניה היא ההיסטוריה האבולוציונית והיחסים בין מין או קבוצת מינים. חקר האורגניזמים במטרה להפיק את מערכות היחסים שלהם נקרא שיטתיות.

    דיסציפלינות רבות בחקר הביולוגיה תורמות להבנת האופן שבו החיים בעבר ובהווה התפתחו לאורך זמן, ויחד הם תורמים לבנייה, עדכון ותחזוקה של "עץ החיים". המידע שנאסף עשוי לכלול נתונים שנאספו ממאובנים, מחקר מורפולוגיה, ממבנה חלקי הגוף או ממבנה מולקולרי, כגון רצף חומצות האמינו בחלבונים או נוקלאוטידים של DNA. על ידי התחשבות בעצים שנוצרו על ידי קבוצות נתונים שונות מדענים יכולים להרכיב את הפילוגניה של מין.

    מדענים ממשיכים לגלות מינים חדשים של חיים על פני כדור הארץ, כמו גם מידע אופי חדש, ולכן עצים משתנים עם הגעת נתונים חדשים.

    רמות הסיווג

    טקסונומיה (שפירושה המילולי "חוק הסדר") הוא מדע מתן שמות וקיבוץ מינים לבניית מערכת סיווג משותפת בינלאומית. מערכת הסיווג הטקסונומית (המכונה גם המערכת הלינאית על שם ממציאה, קרל לינאוס, חוקר טבע שוודי) משתמשת במודל היררכי. למערכת היררכית יש רמות וכל קבוצה באחת הרמות כוללת קבוצות ברמה הנמוכה הבאה, כך שברמה הנמוכה ביותר כל חבר שייך לסדרה של קבוצות מקוננות. אנלוגיה היא סדרה מקוננת של ספריות על כונן הדיסק הראשי של המחשב. לדוגמה, בקבוצה הכוללת ביותר, מדענים מחלקים אורגניזמים לשלושה תחומים: חיידקים, ארכאה ואוקריה. בתוך כל תחום נמצאת רמה שנייה הנקראת ממלכה. כל תחום מכיל מספר ממלכות. בתוך ממלכות, הקטגוריות הבאות של הספציפיות הגוברת הן: פילום, מעמד, סדר, משפחה, סוג ומינים.

    כדוגמה, רמות הסיווג של כלב הבית מוצגות באיור\(\PageIndex{2}\). הקבוצה בכל רמה נקראת טקסון (רבים: טקסה). במילים אחרות, עבור הכלב, קרניבורה היא הטקסון ברמת הסדר, Canidae הוא הטקסון ברמת המשפחה, וכן הלאה. לאורגניזמים יש גם שם נפוץ שאנשים משתמשים בו בדרך כלל, כגון כלב בית או זאב. כל שם טקסון באותיות רישיות למעט מינים, ושמות הסוג והמינים נטויים. מדענים מתייחסים לאורגניזם לפי שמות הסוג והמינים שלו יחד, המכונה בדרך כלל שם מדעי, או שם לטיני. מערכת דו-שמות זו נקראת מינוח בינומי. שמו המדעי של הזאב הוא אפוא זאבת קאניס. מחקר שנערך לאחרונה על ה- DNA של כלבי בית וזאבים מצביע על כך שכלב הבית הוא תת-מין של הזאב, ולא המין שלו, ולכן ניתן לו שם נוסף המציין את מצב תת-המין שלו, Canis lupus familiaris.

    איור מראה \(\PageIndex{2}\) גם כיצד רמות טקסונומיות נעות לעבר ספציפיות. שימו לב כיצד בתוך התחום אנו מוצאים את הכלב מקובץ עם המגוון הרחב ביותר של אורגניזמים. אלה כוללים צמחים ואורגניזמים אחרים שאינם בתמונה, כגון פטריות ופרוטיסטים. בכל תת-רמה, האורגניזמים הופכים דומים יותר מכיוון שהם קשורים יותר. לפני שפותחה תורת האבולוציה של דרווין, חוקרי טבע סיווגו לפעמים אורגניזמים תוך שימוש בדמיון שרירותי, אך מכיוון שתורת האבולוציה הוצעה במאה ה-19, ביולוגים פועלים כדי לגרום למערכת הסיווג לשקף קשרים אבולוציוניים. המשמעות היא שלכל חברי הטקסון צריך להיות אב קדמון משותף ולהיות קשורים זה לזה יותר מאשר לחברים בטקסים אחרים.

