We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Yeryüzündeki yaşam, tahminen 3,8 milyar yıl önce, çok kısa bir süre sonra (jeolojik zamanda), dünyanın yüzeyi katı hale gelmek üzere soğuduktan ve ilk okyanuslar oluştuktan sonra başladı. Günümüzde tüm canlıların atalarının izini çok dallı bir hayat ağacından bu ilk canlıya kadar takip edebildiğine inanıyoruz.
Hayatın bu hızlı görünümünü, sadece bir kez gelişmiş gibi göründüğü gerçeğiyle nasıl bağdaştırabiliriz? Başka bir deyişle, dünyanın 10 farklı yerinde başlayan ve 10 farklı hayat ağacına yol açan bir hayatımız olmadı., neden sadece birini gördük?
Richard Dawkins'in Bencil Geni'nin bir varyasyonunda, şöyle bir şey düşünmek mümkün mü? bencil ağaç?
İlk yaşam ağacı geldiğinde, genel olarak atmosferi ve çevreyi değiştirmeye, mevcut her nişi (örn. soğuk, sıcak, kara, nehir, okyanus, asit, alkali, büyük, küçük) doldurmak için türlerin sayısını ve aralığını çoğaltmaya başladı. ikinci bir hayat ağacının ortaya çıkması için hiçbir boşluk veya koşul bırakmamak için.
… tüm canlılar atalarının izini çok dallı bir yaşam ağacından bu ilk canlıya kadar takip edebilirler.
Bu gezegende hayatın sadece bir kez ortaya çıktığını kim iddia edebilir tam olarak bilmiyorum. Tüm bildiğim (belki de 'biz'), birkaç kez ortaya çıkmış olabilir, ancak bu gezegende o zamanki koşullarında, şimdi dediğimiz türden bir kayda başlamak için yeterince uzun süre hayatta kaldı/uyarlandı. hayatın 'ağacı' (karmaşık/ökaryotik organizmalar). Bilmediğiniz şeyi "bilemezsiniz". Teori yapabilirsin ama yapamazsın bilmek.
Bilim adamları her zaman yeni keşifler yaparlar. Bir zamanlar (binlerce yıl süren) bilim adamlarının* hayatın (örneğin bir çamur balığı şeklinde) cansız maddeden (bu durumda bir çamur birikintisi) geldiğine inanıyordu. Bu fikir gülünç hale geldiğinde, mikroskop icat edildi ve insanlar hala mikroskobik yaşamın olduğuna inanıyorlardı ( örneğin bakteri) uygun koşullardan (bu durumda bir saman infüzyonu) ortaya çıktı. Pasteur, deneyiyle Alpler'e tırmanana kadar spontan oluşumun nihayet dinlenmesi değildi.
Bir noktada, Homo sapiens'in tek insan olduğunu düşündük. Bakterilerin midede veya arsenikle dolu bir gölde yaşayabileceğini bilmiyorduk.
Bildiğimiz gibi yaşam değilse, "hayat"tan bahsettiğimizde ne arayacağımızı nasıl bilebiliriz? Çalışmaya devam etmeli, düşünmeye devam etmeliyiz, aklımızı 'hayat' hakkında açık tutmalıyız, örneğin kaç kez ortaya çıkmış olabileceği gibi, onun hakkında daha fazla şey öğrenmek için.
*Bilim kadınlarının daha iyi bildiğini ama basitçe görmezden gelindiğini düşünmek isterim.
Moleküler filogenetik, diğer kanıtların yanı sıra, mevcut tüm yaşamın evrensel bir ortak atayı paylaştığını kuvvetle önerir. Bununla birlikte, bu analiz yatay gen transferi ile karıştırılmaktadır. Aşağıdaki varsayımsal şekil, örneğin, genetik soyoluşun (resmin sağ tarafı, gözlemleyebildiğimiz şey bu) nasıl gerçek evrimsel ilişkileri temsil etmeyebileceğini açıklıyor (resmin sol tarafı, çıkarmaya çalıştığımız şey bu) yatay gen transferi varlığında (bir okla gösterilir):
Martins L de O, Posada D. 2013. Benzer dizilerle evrensel ortak ataların kanıtlanması. Trendler Evol Biol 4(1):e5.
Bu problem birçok gen düşünülerek potansiyel olarak aşılabilirken, zamanda geriye gidildikçe bu daha da zorlaşır ve hakkında çok az şey bildiğimiz ilkel yaşamı (RNA dünyası gibi) düşünürseniz imkansız hale gelir. Yaşamın birden çok kökenini varsayarsak, kalıtsal bilgilerin nesillerinden kısa bir süre sonra yatay olarak aktarımı bugün mümkün olduğu kadar bugün de saptanamaz olabilir. Bu, aşağıda görselleştirildiği gibi oldukça karışık bir ağaç oluşturur:
Smets BF, Barkay T. 2005. Yatay gen transferi: bilimsel disiplinlerin kavşağında perspektifler. Nat Rev Microbiol 3(9):675-678.
Yaşamın Dünya'da birden çok kez ortaya çıkmış olması da mümkündür, ancak bugüne kadar yalnızca bir "ağaç" hayatta kalmıştır. Bu senaryoda, birçoğu soyu tükenmiş ve yalnızca bir tanesi hayatta olan birden fazla yaşam ağacı vardır.
Özetle, sorunuzun cevabı bilinmiyor.
Maddeden yaşamın ortaya çıkması çok ender bir olaydır. Böyle bir olayın birden fazla kez meydana gelme şansı küçük bir zaman diliminde çok az.
Zaman çerçevesi yeterince genişse, o zaman "Yeni Hayat" yeniden ortaya çıkabilir. Bununla birlikte, bu durumda, yeni ortaya çıkan canlı organizmalar, enerji kaynakları vb. için verimli bir şekilde rekabet etmek için zaten evrimleşmiş olan "Eski Yaşam"ın varlığı nedeniyle son derece dezavantajlı olacaktır.
Herhangi bir yeni, ancak işlevsel, ilkel yaşam formu, halihazırda var olanlardan daha iyi performans gösteremez, bu nedenle çok yakında yok olacaktır. İşte bu yüzden bu gezegende tek bir yaşam ağacı elde ettik.
Daha fazla okuma için bazı bağlantılar:
http://www.science20.com/stars_planets_life/calcizing_odds_life_could_begin_chance
http://www.science20.com/news_releases/the_mathematical_probability_of_life_on_other_earth_like_planets
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180108090109.htm
https://www.scientificamerican.com/article/universal-common-ancestor/
https://www.nature.com/articles/nature09014
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00239-010-9407-2
https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1016/0014-5793%2896%2900631-X
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022519318300419?via%3Dihub
Birden çok kez ortaya çıkmış olması tamamen mümkündür ve biz sonuçlarız, nükleotidlerin daha güzel yönlerinden biri birleşebilmeleridir, erken aşamalarda farklı bağımsız olarak türetilmiş gen hatlarının birleştirilmesi mümkündür. En ilkel yaşam biçimlerinin nasıl olacağına dair en iyi tahminlerimize göre, onları birleştirmek oldukça kolaydır. Yapıların şu ya da bu şekilde herhangi bir kesinlik ile söylenebilecek en erken yaşamın tam olarak nasıl olduğu hakkında yeterince bilgimiz yok. hatta bu işbirliğine uygun olmayan yaşamın işbirliği yapanlar tarafından yok olmaya itilmesiyle evet ve hayır olabilir. Ancak diğerlerinin de belirttiği gibi, bunun gerçekleşmesi için pencere küçüktür, ilk yaşam formu bir kez evrimleştiğinde, yeni gelişen yaşam için daha büyük molekülleri parçalama yeteneği, bu "yırtıcı" hattın daha önceki atalarında olduğu gibi mahkum olacaktır. Hayat, kelimenin tam anlamıyla, erken kökenlerinin izlerini temizleyecektir.
Hayat nedir?"
Şaşırtıcı derecede zor bir soru olduğu ortaya çıkıyor. Wikipedia'daki gibi açıklayıcı listeler bile aslında bir tanım olmaktan çok uzak. Yıllar boyunca, yaşamı sezmek ve anlamak kolay, analiz etmek ve saptamak ise ünlü bir şekilde zor olmuştur. Felsefenin bütün dalları bu soruyla ilgilenir.
