Stopień ewolucyjny

Kladogram (drzewo genealogiczne) grupy biologicznej. Zielone pole (środkowe) może reprezentować stopień ewolucyjny ( parafiletyczny ), grupę połączoną bardziej konserwatywnymi cechami anatomicznymi i fizjologicznymi niż filogenezą. Flankujące czerwone i niebieskie pola to klady (tj. kompletne poddrzewa monofiletyczne ).

Stopień to takson połączony poziomem złożoności morfologicznej lub fizjologicznej . Termin został ukuty przez brytyjskiego biologa Juliana Huxleya , w przeciwieństwie do kladu , jednostki ściśle filogenetycznej .

Definicja

Stopień ewolucyjny to grupa gatunków połączona cechami morfologicznymi lub fizjologicznymi , która dała początek innej grupie, która znacznie różni się od stanu przodków, a zatem nie jest uważana za część grupy przodków, a jednocześnie ma wystarczająco dużo podobieństw, aby można było zgrupuj je w ramach tego samego kladu. Grupa przodków nie będzie filogenetycznie kompletna (tj. nie utworzy kladu ) , więc będzie reprezentować takson parafiletyczny .

Aby w pełni zrozumieć stopnie ewolucyjne, należy najpierw lepiej zrozumieć filogenetykę , zdefiniowaną jako „ W biologii jest to nauka o historii ewolucji i związkach między jednostkami lub grupami organizmów (np. gatunkami lub populacjami ). Relacje te są odkryte za pomocą metod wnioskowania filogenetycznego , które oceniają obserwowane cechy dziedziczne , takie jak sekwencje DNA lub morfologia w ramach modelu ewolucji tych cech”

Najczęściej cytowanym przykładem są gady . Na początku XIX wieku francuski przyrodnik Latreille jako pierwszy podzielił czworonogi na cztery znane klasy płazów, gadów, ptaków i ssaków. W tym systemie gady charakteryzują się takimi cechami, jak składanie błoniastych lub skorupiastych jaj, skóra pokryta łuskami lub łuskami oraz metabolizm „ zimnokrwisty ”. Jednak przodkowie ssaków i ptaków również mieli te cechy, więc można powiedzieć, że ptaki i ssaki „wyewoluowały z gadów”, co czyni gady, zdefiniowane przez te cechy, raczej gatunkiem niż kladem. W mikrobiologii taksony, które są w ten sposób wykluczone z grupy macierzystej stopnia ewolucyjnego, nazywane są taksonami w przebraniu .

Taksony parafiletyczne będą często, ale nie zawsze, reprezentować stopnie ewolucyjne. W niektórych przypadkach taksony parafiletyczne są zjednoczone po prostu przez to, że nie należą do żadnej innej grupy i dają początek tak zwanym taksonom kosza na śmieci , które mogą być nawet polifiletyczne .

Stopnie z systematyki

Rodzaj Australopithecus jest przodkiem Homo , ale jest aktywnie używany w paleoantropologii .

Tradycyjny Linneuszowski sposób definiowania taksonów polega na wykorzystaniu cech anatomicznych. Kiedy rzeczywisty związek filogenetyczny jest nieznany, czasami okazuje się, że dobrze zdefiniowane grupy są definiowane przez cechy, które są raczej prymitywne niż pochodne. W systematyce Linneusza stopnie ewolucyjne są akceptowane w wyższych rangach taksonomicznych , chociaż generalnie unika się ich na poziomie rodziny i niższym. W nomenklaturze filogenetycznej stopnie ewolucyjne (ani żadna inna forma parafilii) nie są akceptowane.

Tam, gdzie dostępne są informacje o związkach filogenetycznych, organizmy są preferencyjnie grupowane w klady . Tam, gdzie brakuje danych lub należy porównać grupy o niepewnym pokrewieństwie, metoda kladystyczna jest ograniczona, a stopień zapewnia użyteczne narzędzie do porównywania organizmów. Jest to szczególnie powszechne w paleontologii , gdzie skamieliny są często fragmentaryczne i trudne do interpretacji. Dlatego tradycyjne prace paleontologiczne często wykorzystują stopnie ewolucyjne jako taksony formalne lub nieformalne, w tym przykłady takie jak labiryntodonty , anapsydy , synapsydy , dinozaury , amonity , wielkoraki , lobopodian i wiele bardziej znanych taksonów ewolucji człowieka . Organizowanie organizmów w gatunki, a nie ścisłe klady, może być również bardzo przydatne do zrozumienia sekwencji ewolucyjnej stojącej za dużym zróżnicowaniem zarówno zwierząt, jak i roślin.

