系统发育树：类型及其特征，示例 - 生物学 - 2024

一个系统发生树是群体，种群，物种，或任何其他分类类别的历史和祖先子孙关系的数学图形表示。从理论上讲，所有系统发育树都可以归为生命树，从而构成通用树。

这些图形表示法彻底革新了进化生物学的研究，因为它们允许建立和定义物种，测试各种进化假设（例如共生共生理论），评估疾病的起源（例如HIV）等。

资料来源：约翰·古尔德（John Gould）（1804年9月14日-1881年2月3日）

可以使用形态或分子特征或两者来重建树木。同样，有多种方法可以构建它们，最常见的是cladist方法。这试图识别共享的派生字符，称为突触。

特点

查尔斯·达尔文（Charles Darwin）提出的原则之一是所有活生物体的共同祖先-也就是说，我们都拥有一个遥远的祖先。

达尔文在《物种起源》中提出了“生命之树”的隐喻。实际上，他使用一个假想的图形树来发展自己的想法（奇怪的是，这是Origin的唯一例证）。

这种隐喻的表示就是我们所熟知的系统发育树，它使我们能够以图形方式显示特定生物群的历史和关系。

系统发育树的解剖

在系统发生树中，我们可以区分以下部分-继续进行植物类比：

分支：树的线被称为“分支”，代表了随着时间的推移研究人群。根据树的类型（请参阅下文），分支的长度可能有意义也可能没有含义。

在分支的尖端，我们找到了我们要评估的生物。这些可以是当前存在的实体，也可以是已灭绝的实体。该物种将是我们树上的叶子。

根：根是树上最古老的分支。有些拥有它，被称为有根的树，而另一些则没有。

节点：两个或多个谱系中分支的分支点称为节点。点代表后代组中的最新共同祖先（请注意，这些祖先是假设的）。

节点的存在意味着物种形成事件-新物种的产生。此后，每个物种都遵循其进化过程。

附加术语

除了这三个基本概念外，系统发育树还有其他必要的术语：

截骨术：系统发育树在一个节点中有两个以上分支时，就说有一个多切术。在这些情况下，系统发育树无法完全解析，因为所涉及的生物之间的关系尚不清楚。这通常是由于缺乏数据而发生的，只有在研究人员积累了更多信息后才能解决。

外部群体：在系统发生问题中，经常听到外部群体的概念-也称为外群。选择该组是为了能够使树成为根。应该选择它作为先前与研究组不同的分类单元。例如，如果我正在研究棘皮动物，则可以将海鞘外分。

种类

共有三种基本类型的树：枝状图，加性树和超度量树。

爬虫图是最简单的树木，根据共同血统显示生物体的关系。这种类型的树的信息驻留在分支模式中，因为分支的大小没有任何其他含义。

第二种树是加性树，也称为度量树或系统树。分支的长度与进化变化的数量有关。

最后，我们有超测树或树状图，其中树的所有尖端都在相同的距离上（在系统图中情况并非如此，在尖端中，尖端可能比其同伴更低或更高）。分支的长度与进化时间有关。

树的选择与我们要回答的进化问题直接相关。例如，如果我们仅关注个人之间的关系，那么就可以使用本图来进行这项研究。

阅读系统发育树时最常见的错误

尽管系统进化树在进化生物学（和普通生物学）中经常被广泛使用，但仍有许多学生和专业人员误解了这些看似简单的图旨在传递给读者的信息。

没有后备箱

第一个错误是将它们横向阅读，假设进化意味着进步。如果我们正确地理解了进化过程，那么就没有理由认为祖先物种在左边，而更高级的物种在右边。

虽然树的植物类比非常有用，但有一点不再那么精确了。树中没有一个重要的树结构：树干。在系统发育树中，我们找不到任何主要分支。

具体来说，有些人可能将人类视为进化的最终“目标”，因此，智人物种应始终被定位为最终实体。

但是，这种观点与进化原理不一致。如果我们了解系统发育树是可移动的元素，则可以将Homo放置在树的任何末端位置，因为此特征与表示无关。

节点可以旋转

我们必须了解的系统发育树的一个重要特征是它们代表了非静态图。

在它们中，所有这些分支都可以旋转-就像移动设备可以旋转一样。我们并不是说可以随意移动分支，因为某些移动会涉及更改树的图案或拓扑。我们可以旋转的是节点。

要解释树的信息，我们不能专注于分支的尖端，而必须专注于分支点，这是图形中最重要的方面。

另外，我们必须记住，有几种方法可以绘制一棵树。很多时候，这取决于书本或杂志的风格，分支机构的形状和位置的变化不会影响他们想要传达给我们的信息。

我们无法推断出当前祖传或“古老”物种的存在

当我们要指代当前物种时，我们不应将祖先的含义应用于它们。例如，当我们考虑黑猩猩与人类之间的关系时，我们可能会误解黑猩猩是我们家族的祖先。

但是，黑猩猩和人类的共同祖先都不是。认为黑猩猩是祖先的，是假设一旦两个血统分离，黑猩猩的进化就停止了。

按照这些想法的相同逻辑，系统发育树也不会告诉我们是否也存在年轻物种。由于等位基因频率不断变化，并且随着时间的推移有新的性状发生变化，因此很难确定物种的年龄，当然，一棵树无法提供此类信息。

“等位基因频率随时间的变化”是群体遗传学定义进化的方式。

他们是不变的

在查看系统发育树时，我们必须了解，该图只是根据具体证据生成的假设。如果我们向树中添加更多字符，则可能会修改其拓扑。

科学家在选择最佳角色以阐明有关生物之间的关系方面的专业知识至关重要。此外，还有非常强大的统计工具，可让研究人员评估树木并选择最合理的树木。

例子

生活的三个领域：古细菌，细菌和Eukarya

1977年，研究人员卡尔·沃斯（Carl Woese）提出将活生物体分为三个领域：古细菌，细菌和Eukarya。这种新颖的分类系统（以前只有两个类别，Eukaryota和Prokaryota）基于核糖体RNA分子标记。

细菌和真核生物是众所周知的生物。古细菌经常被误认为细菌。然而，这些在其细胞成分的结构上有很大的不同。

因此，尽管它们是像细菌一样的微观生物，但是古细菌域的成员与真核生物之间的联系更为紧密-因为它们具有更近的共同祖先。

资料来源：Mariana Gelambi编写。

灵长类动物的系统发育

在进化生物学中，最有争议的话题之一是人的进化。对于这种理论的反对者来说，从猿猴祖先开始进化而来的进化论是不合逻辑的。

一个关键的概念是理解我们不是从当前的猿类进化而来，而是与它们共享一个共同的祖先。在猿猴和人类的树上，很明显，我们所称的“猿”不是有效的单基因组，因为它排除了人类。

资料来源：Mariana Gelambi编写。

十六烷（Cetartiodactyla）的系统发育

从进化上讲，鲸类代表一组脊椎动物，它们与其他哺乳动物的关系不是很清楚。从形态上讲，鲸鱼，海豚和其他成员与其他哺乳动物几乎没有相似之处。

当前，由于对不同形态和分子特征的研究，有可能得出结论，大型鲸类的姐妹群是由偶蹄动物形成的-有蹄类的有蹄类动物。

资料来源：Mariana Gelambi编写。

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