    ניתוח גנטי עדכני והתקדמות אחרת מצאו שכמה סיווגים טקסונומיים קודמים אינם משקפים קשרים אבולוציוניים בפועל, ולכן יש לבצע שינויים ועדכונים ככל שמתגלים תגליות חדשות. דוגמה דרמטית ועדכנית אחת הייתה התפרקותם של מינים פרוקריוטים, שעד שנות השבעים סווגו כולם כחיידקים. החלוקה שלהם לארכאה ולחיידקים באה לאחר ההכרה בכך שההבדלים הגנטיים הגדולים שלהם מצדיקים את הפרדתם לשניים משלושה ענפי חיים בסיסיים.

    חיבור אמנות

    האיור מציג את הקבוצות הטקסונומיות המשותפות למינים שונים. כל האורגניזמים המוצגים, צמחים, חרקים, דגים, ארנבות, חתולים, שועלים, תנים, זאבים וכלבים, נמצאים בתחום Eukarya. מתוכם, חרקים, דגים, ארנבות, חתולים, שועלים, תנים, זאבים וכלבים נמצאים בממלכה Animalia. בתוך הממלכה Animalia, דגים, ארנבות, שועלים חתולים, תנים, זאבים וכלבים נמצאים בפילום Chordata. ארנבים, חתולים, שועלים, תנים, זאבים וכלבים נמצאים בכיתה ממליה. חתולים, שועלים, תנים, זאבים וכלבים הם בסדר קרניבורה. שועלים, תנים, זאבים וכלבים הם במשפחה Canidae. תנים, זאבים וכלבים נמצאים בסוג קאניס. לזאבים ולכלבים יש את שם המין Canis Lupus. לכלבים יש את שם תת-המין Canis lupus familiaris.
    איור\(\PageIndex{2}\): בכל תת-רמה במערכת הסיווג הטקסונומית, אורגניזמים הופכים דומים יותר. כלבים וזאבים הם אותו מין מכיוון שהם יכולים להתרבות ולייצר צאצאים ברי קיימא, אך הם שונים מספיק כדי לסווג אותם כתת-מינים שונים. (אשראי "צמח": שינוי עבודה על ידי "berduchwal" /פליקר; אשראי "חרק": שינוי עבודה על ידי ג 'ון סאליבן; אשראי "דגים": שינוי של עבודה על ידי כריסטיאן Mehlführer; אשראי "ארנב": שינוי עבודה על ידי איידן Wojtas; אשראי "חתול": שינוי עבודה על ידי קווין Bacher, NPS; אשראי "תן": שינוי עבודה על ידי תומאס א 'הרמן, NBII, USGS; אשראי "זאב" שינוי של עבודה על ידי רוברט דיואר; אשראי "כלב": שינוי של עבודה על ידי "digital_image_fan" /Flickr)

    באילו רמות חתולים וכלבים נחשבים לחלק מאותה קבוצה?

    מושג בפעולה

    קוד QR המייצג כתובת אתר

    בקר באתר זה למידע נוסף על טקסונומיה.

    סיווג ופילוגניה

    מדענים משתמשים בכלי הנקרא עץ פילוגנטי כדי להראות את המסלולים האבולוציוניים והקשרים בין אורגניזמים. עץ פילוגנטי הוא תרשים המשמש לשקף קשרים אבולוציוניים בין אורגניזמים או קבוצות של אורגניזמים. הסיווג ההיררכי של קבוצות המקוננות בתוך קבוצות כוללניות יותר בא לידי ביטוי בדיאגרמות. מדענים רואים בעצים פילוגנטיים השערה של העבר האבולוציוני מכיוון שאי אפשר לחזור אחורה בזמן כדי לאשר את מערכות היחסים המוצעות.