Bu, bunun gibi soruları yanıtlarken rahatsız edici bir zorluk yaratır. "Hayatı" öyle bir şekilde tanımlamak mümkündür ki, sihirli bir kristal küre ile geçmişe bakarsak, "ağacımızın dışında" var olduğunu görebiliriz. O zaman "hayır, ben hayatı böyle tanımlamıyorum" diyebilir ve ağacımızda var olan ama bu "ikinci ağaçta" olmayan bazı küçük ayrıntıları seçip tanımıma ekleyebilirim. Net keskin kenarlara sahip tek bir kapsayıcı tanım üzerinde anlaşmaya varıldığından, net bir anlaşma olmayacaktır.
Biz ne Yapabilmek geçmiş hakkında söylemek gözlemlenen yaşamın kökenine ilişkin gerçekler, yaşamın bir kez ve yalnızca bir kez ortaya çıktığı teorisiyle tutarlıdır. Bu, kullandığın ifadeden kasten utangaç. Şahsen, bilimin kanıtlayabileceği sınırları aşan ifadeler kullanmakla ilgili sorunlarım var, bu yüzden işler zorlaştığında daha kısıtlayıcı ifadeler kullanmayı tercih ediyorum. %99,9'u için "hayat bir kez başladı" yeterince açık bir ifadedir. %0,1 için, bu soru gibi, daha kesin ifadelere güvenmek güzel. (ve yorumlarda daha kesin ifadeler için herhangi bir öneriye açığım)
Evrim ağacında bir kereden fazla meydana gelen şeyleri bulduğumuzu belirteceğim. Şu anda kanatların ve uçuşun dört ayrı zamanda evrimleştiğine inanılıyor: böcekler, kuşlar, yarasalar ve pterosaurlar. Daha açık bir ifadeyle, fosil ve genetik kayıtlarındaki gözlemler, dört kez evrimleştikleri varsayımıyla tutarlı, yalnızca bir kez evrimleştikleri varsayımıyla çelişmektedir.
Bu, sorunuzla ilgili olarak bunun doğrudan kanıt olduğu anlamına gelmez, ancak bilim adamlarının gerçekten birden fazla kez olan bir şeyi aradıkları gerçeğine işaret ettiğini düşünüyorum. Onlar için ilginç bir sonuç olurdu. Bugüne kadar hiç kimse, hayatın gerçekten iki kez evrimleştiğini kanıtlayacak sağlam bir argüman ortaya koyamadı. Böylece, "ikinci bir hayat ağacı", Russel's Teapot ile aynı tozlu köşeye düşer.
Sadece hayat ağacında gözlemlediğimiz özelliklere göre hayat ararsak, sadece o ağaca bağlı yaşam formları buluruz. Demek istediğim, şu anki yaşam anlayışımız hücre teorisi etrafında dönüyor, bu nedenle bilim adamları ne zaman yeni bir yaşam aramaya çıksalar, hücre ile ilgili özellikleri ararlar.
Hücreden türememiş başka bir yaşam formu veya ağaç olabilir. Düşünce için yiyecek.
Hayat Ağacının Çoğu Tam Bir Gizemdir
Bazı dalların var olduğunu biliyoruz, ancak oraya tüneyen organizmaları hiç görmedik.
1837'de Charles Darwin, defterlerinden birine basit bir ağaç çizdi. Üstüne, "Sanırım" diye karaladı. Bu ikonik görüntü, Darwin'in büyük fikrini mükemmel bir şekilde özetledi: tüm canlıların ortak bir ataya sahip olduğu. O zamandan beri bilim adamları hayat ağacına isimler ekliyorlar. Örneğin geçen yıl bir grup, "kapsamlı bir ağaç" olarak adlandırdıkları şeyi, "tüm yaşamı kapsayan" yaklaşık 2,3 milyon türün devasa bir soyağacı olarak derledi.
Etkileyici bir çalışma, ancak muhtemelen “şimdiye kadar sıraladığımız tüm yaşam” demeleri gerekirdi. Mevcut genetik çalışmalar, yaşamın en aşina olduğumuz dallarına, özellikle de görebildiğimiz ve inceleyebildiğimiz dallara karşı büyük ölçüde önyargılı olmuştur. “Kapsamlı hayat ağacının” yarısını hayvanların, üçte birini mantarların, bitkilerin ve alglerin oluşturması ve mikroskobik bakterilerin sadece küçük bir kamayı doldurması tesadüf değil.
Gerçek hayat ağacı böyle görünmüyor.
Biz görünen organizmalar küçük kama olmalıdır. Dünya'nın hikayesine geç geldik ve yaşamın çeşitliliğinin en küçük kıymığını temsil ediyoruz. Bakteriler dünyanın gerçek efendileridir. Milyarlarca yıldır gezegendeler ve en harika ve en güzel sonsuz formlara çeşitlenirken onu geri dönülmez bir şekilde değiştirdiler. Bu formların çoğu hiç görülmedi, ancak genleri sayesinde var olduklarını biliyoruz. Bilim adamları, çevresel örneklerden (çamur kepçeleri veya tükürük bezleri gibi) DNA çıkarabilen teknikleri kullanarak, varlığı başka türlü bir gizem olan organizmaların tam genomlarını bir araya getirmeyi başardılar.
Şu anda Waterloo Üniversitesi'nde görev yapan Laura Hug ve Berkeley Kaliforniya Üniversitesi'nden Jillian Banfield, bu genomlardan 1.011'ini kullanarak, kökten farklı bir yaşam ağacı çizdiler. Aşina olduğumuz tüm canlılar -hayvanlar, bitkiler ve mantarlar- ince bir dalda toplanmıştır. Gerisi büyük ölçüde bakteri ile doldurulur.
Ve bu bakteri dallarının yaklaşık yarısı, çok yakın zamanda keşfedilen ve hala resmi bir adı olmayan bir üst gruba aittir. Gayri resmi olarak, Aday Filum Radyasyonu olarak bilinir. Evrim, soyları içinde, neredeyse tamamen cahil olduğumuz sayısız tür üreterek şehre gitti. Tek bir istisna dışında, hiçbir zaman bir laboratuvarda izole edilmediler veya büyütülmediler. Hug ve Banfield, aslında, bu üst grup ve "yalıtılmış temsilcileri olmayan diğer soylar, açıkça yaşamın mevcut çeşitliliğinin çoğunu oluşturuyor" diye yazdı.
Davis, California Üniversitesi'nden Jonathan Eisen, "Bu alçakgönüllü bir şey" diyor, "çünkü kutsal **#[email protected]#!, şu anda hayat ağacının çoğunun biyolojisi hakkında neredeyse hiçbir şey bilmiyoruz."
Cahilliğimiz anlaşılır. Antony van Leeuwenhoek 1675'te bakterileri gören ilk insan olduğundan beri, bilim adamları bu organizmaları beherlerde ve Petri kaplarında yetiştirerek incelediler. Ancak çoğu tür laboratuvarda büyümeyecek. Bu "kültürsüz çoğunluk", Norm Pace ve diğerlerinin doğrudan çevresel örneklerden mikrobiyal genleri sıralamanın yollarını geliştirdiği 1980'lere kadar bir sır olarak kaldı.
Kaplıcalardaki, okyanus sularındaki ve insan ağzındaki türlerin çoğunun tamamen bilinmediğini keşfettiler. Hayat ağacının bakteriyel kısmı hızla yeni dallar, dallar ve yapraklar filizlendirdi. 1980'lerde, bilinen tüm bakteriler bir düzine ana gruba veya filumlara güzel bir şekilde uyuyordu. Geçen Haziran'da kitabım için Pace ile konuştuğumda, bana şu anda 100'e ulaştığımızı söyledi. Bir ay sonra Jill Banfield, yaklaşık 35 tane daha keşfetti.
Banfield, çevresel mikropları sıralama sanatında öncüdür. 1995'ten beri, gezegendeki en asitli sulardan bazılarına sahip cehennem gibi bir yer olan Kuzey Kaliforniya'daki Iron Mountain Madeni sakinlerini inceliyor. Daha yakın zamanlarda, ekibi Colorado, Rifle'ın yanından akan bir akiferin tortularındaki mikropları katalogladı. Tam bakteri çeşitliliğinin en az yüzde 15'ini oluşturan 35'in üzerinde filumdan oluşan bir grup olan Aday Filum Radyasyonu üyelerini ilk burada buldular.
