Inhoud
- Vroege geschiedenis van classificatiesystemen
- Classificatiesystemen uit de twintigste eeuw
- Opkomst van Cladistics
- Wat is fylogenetische systematiek?
- Cladistics Definitie
- Fundamentele veronderstellingen van cladistische classificatie
- Wat is een cladogram?
- Voorbeelden van Cladistics
- Cladistische classificatie terminologie
- Karakterstaten van organismen
- Methoden van Cladistiek
- Traditionele Evolutionaire Classificatie
- Moderne Cladistische classificatie
- Toekomstige richtingen in Cladistics
Miljoenen jaren geleden begon een enkele cel een evolutie die aanleiding gaf tot de levensboom en zijn drie hoofddomeinen: Archaea, Bacteria en Eukaryota.
Elke tak is een voorbeeld van een clade. Een clade vertegenwoordigt een groep met een gemeenschappelijke voorouder en allemaal nakomelingen. cladistics is een moderne vorm van taxonomie die organismen op een vertakt diagram plaatst, genaamd a cladogram (zoals een stamboom) op basis van eigenschappen zoals DNA-overeenkomsten en fylogenie.
Vroege geschiedenis van classificatiesystemen
Op het gebied van biologie is cladistiek een systeem van taxonomie dat omvat het indelen en ordenen van organismen op een fylogenetische levensboom. Voorafgaand aan DNA-analyse was classificatie sterk afhankelijk van observaties van vergelijkbare en verschillende eigenschappen en gedrag.
Westerse samenlevingen gebruiken classificatie sinds de dagen van Aristoteles in het oude Griekenland, toen levende organismen eenvoudigweg in categorieën van planten en dieren werden verdeeld voor studie.
In de jaren 1700 Carolus (Carl) Linnaeus een taxonomie van systematische biologie ontwikkeld op basis van classificatie van organismen op basis van uiterlijke kenmerken en gedeelde eigenschappen. Hij ontwikkelde een schema voor het plaatsen van organismen in een hiërarchisch taxon (een groep; enkelvoud) met meerdere taxa (groepen; meervoud). Linnaeus ontwikkelde ook binomiale nomenclatuur - een systeem voor het toekennen van wetenschappelijke namen zoals Homo sapiens (menselijk) voor organismen.
Charles Darwin en Alfred Russel Wallace stelde het idee van natuurlijke selectie voor, en Darwin formaliseerde de evolutietheorie in het midden van de 19e eeuw. Darwin's Over de herkomst van soorten schokte de wetenschappelijke gemeenschap door te suggereren dat alle organismen afstammen van een gemeenschappelijke voorouder en konden worden geclassificeerd op basis van hun evolutionaire relaties.
Classificatiesystemen uit de twintigste eeuw
ornitoloog Ernst Mayr was een vooraanstaande evolutionaire bioloog van de 20e eeuw die uitgebreid vogeltaxonomie bestudeerde terwijl hij reisde en werkte als curator in het American Museum of Natural History in New York. Zijn baanbrekend boek Systematiek en de oorsprong van soorten werd gepubliceerd in 1942 door de Columbia University Press.
Mayr staat bekend om zijn werk aan genen, erfelijkheid, variatie en speciatie van populaties in geïsoleerde gebieden, die kunnen worden gebruikt voor classificatiedoeleinden.
Opkomst van Cladistics
Cladistics is een biologisch classificatiesysteem op basis van analyse van eigenschappen, genetische samenstelling of fysiologie die werden gedeeld met een gemeenschappelijke voorouder totdat er een soort divergentie optrad die nieuwe soorten voortbracht. Duitse taxonoom Willi Hennig jumpstarted cladistische classificatie in 1950 toen hij zijn boek over schreef fylogenetische systematiek.
Het boek werd later vertaald in het Engels en werd veel gelezen in Amerika nadat het in 1966 door de University of Illinois Press was gepubliceerd.
Hennigs theorie van fylogenetische systematiek daagde hedendaagse benaderingen van taxonomie uit, geïntroduceerd door Darwin en Wallace.
Hij betoogde dat soorten moeten worden geïdentificeerd en geclassificeerd op basis van genetica en clade-relaties, met name monofyletische groepen. Hennig hield zich bezig met de recente voorouders en de identificatie van geëvolueerde, gemodificeerde eigenschappen van organismen die een directe lijn deelden - zelfs als afgeleide kenmerken niet vergelijkbaar waren met die van de gemeenschappelijke voorouder.
