20.1: Kuandaa Maisha Duniani

Ujuzi wa Kuendeleza

• Jadili haja ya mfumo wa kina wa uainishaji
• Orodha ya viwango tofauti vya mfumo wa uainishaji wa taxonomic
• Eleza jinsi systematics na taksonomia yanahusiana na phylogeny
• Jadili vipengele na madhumuni ya mti wa phylogenetic

Kwa maneno ya kisayansi, historia ya mageuzi na uhusiano wa kiumbe au kikundi cha viumbe huitwa phylogeny. Phylogeny inaelezea mahusiano ya kiumbe, kama vile viumbe ambavyo hufikiriwa kuwa vimebadilika, ni aina gani inayohusiana sana, na kadhalika. Mahusiano ya phylogenetic hutoa taarifa juu ya asili ya pamoja lakini si lazima juu ya jinsi viumbe vinavyofanana au tofauti.

Miti ya Phylogenetic

Wanasayansi hutumia chombo kinachoitwa mti wa phylogenetic kuonyesha njia za mabadiliko na uhusiano kati ya viumbe. Mti wa phylogenetic ni mchoro unaotumiwa kutafakari mahusiano ya mabadiliko kati ya viumbe au vikundi vya viumbe. Wanasayansi wanaona miti ya phylogenetic kuwa nadharia tete ya zamani ya mabadiliko kwani mtu hawezi kurudi ili kuthibitisha mahusiano yaliyopendekezwa. Kwa maneno mengine, “mti wa uzima” unaweza kujengwa ili kuonyesha wakati viumbe tofauti vimebadilika na kuonyesha uhusiano kati ya viumbe tofauti (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Tofauti na mchoro wa uainishaji wa taxonomic, mti wa phylogenetic unaweza kusomwa kama ramani ya historia ya mabadiliko. Miti mingi ya phylogenetic ina mstari mmoja kwenye msingi unaowakilisha babu wa kawaida. Wanasayansi huita miti hiyo mizizi, ambayo ina maana kuna mstari mmoja wa mababu (kawaida inayotolewa kutoka chini au kushoto) ambayo viumbe vyote vinavyowakilishwa katika mchoro vinahusiana. Taarifa katika mti phylogenetic mizizi kwamba domains tatu - Bakteria, Archaea, na Eukarya-tofauti kutoka hatua moja na tawi mbali. Tawi dogo ambalo mimea na wanyama (ikiwa ni pamoja na binadamu) huchukua katika mchoro huu linaonyesha jinsi hivi karibuni na vidogo vikundi hivi vinavyolinganishwa na viumbe vingine. Miti isiyokuwa na mizizi haionyeshi babu wa kawaida lakini inaonyesha uhusiano kati ya spishi.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Wote wa miti hii phylogenetic inaonyesha uhusiano wa nyanja tatu za maisha-bakteria, Archaea, na Eukarya-lakini (a) mizizi mti majaribio ya kutambua wakati aina mbalimbali waliachana na babu ya kawaida wakati (b) unrooted mti hana. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Eric Gaba)

Katika mti wenye mizizi, matawi yanaonyesha mahusiano ya mabadiliko (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hatua ambapo mgawanyiko hutokea, unaoitwa hatua ya tawi, inawakilisha ambapo mstari mmoja umebadilika kuwa mpya tofauti. Mstari uliobadilika mapema kutoka kwenye mizizi na unabaki unbranched inaitwa taxon ya basal. Wakati lineages mbili zinatokana na hatua moja ya tawi, huitwa dada taxa. Tawi lenye mistari zaidi ya mbili linaitwa polytomy na hutumikia kuonyesha ambapo wanasayansi hawajaamua mahusiano yote. Ni muhimu kutambua kwamba ingawa dada taxa na polytomy hushiriki babu, haimaanishi kwamba makundi ya viumbe yanagawanyika au kubadilika kutoka kwa kila mmoja. Viumbe katika taxa mbili huenda vimegawanyika katika hatua maalum ya tawi, lakini wala taxa hakutoa kupanda kwa nyingine.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mzizi wa mti wa phylogenetic unaonyesha kwamba mstari wa mababu ulifufua viumbe vyote kwenye mti. Hatua ya tawi inaonyesha ambapo mistari miwili imetengana. Uzazi uliobadilika mapema na unabaki unbranched ni taxon ya basal. Wakati lineages mbili zinatokana na hatua moja ya tawi, wao ni dada taxa. Tawi yenye mistari zaidi ya mbili ni polytomy.