Banfield, “Orada olduklarına dair en ufak bir ipucumuz bile yoktu” diyor. "Ve bu şeylerin orada olduğunu anladığımızda, onları bir bağlama oturtmak istedik." Bu nedenle ekibi, Japonya'daki bir yeraltı araştırma alanı, Şili'deki Atacama Çölü'nün tuzlu toprağı, kuzey Kaliforniya'daki bir çayır ve iki yunusun ağızları da dahil olmak üzere farklı ortamlardan örnekleri sıralayan meslektaşlarına ulaştı.
Ekip, bu örneklerdeki her organizmadan, tüm canlılarda bulunan ve diğer proteinleri yapan evrensel bir makine olan ribozomun bir parçasını oluşturan on altı proteini analiz etti. Her organizmanın bu proteinlerin kendi versiyonu vardır ve yeni türler birbirinden uzaklaştıkça versiyonları giderek farklılaşır. Böylece, Hug ve Banfield, bu on altı proteini karşılaştırarak, çeşitli mikroplarının ne kadar yakından ilişkili olduğunu çözebildiler ve hayat ağaçlarını çizebildiler.
İki ana gövdesi vardır - biri bakterilerle dolu, diğeri ise yüzeysel olarak benzer görünen ancak çok farklı biyokimyada çalışan tek hücreli mikropların bir hanedanı olan arkelerden oluşur. Tüm hayvanları ve bitkileri içeren alan olan ökaryotlar, arke gövdesinden çıkan ince bir daldan başka bir şey değildir. (Bu, Banfield'ın daha fazla bilgi için dışında kaldığı ökaryotların kökeni hakkında çok daha geniş bir tartışmaya işaret ediyor, 2014'te Nautilus için yazdığım bu parçaya bakın.)
Bakteri gövdesi, arkeal olandan çok daha kalındır, bu da onların daha fazla önem ve çeşitliliğini yansıtır. Ve esrarengiz Aday Filum Radyasyonu (CPR) açıkça bakterilerin büyük bir parçasıdır. Banfield ve diğerleri, yeni keşfedilen soylarının birçoğunu öncü mikrobiyologlardan sonra adlandırdı: Woesebacteria, Pacebacteria, Falkowbacteria.
Bunun ötesinde, hem fiziksel büyüklükleri hem de genomları açısından gerçekten küçük olduklarını biliyoruz. Gerçekten de, Banfield'ın ekibi onları ilk olarak Colorado akiferindeki suyu son derece küçük gözenekli filtrelerden geçirerek keşfetti. Bu tür filtreler, hiçbir şeyin geçemeyeceği varsayımıyla suyu sterilize etmek için kullanılır. Ve henüz, çok şeyler geçiyordu.
Bu gizemli mikropların çoğu, sözde temel genlerden yoksundur. Banfield, “Organizmaların yaşamak için ihtiyaç duyduğu şeyleri üretmek için ihtiyaç duydukları kaynaklara sahip değiller” diyor. "Açıkça diğer organizmalara bağımlılar."
Bu kalıbı böcek hücrelerinin içine giren bakterilerde görürsünüz; genomları küçülme eğilimindedir ve özgür yaşam için önemli olan genleri kaybederler. Benzer şekilde, CPR bakterileri diğer mikroplarla ortaklıklar kurarak hayatta kalabilir. Nitekim bunlardan biri, köpekbalığı üzerindeki bir remora veya bir insan üzerindeki bit gibi başka bir bakterinin yüzeyinde otururken görülmüştür. Belki de parazittir. Belki de faydalı bir ortaktır. Her iki durumda da, yalnız yaşayamaz. Bu, onun ve akrabalarının laboratuvarda büyümesinin neden bu kadar zor olduğunu açıklayabilir. Hiçbirini tek başına kültürleyemezsiniz, tam ortaklığa ihtiyacınız var.
Banfield, bu bakterilerin genomlarının onları nasıl büyüteceklerine dair ipuçları tutacağını ve böylece onları inceleyeceğini umuyor. Ve bilim adamları daha yeni habitatlar aradıkça, hayat ağacının daha fazla yeni dalının kendilerini ortaya çıkarmasını bekliyor. “Aynı filumları yeni ortamlarda bulmaya başladığımız için durmaya karar verdik” diyor. "Tekrar tekrar çıkıyor olmaları, belki de ağacın ana gövdeleri için doygunluğa yaklaştığımızı gösteriyordu. Ama daha fazla sıralama yaptıkça yeni soyların ortaya çıkacağı açık.”
Bu neden önemli? Pratik bir cevap var: Neredeyse tüm antibiyotiklerimiz, Hug ve Banfield'ın ağacını dolduran birçok daldan sadece biri olan Actinobacteria'dan geliyor. Diğer branşlarda hangi kimyasal ve farmasötik zenginliklerin yattığını bir düşünün.
Daha büyük bir cevap da var: Dünya tarihinde diğerlerini bulma ve anlama kapasitesine sahip ilk ve tek organizma biziz. Sahip olduğumuz araçlarla makul bir iş çıkardık, ancak yaşam anlayışımızın o kadar bitmemiş olduğu ve buzdağı ipuçlarının eksiksiz görünmesini sağladığı açık. Dünyamızı ve içindeki yerimizi bilmeye önem veriyorsak, işimiz daha yeni başlıyor.
Arka plan
Uzun bir süre, hayat ağacının (TOL) yeniden inşası evrim biliminin önemli bir hedefiydi [1]. Bu kapsayıcı hiyerarşik sınıflandırmanın, soy kütüğü yapısı aracılığıyla, son ortak bir atadan ayrıldıkları için tüm biyolojik soyların göreli dallanma sırasını yansıtması bekleniyordu. Bu benzersiz, evrensel, doğal ve soykütüksel model bu nedenle önemli pratik ve buluşsal güçlerle donatıldı [2, 3]. TOL, evrim sırasında üretilen muazzam çeşitlilikteki formları ve uyarlamaları anlamlandırma girişimlerinde merkezi hale geldi. Soyların kökenlerini, biyolojik özellikleri ve bunların sonraki değişikliklerini haritalamak için en iyi omurgayı sağladığından, özellikle tüm filogenetik nesnelerin en önemlisi olarak kabul edildi.
TOL'u başarılı bir şekilde yeniden inşa etmek için tüm yaşam formları arasında karşılaştırılabilir homolog karakterlere ihtiyaç vardı. Genler ve proteinler, hem büyük hem de küçük evrimsel ölçeklerde evrimin izini sürmek için ideal malzemeler gibi görünüyordu, çünkü evrimleşen varlıkların büyük çoğunluğu bu malzemeleri barındırıyor ve bu nedenle geniş çapta karşılaştırılabilirler. Bununla birlikte, tek tek genlerin sınırlı boyutu ve DNA'nın yatay transferinin önemi nedeniyle, tek moleküllerdeki filogenetik sinyalin gücü, TOL'nin tamamını çözmek için genellikle çok düşüktü. Çoklu filogenetik belirteçler, aslında çoklu genler, bu nedenle, ya belirteçlerin birleştirilmesiyle, filogenetik sinyallerinin ortalaması alınarak ya da hiyerarşik bir model arayan uyum analizlerinde kendi bireysel filogenetik sinyallerinin doğrulanmasıyla iyi çözülmüş bir TOL önermek için kullanıldı. bu genlerin çoğu tarafından [2, 4, 5].
Yine de, bu çeşitli çok genli yaklaşımların uygunluğu (anlamı ve uygulanabilirliği) hakkında meşru olarak şüpheler dile getirildi. İlk olarak, birkaç büyük evrimsel geçiş varsa (örneğin, DNA öncesi bir genetik sisteme, vb.), genlerdeki homoloji, erken evrimi tanımlamak için yeterli bir kılavuz olmayabilir. İkincisi, şüpheler ortaya çıktı, çünkü bu yaklaşımlar açıkça birden fazla belirteç tarihini tek bir kapsamlı (veya ortalama) filogenetik tarih altında toplamak için tasarlandı [1, 6, 7]. Tek tek genlerin - belirli bir genomdan bile - çoğu zaman en azından prokaryotlar ve hareketli elementler için ayrılmamış evrimsel geçmişlerine sahip olduğunun kabul edilmesi, tek bir (baskın/ortalama veya en çok desteklenen) ağaç benzeri filogenetik model olup olmadığı konusunda sorgulamaya yol açtı. evrimin en uygun temsili [8-21]. Tatmin edici bir TOL üretmek yerine, birden fazla gene dayalı filogenomik analizler, gen ağaçlarından oluşan devasa bir filogenetik ormanı oluşturdu [4, 22, 23]. Bu gen ağaçlarının çoğu, yalnızca ağaç rekonstrüksiyon artefaktları nedeniyle değil, aynı zamanda lateral gen transferi (LGT), gen kayıpları ve gen duplikasyonları nedeniyle de farklı topolojiler sergiledi [5, 24-30].
