Древо жизни или универсального древо жизни является метафора инструмента, модели и исследования используется для изучения эволюции жизни и описывают взаимоотношения между организмами, как живой , так и вымершим, как описано в известном отрывке Чарльз Дарвин «S О происхождении видов (1859 г.). [2]
Сходство всех существ одного класса иногда изображалось большим деревом. Я считаю, что это сравнение во многом говорит правду.
- Чарльз Дарвин [3]
Древовидные диаграммы возникли в средневековье для представления генеалогических отношений . Диаграммы филогенетических деревьев в эволюционном смысле восходят к середине XIX века.
Термин « филогения» для обозначения эволюционных взаимоотношений видов во времени был введен Эрнстом Геккелем , который пошел дальше Дарвина в предложении филогенных историй жизни. В современном использовании термин « древо жизни» относится к составлению всеобъемлющих филогенетических баз данных, основанных на последнем универсальном общем предке жизни на Земле. Открытое дерево жизни , первый опубликованное в сентябре 2015 года, проект компилировать такую базу данных для свободного доступа общественности.
Ранние деревья в естественной классификации [ править ]
| Часть серии по |
| Эволюционная биология |
|---|
 |
|
Категория
Хотя древовидные диаграммы долгое время использовались для организации знаний, и хотя диаграммы ветвления, известные как клавы («ключи»), были вездесущи в естественной истории восемнадцатого века , похоже, что самой ранней древовидной диаграммой естественного порядка была «ботаническая ветвь». (ботанический дерево) французской учительницы и католический священник Augustin Ожье , [4] впервые опубликован в 1801 году [5]Тем не менее, хотя Ожье обсуждал свое дерево в отчетливо генеалогических терминах и хотя его дизайн явно имитировал визуальные условности современного генеалогического древа, его дерево не включало никаких эволюционных или временных аспектов. В соответствии со священническим призванием Ожье, ботаническое дерево скорее показывало совершенный порядок природы, установленный Богом в момент Творения. [6]
В 1809 году более известный соотечественник Ожье Жан-Батист Ламарк (1744–1829), который был знаком с «Ботаническим деревом» Ожье [7], включил диаграмму ветвления видов животных в свою « Зоологическую философию» . [8] Однако, в отличие от Ожье, Ламарк не обсуждал свою диаграмму в терминах генеалогии или дерева, а вместо этого назвал ее таблицей («таблицей»). [9] Ламарк верил в трансмутацию форм жизни, но не верил в общее происхождение; вместо этого он полагал, что жизнь развивалась параллельными линиями, от более простых к более сложным. [10]
В 1840 году американский геолог Эдвард Хичкок (1793–1864) опубликовал первую древовидную палеонтологическую карту в своей книге «Элементарная геология» . [11] По вертикальной оси отложены палеонтологические периоды. Хичкок сделал отдельное дерево для растений (слева) и животных (справа). Внизу диаграммы растение и дерево животных не связаны. Более того, каждое дерево начинается с нескольких источников. Дерево Хичкока было более реалистичным, чем теоретическое дерево Дарвина 1859 года (см. Ниже), потому что Хичкок использовал настоящие имена в своих деревьях. Верно также и то, что деревья Хичкока были ветвящимися деревьями. Однако они не были эволюционными деревьями, потому что Хичкок верил, что божество является движущей силой изменений. Это было важным отличием от Дарвина.
Первое издание Роберта Чемберса « Остатки естественной истории сотворения мира» , которое было анонимно опубликовано в 1844 году в Англии, содержало древовидную диаграмму в главе «Гипотеза развития царства растений и животных». [12] Он показывает модель эмбриологического развития, где рыбы (F), рептилии (R) и птицы (B) представляют собой ответвления от тропы, ведущей к млекопитающим (M). В тексте эта идея ветвящегося дерева предварительно применяется к истории жизни на Земле: «может быть ветвление» [13], но диаграмма ветвления не отображается снова специально для этой цели. [14] Однако образ ветвистого дерева мог легко вдохновить других использовать его в явном виде как представление истории жизни на Земле.