Michoro hapo juu inaweza kutumika kama njia ya kuelewa historia ya mabadiliko. Njia inaweza kufuatiliwa kutoka asili ya maisha kwa aina yoyote ya mtu binafsi kwa kusafiri kupitia matawi ya mageuzi kati ya pointi mbili. Pia, kwa kuanzia na aina moja na kufuatilia nyuma kuelekea “shina” la mti, mtu anaweza kugundua kwamba mababu wa aina, pamoja na ambapo vizazi vinashiriki asili ya kawaida. Aidha, mti unaweza kutumika kujifunza makundi yote ya viumbe.

Jambo lingine la kutaja juu ya muundo wa mti wa phylogenetic ni kwamba mzunguko kwenye pointi za tawi haubadili habari. Kwa mfano, kama hatua ya tawi ilizungushwa na utaratibu wa taxon ulibadilika, hii haiwezi kubadilisha habari kwa sababu mageuzi ya kila taxon kutoka hatua ya tawi ilikuwa huru ya nyingine.

Taaluma nyingi ndani ya utafiti wa biolojia huchangia kuelewa jinsi maisha ya zamani na ya sasa yalivyobadilika baada ya muda; taaluma hizi pamoja zinachangia kujenga, uppdatering, na kudumisha “mti wa uzima.” Habari hutumiwa kuandaa na kuainisha viumbe kulingana na mahusiano ya mageuko katika uwanja wa kisayansi unaoitwa systematics. Takwimu zinaweza kukusanywa kutoka fossils, kutoka kusoma muundo wa sehemu za mwili au molekuli zinazotumiwa na kiumbe, na kwa uchambuzi wa DNA. Kwa kuchanganya data kutoka vyanzo vingi, wanasayansi wanaweza kuweka pamoja phylogeny ya kiumbe; tangu miti ya phylogenetic ni nadharia, wataendelea kubadilika kama aina mpya za maisha zimegunduliwa na habari mpya hujifunza.

Upungufu wa Miti ya Phylogenetic

Inaweza kuwa rahisi kudhani kwamba viumbe vinavyohusiana zaidi vinaonekana sawa, na wakati hii ni mara nyingi kesi, sio kweli kila wakati. Kama mbili lineages karibu kuhusiana tolewa chini ya mazingira kwa kiasi kikubwa mbalimbali au baada ya mageuzi ya kukabiliana na hali kubwa mpya, inawezekana kwa makundi mawili kuonekana tofauti zaidi kuliko makundi mengine ambayo si kama karibu kuhusiana. Kwa mfano, mti wa phylogenetic katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\) unaonyesha kwamba mijusi na sungura wote wana mayai ya amniotic, ambapo vyura hawana; bado mijusi na vyura huonekana sawa zaidi kuliko mijusi na sungura.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mti huu wa phylogenetic kama ngazi ya vertebrates ni mizizi na viumbe ambavyo havikuwa na safu ya vertebral. Katika kila hatua ya tawi, viumbe vyenye herufi tofauti huwekwa katika vikundi tofauti kulingana na sifa wanazoshiriki.

Kipengele kingine cha miti ya phylogenetic ni kwamba, isipokuwa kama ilivyoonyeshwa vinginevyo, matawi hayahesabu kwa muda mrefu, tu utaratibu wa mabadiliko. Kwa maneno mengine, urefu wa tawi haina maana ya muda zaidi kupita, wala tawi fupi maana chini ya muda kupita - isipokuwa maalum juu ya mchoro. Kwa mfano, katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\), mti hauonyeshe muda gani uliopita kati ya mageuzi ya mayai na nywele za amniotic. Nini mti unaonyesha ni utaratibu ambao mambo yalifanyika. Tena kwa kutumia Kielelezo\(\PageIndex{3}\), mti inaonyesha kwamba tabia kongwe ni safu ya vertebral, ikifuatiwa na taya hinged, na kadhalika. Kumbuka kwamba mti wowote wa phylogenetic ni sehemu ya nzima zaidi, na kama mti halisi, haukua kwa mwelekeo mmoja tu baada ya tawi jipya linaendelea. Kwa hiyo, kwa viumbe katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\), kwa sababu tu safu ya vertebral tolewa haimaanishi kwamba mageuzi ya uti wa mgongo ilikoma, inamaanisha tu kwamba tawi jipya limeundwa. Pia, makundi ambayo si karibu uhusiano, lakini kubadilika chini ya hali kama hiyo, inaweza kuonekana zaidi phenotypally sawa na kila mmoja kuliko kwa jamaa wa karibu.

