نسالة: التفسير ، أنواع الأشجار ، التطبيقات - مادة الاحياء - 2026

و نسالة ، في علم الأحياء التطوري، هو تمثيل التاريخ التطوري لمجموعة من الكائنات الحية أو الأنواع، مشددا على خط النسب وعلاقات القرابة بين المجموعات.

اليوم ، استخدم علماء الأحياء البيانات المستمدة أساسًا من التشكل المقارن والتشريح ، ومن تسلسل الجينات لإعادة بناء الآلاف والآلاف من الأشجار.

المصدر: ويلسون جيم كوستا ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

تسعى هذه الأشجار إلى وصف التاريخ التطوري لمختلف أنواع الحيوانات والنباتات والميكروبات والكائنات العضوية الأخرى التي تعيش على الأرض.

يعود التشابه مع شجرة الحياة إلى زمن تشارلز داروين. هذا العالم الطبيعي البريطاني اللامع يلتقط في تحفة "أصل الأنواع" صورة واحدة: "شجرة" تمثل تشعب السلالات ، بدءًا من سلف مشترك.

ما هو نسالة؟

في ضوء العلوم البيولوجية ، كان التطور أحد أكثر الأحداث المدهشة التي حدثت. يمكن تمثيل التغيير المذكور في الأشكال العضوية بمرور الوقت في شجرة النشوء والتطور. لذلك ، فإن التطور النسبي يعبر عن تاريخ السلالات وكيف تغيرت بمرور الوقت.

أحد الآثار المباشرة لهذا الرسم البياني هو الأصل المشترك. أي أن جميع الكائنات الحية التي نراها اليوم قد نشأت كأحفاد مع تعديلات لأشكال الماضي. كانت هذه الفكرة واحدة من أهم الأفكار في تاريخ العلم.

جميع أشكال الحياة التي يمكننا تقديرها اليوم - من البكتيريا المجهرية إلى النباتات وأكبر الفقاريات - متصلة ببعضها البعض ويتم تمثيل هذه العلاقة في شجرة الحياة الشاسعة والمعقدة.

ضمن تشبيه الشجرة ، ستمثل الأنواع التي تعيش اليوم الأوراق وستكون بقية الفروع تاريخها التطوري.

ما هي شجرة النشوء والتطور؟

يظهر نسالة مبسطة للميتازوا. بالنسبة لبعض المجموعات ، يرتبط التمثيل التخطيطي لبعض أنواع العيون التي قد تظهر لديهم: كأس ، وكاميرا مع فتحة دخول الضوء ، وكاميرا مع عدسة ، ومركب حسب الموضع ، ومركب بالتراكب. لورا بيبيانا ، من ويكيميديا ​​كومنز

شجرة النشوء والتطور هي تمثيل بياني للتاريخ التطوري لمجموعة من الكائنات الحية. هذا النمط من العلاقات التاريخية هو نسالة التطور التي يحاول الباحثون تقديرها.

تتكون الأشجار من عقد تصل "الفروع". العقد النهائية لكل فرع هي الأصناف النهائية وتمثل التسلسلات أو الكائنات الحية التي تُعرف البيانات عنها - يمكن أن تكون أنواعًا حية أو منقرضة.

تمثل العقد الداخلية أسلافًا افتراضية ، بينما يمثل السلف الموجود في جذر الشجرة سلف جميع التسلسلات الممثلة في الرسم البياني.

كيف يتم تفسير شجرة النشوء والتطور؟

هناك طرق عديدة لتمثيل شجرة النشوء والتطور. لهذا السبب ، من المهم معرفة كيفية التعرف على ما إذا كانت هذه الاختلافات التي لوحظت بين شجرتين ترجع إلى طبولوجيا مختلفة - أي الاختلافات الحقيقية التي تقابل هجائين - أم أنها مجرد اختلافات تتعلق بأسلوب التمثيل.

على سبيل المثال ، يمكن أن يختلف الترتيب الذي تظهر به الملصقات في الجزء العلوي ، دون تعديل معنى التمثيل البياني ، وعمومًا اسم النوع ، والجنس ، والعائلة ، من بين الفئات الأخرى.

يحدث هذا لأن الأشجار تشبه متحركًا ، حيث يمكن للفروع أن تدور دون تغيير العلاقة بين الأنواع الممثلة.

وبهذا المعنى ، لا يهم عدد المرات التي يتم فيها تغيير الترتيب أو تدوير الأشياء "المعلقة" ، لأنه لا يغير الطريقة التي يتم الاتصال بها - وهذا هو الشيء المهم.

كيف يتم إعادة بناء السلالات؟

الأنساب هي فرضيات تمت صياغتها بناءً على أدلة غير مباشرة. إن إيضاح السلالة يشبه وظيفة المحقق في حل جريمة باتباع القرائن من مسرح الجريمة.