Basitçe söylemek gerekirse, bağımsız süreçlerin genlerin ve genomların ve dolayısıyla prokaryotlarda ve hareketli elementlerde incelenen soyların evrimsel tarihini etkilediği ve evrimin Darwin ve sonraki evrimciler tarafından tahmin edilenden daha karmaşık bir model izlediği açıkça ortaya çıktı. Gerçekten de prokaryotlar ve hareketli elementler yaşamın büyük çoğunluğunu temsil eder ve her zaman temsil etmiştir [31-33]. Bu kavrayış, tarihsel olarak evrimi ekolojiden ziyade sistematiğin merceğinden değerlendiren filogenetik üzerinde bir miktar etkiye sahipti. Genellikle dikey olarak kalıtıldığı varsayılan çekirdek genlerin, tipik olarak, özelliklerin ve soyların evriminin yorumlanacağı temel bir dikey çerçeve üretmesi bekleniyordu. Bu tür çekirdek genler, sistematikle tutarlı bir mantık olan "gruplar içindeki gruplar" hakkında düşünmeye uygun görünüyordu. Bununla birlikte, kabuk genlerinin dağılımı, özellikle örtüşen yaşam tarzları veya ortamları olan ortaklar arasındaki gen transferlerini içeren ek evrimsel süreçlerle açıkça açıklanmıştır. Gen evriminin çoğu (kabuk genlerinin evrimi), bu nedenle ekolojik bir vizyonun ışığında daha iyi yorumlanmış göründü. Bazı evrimciler, evrimin çoklu süreçlerini ve farklı sonuçlarını daha ayrıntılı olarak incelemek için TOL'den farklı bir model düşünmeye isteksizdiler, ancak birçoğu uygulamalarını değiştirerek filogenetik araştırmanın bir miktar ayarlama gerektirdiğini kabul etti [22, 23, 28, 34-37] ].
Özellikle, bazı araştırmacılar katı bir ağaç yerine filogenetik ağları, rizomları veya yaşam sentezlerini yeniden yapılandırmayı önerdiler, bu da dikey omurgayı (bölünen hücrelerin soyunu izleme) ek yan dallarla temsil edilen yatay transferlerden ayırt etmeyi mümkün kıldı. Bu yeni yöntemler, hem soyağacı hem de yatay aktarımı açıklayabilecek daha karmaşık bir temsil üretti [13, 34, 36-39].
Bu yeni hedefi takip etme kararı, geleneksel olarak ortak bir çatallanan ağaç olan evrimsel analizin nihai filogenetik nesnesinin değişebileceğini kanıtlar. Yine de, çoklu işaretlere dayalı bir "banyan ağacının" özel çözümünün, evrimsel analizlerin tek değerli sonucu olup olmadığı tartışmaya değerdir [12, 16, 21, 40]. Bu tür filogenetik ağlar, evrimsel kalıpların, genlerin evrimsel geçmişlerini etkileyen bağımsız süreçlerden kaynaklandığı gerçeğini, yani genellikle birden fazla sürecin iş başında olduğunu vurguladı. Çoğulcu bir bakış açısıyla, tüm kalıpları tek bir süreçle açıklama girişimlerine meydan okudukları için, kalıbın arkasındaki çoklu süreçleri ortaya çıkarmak için özel olarak tasarlanmış yöntemler gereklidir (örneğin, ağaç benzeri bir iniş süreci ile tüm evrim). Tek başına bir ağaç, bu evrimsel karmaşıklığın çoğunu oluşturmaya yardımcı olmayacaktır.
Günümüzün evrimsel çalışmalar için birincil malzemesinin kendisinin yeni bir filogenetik nesne olması dikkat çekicidir: geniş bir yaşam ormanı (FOL) [4, 22]. Bu gözlem, filogenetik araştırma programında (veya bazılarının söyleyebileceği gibi, filogenetik sonrası evrimsel araştırma programlarında) çoğulcu ve pragmatik gelişmelerin kapılarını açar. Hangi evrimsel soruların ele alınacağına bağlı olarak, TOL'nin yeniden yapılandırılmasına mutlak bir öncelik vermeden (istatistiksel bir eğilim olarak veya gelişen varlıkların gerçek soykütüğü). Ayrıca, FOL'den başka temsiller, örneğin ağlara dayalı olanlar [18-21, 41, 43, 44], farklı biyolojik ölçeklerde farklı evrimsel soruları ele almak için kullanılabilir.
Bu çalışmada 30 suşun 141.493 genini kullanıyoruz. E. koli, 119 prokaryotik genomdan (54 arke, 65 bakteri) 300,841 gen ve mobil elementlerden 228,131 gen, evrimle ilgili ilginç soruların ele alınabileceğini ve TOL'nin ötesine geçen yeni yöntemler/araçlarla yeni bilgilerin üretilebileceğini göstermek için. Daha doğrusu, genetik mozaisizmi gösteriyoruz. E. koli [25, 45] ve bazı nedenleri, iki paylaşımlı dizi ağ analizi yöntemiyle (genom ağı [21] ve gen ağı [43]) ve FOL'yi toplamak için iki yöntemle (klanistik analiz [41, 42], ve polikromatik dörtlülere dayalı yeni bir yaklaşım: PQ). Bu evrimsel analiz yöntemleri, nasıl olduğunu biraz daha çözer. E. koli ortamlarına uyarlanmıştır.
Hangi hipotezleri (varsa) test ediyoruz?
Genomlar tek başlarına bize evrim hakkında mikrobiyal veya başka bir şey söyleyemezler. Evrimsel biyoloji, hipotez testi ile ilgilidir: Kişi, genomlardan elde edilen verilerin, onu test etmek için kullanılan genom verilerinden bağımsız olarak oluşturulan bir veya diğer hipotezi destekleyip desteklemediğini kontrol eder. Genom verileriyle test edilebilecek erken evrim hakkında hangi fikirler şu anda bu alandaki uzmanlar tarafından tartışılıyor? Her biri biraz popüler olan beş farklı görüşü ele alıyoruz.
RRNA ağacı
Birincisi, 1970'lerin sonlarından itibaren Carl Woese ve meslektaşları [13-16] tarafından inşa edildiği şekliyle klasik ribozomal RNA (rRNA) hayat ağacıdır (Şekil 1a). Mevcut yorumlarında, tüm yaşamın evrensel atasının (progenot), henüz hücre olarak organize edilmemiş, bilgi depolayan ve bilgi işleyen varlıkların ortak bir koleksiyonu olduğunu öne sürüyor. LGT, evrimin ilk aşamalarında genetik yeniliğin ana modu olarak görülür ve dikey kalıtım süreci ancak bu karışımın içinden 'genetik tavlama' süreci ile ortaya çıkar. Bu noktada, prokaryotların ve ökaryotların ortaya çıkan hücresel soyları, LGT'ye karşı dirençli hale gelir ve supramoleküler kümelenmelerin örgütsel durumundan hücrelerin örgütsel durumuna bir tür "Darwin eşiğini" geçtiği kabul edilir. Bu eşiği aşmak, bugün bildiğimiz üç tür hücrenin - arkebakteriler, öbakteriler ve ökaryotlar - yaşamın ortaya çıktığı et suyundan birincil ortaya çıkışına eşdeğer olarak görülüyor. Klasik ağaç [13], eski zamanlardan ayrılan protein kodlayan genler, evrensel ağacın kökünün bakteri dalında yattığını öne sürdüğünde [17, 18] şimdiki şeklini aldı. Bu görüş, kloroplastların ve mitokondrinin endosembiyoz yoluyla ortaya çıktığını kabul eder, ancak ökaryotik soyun ortaya çıkmasında mitokondri veya başka herhangi bir ortakyaşamın hiçbir rolü görmez ve mitokondrinin ökaryotlara genetik katkısı saptanabilir, ancak evrimsel olarak ihmal edilebilir olarak görülür. veya mekanik terimler [19]. Klasik ağaç, bazıları tarafından ökaryotların aslında tüm genom düzeyinde arkelerin kız kardeşleri olduğunu belirtmek için alınır [9, 16], ancak bu görüş esas olarak rRNA ağacından dünyanın geri kalanına ekstrapolasyona dayanır. aslında tüm verilere bakmadan genom.