В 1858 году, за год до « Происхождения Дарвина» , палеонтолог Генрих Георг Бронн (1800–1862) опубликовал гипотетическое дерево, помеченное буквами. [15] Хотя Бронн и не был креационистом, он не предложил механизма изменения. [16]
Теория [ править ]
Дарвин [ править ]
Чарльз Дарвин (1809–1882) использовал метафору «древа жизни», чтобы концептуализировать свою теорию эволюции. В «Происхождении видов» (1859 г.) он представил абстрактную схему теоретического древа жизни для видов безымянного большого рода.(см. рисунок). На горизонтальной базовой линии гипотетические виды этого рода обозначены буквами A - L и расположены нерегулярно, чтобы указать, насколько они отличаются друг от друга, и расположены над пунктирными линиями под разными углами, что свидетельствует о том, что они расходились с одним или несколькими общими предками. На вертикальной оси деления, обозначенные I - XIV, представляют тысячу поколений. От A расходящиеся линии показывают ветвящееся происхождение, дающее новые разновидности, некоторые из которых вымерли, так что после десяти тысяч поколений потомки A превратились в отдельные новые разновидности или даже подвиды a 10 , f 10 и m 10 . Точно так же потомки I разнообразились, чтобы стать новыми разновидностями w 10 и z 10.. Этот процесс экстраполируется на следующие четыре тысячи поколений, так что потомки A и I становятся четырнадцатью новыми видами, обозначенными от 14 до z 14 . В то время как F существовал четырнадцать тысяч поколений относительно без изменений, виды B, C, D, E, G, H, K и L вымерли. По словам самого Дарвина: «Таким образом, небольшие различия, отличающие разновидности одного и того же вида, будут неуклонно увеличиваться, пока не станут равными более значительным различиям между видами одного и того же рода или даже разных родов». [17]Это ветвящийся паттерн без названий видов, в отличие от более линейного дерева, построенного Эрнстом Геккелем годы спустя (рисунок ниже), которое включает названия видов и показывает более линейное развитие от «низших» к «высшим» видам. В своем резюме к разделу Дарвин выразил свою концепцию в терминах метафоры дерева жизни:
Сходство всех существ одного класса иногда изображалось большим деревом. Я считаю, что это сравнение во многом говорит правду. Зеленые и распускающиеся веточки могут представлять существующие виды; а те, что производятся в течение каждого предыдущего года, могут представлять собой длинную последовательность вымерших видов. В каждый период роста все растущие ветки пытались разветвляться во все стороны, перекрывать и уничтожать окружающие ветки и ветви, точно так же, как виды и группы видов пытались одолеть другие виды в великой битве за жизнь. Конечности разделились на большие ветви, а эти на меньшие и меньшие ветви сами были когда-то, когда дерево было маленьким, распускающимися ветками;и эта связь бывших и настоящих почек разветвленными ветвями вполне может представлять классификацию всех вымерших и ныне живущих видов на группы, подчиненные группам. Из множества веток, которые процветали, когда дерево было простым кустом, только две или три теперь выросли в большие ветви, но выжили и несут все остальные ветви; поэтому среди видов, которые жили в давние геологические периоды, очень немногие теперь имеют живых и модифицированных потомков. От первого роста дерева многие ветви и ветви сгнили и упали; и эти потерянные ветви различных размеров могут представлять те целые отряды, семейства и роды, у которых сейчас нет живых представителей и которые известны нам только по тому, что были найдены в ископаемом состоянии. Когда мы то тут, то там видим тонкую ветку, вырывающуюся из развилки низко на дереве,и который по какой-то случайности получил одобрение и все еще жив на своей вершине, поэтому мы иногда видим животное, подобноеOrnithorhynchus или Lepidosiren , который в некоторой небольшой степени связывает своим родством две большие ветви жизни и который, по-видимому, был спасен от роковой конкуренции, поселившись на защищенной станции . Подобно тому, как почки в результате роста дают новые почки, и они, если они сильны, разветвляются и покрывают со всех сторон более слабые ветви, так и я верю, что из поколения в поколение это произошло с великим Древом Жизни, которое наполняется мертвыми и сломанными ветвями. разветвляет земную кору и покрывает поверхность своими вечными ветвями и красивыми разветвлениями.