Unganisha na Kujifunza

Kichwa kwenye tovuti hii ili kuona mazoezi ya maingiliano ambayo inakuwezesha kuchunguza mahusiano ya mabadiliko kati ya aina.

Ngazi za Uainishaji

Taksonomia (ambayo kwa kweli inamaanisha “sheria ya utaratibu”) ni sayansi ya kuainisha viumbe ili kujenga mifumo ya uainishaji iliyoshirikiwa kimataifa na kila kiumbe kilichowekwa katika makundi ya umoja zaidi na zaidi. Fikiria jinsi duka la mboga linapangwa. Sehemu moja kubwa imegawanywa katika idara, kama vile mazao, maziwa, na nyama. Kisha kila idara inagawanyika zaidi katika aisles, kisha kila aisle katika makundi na bidhaa, na kisha hatimaye bidhaa moja. Shirika hili kutoka kwa makundi makubwa hadi ndogo, maalum zaidi huitwa mfumo wa hierarchical.

Mfumo wa uainishaji wa taxonomiki (pia huitwa mfumo wa Linnaean baada ya mvumbuzi wake, Carl Linnaeus, mtaalamu wa mimea ya Kiswidi, mwanasayansi wa zoolojia, na daktari) hutumia mfano wa kihierarkia. Kuhamia kutoka hatua ya asili, vikundi vinakuwa maalum zaidi, mpaka tawi moja liishe kama spishi moja. Kwa mfano, baada ya mwanzo wa kawaida wa maisha yote, wanasayansi hugawanya viumbe katika makundi matatu makubwa yanayoitwa uwanja: Bakteria, Archaea, na Eukarya. Ndani ya kila kikoa ni jamii ya pili inayoitwa ufalme. Baada ya falme, makundi yafuatayo ya kuongeza maalum ni: phylum, darasa, utaratibu, familia, jenasi, na aina (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mfumo wa uainishaji wa taxonomic hutumia mfano wa kihierarkia kuandaa viumbe hai katika makundi yanayozidi maalum. Mbwa wa kawaida, Canis lupus familiaris, ni sehemu ndogo ya Canis lupus, ambayo pia inajumuisha mbwa mwitu na dingo. (mikopo “mbwa”: mabadiliko ya kazi na Janneke Vreugdenhil)

Ufalme Animalia unatokana na uwanja wa Eukarya. Kwa mbwa wa kawaida, viwango vya uainishaji vitakuwa kama inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Kwa hiyo, jina kamili la kiumbe kitaalam lina maneno nane. Kwa mbwa, ni: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, na lupus. Kumbuka kwamba kila jina ni mtaji isipokuwa kwa spishi, na majina ya jenasi na spishi ni italicized. Wanasayansi kwa ujumla wanataja kiumbe tu kwa jenasi na spishi zake, ambayo ni jina lake la kisayansi la neno mbili, katika kile kinachoitwa jina la binomial. Kwa hiyo, jina la kisayansi la mbwa ni Canis lupus. Jina katika kila ngazi pia huitwa taxon. Kwa maneno mengine, mbwa ni ili Carnivora. Carnivora ni jina la taxon katika ngazi ya utaratibu; Canidae ni taxon katika ngazi ya familia, na kadhalika. Viumbe pia wana jina la kawaida ambalo watu hutumia, katika kesi hii, mbwa. Kumbuka kwamba mbwa ni kuongeza subspecies: “familiaris” katika Canis lupus familiaris. Subspecies ni wanachama wa spishi moja ambazo zina uwezo wa kuunganisha na kuzalisha watoto wenye faida, lakini huchukuliwa kama aina ndogo tofauti kutokana na kutengwa kwa kijiografia au tabia au mambo mengine.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) inaonyesha jinsi ngazi hoja kuelekea maalum na viumbe wengine. Angalia jinsi mbwa anavyoshiriki uwanja na utofauti mkubwa zaidi wa viumbe, ikiwa ni pamoja na mimea na vipepeo. Katika kila sublevel, viumbe vinafanana zaidi kwa sababu vina uhusiano wa karibu zaidi. Kihistoria, wanasayansi waliainisha viumbe kwa kutumia sifa, lakini kadiri teknolojia ya DNA ilivyotengenezwa, phylogenies sahihi zaidi zimedhamiriwa.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Katika kila sublevel katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic, viumbe vinakuwa sawa zaidi. Mbwa na mbwa mwitu ni spishi moja kwa sababu wanaweza kuzaliana na kuzalisha watoto wenye faida, lakini ni tofauti ya kutosha kuainishwa kama spishi ndogo tofauti. (mikopo “kupanda”: mabadiliko ya kazi na “berduchwal” /Flickr; mikopo “wadudu”: mabadiliko ya kazi na Jon Sullivan; mikopo “samaki”: mabadiliko ya kazi na Christian Mehlführer; mikopo “sungura”: mabadiliko ya kazi na Aidan Wojtas; mikopo “paka”: mabadiliko ya kazi na Jonathan Lidbeck; mikopo “mbweha”: mabadiliko ya kazi na Kevin Bacher, NPS; mikopo “jackal”: mabadiliko ya kazi na Thomas A. Hermann, NBII, USGS; mikopo “mbwa mwitu”: mabadiliko ya kazi na Robert Dewar; mikopo “mbwa”: mabadiliko ya kazi na “digital_image_fan” /Flickr)