Mikrobiyal evrimin genel şekline dair beş farklı güncel görüş. (a) rRNA dizisinin karşılaştırılmasından türetilen ve eski paraloglara dayanan 'klasik' ağaç. Aralarında yanal gen aktarımının (LGT) olduğu ilkel çorbadaki hücresel olmayan supramoleküler agregatların bir koleksiyonundan kaynaklandığı düşünülmektedir. Genetik tavlama adı verilen bir süreç hücrelere yol açar. Bu senaryoda, yaşamın üç alanı - Öbakteriler, Arkebakteriler ve Ökaryotlar - bu sırayla dallanır. (B) İntronlar-erken ağaç. Bu, üç alanın hepsinin atasının, Arkebakteriler ve Öacteria'da kaybolan intronları içerdiğini öne sürüyor. (C) Neomuran ağacı. Bu, bir soyda öbakteri tipi hücre duvarının kaybından sonra (neomura devrimi) Arkeabakteriler ve Ökaryotların ortaya çıktığı atasal bir organizma grubunu tanıtır. (NS) Simbiyotik ağaç. Bu, ökaryotların atasının, bir prokaryotun (X) başka bir prokaryot konakçıdaki (Y) endosimbiyozundan kaynaklandığını ve çekirdekli (n) ökaryotik hücrelere yol açtığını öne sürer. Farklı ökaryot grupları, bu soyun konak hücrelerinde çeşitli prokaryotları (plastidlerin (p) ve mitokondrinin (m) ataları) içeren sonraki ayrı endosimbiyotik olaylarla ortaya çıktı. (e) Prokaryot-konak ağacı. Bu aynı zamanda mitokondri ve plastidlerin kökeni olarak endosimbiyozu da içerir, ancak çekirdek ve mitokondri içeren bir hücreye yol açan endosimbiyotik olayın prokaryotik bir konakta meydana geldiğini öne sürer. Bu, bir ağaçtan ziyade atasal organizmalar arasında halka benzeri bir ilişkiye yol açar (bkz. ek 2). Bu model aynı zamanda mikrobiyal evrim boyunca kapsamlı LGT'ye başvurur (bkz. ek 1). Daha fazla ayrıntı için metne bakın.
Intronlar-erken ağaç
İntronlar-erken (ya da önce ökaryotlar) ağacı, Ford Doolittle [20] genlerin atasal durumunun "bölünmüş" olabileceğini ve ökaryotik genlerdeki bazı intronların bu nedenle ilkel protein kodlamasının birleşiminden taşınmış olabileceğini öne sürdüğünde ortaya çıktı. bölgeler. Bu durumda, ökaryotik genlerin (intronlara sahip olan) örgütsel durumu, ilk genomların [21] örgütsel durumunu temsil edecek ve intronsuz prokaryotik durum, türetilmiş bir koşul olacaktır (Şekil 1b), bu görüş 'intronlar' olarak vaftiz edilmiştir. erken' [22]. Doolittle o zamandan beri bu görüşü terk etti [23], ancak başka savunucular buldu [24, 25]. Destek olarak farklı kanıt çizgilerinden yararlanırlar ve konumlarını intronlar-erken yerine 'intronlar önce' olarak adlandırırlar [25]. rRNA ağacı için varsayılan öbakteriyel kökün sorgulanabilir olduğu ve bir ökaryot kökünün daha olası olduğu konusunda hemfikirdirler [26, 27].
İntronlar ilk hipotezinin savunucularından bazıları, ökaryotlarda (intronlara ek olarak) RNA işlemenin çeşitli yönlerini, örneğin küçük nükleolar RNA'lar (snoRNA'lar) yoluyla rRNA modifikasyonu gibi, RNA dünyasından doğrudan aktarımlar olarak ve dolayısıyla ökaryot için kanıt olarak yorumlar. antik [26, 28, 29]. İntronlar-erken ağaçta prokaryottan ökaryota geçiş yoktur, çünkü prokaryotik genom organizasyonu ökaryotik gen organizasyonunun çok erken bir türevi olarak görülür. Buna göre, ökaryotlar ve prokaryotlar arasındaki ilişki büyük ölçüde az çok çözülmemiş bir üçleme olarak tasvir edilir [19] ve organellerin veya ortakyaşamın ökaryot evrimine katkısının var olduğu kabul edilir, ancak evrimsel önem açısından ihmal edilebilir.
Neomuran ağacı
Neomuran ağacı (Şekil 1c), Tom Cavalier-Smith'in [30-32] çalışmasından kaynaklanmaktadır. Prokaryotların ökaryotlarla ilişkisi üzerine, mevcut veya başka hiçbir teori, mekanizmanın ayrıntıları açısından daha açık değildir [32]. In the main, it suggests that the common ancestor of all cells was a free-living eubacterium (in the most recent version of the theory, a klorobiyum-like anoxygenic photosynthesizer) and that eubacteria were the only organisms on Earth until about 900 million years ago. At this time, a member of the eubacteria, in recent versions an actinobacterium, lost its murein-containing cell wall and was faced with the task of reinventing a new cell wall (hence the Latin name: neo, yeni murus, wall). This led to the origin of a group of rapidly evolving organisms that Cavalier-Smith calls the Neomura.
The loss of the cell wall precipitated an unprecedented process of descent with modification in this group. During a short period of time (perhaps 50 million years), the characters that are shared by archaebacteria and eukaryotes arose (for a list of those characters, see [31]). The neomuran lineage then underwent diversification into two lineages, with another long list of evolutionary changes in each. One lineage invented isoprene ether lipid synthesis and gave rise to archaebacteria. The other became phagotrophic and gave rise to the eukaryotes. In older versions of this hypothesis, some eukaryote lineages branched off before the mitochondrion was acquired these lineages were once called the Archezoa [30]. In newer versions, the mitochondrion comes into the eukaryote lineage before any archezoan can arise. No evolutionary intermediates from the transitions of actinobacteria into neomurans, archaebacteria, and eukaryotes persist among the modern biota, which is a distressing aspect of the theory for many specialists. The neomuran theory accounts mainly for cell biological characters, but not for sequence similarity among genes.
The symbiotic tree: a merger of distinct branches
At about the same time that archaebacteria and introns were being discovered, biologists were still fiercely debating the issue of whether mitochondria and chloroplasts were once free-living prokaryotes [33] or not [34]. Lynn Margulis had revived the old and controversial theories from the early 20th century regarding the endosymbiotic origin of chloroplasts and mitochondria [35, 36]. Margulis's version of endosymbiotic theory was one of eukaryotes-in-pieces, and has always contained an additional partner at eukaryote origins to which no specialists other than herself have given credence: the spirochete origin of eukaryotic flagella [35–37]. Other prokaryote symbioses yolda to eukaryotes involve the possible endosymbiotic origin of peroxisomes [38, 39], or an endosymbiotic origin of the nucleus [40–42]. Common to those theories are a eubacterial-archaebacterial merger of some sort at the origin of eukaryotes (X and Y in Figure 1d), giving rise to a nucleated but mitochondrion-lacking cell - an archezoon [30] - followed by the origin of mitochondria.
From the viewpoint of more modern data, the spirochete origin of eukaryotic flagella can be seen as both unsupported and unnecessary [43], as can an endosymbiotic origin for peroxisomes, for which there are also no supporting data [44]. The origin of the nucleus is still debated [45].
The prokaryote-tree with LGT: a merger of ephemeral genomes
An exciting prospect predicted by all the foregoing hypotheses was that the most primitive eukaryotic lineages should lack mitochondria. That sent molecular biologists scrambling to study contemporary eukaryotes that were thought to lack mitochondria, work that unearthed findings of the most unexpected kind: all of the purportedly primitive and mitochondrion-lacking lineages were not really primitive nor did they even lack mitochondria. The mitochondria are there, it turns out, but they do not use oxygen [46, 47], they are small [48], and some do not even produce ATP [49]. These 'new' members of the mitochondrial family among eukaryotic anaerobes (and some parasitic aerobes [50]) are called hydrogenosomes and mitosomes (reviewed in [51]). That pointed to the possibility that there never were any eukaryotes that lacked mitochondria hence, the host that acquired the mitochondrion might have just been an archaeon outright (Figure 1e). Several hypotheses of this sort have been published, some of which account for the common ancestry of mitochondria and hydrogenosomes (reviewed in [52]) and some of which account for the origin of the nucleus [53].