غالبًا ما يفترض علماء الأحياء أن نسلهم العلمي باستخدام المعرفة من مختلف الفروع ، مثل علم الحفريات ، وعلم التشريح المقارن ، وعلم الأجنة المقارن ، وعلم الأحياء الجزيئي.

يوفر سجل الحفريات ، على الرغم من عدم اكتماله ، معلومات قيمة للغاية عن أوقات الاختلاف بين مجموعات الأنواع.

مع مرور الوقت ، تجاوزت البيولوجيا الجزيئية جميع المجالات المذكورة أعلاه ، ويتم استنتاج معظم الأنساب من البيانات الجزيئية.

إن هدف إعادة بناء شجرة النشوء والتطور له عدد من العيوب الرئيسية. هناك ما يقرب من 1.8 مليون نوع مسمى والعديد من الأنواع الأخرى دون وصفها.

وبينما يسعى عدد كبير من العلماء يوميًا لإعادة بناء العلاقات بين الأنواع ، لا توجد حتى الآن شجرة كاملة.

شخصيات متشابهة

عندما يرغب علماء الأحياء في وصف أوجه التشابه بين هيكلين أو عمليتين ، يمكنهم فعل ذلك من حيث الأصل المشترك (التماثلات) ، أو التشابه (الوظيفة) ، أو التنسج المثلي (التشابه المورفولوجي).

لإعادة بناء نسالة ، يتم استخدام الأحرف المتجانسة حصريًا. التنادد هو مفهوم رئيسي في التطور وفي إعادة العلاقات بين الأنواع ، لأنه فقط يعكس بشكل مناسب الأصل المشترك للكائنات الحية.

لنفترض أننا نريد أن نستنتج أصل ثلاث مجموعات: الطيور ، والخفافيش ، والبشر. لتحقيق هدفنا ، قررنا استخدام الأطراف العلوية كميزة تساعدنا على تمييز نمط العلاقات.

نظرًا لأن الطيور والخفافيش قامت بتعديل هياكل الطيران ، فقد نستنتج خطأً أن الخفافيش والطيور مرتبطة ببعضها البعض أكثر من الخفافيش بالبشر. لماذا توصلنا إلى نتيجة خاطئة؟ لأننا استخدمنا شخصية مماثلة وغير متماثلة.

للعثور على العلاقة الصحيحة ، يجب أن أبحث عن شخصية متجانسة ، مثل وجود الشعر والغدد الثديية وثلاث عظام صغيرة في الأذن الوسطى - على سبيل المثال لا الحصر. ومع ذلك ، ليس من السهل تشخيص التماثلات.

أنواع الأشجار

ليست كل الأشجار متشابهة ، فهناك تمثيلات بيانية مختلفة ، وكل منها يتمكن من دمج بعض الخصائص المميزة لتطور المجموعة.

أبسط الأشجار هي cladograms. تعرض هذه الرسوم البيانية العلاقات من حيث الأصل المشترك (وفقًا لأحدث الأسلاف المشتركة).

تحتوي الأشجار المضافة على معلومات إضافية ويتم تمثيلها في طول الفروع.

تتوافق الأرقام المرتبطة بكل فرع مع بعض السمات في التسلسل - مثل مقدار التغيير التطوري الذي مرت به الكائنات الحية. بالإضافة إلى "الأشجار المضافة" ، تُعرف أيضًا باسم الأشجار المترية أو التسجيلات الصوتية.

الأشجار فائقة القياس ، وتسمى أيضًا dendograms ، هي حالة خاصة من الأشجار المضافة ، حيث تكون أطراف الشجرة متساوية من الجذر إلى الشجرة.

يحتوي هذان المتغيران الأخيران على جميع البيانات التي يمكننا العثور عليها في مخطط cladogram ومعلومات إضافية. لذلك ، فهي ليست حصرية ، إن لم تكن مكملة.

بوليتومياس

في كثير من الأحيان ، لا يتم حل عقد الأشجار بالكامل. بصريًا ، يُقال أن هناك تعددًا ، عندما يظهر أكثر من ثلاثة فروع من فرع جديد (يوجد سلف واحد لأكثر من نسل مباشر). عندما لا تحتوي الشجرة على تعدد الأطراف ، يُقال إنها تم حلها بالكامل.

هناك نوعان من تعدد الأعضاء. الأولى هي تعدد الأطراف "الصعب". هذه جوهرية لمجموعة الدراسة ، وتشير إلى أن المتحدرين قد تطوروا في نفس الوقت. وبدلاً من ذلك ، تشير الأشكال المتعددة "اللينة" إلى العلاقات التي لم يتم حلها بسبب البيانات في حد ذاتها.