Je, ni ngazi gani paka na mbwa zinachukuliwa kuwa sehemu ya kundi moja?

Uchambuzi wa hivi karibuni wa maumbile na maendeleo mengine umegundua kwamba baadhi ya uainishaji wa awali wa phylogenetic haufanani na mabadiliko ya zamani; kwa hiyo, mabadiliko na sasisho lazima zifanywe kama uvumbuzi mpya unatokea. Kumbuka kwamba miti ya phylogenetic ni nadharia na hubadilishwa kama data inapatikana. Aidha, uainishaji kihistoria umelenga viumbe vya vikundi hasa kwa sifa za pamoja na si lazima kuonyesha jinsi makundi mbalimbali yanahusiana na kila mmoja kutokana na mtazamo wa mabadiliko. Kwa mfano, licha ya ukweli kwamba kiboko kinafanana na nguruwe zaidi ya nyangumi, kiboko inaweza kuwa jamaa wa karibu zaidi wa nyangumi.

Muhtasari

Wanasayansi daima kupata habari mpya ambayo husaidia kuelewa historia ya mabadiliko ya maisha duniani. Kila kundi la viumbe lilipitia safari yake ya mabadiliko, inayoitwa phylogeny yake. Kila kiumbe kinashirikiana na wengine, na kulingana na ushahidi wa maumbile na maumbile, wanasayansi wanajaribu ramani ya njia za mabadiliko ya maisha yote duniani. Kihistoria, viumbe viliandaliwa katika mfumo wa uainishaji wa taxonomiki. Hata hivyo, leo wanasayansi wengi hujenga miti ya phylogenetic ili kuonyesha mahusiano ya mabadiliko.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Katika ngazi gani paka na mbwa zinachukuliwa kuwa sehemu ya kundi moja?

Jibu

Paka na mbwa ni sehemu ya kundi moja katika ngazi tano: wote ni katika uwanja Eukarya, ufalme Animalia, phylum Chordata, Mammalia darasa, na ili Carnivora.

faharasa

taxon ya msingi

tawi juu ya mti phylogenetic ambayo si diverged kwa kiasi kikubwa kutoka kwa babu mzizi

nomenclature ya binomial

mfumo wa majina ya sehemu mbili za kisayansi kwa viumbe, ambayo ni pamoja na majina ya jenasi na aina

hatua ya tawi

node kwenye mti wa phylogenetic ambapo mstari mmoja hugawanyika katika mpya tofauti

darasa

mgawanyiko wa phylum katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

familia

mgawanyiko wa utaratibu katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

jenasi

mgawanyiko wa familia katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic; sehemu ya kwanza ya jina la kisayansi la binomial

ufalme

mgawanyiko wa uwanja katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

agizo

mgawanyiko wa darasa katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

mti wa phylogenetic

mchoro kutumika kutafakari mahusiano ya mabadiliko kati ya viumbe au makundi ya viumbe

phylogeny

mabadiliko ya historia na uhusiano wa viumbe au kundi la viumbe

phylum

(wingi: phyla) mgawanyiko wa ufalme katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

polytomy

tawi juu ya mti phylogenetic na makundi zaidi ya mbili au taxa

mizizi

kizazi kimoja cha mababu kwenye mti wa phylogenetic ambayo viumbe vyote vinavyowakilishwa katika mchoro vinahusiana

dada taxa

mbili lineages kwamba diverged kutoka hatua moja tawi

mfumo

uwanja wa kuandaa na kuainisha viumbe kulingana na mahusiano ya mabadiliko

taxon

(wingi: taxa) ngazi moja katika mfumo wa uainishaji wa taxonomic

uainishaji

sayansi ya kuainisha viumbe