Like the symbiotic tree, the prokaryote-host tree can accommodate LGT [54] without problems (Figure 1e, inset 1), and furthermore implies the existence of ring-like structures [55], rather than tree-like structures linking prokaryotes and eukaryotes at the level of gene content and sequence similarity (Figure 1e, inset 2). The only real difference between the symbiotic tree and the prokaryote-host tree hypotheses concerns the number of symbiotic partners involved at eukaryote origins - more than two versus two, respectively - and the existence (or nonexistence) of primitively amitochondriate eukaryotes. Both predictions are, in principle, testable with genome data, but the tests become a bit more complicated than standard phylogenetic tests, because of LGT [52].
- NHGRI Education: http://www.genome.gov/Education/
- Cold Spring Harbor DNA Learning Center: http://www.dnalc.org/
- Evolution Lesson: http://www.indiana.edu/
Choosing a gene/protein to study
- Popular science/media stories
- Online Mendelian Inheritance in Man: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM
- PubMed (searchable database of scientific journal articles) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed
Finding the DNA/mRNA/protein sequence for that gene
- NCBI/Genbank: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Can access OMIM, BLAST, PubMed from here and search databases of protein and DNA sequences
Finding homologs in other species
Multiple sequence (DNA/RNA/protein) alignment tools
- T-coffee: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/tcoffee/ Has useful colored output (click "html" under Scores column of results page). Note that sequences must be in FASTA format (see help file).
- ClustalW: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/ Don't worry about all the optional parameters -- simply paste in all of your sequences in FASTA format.
General DNA/Protein analysis tools
Tutorial On Which This Idea Is Based
Biyoloji 171
This bee and Echinacea flower ((Figure)) could not look more different, yet they are related, as are all living organisms on Earth. By following pathways of similarities and changes—both visible and genetic—scientists seek to map the evolutionary past of how life developed from single-celled organisms to the tremendous collection of creatures that have germinated, crawled, floated, swum, flown, and walked on this planet.
Öğrenme hedefleri
Bu bölümün sonunda aşağıdakileri yapabileceksiniz:
- Kapsamlı bir sınıflandırma sistemine duyulan ihtiyacı tartışın
- Taksonomik sınıflandırma sisteminin farklı seviyelerini listeleyin
- Sistematik ve taksonominin filogeni ile nasıl ilişkili olduğunu açıklayın
- Bir filogenetik ağacın bileşenlerini ve amacını tartışın
Bilimsel terimlerle filogeni, bir organizmanın veya organizmalar grubunun evrimsel tarihi ve ilişkisidir. Bir filogeni, organizmanın hangi organizmalardan evrimleşmiş olabileceği veya hangi türlerle en yakından ilişkili olduğu gibi ilişkilerini tanımlar. Filogenetik ilişkiler, paylaşılan ata hakkında bilgi sağlar, ancak organizmaların nasıl benzer veya farklı olduğu konusunda mutlaka bilgi vermez.
Filogenetik Ağaçlar
Bilim adamları, organizmalar arasındaki evrimsel yolları ve bağlantıları göstermek için filogenetik ağaç adı verilen bir araç kullanırlar. Bir filogenetik ağaç, organizmalar veya organizma grupları arasındaki evrimsel ilişkileri yansıtmak için kullanılan bir diyagramdır. Bilim adamları, önerilen ilişkileri doğrulamak için geriye gidilemeyeceğinden, filogenetik ağaçları evrimsel geçmişin bir hipotezi olarak görüyorlar. In other words, we can construct a “tree of life” to illustrate when different organisms evolved and to show the relationships among different organisms ((Figure)).
Unlike a taxonomic classification diagram, we can read a phylogenetic tree like a map of evolutionary history. Many phylogenetic trees have a single lineage at the base representing a common ancestor. Scientists call such trees rooted , which means there is a single ancestral lineage (typically drawn from the bottom or left) to which all organisms represented in the diagram relate. Köklü filogenetik ağaçta, üç etki alanının - Bakteriler, Arkeler ve Ökarya - tek bir noktadan ayrıldığına ve dallara ayrıldığına dikkat edin. The small branch that plants and animals (including humans) occupy in this diagram shows how recent and miniscule these groups are compared with other organisms. Unrooted trees do not show a common ancestor but do show relationships among species.
In a rooted tree, the branching indicates evolutionary relationships ((Figure)). The point where a split occurs, a branch point , represents where a single lineage evolved into a distinct new one. We call a lineage that evolved early from the root that remains unbranched a basal taxon . We call two lineages stemming from the same branch point sister taxa . A branch with more than two lineages is a polytomy and serves to illustrate where scientists have not definitively determined all of the relationships. Note that although sister taxa and polytomy do share an ancestor, it does not mean that the groups of organisms split or evolved from each other. Organisms in two taxa may have split at a specific branch point, but neither taxon gave rise to the other.
Yukarıdaki diyagramlar, evrimsel tarihi anlamak için bir yol olarak hizmet edebilir. We can trace the pathway from the origin of life to any individual species by navigating through the evolutionary branches between the two points. Also, by starting with a single species and tracing back towards the “trunk” of the tree, one can discover species’ ancestors, as well as where lineages share a common ancestry. In addition, we can use the tree to study entire groups of organisms.
Filogenetik ağaç yapısı ile ilgili değinilmesi gereken bir diğer nokta da dal noktalarındaki rotasyonun bilgiyi değiştirmediğidir. For example, if a branch point rotated and the taxon order changed, this would not alter the information because each taxon’s evolution from the branch point was independent of the other.
Many disciplines within the study of biology contribute to understanding how past and present life evolved over time these disciplines together contribute to building, updating, and maintaining the “tree of life.” Systematics is the field that scientists use to organize and classify organisms based on evolutionary relationships. Researchers may use data from fossils, from studying the body part structures, or molecules that an organism uses, and DNA analysis. By combining data from many sources, scientists can construct an organism’s phylogeny Since phylogenetic trees are hypotheses, they will continue to change as researchers discover new types of life and learn new information.
Limitations of Phylogenetic Trees
It may be easy to assume that more closely related organisms look more alike, and while this is often the case, it is not always true. If two closely related lineages evolved under significantly varied surroundings, it is possible for the two groups to appear more different than other groups that are not as closely related. For example, the phylogenetic tree in (Figure) shows that lizards and rabbits both have amniotic eggs whereas, frogs do not. Yet lizards and frogs appear more similar than lizards and rabbits.
Another aspect of phylogenetic trees is that, unless otherwise indicated, the branches do not account for length of time, only the evolutionary order. In other words, a branch’s length does not typically mean more time passed, nor does a short branch mean less time passed— unless specified on the diagram. For example, in (Figure), the tree does not indicate how much time passed between the evolution of amniotic eggs and hair. What the tree does show is the order in which things took place. Again using (Figure), the tree shows that the oldest trait is the vertebral column, followed by hinged jaws, and so forth. Remember that any phylogenetic tree is a part of the greater whole, and like a real tree, it does not grow in only one direction after a new branch develops. Thus, for the organisms in (Figure), just because a vertebral column evolved does not mean that invertebrate evolution ceased. It only means that a new branch formed. Also, groups that are not closely related, but evolve under similar conditions, may appear more phenotypically similar to each other than to a close relative.
Head to this website to see interactive exercises that allow you to explore the evolutionary relationships among species.
Classification Levels
Taxonomy (which literally means “arrangement law”) is the science of classifying organisms to construct internationally shared classification systems with each organism placed into increasingly more inclusive groupings. Think about a grocery store’s organization. Geniş bir alan, ürün, mandıra ve et gibi bölümlere ayrılmıştır. Daha sonra her departman koridorlara, ardından her koridor kategorilere ve markalara ve son olarak da tek bir ürüne bölünür. We call this organization from larger to smaller, more specific categories a hierarchical system.
