Inhalt
- Frühgeschichte der Klassifikationssysteme
- Klassifikationssysteme des 20. Jahrhunderts
- Entstehung der Kladistik
- Was ist phylogenetische Systematik?
- Definition der Kladistik
- Grundannahmen der kladistischen Klassifikation
- Was ist ein Cladogram?
- Beispiele für Kladistik
- Kladistische Klassifikationsterminologie
- Charakterzustände von Organismen
- Methoden der Kladistik
- Traditionelle evolutionäre Klassifikation
- Moderne kladistische Klassifikation
- Zukünftige Richtungen in der Kladistik
Vor Millionen von Jahren begann eine einzelne Zelle eine Evolution, aus der der Baum des Lebens und seine drei Hauptdomänen hervorgingen: Archaea, Bacteria und Eukaryota.
Jeder Zweig ist ein Beispiel für eine clade. Eine Klade repräsentiert eine Gruppe, die einen gemeinsamen Vorfahren und enthält alle Nachkommenschaft. Kladistik ist eine moderne Form von Taxonomie das platziert Organismen auf einem verzweigten Diagramm namens a Kladogramm (wie ein Stammbaum) basierend auf Merkmalen wie DNA-Ähnlichkeiten und Phylogenie.
Frühgeschichte der Klassifikationssysteme
Im Bereich der Biologie ist die Kladistik eine System der Taxonomie das beinhaltet das Klassifizieren und Anordnen von Organismen auf a phylogenetischer Baum des Lebens. Vor der DNA-Analyse beruhte die Klassifizierung in hohem Maße auf Beobachtungen ähnlicher und unterschiedlicher Merkmale und Verhaltensweisen.
Westliche Gesellschaften haben seit den Tagen des Aristoteles im antiken Griechenland die Klassifizierung verwendet, als lebende Organismen zu Studienzwecken einfach in Kategorien von Pflanzen und Tieren unterteilt wurden.
In den 1700er Jahren Carolus (Carl) Linnaeus entwickelten eine Taxonomie der systematischen Biologie, die auf der Klassifizierung von Organismen nach äußerlichen Erscheinungen und gemeinsamen Merkmalen basiert. Er entwickelte ein Schema für die Einordnung des Organismus in eine hierarchisches Taxon (eine Gruppe; Singular), die mehrere umfasste taxa (Gruppen; Plural). Linnaeus entwickelte auch eine binomische Nomenklatur - ein System zur Vergabe wissenschaftlicher Namen wie Homo sapiens (Mensch) zu Organismen.
Charles Darwin und Alfred Russel Wallace schlug die Idee der natürlichen Auslese vor und Darwin formalisierte die Evolutionstheorie Mitte des 19. Jahrhunderts. Darwins Über den Ursprung der Arten erschütterte die wissenschaftliche Gemeinschaft, indem sie vorschlug, dass alle Organismen von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und nach ihren evolutionären Beziehungen klassifiziert werden könnten.
Klassifikationssysteme des 20. Jahrhunderts
Ornithologe Ernst Mayr war ein herausragender Evolutionsbiologe des 20. Jahrhunderts, der sich auf Reisen und als Kurator am American Museum of Natural History in New York eingehend mit Vogeltaxonomie befasste. Sein wegweisendes Buch Systematik und Ursprung der Arten wurde 1942 von der Columbia University Press veröffentlicht.
Mayr ist bekannt für seine Arbeiten zu Genen, Vererbung, Variation und Speziation von Populationen in isolierten Gebieten, die für Klassifizierungszwecke verwendet werden können.
Entstehung der Kladistik
Cladistics ist ein biologisches Klassifizierungssystem, das auf der Analyse von Merkmalen, genetischem Aufbau oder Physiologie basiert, die mit einem gemeinsamen Vorfahren geteilt wurden, bis eine Art von Divergenz auftrat, die neue Arten hervorbrachte. Deutscher Taxonom Willi Hennig sprunghaft kladistische Klassifikation 1950 schrieb er sein Buch über phylogenetische Systematik.
Das Buch wurde später ins Englische übersetzt und in Amerika viel gelesen, nachdem es 1966 von der University of Illinois Press veröffentlicht worden war.
Hennigs Theorie der phylogenetischen Systematik stellte die von Darwin und Wallace eingeführten zeitgenössischen Taxonomie-Ansätze in Frage.
Er argumentierte, dass Arten basierend auf Genetik und Kladenbeziehungen, insbesondere monophyletischen Gruppen, identifiziert und klassifiziert werden sollten. Hennig griff die jüngsten Vorfahren auf und identifizierte weiterentwickelte, veränderte Merkmale von Organismen, die eine direkte Abstammungslinie aufwiesen - auch wenn abgeleitete Merkmale nichts mit denen des gemeinsamen Vorfahren zu tun hatten.
Was ist phylogenetische Systematik?
