Fenetyka

W biologii fenetyka ( greckie : phainein - pojawiać się) / f ɪ ˈ n ɛ t ɪ k s / , znana również jako taksometria , jest próbą klasyfikowania organizmów na podstawie ogólnego podobieństwa, zwykle w morfologii lub innych obserwowalnych cechach, niezależnie od ich filogenezy lub relacji ewolucyjnej . Jest ściśle powiązany z taksonomią numeryczną która zajmuje się wykorzystaniem metod numerycznych do klasyfikacji taksonomicznej. Do rozwoju fenetyki przyczyniło się wiele osób, ale najbardziej wpływowi należeli Peter Sneath i Robert R. Sokal . Ich książki są nadal głównymi odniesieniami dla tej subdyscypliny, chociaż obecnie są wyczerpane.

Fenetyka została w dużej mierze wyparta przez kladystykę w badaniach nad związkami ewolucyjnymi między gatunkami. Jednak niektóre metody fenetyczne, takie jak łączenie sąsiadów , znalazły drogę do filogenetyki jako rozsądne przybliżenie filogenezy, gdy bardziej zaawansowane metody (takie jak wnioskowanie bayesowskie ) są zbyt kosztowne obliczeniowo.

Techniki fenetyczne obejmują różne formy grupowania i ordynacji . Są to wyrafinowane sposoby zmniejszania zmienności wykazywanej przez organizmy do możliwego do opanowania poziomu. W praktyce oznacza to pomiar dziesiątek zmiennych, a następnie przedstawienie ich w postaci dwu- lub trójwymiarowych wykresów. Wiele technicznych wyzwań w fenetyce polega na zrównoważeniu utraty informacji w takiej redukcji z łatwością interpretacji powstałych wykresów.

Metodę można prześledzić wstecz do 1763 roku i Michela Adansona (w jego Familles des plantes ) z powodu dwóch wspólnych podstawowych zasad - ogólnego podobieństwa i równej wagi - a współcześni fenetycy są czasami nazywani neoadansonowskimi .

Różnica w stosunku do kladystyki

Analizy fenetyczne są nieukorzenione , to znaczy nie rozróżniają plezjomorfii , cech odziedziczonych po przodku, i apomorfii , cech, które wyewoluowały na nowo w jednej lub kilku liniach. Częstym problemem związanym z analizą fenetyczną jest to, że podstawowe stopnie ewolucyjne , które zachowują wiele plezjomorfii w porównaniu z bardziej zaawansowanymi liniami, wydają się być monofiletyczne . Analizy fenetyczne mogą być również wprowadzane w błąd przez zbieżną ewolucję i promieniowanie adaptacyjne . Metody kladystyczne próbowały rozwiązać te problemy.

Rozważmy na przykład ptaki śpiewające . Można je podzielić na dwie grupy – Corvida , która zachowuje starożytne cechy fenotypu i genotypu oraz Passerida , która ma bardziej współczesne cechy. Ale tylko ci drudzy stanowią grono najbliższych krewnych; te pierwsze to liczne niezależne i starożytne rody, które są ze sobą tak samo spokrewnione, jak każda z nich jest spokrewniona z Passerida. W analizie fenetycznej duży stopień ogólnego podobieństwa stwierdzony wśród Corvida sprawi, że będą wyglądać na monofiletyczne też, ale ich wspólne cechy były już obecne u przodków wszystkich ptaków śpiewających. To utrata tych cech przodków, a nie ich obecność, wskazuje, które ptaki śpiewające są ze sobą bliżej spokrewnione niż z innymi ptakami śpiewającymi. Jednak wymóg, aby taksony były monofiletyczne - a nie parafiletyczne, jak w przypadku Corvida - sam w sobie jest częścią kladystycznego poglądu na taksonomię, niekoniecznie przestrzeganego w absolutnym stopniu przez inne szkoły.

Obie metodologie nie wykluczają się wzajemnie. Nie ma powodu, dla którego np. gatunki zidentyfikowane za pomocą fenetyki nie mogłyby być następnie poddane analizie kladystycznej w celu określenia ich ewolucyjnych pokrewieństw. Metody fenetyczne mogą być również lepsze od kladystyki, gdy ważna jest tylko odrębność powiązanych taksonów, ponieważ wymagania obliczeniowe są niższe.

Historia fenetyki i kladyzmu jako konkurencyjnych systemów taksonomicznych jest analizowana w książce Davida Hulla z 1988 r. Science as a Process .

Dzisiaj

Tradycyjnie toczyła się gorąca debata między fenetykami a kladystami, ponieważ początkowo proponowano obie metody w celu rozwiązania zależności ewolucyjnych. Być może „znakiem szczytowym” fenetyki były hybrydyzacji DNA-DNA przeprowadzone przez Charlesa G. Sibleya , Jona E. Ahlquista i Burta L. Monroe Jr. , z których wynikała taksonomia ptaków Sibleya-Ahlquista z 1990 roku . Wysoce kontrowersyjne w swoim czasie, niektóre z jego odkryć (np. Galloanserae ) zostały potwierdzone, podczas gdy inne (np. all-inclusive „ Ciconiiformes ” czy „ Corvida ”) zostały odrzucone. Jednak w miarę jak komputery stawały się coraz potężniejsze i coraz bardziej rozpowszechnione, dostępne stały się bardziej wyrafinowane algorytmy kladystyczne, które mogły przetestować sugestie Willi Henniga . Wyniki analiz kladystycznych okazały się lepsze od metod fenetycznych – przynajmniej jeśli chodzi o rozwiązywanie filogenezy.

Wielu systematyków nadal stosuje metody fenetyczne, szczególnie w rozwiązywaniu problemów na poziomie gatunku. Chociaż głównym celem taksonomii pozostaje opisanie „drzewa życia” – ścieżki ewolucyjnej łączącej wszystkie gatunki – w badaniach terenowych trzeba umieć oddzielić jeden takson od drugiego. Klasyfikowanie różnych grup blisko spokrewnionych organizmów, które różnią się bardzo subtelnie, jest trudne przy użyciu podejścia kladystycznego. Fenetyka zapewnia narzędzia numeryczne do badania ogólnych wzorców zmienności, umożliwiając naukowcom identyfikację odrębnych grup, które można sklasyfikować jako gatunki.

Nowoczesne zastosowania fenetyki są powszechne w botanice , a niektóre przykłady można znaleźć w większości numerów czasopisma Systematic Botany . Rzeczywiście, ze względu na efekty poziomego transferu genów , kompleksy poliploidalne i inne osobliwości genomiki roślin, techniki fenetyczne w botanice – choć w sumie mniej informacyjne – mogą w tych szczególnych przypadkach być mniej podatne na błędy w porównaniu z kladystyczną analizą sekwencji DNA .

Ponadto wiele technik opracowanych przez taksonomistów fenetycznych zostało przyjętych i rozszerzonych przez ekologów społecznych ze względu na podobną potrzebę radzenia sobie z dużymi ilościami danych.

Zobacz też