Wat is fylogenetische systematiek?
phylogenetics is de studie van bekende of veronderstelde evolutionaire relaties op basis van de fylogenie (afkomst) van gegroepeerde organismen. De fylogenetische boom van het leven illustreert hoe taxa (groepen van organismen) evolueerden in een specifieke volgorde naarmate het leven diversifieerde en vertakte van een gemeenschappelijke voorouder.
Het proces van evolutionaire soortvorming lijkt op takken op een stamboom. Omdat er geen zekere manier is om te weten wat er zo lang geleden is gebeurd, moeten wetenschappen conclusies trekken over hoe het leven op basis hiervan is geëvolueerd fossielen, vergelijkende anatomie, fysiologie, gedrag, embryologie en moleculaire gegevens. Evolutionaire biologie is een dynamisch veld waar voortdurend nieuwe ontdekkingen worden gedaan.
Cladistics Definitie
Evolutionaire biologen concluderen hypothetische evolutionaire relaties tussen taxa op basis van een gedetailleerde vergelijking van vergelijkbare en verschillende kenmerken.
Het bestuderen van evolutionaire afkomst helpt om vast te stellen wanneer bepaalde eigenschappen zijn ontstaan en zijn doorgegeven aan volgende generaties. Cladistische analyse, zoals fylogenetische systematiek, onderzoekt evolutiepatronen van afstamming die helpen de evolutionaire geschiedenis van soorten bij elkaar te brengen, terwijl ook de diversiteit van het leven en het uitsterven van soorten wordt verklaard.
Fundamentele veronderstellingen van cladistische classificatie
Cladistics werkt vanuit het centrale uitgangspunt dat het leven op aarde slechts eenmaal is ontstaan, wat betekent dat al het leven kan worden teruggevoerd op dat eerste voorouderlijke organisme. De volgende veronderstelling is dat bestaande soorten in twee groepen worden verdeeld, afgebakend door een knooppunt op een boomtak. Tot slot, organismen veranderen vermoedelijk, passen zich aan en evolueren.
De punt van divergentie vertegenwoordigt het begin van twee nieuwe lijnen die zich vertakken en twee nieuwe soorten vormen.
Wat is een cladogram?
Cladogrammen worden gebruikt om zinvolle vergelijkingen tussen groepen te maken.
In de biologie is een cladogram een visuele weergave van gerelateerde kenmerken in verschillende organismen. Gewoonlijk gebeurt het groeperen op basis van bepaalde specifieke kenmerken. Verschillende gegevenspunten kunnen echter worden gecombineerd om een meer accurate evolutionaire boom te creëren die complexe relaties verklaart.
Er kan een onderscheid worden gemaakt tussen een cladogram en een fylogenetische boom, maar de termen worden soms ook door elkaar gebruikt. Cladogrammen richten zich op kenmerken op macro- en moleculair niveau die op verwantschap wijzen. Een cladogram suggereert waarschijnlijke evolutionaire relaties tussen groepen van organismen of taxa die klein of groot kunnen zijn:
Voorbeelden van Cladistics
Meercellige eukaryoten gaven aanleiding tot een overvloed aan steeds complexere organismen.
Bijvoorbeeld, vissen en mensen gaan terug tot een gemeenschappelijke voorouder miljoenen jaren geleden. Die ingewikkelde relatie kan worden weergegeven op een eenvoudig cladogram dat de cladistische relaties illustreert. Begin met het voorstellen van een voorouderlijke eukaryote aan de voet van de boom.
Terwijl de gemeenschappelijke voorouder evolueerde, vertakte een knooppunt in de boom zich in aquatische gewervelde dieren zoals kaakloze vissen. Bij het volgende knooppunt divergeerde de tak in viervoetige viervoeters.
Het volgende knooppunt vertoont een divergentie wanneer dieren vruchtwater ontwikkelen, gevolgd door een splitsing wanneer dieren bont of haar ontwikkelden. Veel later liepen mensen en primaten uiteen en evolueerden op afzonderlijke paden.