    שלא כמו בסיווג טקסונומי, ניתן לקרוא עץ פילוגנטי כמו מפה של ההיסטוריה האבולוציונית, כפי שמוצג באיור\(\PageIndex{3}\). מאפיינים משותפים משמשים לבניית עצים פילוגנטיים. הנקודה שבה מתרחש פיצול בעץ, הנקראת נקודת ענף, מייצגת את המקום שבו שושלת אחת התפתחה לחדשים מובהקים. לעצים פילוגנטיים רבים יש נקודת ענף אחת בבסיס המייצגת אב קדמון משותף של כל הענפים בעץ. מדענים מכנים עצים כאלה מושרשים, מה שאומר שיש טקסון אבות יחיד בבסיס עץ פילוגנטי שאליו יורדים כל האורגניזמים המיוצגים בתרשים. כאשר שתי שושלות נובעות מאותה נקודת ענף, הן נקראות טקסות אחות, למשל שני מיני האורנגאוטנים. נקודת הסתעפות עם יותר משתי קבוצות ממחישה מצב שלגביו מדענים לא קבעו מערכות יחסים באופן סופי. דוגמה מודגמת על ידי שלושת הענפים המובילים לתת-המין של הגורילה; היחסים המדויקים שלהם עדיין לא מובנים. חשוב לציין כי טקסות אחיות חולקות אב קדמון, מה שלא אומר שטקסון אחד התפתח מהשני. נקודת הענף, או הפיצול, מייצגת אב קדמון משותף שהיה קיים בעבר, אך אינו קיים עוד. בני אדם לא התפתחו משימפנזים (וגם שימפנזים לא התפתחו מבני אדם) למרות שהם קרובינו החיים הקרובים ביותר. גם בני האדם וגם השימפנזים התפתחו מאב קדמון משותף שחי, מאמינים מדענים, לפני שישה מיליון שנה ונראה שונה הן מהשימפנזים המודרניים והן מבני האדם המודרניים.

    האיור מציג עץ פילוגנטי שמתחיל בשורש, המציין שכל האורגניזמים על העץ חולקים אב קדמון משותף. זמן קצר לאחר השורש, העץ מסתעף. ענף אחד מוליד שושלת בסיסית אחת, והשני מוליד את כל שאר האורגניזמים על העץ. הענף הבא מתפצל לארבע שושלות שונות, דוגמה לפוליטומיה. הסניף האחרון מוליד שתי שושלות, דוגמה לטקס אחות.
    איור\(\PageIndex{3}\): עץ פילוגנטי מושרש ומראה כיצד אורגניזמים שונים, במקרה זה המינים ותת-המינים של קופים חיים, התפתחו מאב קדמון משותף.

    נקודות הענף והענפים במבנה העץ הפילוגנטי מרמזים גם הם על שינוי אבולוציוני. לפעמים מזוהים שינויי האופי המשמעותיים בענף או בנקודת הסתעפות. לדוגמה, באיור\(\PageIndex{4}\), נקודת הענף המולידה את שושלת היונקים והזוחלים משושלת הצפרדעים מראה את מקור אופי הביצית השפיר. כמו כן נקודת הענף המולידה אורגניזמים עם רגליים מסומנת באב הקדמון המשותף של יונקים, זוחלים, דו-חיים ודגי לסת.

    העץ הפילוגנטי דמוי הסולם מתחיל בגזע משמאל. שאלה ליד תא המטען שואלת האם קיים עמוד חוליות. אם התשובה היא לא, ענף מוביל כלפי מטה אל lancelet. אם התשובה היא כן, ענף מוביל כלפי מעלה לשאלה אחרת, האם קיימת לסת צירים? אם התשובה היא לא, ענף מוביל כלפי מטה למנורות.
    איור\(\PageIndex{4}\): עץ פילוגנטי זה מושרש על ידי אורגניזם חסר עמוד חוליות. בכל נקודת הסתעפות, אורגניזמים בעלי תווים שונים ממוקמים בקבוצות שונות.

    מגבלות של עצים פילוגנטיים

    קל להניח שאורגניזמים קרובים יותר נראים דומים יותר, ולמרות שזה קורה לעתים קרובות, זה לא תמיד נכון. אם שתי שושלות קשורות זו לזו התפתחו בסביבה שונה באופן משמעותי או לאחר התפתחות הסתגלות חדשה גדולה, הן עשויות להיראות שונות לגמרי זו מזו, אפילו יותר מקבוצות אחרות שאינן קשורות קשר הדוק. לדוגמה, העץ הפילוגנטי באיור \(\PageIndex{4}\) מראה שללטאות ולארנבות יש ביצי מי שפיר, ואילו לסלמנדרות (בתוך שושלת הצפרדעים) אין; ובכל זאת על פני השטח, לטאות וסלמנדרות נראות דומות יותר מהלטאות והארנבות.