Taksonomik sınıflandırma sistemi (İsveçli bir botanikçi, zoolog ve doktor olan mucidi Carl Linnaeus'tan sonra Linnaean sistemi olarak da adlandırılır) hiyerarşik bir model kullanır. Köken noktasından hareketle, bir dal tek bir tür olarak sona erene kadar gruplar daha spesifik hale gelir. For example, after the common beginning of all life, scientists divide organisms into three large categories called domains: Bacteria, Archaea, and Eukarya. Within each domain is a second category called a kingdom . After kingdoms, the subsequent categories of increasing specificity are: phylum , class , order , family , genus , and species ((Figure)).
The kingdom Animalia stems from the Eukarya domain. (Figure) above shows the classification for the common dog. Therefore, the full name of an organism technically has eight terms. For the dog it is: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, ve lupus. Notice that each name is capitalized except for species, and the genus and species names are italicized. Scientists generally refer to an organism only by its genus and species, which is its two-word scientific name, or binomial nomenclature . Therefore, the scientific name of the dog is Canis lupus. The name at each level is also a taxon . In other words, dogs are in order Carnivora. Carnivora is the name of the taxon at the order level Canidae is the taxon at the family level, and so forth. Organisms also have a common name that people typically use, in this case, dog. Note that the dog is additionally a subspecies: the “aşina" içinde Canis lupus aşinadır. Subspecies are members of the same species that are capable of mating and reproducing viable offspring, but they are separate subspecies due to geographic or behavioral isolation or other factors.
(Figure) shows how the levels move toward specificity with other organisms. Notice how the dog shares a domain with the widest diversity of organisms, including plants and butterflies. Her alt düzeyde, organizmalar daha yakından ilişkili oldukları için daha benzer hale gelir. Historically, scientists classified organisms using characteristics, but as DNA technology developed, they have determined more precise phylogenies.
At what levels are cats and dogs part of the same group?
Visit this website to classify three organisms—bear, orchid, and sea cucumber—from kingdom to species. To launch the game, under Classifying Life, click the picture of the bear or the Launch Interactive button.
Recent genetic analysis and other advancements have found that some earlier phylogenetic classifications do not align with the evolutionary past therefore, researchers must make changes and updates as new discoveries occur. Filogenetik ağaçların hipotezler olduğunu ve veriler elde edildikçe değiştirildiğini hatırlayın. Buna ek olarak, sınıflandırma tarihsel olarak organizmaları esas olarak paylaşılan özelliklere göre gruplandırmaya odaklanmıştır ve çeşitli grupların evrimsel bir perspektiften birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu göstermez. For example, despite the fact that a hippopotamus resembles a pig more than a whale, the hippopotamus may be the whale’s closest living relative.
Bölüm Özeti
Bilim adamları sürekli olarak Dünya'daki yaşamın evrimsel tarihini anlamaya yardımcı olan yeni bilgiler kazanıyor. Each group of organisms went through its own evolutionary journey, or its phylogeny. Her organizma diğerleriyle akrabalık paylaşır ve morfolojik ve genetik kanıtlara dayanarak, bilim adamları Dünya'daki tüm yaşamın evrimsel yollarını haritalamaya çalışırlar. Historically, scientists organized organisms into a taxonomic classification system. Bununla birlikte, bugün birçok bilim insanı, evrimsel ilişkileri göstermek için filogenetik ağaçlar inşa ediyor.
Sanat Bağlantıları
(Figure) At what levels are cats and dogs considered part of the same group?
(Figure) Cats and dogs are part of the same group at five levels: both are in the domain Eukarya, the kingdom Animalia, the phylum Chordata, the class Mammalia, and the order Carnivora.
Soruları İncele
What is used to determine phylogeny?
What do scientists in the field of systematics accomplish?
- discover new fossil sites
- organize and classify organisms
- name new species
- communicate among field biologists
Which statement about the taxonomic classification system is correct?
- There are more domains than kingdoms.
- Kingdoms are the top category of classification.
- Classes are divisions of orders.
- Subspecies are the most specific category of classification.
On a phylogenetic tree, which term refers to lineages that diverged from the same place?
Ücretsiz yanıt
How does a phylogenetic tree relate to the passing of time?
The phylogenetic tree shows the order in which evolutionary events took place and in what order certain characteristics and organisms evolved in relation to others. It does not relate to time.
Some organisms that appear very closely related on a phylogenetic tree may not actually be closely related. Bu neden?
In most cases, organisms that appear closely related actually are however, there are cases where organisms evolved through convergence and appear closely related but are not.
List the different levels of the taxonomic classification system.
domain, kingdom, phylum, class, order, family, genus, species
Sözlük
Why are there not two trees of life? - Biyoloji
Scientists like to sort things, and with all the millions of species on Earth, it's an important job. One major way that we classify living things is to break them into 3 domains or branches:
The eukaryote branch includes us, along with other animals, plants,fungi, and one-celled species such as paramecia and amebas. We have big cells and our DNA is found in the nucleus of each cell, surrounded by a membrane.
The prokaryote branch includes bacteria, like the ones that live in and on you. These can protect and help you or they can cause infections, depending on their type. Other bacteria don't live in or on other species we call them "free-living." Prokaryotes don't have cell nuclei and their organelles don't have membranes. They are one-celled (although these individuals are sometimes attached to each other) and tend to be much smaller than eukaryotic cells.
The Archaea domain of life is probably not one you have heard much about. They were apparently the ancestors of the modern bacteria. They live in places where you might think nothing can live, like the boiling water in hot springs and ocean vents. They can live in very acidic or alkaline water and in other harsh environments. They may be critical in helping cows and termites digest plant material.
Why do you think it has taken such a long time to study these organisms?Can you think why it would be difficult to find and raise them?
You're probably thinking of the Archaea, Bacteria, and Eukarya, the three "domains" of life. Although domains are a useful concept, dividing all of life into three groups like that isn't really correct. The primary reason for this is that one of the domains the Eukarya - is a sort of hybrid between the other two. Eukaryotic cells contain internal structures that were formerly free-living cells that have been incorporated into the eukaryotic whole: the nucleus is descended from the Archaea, and the mitochondria and plastids (chloroplasts and similar structures) are descended from Bacteria. As a result, treating the Eukarya as a separate "branch" on the evolutionary tree doesn't really describe the true situation: eukaryotes are a union between the other two domains, not a third domain independent of the other two.
The answer to this question has changed a lot in recent years. This is because we have discovered lots of new kinds of organisms and because we've gotten much better at determining how similar organisms are to one another. When I was first learning about biology (way before you were born), we learned that the main branches were bacteria, plants, and animals. Since then, scientists have started using DNA to answer this question. You've probably learned a little bit about DNA it's a molecule in every cell that gives the blueprint for that cell (and the entire organism). It's possible to use computers to compare DNA from different organisms and determine how similar they are to each other. This helps us decide which organisms should be together on the same "branches" of the tree of life. For example, we now know that fungi are more closely related to animals than they are to plants.
Using these tools, we now think the three main branches of life are Archaea, Eubacteria, and Eukaryotes. Archaea are very strange single-celled organisms that often live in unusual places, like volcanic vents on the ocean floor and geysers. Instead of getting energy from the sun (like plants) or from eating other organisms (like animals), they can feed on chemicals that seep out of the earth's crust. Eubacteria are also single-celled, and this is the group that holds most of the bacteria in the world. This includes all of the ones that cause disease (anthrax, meningitis, strep throat) as well as all of the beneficial ones that live on us, in us, in the soil, and all over the place. The Eukaryotes are all of the other living things - plants, animals, fungus, protozoans, algae, etc. Some of these things are single-celled, too (like many algae), but this group also has all of the multicellular organisms. Every organism in this group is more closely related to other organisms in this group than to the other groups. That is, a dog is more closely related to a tree than to a bacterium.
A good website to explore all of the branches on the tree of life is tree_of_life
Ernst Mayr, the tree of life, and philosophy of biology
Ernst Mayr’s influence on philosophy of biology has given the field a particular perspective on evolution, phylogeny and life in general. Using debates about the tree of life as a guide, I show how Mayrian evolutionary biology excludes numerous forms of life and many important evolutionary processes. Hybridization and lateral gene transfer are two of these processes, and they occur frequently, with important outcomes in all domains of life. Eukaryotes appear to have a more tree-like history because successful lateral events tend to occur among more closely related species, or at a lower frequency, than in prokaryotes, but this is a difference of degree rather than kind. Although the tree of life is especially problematic as a representation of the evolutionary history of prokaryotes, it can function more generally as an illustration of the limitations of a standard evolutionary perspective. Moreover, for philosophers, questions about the tree of life can be applied to the Mayrian inheritance in philosophy of biology. These questions make clear that the dichotomy of life Mayr suggested is based on too narrow a perspective. An alternative to this dichotomy is a multidimensional continuum in which different strategies of genetic exchange bestow greater adaptiveness and evolvability on prokaryotes and eukaryotes.