Phylogenetik ist die Untersuchung bekannter oder hypothetischer evolutionärer Beziehungen auf der Grundlage der Phylogenie (Abstammung) gruppierter Organismen. Der phylogenetische Baum des Lebens zeigt, wie sich Taxa (Gruppen von Organismen) in einer bestimmten Reihenfolge entwickelten, als das Leben von einem gemeinsamen Vorfahren diversifiziert und verzweigt wurde.
Der Prozess der evolutionären Speziation sieht aus wie die Verzweigung eines Stammbaums. Da es keinen sicheren Weg gibt, um zu wissen, was vor langer Zeit geschehen ist, müssen die Wissenschaften Rückschlüsse darauf ziehen, wie sich das Leben entwickelt hat Fossilienbestände, vergleichende Anatomie, Physiologie, Verhalten, Embryologie und molekulare Daten. Die Evolutionsbiologie ist ein dynamisches Feld, in dem ständig neue Entdeckungen gemacht werden.
Definition der Kladistik
Evolutionsbiologen schließen daraus hypothetische evolutionäre Beziehungen zwischen Taxa auf der Grundlage eines detaillierten Vergleichs ähnlicher und unterschiedlicher Merkmale.
Das Studium der evolutionären Abstammung hilft herauszufinden, wann bestimmte Merkmale auftraten und an nachfolgende Generationen weitergegeben wurden. Die kladistische Analyse untersucht wie die phylogenetische Systematik evolutionäre Abstammungsmuster, die dazu beitragen, die Evolutionsgeschichte der Arten zusammenzufügen und gleichzeitig die Vielfalt des Lebens und das Aussterben der Arten zu erklären.
Grundannahmen der kladistischen Klassifikation
Die Kladistik geht von der zentralen Voraussetzung aus, dass das Leben auf der Erde nur einmal entstanden ist, was bedeutet, dass alles Leben auf diesen ersten angestammten Organismus zurückgeführt werden kann. Die nächste Annahme ist, dass vorhandene Arten in zwei Gruppen aufgeteilt werden, die von einem Knoten auf einem Ast abgegrenzt werden. Schließlich verändern sich Organismen vermutlich, passen sich an und entwickeln sich weiter.
Das Punkt der Divergenz stellt den Beginn von zwei neuen Linien dar, die sich verzweigen und zwei neue Arten bilden.
Was ist ein Cladogram?
Cladogramme werden verwendet, um sinnvolle Vergleiche zwischen Gruppen anzustellen.
In der Biologie ist ein Cladogram a visuelle Darstellung von verwandten Eigenschaften in verschiedenen Organismen. Normalerweise erfolgt die Gruppierung nach bestimmten spezifischen Merkmalen von Interesse. Es können jedoch verschiedene Datenpunkte kombiniert werden, um einen genaueren Evolutionsbaum zu erstellen, der komplexe Zusammenhänge erklärt.
Man kann zwischen einem Kladogramm und einem Stammbaum unterscheiden, aber die Begriffe werden manchmal auch synonym verwendet. Cladogramme konzentrieren sich auf Eigenschaften auf Makro- und Molekülebene, die auf Verwandtschaft hindeuten. Ein Cladogramm deutet auf wahrscheinliche evolutionäre Beziehungen zwischen Gruppen von Organismen oder Taxa hin, deren Anzahl klein oder groß sein kann:
Beispiele für Kladistik
Mehrzellige Eukaryoten führten zu einer Fülle immer komplexer werdender Organismen.
Zum Beispiel gehen Fische und Menschen auf einen gemeinsamen Vorfahren vor Millionen von Jahren zurück. Diese komplizierte Beziehung kann in einem einfachen Kladogramm dargestellt werden, das die kladistischen Beziehungen darstellt. Beginnen Sie mit der Darstellung eines Ahnen-Eukaryoten am Fuß des Baumes.
Im Laufe der Entwicklung des gemeinsamen Vorfahren verzweigte sich ein Knoten des Baumes in aquatische Wirbeltiere wie kieferlose Fische. Am nächsten Knoten zerfiel der Ast in vierbeinige Tetrapoden.
Der nächste Knoten zeigt eine Divergenz, wenn Tiere Fruchtwassereier entwickelten, gefolgt von einer Spaltung, wenn Tiere Fell oder Haare entwickelten. Viel später gingen Menschen und Primaten auseinander und gingen getrennte Wege.