- Дарвин , 1859. [18]
Значение и важность использования Дарвином метафоры дерева жизни широко обсуждались учеными и учеными. Стивен Джей Гулд , например, утверждал, что Дарвин поместил процитированный выше знаменитый отрывок «в решающее место в своем тексте», где он обозначил заключение его аргумента в пользу естественного отбора, иллюстрируя как взаимосвязь организмов по происхождению, так и их успехи и неудачи в истории жизни. [19] Дэвид Пенни писал, что Дарвин использовал древо жизни не для описания взаимоотношений между группами организмов, а для того, чтобы предположить, что, как и в случае с ветвями живого дерева, родословные видов конкурируют и вытесняют друг друга. [20] Петтер Хеллстрёмутверждал, что Дарвин сознательно назвал свое дерево в честь библейского Древа жизни , как описано в Книге Бытия , таким образом связав свою теорию с религиозной традицией. [9]
Геккель [ править ]
Геккеля «S Stammbaum дер Primaten (1860)
Древо жизни Геккеля в Generelle Morphologie der Organismen (1866)
Древо жизни глазами Геккеля в "Эволюции человека" (1879 г.)
Эрнст Геккель (1834–1919) построил несколько деревьев жизни. Его первый набросок (1860-х годов) своего знаменитого древа жизни показывает " Pithecanthropus alalus " как предка Homo sapiens . Его Древо жизни 1866 года из Generelle Morphologie der Organismen показывает три царства: Plantae, Protista и Animalia. Его «Родословная человека» 1879 года была опубликована в журнале «Эволюция человека» .
Современное использование [ править ]
В 1990 году Карл Вёзе , Отто Кандлер и Марк Веллис предложили «древо жизни», состоящее из трех линий происхождения, для которого они ввели термин « домен» как наивысший ранг классификации. Они также предложили термины бактерии , археи и эукариоты для трех доменов. [21]
Модель дерева до сих пор считается действительной для эукариотических форм жизни. По состоянию на 2010 год [Обновить], исследование самых ранних ветвей дерева эукариот предложило дерево с четырьмя [22] [23] или двумя супергруппами. [24] Похоже, что консенсуса пока нет; в обзорной статье Роджер и Симпсон приходят к выводу, что «при нынешних темпах изменений в нашем понимании древа жизни эукариот мы должны действовать с осторожностью». [25]
В 2015 году был опубликован первый проект Открытого Древа Жизни , в котором информация из почти 500 ранее опубликованных деревьев была объединена в единую онлайн-базу данных, которую можно бесплатно просматривать и загружать. [26]
В 2016 году было опубликовано новое древо жизни, суммирующее эволюцию всех известных форм жизни , иллюстрирующее последние генетические данные о том, что ветви в основном состоят из бактерий . Новое исследование включило более тысячи недавно открытых бактерий и архей . [27] [28] [1]
Горизонтальный перенос генов [ править ]
В прокариоты (два домена бактерий и архей ) и некоторых животных , таких как bdelloid коловраток [29] имеют возможность передачи генетической информации между несвязанными организмов путем горизонтального переноса генов . Рекомбинация, потеря генов, дупликация и создание генов - это лишь некоторые из процессов, с помощью которых гены могут переноситься внутри и между бактериальными и архейными видами, вызывая вариации, не связанные с вертикальным переносом. [30] [31] [32]Появляются доказательства горизонтального переноса генов внутри прокариот на уровне одиночных и многоклеточных клеток, поэтому древо жизни не объясняет всей сложности ситуации в прокариотах. [31]
См. Также [ править ]
- Бактериальный тип
- Кладистика
- Общий спуск
- Коралл жизни
- История эволюционной мысли
- Холизм
- Горизонтальный перенос генов
- Последний универсальный общий предок
- Массовые вымирания
- Филогенетическое дерево
- Симбиогенез
- Веб-проект "Древо жизни"
Ссылки [ править ]
- ^ a b Hug, Laura A .; Бейкер, Бретт Дж .; Анантараман, Картик; Браун, Кристофер Т .; и другие. (11 апреля 2016 г.). «Новый взгляд на древо жизни» . Природная микробиология . 1 (5). 16048. дои : 10.1038 / nmicrobiol.2016.48 . PMID 27572647 .
- ^ Минделл, ДП (3 января 2013). «Древо жизни: метафора, модель и эвристический прием» . Систематическая биология . 62 (3): 479–489. DOI : 10.1093 / sysbio / sys115 . PMID 23291311 .