    היבט נוסף של עצים פילוגנטיים הוא שאם לא צוין אחרת, הענפים אינם מראים משך זמן, הם מראים רק את סדר הזמן של אירועים אבולוציוניים. במילים אחרות, ענף ארוך לא אומר בהכרח שחלף יותר זמן, וגם ענף קצר לא אומר פחות זמן עבר - אלא אם כן צוין בתרשים. לדוגמה, באיור\(\PageIndex{4}\), העץ אינו מציין כמה זמן עבר בין התפתחות ביצי מי השפיר לשיער. מה שהעץ אכן מראה הוא הסדר בו התרחשו הדברים. שוב באמצעות איור\(\PageIndex{4}\), העץ מראה שהתכונה העתיקה ביותר היא עמוד החוליות, ואחריו לסתות צירים וכן הלאה. זכרו שכל עץ פילוגנטי הוא חלק מהשלם הגדול יותר, ובדומה לעץ אמיתי, הוא אינו צומח בכיוון אחד בלבד לאחר התפתחות ענף חדש. אז, עבור האורגניזמים באיור\(\PageIndex{4}\), רק בגלל שהתפתח עמוד חוליות לא אומר שהאבולוציה של חסרי החוליות פסקה, זה רק אומר שנוצר ענף חדש. כמו כן, קבוצות שאינן קשורות קשר הדוק, אך מתפתחות בתנאים דומים, עשויות להיראות דומות יותר זו לזו מאשר לקרוב משפחה.

    סיכום מדור

    מדענים משיגים ללא הרף מידע חדש המסייע להבין את ההיסטוריה האבולוציונית של החיים על פני כדור הארץ. כל קבוצת אורגניזמים עברה מסע אבולוציוני משלה, שנקרא הפילוגניה שלה. כל אורגניזם חולק קשר עם אחרים, ועל סמך עדויות מורפולוגיות וגנטיות מדענים מנסים למפות את המסלולים האבולוציוניים של כל החיים על פני כדור הארץ. מבחינה היסטורית, אורגניזמים אורגנו למערכת סיווג טקסונומית. עם זאת, כיום מדענים רבים בונים עצים פילוגנטיים כדי להמחיש קשרים אבולוציוניים ומערכת הסיווג הטקסונומית צפויה לשקף קשרים אבולוציוניים.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{2}\): באילו רמות חתולים וכלבים נחשבים לחלק מאותה קבוצה?

    תשובה

    חתולים וכלבים הם חלק מאותה קבוצה בחמש רמות: שניהם נמצאים בתחום Eukarya, הממלכה Animalia, הפילום Chordata, הכיתה ממליה והסדר קרניבורה.

    רשימת מילים

    המינוח הבינומי
    מערכת של שמות מדעיים דו-חלקיים לאורגניזם, הכוללת שמות סוגים ומינים
    נקודת הסתעפות
    נקודה על עץ פילוגנטי שבו שושלת אחת מתפצלת לחדשים מובחנים
    כיתה
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנכללת בתוך הפילום וכוללת סדרים
    תחום
    הקטגוריה ברמה הגבוהה ביותר במערכת הסיווג והיא כוללת את כל הסיווגים הטקסונומיים שמתחתיה; זהו הטקסון הכלול ביותר
    משפחה
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנמצאת בסדר וכוללת סוגים
    סוג
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנמצאת במשפחה וכוללת מינים; החלק הראשון של השם המדעי
    ממלכה
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנמצאת בתחום וכוללת פילות
    להזמין
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנכללת בכיתה וכוללת משפחות
    עץ פילוגנטי
    תרשים המשמש לשקף את היחסים האבולוציוניים בין אורגניזמים או קבוצות של אורגניזמים
    פילוגניה
    היסטוריה אבולוציונית ויחסים של אורגניזם או קבוצת אורגניזמים
    פילום
    הקטגוריה במערכת הסיווג הטקסונומית הנמצאת בתוך הממלכה וכוללת מעמדות
    מושרש
    המתאר עץ פילוגנטי בעל שושלת אבות אחת שאליה מתייחסים כל האורגניזמים המיוצגים בתרשים
    אחות טקסית
    שתי שושלות שהתפצלו מאותה נקודת הסתעפות
    מינים
    הקטגוריה הספציפית ביותר של סיווג
    שיטתיות
    מדע קביעת היחסים האבולוציוניים של אורגניזמים
    טקסון
    רמה אחת במערכת הסיווג הטקסונומית
    טקסונומיה
    מדע סיווג האורגניזמים