Stopnie ewolucyjne, połączone ogólnymi cechami morfologicznymi, są często doskonale rozpoznawalne w terenie. Podczas gdy taksonomia ma na celu wyeliminowanie taksonów parafiletycznych, takie stopnie są czasami utrzymywane jako grupy formalne lub nieformalne na podstawie ich przydatności dla laików i badaczy terenowych. W bakteriologii zmiana nazw gatunków lub grup, które okazują się stopniami ewolucyjnymi, jest ograniczona do minimum, aby uniknąć nieporozumień, które w przypadku patogenów mogą mieć fatalne konsekwencje. Odnosząc się do grupy organizmów, termin „stopień” jest zwykle ujęty w cudzysłów, aby wskazać jego status jako terminu parafiletycznego.

Stopnie i nomenklatura filogenetyczna

Wraz z rozwojem nomenklatury filogenetycznej , debatowano nad wykorzystaniem stopni ewolucyjnych jako formalnych taksonów . W ścisłym podejściu filogenetycznym rozpoznawane są tylko taksony monofiletyczne . Różni się to od bardziej tradycyjnego podejścia taksonomii ewolucyjnej . Różnica w podejściu doprowadziła do ożywionej debaty między zwolennikami obu podejść do taksonomii, szczególnie w dobrze ugruntowanych dziedzinach, takich jak paleontologia kręgowców i botanika . Różnica między stwierdzeniem „B jest częścią A” (podejście filogenetyczne) a „B wyewoluowało z A” (podejście ewolucyjne) dotyczy jednak raczej semantyki niż filogenezy. Oba wyrażają tę samą filogenezę, ale pierwszy podkreśla kontinuum filogenetyczne, podczas gdy drugi podkreśla wyraźną zmianę anatomii lub ekologii w B w stosunku do A.

Przykłady

• Ryby reprezentują klasę, o ile dały początek kręgowcom lądowym . Z kolei trzy tradycyjne klasy ryb ( Agnatha , Chondrichthyes i Osteichthyes ) reprezentują stopnie ewolucyjne.
• Płazy w sensie biologicznym (w tym wymarłe labiryntodonty ) reprezentują gatunek, gdyż są także przodkami owodniowców .
• Gady reprezentują gatunek złożony z zimnokrwistych owodniowców ; nie dotyczy to ptaków i ssaków .
• Dinozaury uważano za przodków ptaków już w latach sześćdziesiątych XIX wieku. Jednak termin ten jest powszechnie używany jako stopień ewolucyjny wykluczający ptaki, chociaż większość naukowców używa monofiletycznej dinozaura.
• Jaszczurki reprezentują stopień ewolucyjny, określony przez zachowanie kończyn w stosunku do węży i ​​amfisbeny . Jednak definiowanie jaszczurek na podstawie obecności kończyn jest błędne, ponieważ istnieje wiele gatunków jaszczurek beznogich , które są uważane za prawdziwe jaszczurki.
• algi zielone , ponieważ są przodkami roślin lądowych .
• Prokarionty , do których należą organizmy komórkowe pozbawione jądra, reprezentują klasę, ponieważ są przodkami eukariontów , do których należą zwierzęta , rośliny , grzyby i protisty ; a ostatnia z tych czterech grup również reprezentuje stopień, ponieważ wyklucza poprzednie trzy grupy.
• Skorupiaki reprezentują klasę, ponieważ są przodkami sześcionogów , które obejmują owady i pokrewne taksony.
• Małpy reprezentują klasę, ponieważ obejmują przodków małp człekokształtnych (w tym ludzi ).
• Podobnie małpy człekokształtne reprezentują gatunek w powszechnym użyciu, ale są kladem, jeśli uwzględni się ludzi.