- ^ Дарвин, Чарльз (1859). «Четверка: естественный отбор; или выживание наиболее приспособленных» . О происхождении видов посредством естественного отбора, или о сохранении привилегированных рас в борьбе за жизнь (Первое издание, Первая тысяча изд.). Лондон: Джон Мюррей. п. 129 . Проверено 11 августа 2018 .
- ^ Hellström, Petter (2019). Деревья познания. Наука и форма генеалогии (докторская диссертация) . Упсала: Acta Universitatis Upsalienses.
- ^ Ожье, Augustin (1801). Essai d'une Nouvelle Classification of Végétaux: соответствие лорду, что ла природа, пароит, suivi dans le règne végétal; d'ou résulte une méthode qui pipeline a la connoissance des planttes & de leurs rapports naturels . Лион: Bruyset Ainé et Comp.
- ^ Hellström, Petter, Андре Жиля & Marc Philippe (2017). "Жизнь и творчество Огюстена Ожье де Фаваса (1758–1825), автора" Arbre botanique "(1801)" . Архивы естествознания . 44 : 43–62. DOI : 10,3366 / anh.2017.0413 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Hellström, Petter, Андре Жиля & Marc Philippe (2017). «Ботаническое дерево Огюстена Ожье. Расшифровки и переводы двух неизвестных источников» . Хунтия . 16 : 17–38.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Ламарк, J.-B.-P.-A. (1809). Philosophie zoologique… (на французском). т. 2. Париж, Франция: Денту. п. 463.Доступно в: Библиотека Линды Холл, Университет Миссури (Канзас-Сити, Миссури, США)
- ^ а б Хеллстрём, Петтер (2012). «Дарвин и древо жизни: корни эволюционного дерева» . Архивы естествознания . 39 (2): 234–252. DOI : 10,3366 / anh.2012.0092 . ISSN 0260-9541 .
- ↑ Питер Дж. Боулер (2003) «Эволюция. История идеи », издание третье, с.90-91.
- ^ Арчибальд, Дж. Дэвид (2009). «Эдвард Хичкок додарвиновское (1840)„Древо жизни “ ». Журнал истории биологии . 42 (3): 561–592. CiteSeerX 10.1.1.688.7842 . DOI : 10.1007 / s10739-008-9163-у . PMID 20027787 . S2CID 16634677 .
- ^ Чемберс (1844) , стр. 212 .
- ^ Чемберс (1844) , стр. 191 .
- ^ Чемберс, Роберт (1844). Остатки естественной истории творения . Лондон, Англия: Джон Черчилль.[ требуется страница ]
- Перейти ↑ Bronn, HG (1858). Untersuchungen über умереть Entwicklungs-Gesetze дер Organischen Welt während дер Bildungs-Zeit unserer ERD-Oberfläche [ Исследование закономерностей развития органического мира в период формирования поверхности нашей Земли ] (на немецком языке ). Штутгарт (Германия): F. Schweizerbart. С. 481–482.
- ^ Арчибальд, Дж. Дэвид (2009). «Эдвард Хичкок додарвиновское (1840)„Древо жизни “ ». Журнал истории биологии . 42 (3): 568. CiteSeerX 10.1.1.688.7842 . DOI : 10.1007 / s10739-008-9163-у . PMID 20027787 . S2CID 16634677 .
- ^ Дарвин (1859) , стр. 116-130 .
- ↑ Дарвин (1859) , стр. 129–130 .
- ^ Гулд, Стивен Джей (1993). Восемь поросят . Лондон: Кейп Джонатан. ISBN 978-0-224-03716-7.п. 300
- Перейти ↑ Penny, D. (2011). «Дарвиновская теория происхождения с модификациями в сравнении с библейским древом жизни» . PLOS Биология . 9 (7): e1001096. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1001096 . PMC 3130011 . PMID 21750664 .
- ^ Woese, Карл Р .; Кандлер, О; Уилис, М. (1990). «К естественной системе организмов: предложение о доменах архей, бактерий и эукариев» . Proc Natl Acad Sci USA . 87 (12): 4576–9. Бибкод : 1990PNAS ... 87.4576W . DOI : 10.1073 / pnas.87.12.4576 . PMC 54159 . PMID 2112744 .