Cladistische classificatie terminologie
Cladistische classificatie kijkt naar bepaalde kenmerken van organismen die rechtstreeks van invloed zijn op voorouderlijke toestanden in de evolutionaire biologie. Hennig ontwikkelde vele wetenschappelijke termen om zijn benadering van categorisatie te beschrijven, die van belang waren voor zijn ideeën en theorieën. De termen beschrijven groepen organismen in relatie tot een specifieke knoop op een fylogenetische boom of cladogram:
Karakterstaten van organismen
Karakterstatussen zijn eigenschappen afgeleid door het proces van natuurlijke selectie, aanpassing en erfelijke variantie die leiden tot biodiversiteit in het leven. Als zodanig alleen synapomorphies zijn relevant bij het onderscheiden van evolutionaire relaties. Meerdere synapomorfieën in organismen met een gedeelde voorouder zijn monofyletische:
Methoden van Cladistiek
Wetenschappers, cladisten genaamd, schikken taxa in een fylogenetische boom die nieuwe evolutionaire relaties kan onthullen. Groeperingen worden gemaakt op basis van fysieke, moleculaire, genetische en gedragskenmerken.
Een diagram dat een cladogram wordt genoemd, vertoont verwantschap, wanneer soorten vertrokken van een gemeenschappelijke voorouder op verschillende punten in de evolutionaire geschiedenis.
Cladogrammen zijn vertakkingen van cladistische gegevens die bepaalde kenmerken rangschikken met bijvoorbeeld vergelijkende fysieke gegevenssets of moleculaire gegevens. Onderzoekers gebruiken tegenwoordig vaak computerprogramma's om datasets te combineren om nauwkeurigere cladogrammen te creëren die samenhangende en alomvattende relaties tussen organismen laten zien.
Basismethodiek is niet moeilijk, maar elke stap moet zorgvuldig worden uitgevoerd:
Traditionele Evolutionaire Classificatie
De oorsprong van traditionele evolutionaire methoden van classificatie dateren uit de oudheid. Alle levende organismen werden verondersteld planten of dieren te zijn. Klassieke methoden maakten geen onderscheid tussen waargenomen eigenschappen die werden geërfd van een verre voorouder of een meer recente.
Het doel was om een kaart te maken van hoe het leven op aarde mogelijk is geëvolueerd uit de zee.
Kenmerken die worden gebruikt voor classificatie worden bepaald door experts die kijken naar duidelijke verschillen zoals bont, schubben of veren. De aanpak werkte beter voor het classificeren van gewervelde dieren dan ongewervelde dieren. Evolutionaire classificatie plaatst organismen in groepen van afnemende omvang onder drie domeinen die verder zijn onderverdeeld in koninkrijk, phylum / divisie, klasse, orde, familie, geslacht en soort.
Cladistische methoden zijn niet gebonden aan het Linnean-classificatiesysteem en ze gaan dieper in op connectiviteit.
Traditionele systematiek rangschikt organismen op een evolutionaire boom op basis van wanneer en hoe een soort bijvoorbeeld is veranderd als aanpassing aan een nieuwe levensstijl of habitat. De boom laat zien richting van evolutie op tijd. Subjectieve beoordelingen van eigenschappen en kenmerken in traditionele methoden kunnen de resultaten beïnvloeden en een studie moeilijk of onmogelijk repliceren.
Moderne Cladistische classificatie
Cladistische en fylogenetische classificatiemethoden hebben tegenwoordig de voorkeur boven traditionele classificatiemethoden in de natuurwetenschappen. De nieuwere aanpak is wetenschappelijker, op feiten gebaseerd en onweerlegbaar. DNA- en RNA-sequencing worden bijvoorbeeld gebruikt om organismen op moleculair niveau te bestuderen voor genuanceerde plaatsing op een cladogram.
Organismen zijn gerangschikt volgens hun gedeelde afgeleide kenmerken.
Toekomstige richtingen in Cladistics
Cladistiek op het gebied van biologie stelt wetenschappers in staat om patronen te identificeren, een hypothese te vormen, hypothesen te testen en voorspellingen te doen.
'Cladistiek gaat dus over ontdekking', zoals beschreven door hedendaagse cladisten, David M. Williams en Malte C. Ebach, in 2018. Williams en Ebach beschouwen cladistiek als een proces van natuurlijke classificatie dat geen gronding behoeft in de evolutietheorie.
Technologie voegt een niveau van precisie en verfijning toe aan cladistische methoden. In het bijzonder geeft DNA-sequentiebepaling van genen een mate van verwantschap en gedeelde afkomst met een hoge mate van vertrouwen aan. Verschillen in DNA kunnen inzicht geven in hoe lang geleden soorten een gemeenschappelijke voorouder deelden.
Nieuwe bevindingen kunnen eerdere aannames over hoe organismen evolueerden bevestigen of corrigeren en helpen nieuwe soorten te classificeren wanneer ze worden ontdekt.