系統は、進化生物学では、降下のラインとグループ間の親族関係を強調し、生物または種の集団の進化の歴史を表現したものです。
今日、生物学者は主に比較形態学と解剖学からのデータを使用し、遺伝子配列からのデータを使用して数千本の木を再構築しました。
出典：ウィルソンJEMコスタ、Wikimedia Commons経由
これらの木は、動物、植物、微生物、および地球に生息するその他の有機生物のさまざまな種の進化の歴史を説明しようとしています。
生命の木との類推は、チャールズダーウィンの時代にさかのぼります。この華麗なイギリスの博物学者は、傑作「種の起源」に単一の画像、つまり共通の祖先から始まる系統の分岐を表す「木」を捉えています。
系統とは何ですか？
生物科学に照らして、起こった最も驚くべき出来事の1つは進化です。経時的な有機形態の前記変化は、系統樹で表すことができる。したがって、系統は系統の歴史と、系統の変化を表します。
このグラフの直接的な影響の1つは、共通の祖先です。つまり、私たちが今日目にするすべての生物は、過去の形を変更した子孫として浮上しています。このアイデアは、科学の歴史の中で最も重要なものの1つです。
顕微鏡バクテリアから植物や最大の脊椎動物まで、今日私たちが目にすることができるすべての生命体はつながっており、この関係は広大で複雑な生命の木に表されています。
木のアナロジーの中で、今日生きている種は葉を表し、残りの枝はそれらの進化の歴史でしょう。
系統樹とは？
後生動物の簡単な系統が示されています。いくつかのグループでは、存在する可能性のあるいくつかの種類の目の概略図が関連付けられています：カップ、光入口のあるカメラ、レンズ付きのカメラ、並置による合成と重ね合わせによる合成。Wikimedia CommonsのLaura bibiana
系統樹は、一群の生物の進化の歴史をグラフィックで表現したものです。この歴史的関係のパターンは、研究者が推定しようとしている系統です。
ツリーは、「ブランチ」を接続するノードで構成されます。各枝の末端ノードは末端分類群であり、データが既知であるシーケンスまたは生物を表します-これらは生きている種または絶滅した種である可能性があります。
内部ノードは架空の祖先を表しますが、ツリーのルートにある祖先は、グラフで表されるすべてのシーケンスの祖先を表します。
系統樹はどのように解釈されますか？
系統樹を表す方法はたくさんあります。このため、2つのツリー間で観察されるこれらの違いが異なるトポロジによるものであるかどうか、つまり2つのスペルに対応する実際の違いによるものなのか、または単に表現のスタイルに関連する違いなのかを認識する方法を知ることが重要です。
たとえば、ラベルが一番上に表示される順序は、グラフィック表示の意味、一般的には他のカテゴリの中で種、属、家族の名前を変更することなく、変更できます。
これは、樹木が移動体に似ているために発生します。枝は、表現された種の関係を変更せずに回転できます。
この意味で、順序が変更されたり、「ぶら下がっている」オブジェクトが回転したりする回数は関係ありません。これは、オブジェクトの接続方法が変更されないためです。これは重要なことです。
系統はどのように再構築されますか？
系統発生は、間接的な証拠に基づいて作成された仮説です。系統の解明は、犯罪現場からの手がかりをたどって犯罪を解決する調査官の仕事に似ています。
生物学者は、古生物学、比較解剖学、比較発生学、分子生物学などのさまざまな分野の知識を使用して、系統を仮定していることがよくあります。
化石の記録は不完全ですが、種のグループの分岐時間に関する非常に貴重な情報を提供します。
時間の経過とともに、分子生物学は言及されたすべての分野を超えており、ほとんどの系統発生は分子データから推測されています。
系統樹を再構築するという目標には、いくつかの大きな欠点があります。約180万の名前付きの種と、説明されていない多くの種があります。
そして、かなりの数の科学者が種間の関係を再構築するために毎日努力していますが、完全な木はまだありません。
相同文字
生物学者が2つの構造またはプロセス間の類似性を説明する場合、共通の祖先（相同）、類似（機能）、または同形成（形態学的類似）の観点から説明できます。
系統を再構築するために、もっぱら相同の文字が使用されます。相同性は、生物の共通の祖先を十分に反映しているだけなので、進化と種間の関係の再現において重要な概念です。
鳥、コウモリ、人間の3つのグループの系統を推測したいとします。目標を達成するために、関係のパターンを見分けるのに役立つ特徴として上肢を使用することにしました。
鳥とコウモリは飛行のための構造が変更されているため、コウモリと鳥は人間に対するコウモリよりも相互に関連していると誤って結論付ける可能性があります。なぜ間違った結論に達したのですか？これは、類似した非相同性のある文字を使用したためです。