Kladistische Klassifikationsterminologie
Die kladistische Klassifikation befasst sich mit bestimmten Merkmalen von Organismen, die in der Evolutionsbiologie direkt auf Ahnenzustände einwirken. Hennig entwickelte viele wissenschaftliche Begriffe, um seinen Ansatz zur Kategorisierung zu beschreiben, der für seine Ideen und Theorien maßgeblich war. Die Begriffe beschreiben Gruppen von Organismen in Bezug auf einen bestimmten Knoten in einem phylogenetischen Baum oder Kladogramm:
Charakterzustände von Organismen
Zeichenzustände sind Merkmale, die durch den Prozess der natürlichen Auslese, Anpassung und vererbten Varianz abgeleitet werden und zur biologischen Vielfalt im Leben führen. Nur als solche Synapomorphien sind relevant, wenn es darum geht, evolutionäre Beziehungen zu erkennen. Multiple Synapomorphien in Organismen mit einem gemeinsamen Vorfahren sind monophyletisch:
Methoden der Kladistik
Wissenschaftler, die als Kladisten bezeichnet werden, ordnen Taxa in einem phylogenetischen Baum an, der möglicherweise neue evolutionäre Beziehungen erkennen lässt. Gruppierungen werden basierend auf physikalischen, molekularen, genetischen und Verhaltensmerkmalen vorgenommen.
Ein Diagramm, das als Cladogram bezeichnet wird, zeigt Verwandtschaft, wenn sich Arten an verschiedenen Punkten der Evolutionsgeschichte von einem gemeinsamen Vorfahren abspalten.
Cladogramme sind Verzweigungsdiagramme von kladistische Daten die bestimmte Eigenschaften zum Beispiel anhand von vergleichenden physikalischen Daten oder molekularen Daten ordnen. Heutzutage verwenden Forscher häufig Computerprogramme, um Datensätze zu kombinieren, um genauere Cladogramme zu erstellen, die zusammenhängende und umfassende Beziehungen zwischen Organismen zeigen.
Grundlegende Methodik ist nicht schwierig, aber jeder Schritt muss akribisch durchgeführt werden:
Traditionelle evolutionäre Klassifikation
Die Ursprünge von traditionelle evolutionäre Methoden der Klassifikation stammen aus der Antike. Es wurde angenommen, dass alle lebenden Organismen Pflanzen oder Tiere sind. Klassische Methoden unterschieden nicht, ob beobachtete Merkmale von einem entfernten oder einem neueren Vorfahren geerbt wurden.
Ziel war es, eine Karte darüber zu erstellen, wie sich das Leben auf der Erde aus dem Meer entwickelt haben könnte.
Die für die Klassifizierung verwendeten Merkmale werden von Experten ermittelt, die offensichtliche Unterschiede wie Fell, Schuppen oder Federn untersuchen. Der Ansatz funktionierte besser zur Klassifizierung von Wirbeltieren als von Wirbellosen. Evolutionsklassifikation Ordnet Organismen in Gruppen abnehmender Größe in drei Bereiche ein, die weiter unterteilt sind in Königreich, Stamm / Abteilung, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Spezies.
Kladistische Methoden sind nicht an das Linnean-Klassifizierungssystem gebunden und untersuchen die Konnektivität eingehender.
Die traditionelle Systematik ordnet Organismen auf einem Evolutionsbaum danach an, wann und wie sich eine Art verändert hat, beispielsweise als Anpassung an einen neuen Lebensstil oder Lebensraum. Der Baum zeigt Richtung der Evolution rechtzeitig. Subjektive Bewertungen von Merkmalen und Merkmalen bei herkömmlichen Methoden können die Ergebnisse möglicherweise verzerren und die Replikation einer Studie erschweren oder unmöglich machen.
Moderne kladistische Klassifikation
Bei der Klassifikation in den Naturwissenschaften werden heutzutage kladistische und phylogenetische Methoden gegenüber traditionellen Methoden bevorzugt. Der neuere Ansatz ist wissenschaftlicher, evidenzbasierter und unwiderlegbarer. Beispielsweise wird die DNA- und RNA-Sequenzierung verwendet, um Organismen auf molekularer Ebene auf nuancierte Plazierung auf einem Cladogramm zu untersuchen.
Organismen sind nach ihren geordnet gemeinsame abgeleitete Merkmale.
Zukünftige Richtungen in der Kladistik
Mit biologischen Kladistiken können Wissenschaftler Muster identifizieren, Hypothesen aufstellen, Hypothesen prüfen und Vorhersagen treffen.
„Kladistik ist also eine Entdeckung“, wie es die zeitgenössischen Kladisten David M. Williams und Malte C. Ebach im Jahr 2018 beschrieben haben. Williams und Ebach stellen sich die Kladistik als einen Prozess der natürlichen Klassifikation vor, der keine evolutionstheoretische Grundlage erfordert.
Die Technologie verleiht den Methoden der Kladistik ein Maß an Präzision und Raffinesse. Insbesondere die DNA-Sequenzierung von Genen zeigt einen Grad an Verwandtschaft und gemeinsamer Abstammung mit einem hohen Maß an Vertrauen an. Unterschiede in der DNA können Aufschluss darüber geben, vor wie langer Zeit Arten einen gemeinsamen Vorfahren hatten.
Neue Erkenntnisse können frühere Annahmen über die Entwicklung von Organismen bestätigen oder korrigieren und helfen, neue Arten zu klassifizieren, sobald sie entdeckt werden.