Bu, abonelik içeriğinin bir önizlemesidir, kurumunuz aracılığıyla erişilir.
Three Domains of Life
A concise write-up on the three domains of life recognized by biologists, and their characteristics, which will tell you how the cellular life on planet Earth is classified. Continue reading.
A concise write-up on the three domains of life recognized by biologists, and their characteristics, which will tell you how the cellular life on planet Earth is classified. Continue reading…
The three-domain system biological classification of life, which classifies life on the planet into three different domains – Archaea, Bacteria and Eukaryote, was put forth by American microbiologist and physicist Carl Woese in 1990. Basically, it is a biological classification of the three domains of life based on the differences in their 16S rRNA genes. Other popular biological classification systems include the two-empire system – also referred to as the super-domain system, and the six-kingdom system.
The 3 Domains of Life and their Characteristics
Bizim için yazmak ister misiniz? Eh, kelimeyi yaymak isteyen iyi yazarlar arıyoruz. Bizimle iletişime geçin ve konuşalım.
Before the concept of three domains of cellular life came into existence, life on planet was grouped into two categories – Prokaryotae or Monera (which comprised bacteria) and Eukaryotae (which comprised animals, plants, fungi and protists). In his biological classification, Carl Woese divided Prokaryotae into two groups – Archaea and Bacteria, and thus came into existence the ‘three-domain system’ or the concept of ‘three domains of life’. The division of Prokaryotae into Archaea and Bacteria can be attributed to the fact that neither of the two are ancestors of each other, and even though they share a few common characteristic traits, they have some peculiar traits of their own as well. Discussed below are the characteristic traits of each of these domains of life.
Alongside the three-domain system, there exists a six kingdom system of life, i.e. Archaebacteria (comprising ancient bacteria), Eubacteria (comprising true bacteria), Protista (comprising one-celled organisms), Fungi, Plantae, and Animalia. While Archaebacteria and Eubacteria constitute the Archaea and Bacteria domains respectively, Protista, Fungi, Plantae and Animalia together form the Eukaryote domain of life.
Arke Alanı: Archaea are prokaryotic cells which are typically characterized by membranes that are branched hydrocarbon chains attached to glycerol by ether linkages. The presence of this ether containing linkages in Archaea adds to their ability of withstanding extreme temperature and highly acidic conditions. Extreme halophiles – i.e. organisms which thrive in highly salty environment, and hyperthermophiles – i.e. the organisms which thrive in extremely hot environment, are best examples of Archaea.
Bacteria Domain: Even though bacteria are prokaryotic cells just like Archaea, their membranes are made of unbranched fatty acid chains attached to glycerol by ester linkages. Cyanobacteria and mycoplasmas are the best examples of bacteria. As they don’t have ether containing linkages like Archaea, they are grouped into a different category – and hence a different domain. There is a great deal of diversity in this domain, such that it is next to impossible to determine how many species of bacteria exist on the planet.
Eukarya Domain: As the name suggests, the Eukaryote are eukaryotic cells which have membranes that are pretty similar to that of bacteria. Eukaryote are further grouped into Kingdom Protista (algae, protozoans, etc.), Kingdom Fungi (yeast, mold, etc.), Kingdom Plantae (flowering plants, ferns, etc.) and Kingdom Animalia (insects, vertebrates, etc.). Not all Eukaryotes have a cell wall, and even if they do they don’t contain peptidoglycan as bacteria do. While cells are organized into tissues in case of kingdom Plantae as well as kingdom Animalia, the presence of cell walls is only restricted to the members of kingdom Plantae.
Each of these three domains recognized by biologists today contain rRNA which is unique to them, and this fact in itself forms the basis of three-domain system. While the presence of nuclear membrane differentiates the Eukarya domain from Archaea domain and Bacteria domain – both of which lack nuclear membrane, the distinct biochemistry and RNA markers differentiate Archaea and Bacteria domains from each other.
İlgili Mesajlar
As compared to a typical freshwater or marine fish, the life cycle of salmons is very interesting. It comprises six stages: egg, alevin, fry, parr, smolt, and adult.
Egg, larva, pupa, and finally adult are the four stages in a mealworm's life cycle. This article discusses this life cycle in detail along with some other mealworm facts.
In the life cycle of gymnosperms, the dominant sporophyte phase alternates with the short gametophyte phase. The sporophyte plant produces spores, while the gametophyte bears gametes. Leaf through this article&hellip
A fterword
My argument in this article has been that we would be better off if we simply admit that there is no such thing as a “species tree”—there are only “species networks”, some of which are more tree-like than are others. As Mindell noted, the ToL is reticulate and always has been, but I contend that if a set of gene trees is incompatible (i.e., the genes have different histories) then the associated species genealogy should be seen as a network not a tree. A “tree (possibly with reticulations)” is a less useful idea than a “network (which will be more or less tree-like)”.
This is a less extreme position than the currently accepted one, which effectively ignores reticulation and thus treats it as equivalent to homoplasy in a tree. Reticulation events (non-vertical descent) should not be relegated to the role of “nuisance parameters” in a model or “noise” in a metaphor, but should be quantified as potentially important components of evolutionary history. Phylogeneticists do not need to choose Önsel between a tree and a network, but instead they can let the data decide.
There seems, however, to be some resistance to this idea, and Mindell (whether intentionally or not) has compiled many of the arguments in favor of this resistance. In some sense, then, species trees are still seen as central to phylogenetics. This has many far-reaching effects on the thought processes of phylogeneticists.
For example, Losos et al. (2012) have gone so far as to state: “When two phylogenies are fundamentally discordant, at least one data set must be misleading.” This represents an extreme tree-centric viewpoint, as the apparent discordance refers only to a strict tree model. Other researchers have sought to resolve all discordance using ILS as an extra component in the species-tree model, as this has been demonstrated to lead inevitably to incongruent gene trees (see the collection edited by Knowles and Kubatko 2010). Yet others have added duplication–loss as an extra component in the basic species-tree model, in another attempt at gene-tree reconciliation and Stolzer et al. (2012) have combined ILS and D–L in their tree-reconciliation model. Similarly, Williams et al. (2011) have tried to build a “Rooted Net of Life” by first constructing a tree and then adding reticulations as necessary. So, the tree is apparently still the standard by which phylogenetic results will be judged — it is the Önsel expectation, rather than the bir posteriori outcome of the analysis.
As one final example, Teeling and Hedges (2013) noted: “Untangling the root of the evolutionary tree of placental mammals has been nearly an impossible task. The good news is that only three possibilities are seriously considered … Now, two groups of researchers have scrutinized the largest available genomic data sets bearing on the question and have come to opposite conclusions … Needless to say, more research is needed.” Numara! These analyses are still based on tree models, no matter how sophisticated those models are (see also the several other papers cited by Teeling and Hedges 2013) and no matter how many data are involved. As noted by Hallström and Janke (2010): “Mammalian evolution may not be strictly bifurcating”—a network analysis of retroposon insertion data provides an alternative hypothesis for the history of placentals: the early divergences involved ILS and hybridization.
We might therefore see the suggested move from trees to networks as a form of Kuhnian paradigm shift. In Kuhn's historical model, during the period of “normal science” the failures of results to conform to the current paradigm are seen not as falsifying the paradigm but are seen as errors by researchers instead (e.g., inadequate models, unreliable data). However, as anomalous results accumulate, a new paradigm emerges that subsumes the old results along with the anomalous results, forming a single new framework or paradigm.
Non-tree-like phylogenetic results are currently Olumsuz seen by many, if not most, phylogeneticists as falsifying the paradigm of a phylogenetic tree, but instead are the result of inadequate phylogenetic tree models (as exemplified by Salichos and Rokas 2013). Nevertheless, these results can also be seen as falsifying that paradigm and a shift to network-thinking would embrace all of the tree results as well as the non-tree ones. We should not call this a Kuhnian “revolution”, of course, since tree-thinking and network-thinking are not incompatible, but rather the one is an extension of the other. A tree with reticulations is a network, and we should call it that rather than calling it a tree.