- ^ Бурки, Фабьен; Shalchian-Tabrizi, Kamran & Pawlowski, Jan (2008), «Филогеномика открывает новую« мегагруппу », включающую большинство фотосинтезирующих эукариот», Biology Letters , 4 (4): 366–369, doi : 10.1098 / rsbl.2008.0224 , PMC 2610160 , PMID 18522922
- ↑ Аполлон: Древо жизни потеряло ветвь
- ^ Kim, E .; Graham, LE; Редфилд, Розмари Жанна (2008), Редфилд, Розмари Жанна (редактор), «Анализ EEF2 бросает вызов монофилии Archaeplastida и Chromalveolata», PLOS ONE , 3 (7): e2621, Bibcode : 2008PLoSO ... 3,2621K , doi : 10.1371 / journal.pone.0002621 , PMC 2440802 , PMID 18612431
- ^ Роджер, AJ и Симпсон, AGB (2009), «Эволюция: пересмотр корня дерева эукариот», Current Biology , 19 (4): R165–7, doi : 10.1016 / j.cub.2008.12.032 , PMID 19243692 , S2CID 13172971
- ^ « Первое исчерпывающее древо жизни показывает, как вы связаны с миллионами видов»
- Рианна Циммер, Карл (11 апреля 2016 г.). «Ученые открыли новое« древо жизни » » . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 апреля +2016 .
- ^ Тейлор, Эшли П. (11 апреля 2016 г.). «Разветвление: исследователи создают новое древо жизни, в основном состоящее из загадочных бактерий» . Ученый . Проверено 11 апреля +2016 .
- ^ Уотсон, Трэйси (15 ноября 2012). «Бделлоиды, выживающие благодаря заимствованной ДНК» . Наука / Новости AAAS.
- ^ Jain R, Rivera MC, Lake JA (1999), «Горизонтальный перенос генов между геномами: гипотеза сложности», Proc Natl Acad Sci USA , 96 (7): 3801–6, Bibcode : 1999PNAS ... 96.3801J , doi : 10.1073 / pnas.96.7.3801 , PMC 22375 , PMID 10097118
- ^ a b Лоутон, Грэм (21 января 2009 г.). «Почему Дарвин ошибался насчет дерева жизни» . Журнал New Scientist . № 2692 . Проверено 12 фев 2009 .
- ^ Дулиттл, У. Форд (2000). «Искоренение древа жизни» (PDF) . Scientific American . 282 (6): 90–95. Bibcode : 2000SciAm.282b..90D . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0200-90 . PMID 10710791 . Архивировано из оригинального (PDF) 07 сентября 2006 года.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Дарвин, Чарльз (1859 г.), О происхождении видов посредством естественного отбора или сохранении благоприятных рас в борьбе за жизнь (1-е изд.), Лондон: Джон Мюррей, ISBN 978-1-4353-9386-8
- Дарвин, Чарльз (1872), «Происхождение видов посредством естественного отбора или сохранение привилегированных рас в борьбе за жизнь» , Nature (6-е изд.), Лондон: Джон Мюррей, 5 (121): 318– 319, Bibcode : 1872Natur ... 5..318B , doi : 10.1038 / 005318a0 , ISBN 978-1-4353-9386-8, PMC 5184128 , PMID 30164232 , S2CID 4042779
- Дулиттл, ВФ; Баптесте, Э. (2007). «Первая статья: плюрализм моделей и гипотеза Древа жизни» . Труды Национальной академии наук . 104 (7): 2043–2049. Bibcode : 2007PNAS..104.2043D . DOI : 10.1073 / pnas.0610699104 . PMC 1892968 . PMID 17261804 .
Внешние ссылки [ править ]
- Веб-проект «Древо жизни» - интерактивное изучение полного филогенетического дерева
- Древо жизни Эволюция связывает виды на Земле через общую историю эволюции
- Выпуск научного журнала - Выпуск посвящен древу жизни.
- «Древо жизни » Гаррета Неске, Демонстрационный проект Вольфрама : «представляет собой интерактивное древо жизни, которое позволяет вам исследовать отношения между множеством различных видов организмов, позволяя вам выбрать организм и визуализировать кладу, к которой он принадлежит».
- Зеленое древо жизни - Калифорнийский университет гиперболического дерева / Jepson Herbaria
- Общее дерево базы данных таксономии NCBI