التصنيف التطوري

الأنساب أحادية الخلية

يسعى علماء الأحياء التطورية إلى إيجاد تصنيف يناسب النمط المتفرّع لتاريخ النشوء والتطور للمجموعات. في هذه العملية ، تم تطوير سلسلة من المصطلحات المستخدمة على نطاق واسع في علم الأحياء التطوري: أحادي الشكل ، ومضاد للدم ، ومتعدد الخلايا.

التصنيف أو السلالة أحادية الخلية هي النوع الذي يشمل نوعًا أسلافًا ، والذي يتم تمثيله في العقدة وجميع نسلها ، ولكن ليس الأنواع الأخرى. هذا التجمع يسمى كليد.

يتم تحديد الأنساب أحادية النمط في كل مستوى من التسلسل الهرمي التصنيفي. على سبيل المثال ، تعتبر عائلة سنوريات ، وهي سلالة تحتوي على القطط (بما في ذلك القطط المنزلية) ، أحادية الفصيلة.

وبالمثل ، تعتبر Animalia أيضًا تصنيفًا أحاديًا. كما نرى ، فإن فصيلة Felidae تقع داخل Animalia ، لذلك يمكن أن تتداخل المجموعات monophyletic.

الأنساب paraphyletic و polyphyletic

ومع ذلك ، لا يشترك جميع علماء الأحياء في التفكير التصنيفي. في الحالات التي تكون فيها البيانات غير كاملة أو لمجرد الراحة ، يتم تسمية بعض الأصناف التي تتضمن أنواعًا من مجموعات مختلفة أو أصناف أعلى لا تشترك في سلف مشترك أحدث.

وبهذه الطريقة ، يكون الأصنوف متعدد الأنواع ، ويتم تعريفه على أنه مجموعة تضم كائنات حية من مجموعات مختلفة ، ولا تشترك في سلف مشترك. على سبيل المثال ، إذا أردنا تعيين مجموعة من الحرارة المنزلية ، فسوف تشمل الطيور والثدييات.

على النقيض من ذلك ، لا تحتوي المجموعة المصاحبة للدم على جميع أحفاد أحدث سلف مشترك. بمعنى آخر ، فإنه يستبعد بعض أعضاء المجموعة. المثال الأكثر استخدامًا هو الزواحف ، وهذه المجموعة لا تحتوي على جميع أحفاد أحدث سلف مشترك: الطيور.

التطبيقات

بالإضافة إلى المساهمة في المهمة الصعبة المتمثلة في إيضاح شجرة الحياة ، فإن الأنساب لها أيضًا بعض التطبيقات المهمة إلى حد ما.

في المجال الطبي ، تُستخدم الأنساب لتتبع منشأ ومعدلات انتقال الأمراض المعدية ، مثل الإيدز وحمى الضنك والإنفلونزا.

كما أنها تستخدم في مجال بيولوجيا الحفظ. تعد معرفة نسالة الأنواع المهددة بالانقراض أمرًا ضروريًا لتتبع أنماط العبور ومستوى التهجين والتزاوج بين الأفراد.

المراجع

1. بوم ، دا ، سميث ، إس دي ، ودونوفان ، إس إس (2005). تحدي التفكير الشجري. علم ، 310 (5750) ، 979-980.
2. كورتيس ، هـ. ، وبارنز ، إن إس (1994). دعوة إلى علم الأحياء. ماكميلان.
3. هول ، BK (محرر). (2012). التنادد: الأساس الهرمي لعلم الأحياء المقارن. الصحافة الأكاديمية.
4. هيكمان ، سي بي ، روبرتس ، إل إس ، لارسون ، إيه ، أوبر ، دبليو سي ، وجاريسون سي (2001). المبادئ المتكاملة لعلم الحيوان. ماكجرو - هيل.
5. Hinchliff، CE، Smith، SA، Allman، JF، Burleigh، JG، Chaudhary، R.، Coghill، LM، Crandall، KA، Deng، J.، Drew، BT، Gazis، R.، Gude، K.، Hibbett، DS، Katz، LA، Laughinghouse، HD، McTavish، EJ، Midford، PE، Owen، CL، Ree، RH، Rees، JA، Soltis، DE، Williams، T.،… Cranston، KA (2015). توليف نسالة وتصنيف في شجرة شاملة للحياة. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، 112 (41) ، 12764-9.
6. كاردونج ، ك.ف. (2006). الفقاريات: التشريح المقارن ، الوظيفة ، التطور. ماكجرو هيل.
7. Page، RD، & Holmes، EC (2009). التطور الجزيئي: نهج النشوء والتطور. جون وايلي وأولاده.