正しい関係を見つけるには、髪の毛、乳腺、中耳にある3つの小さな骨などの相同な特性を探す必要があります。ただし、相同性の診断は容易ではありません。
木の種類
すべての木が同じというわけではありません。異なるグラフィック表現があり、それぞれの木がグループの進化のいくつかの独特の特徴を組み込むことができます。
最も基本的なツリーはクラドグラムです。これらのグラフは、共通の祖先（最新の共通の祖先による）の観点から関係を表示します。
加法ツリーには追加情報が含まれており、ブランチの長さで表されます。
各分岐に関連付けられた番号は、シーケンスでのいくつかの属性に対応しています-生物が受けた進化的変化の量など。「加法ツリー」に加えて、それらはメトリックツリーまたはファイログラムとしても知られています。
樹形図とも呼ばれるウルトラメトリックツリーは、ツリーの先端がルートからツリーまで等距離にある加法ツリーの特殊なケースです。
これらの最後の2つのバリアントには、クラドグラムで見つけることができるすべてのデータと追加情報があります。したがって、補完的でないとしても、それらは排他的ではありません。
ポリトミア
多くの場合、ツリーのノードは完全には解決されません。視覚的には、新しい分岐から3つ以上の分岐が出現する場合、ポリトミーがあると言われています（2つ以上の直接の子孫には単一の祖先があります）。ツリーにポリトミーがない場合は、完全に解決されたといいます。
ポリトミーには2種類あります。1つは「ハード」ポリトミーです。これらは研究グループに固有のものであり、子孫が同時に進化したことを示しています。あるいは、「ソフト」ポリトミーは、データ自体によって引き起こされた未解決の関係を示します。
進化的分類
単系統の系統
進化生物学者は、グループの系統発生履歴の分岐パターンに適合する分類を見つけようとします。このプロセスでは、進化生物学で広く使用されている一連の用語が開発されました：単系統、準系統、多系統。
単系統の分類群または系統は、ノードで表される祖先種とそのすべての子孫で構成されますが、他の種ではありません。このグループはクレードと呼ばれます。
単系統系統は、分類階層の各レベルで定義されます。たとえば、猫（飼い猫を含む）を含む系統であるネコ科は、単系統と見なされます。
同様に、動物界も単系統の分類群です。ご覧のように、ネコ科は動物界に属しているため、単系統のグループを入れ子にすることができます。
パラフィレティックおよび多系統の系統
ただし、すべての生物学者が分類学的分類の考え方を共有しているわけではありません。データが完全でないか、単に便宜上ではない場合、特定の分類群は、より新しい共通の祖先を共有しない、異なるクレードまたは高等分類群からの種を含む名前が付けられます。
このように、分類群は多系統であり、異なるクレードの生物を含むグループとして定義され、これらは共通の祖先を共有しません。たとえば、ホメオサームのグループを指定する場合、鳥や哺乳類が含まれます。
対照的に、パラフィレットグループには、最新の共通の祖先のすべての子孫が含まれているわけではありません。つまり、グループのメンバーの一部が除外されます。最もよく使用される例は爬虫類です。このグループには、最新の共通の祖先である鳥の子孫がすべて含まれているわけではありません。
用途
系統樹は、生命の木を解明するという困難な作業に貢献するだけでなく、かなり重要な用途もあります。
医療分野では、系統発生を使用して、エイズ、デング熱、インフルエンザなどの感染症の原因と感染率を追跡します。
また、保全生物学の分野でも使用されています。絶滅危惧種の系統の知識は、個体間の交雑パターンと交雑および近交のレベルを追跡するために不可欠です。
参考文献
- バウム、DA、スミス、SD、およびドノバン、SS（2005）。木を考える挑戦。Science、310（5750）、979-980。
- Curtis、H。、およびBarnes、NS（1994）。生物学への招待。マクミラン。
- ホール、BK（編）。（2012）。ホモロジー：比較生物学の階層的基礎。アカデミックプレス。
- Hickman、CP、Roberts、LS、Larson、A.、Ober、WC、&Garrison、C.（2001）。動物学の統合された原則。マグロー-ヒル。
- 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）。系統と分類の総合的な生命の樹への統合。アメリカ合衆国の全米科学アカデミーの議事録、112（41）、12764-9。
- Kardong、KV（2006）。脊椎動物：比較解剖学、機能、進化。マグローヒル。
- ページ、RD、およびホームズ、EC（2009）。分子進化：系統学的アプローチ。ジョン・ワイリー&サンズ。