Che cos'è la filogenesi?

phylogeny è lo studio delle relazioni tra i diversi gruppi di organismi e il loro sviluppo evolutivo. La filogenesi tenta di tracciare la storia evolutiva di tutta la vita sul pianeta. Si basa sull'ipotesi filogenetica che tutti gli organismi viventi condividano un antenato comune. Le relazioni tra gli organismi sono rappresentate in quello che è noto come un albero filogenetico. Le relazioni sono determinate da caratteristiche condivise, come indicato dal confronto di somiglianze genetiche e anatomiche.

Nel filogenesi molecolare, l'analisi del DNA e della struttura proteica viene utilizzata per determinare le relazioni genetiche tra diversi organismi. Ad esempio, l'analisi del citocromo C, una proteina dei mitocondri cellulari che funziona nel sistema di trasporto degli elettroni e nella produzione di energia, viene utilizzata per determinare i gradi di relazione tra gli organismi in base alle somiglianze delle sequenze di aminoacidi nel citocromo C. Somiglianze nelle caratteristiche del biochimico strutture, come DNA e proteine, vengono quindi utilizzate per sviluppare un albero filogenetico basato su tratti condivisi ereditati.

Key Takeaways: cos'è la filogenesi?

• phylogeny è lo studio dello sviluppo evolutivo di gruppi di organismi. Le relazioni sono ipotizzate sulla base dell'idea che tutta la vita è derivata da un antenato comune.
• Le relazioni tra gli organismi sono determinate da caratteristiche condivise, come indicato attraverso confronti genetici e anatomici.
• Una filogenesi è rappresentata in un diagramma noto come a albero filogenetico. I rami dell'albero rappresentano lignaggi ancestrali e / o discendenti.
• La correlazione tra i taxa in un albero filogenico è determinata dalla discendenza di un recente antenato comune.
• Filogenesi e tassonomia sono due sistemi per classificare gli organismi in biologia sistematica. Mentre l'obiettivo della filogenesi è quello di ricostruire l'albero della vita evolutivo, la tassonomia utilizza un formato gerarchico per classificare, nominare e identificare gli organismi.

Albero filogenetico

UN albero filogenetico, o cladogramma, è un diagramma schematico utilizzato come illustrazione visiva delle relazioni evolutive proposte tra i taxa. Gli alberi filogenetici sono diagrammi basati su ipotesi di cladistica o sistematica filogenetica. La cladistica è un sistema di classificazione che classifica gli organismi in base a tratti condivisi, o sinapomorfie, come determinato dall'analisi genetica, anatomica e molecolare. I principali presupposti della cladistica sono:

1. Tutti gli organismi discendono da un antenato comune.
2. Nuovi organismi si sviluppano quando le popolazioni esistenti si dividono in due gruppi.
3. Nel tempo, i lignaggi subiscono cambiamenti nelle caratteristiche.

Questo albero filogenico mostra una filogenesi basata sulle differenze nella sequenza proteica del citocromo c negli organismi che vanno dalla muffa della neurospora all'uomo. Enciclopedia Britannica / UIG / Getty Image 

La struttura dell'albero filogenetico è determinata da tratti condivisi tra diversi organismi. La sua ramificazione simile ad un albero rappresenta taxa divergenti da un antenato comune. I termini che sono importanti da comprendere quando si interpreta un diagramma ad albero filogenetico includono:

• nodi: Questi sono punti su un albero filogenetico in cui si verifica la ramificazione. Un nodo rappresenta la fine del taxon ancestrale e il punto in cui una nuova specie si divide dal suo predecessore.
• filiali: Queste sono le linee su un albero filogenetico che rappresentano lignaggi ancestrali e / o discendenti. I rami che nascono dai nodi rappresentano specie discendenti che si dividono da un antenato comune.
• Gruppo monofiletico (Clade): Questo gruppo è un singolo ramo su un albero filogenetico che rappresenta un gruppo di organismi che discendono da un antenato comune più recente.
• Taxon (pl.Taxa): I taxa sono raggruppamenti o categorie specifici di organismi viventi. Le punte dei rami di un albero filogenetico finiscono in un taxon.

I taxa che condividono un antenato comune più recente sono più strettamente correlati dei taxa con un antenato comune meno recente. Ad esempio, nell'immagine sopra, i cavalli sono più strettamente legati agli asini che ai maiali. Questo perché cavalli e asini condividono un antenato comune più recente. Inoltre, si può determinare che cavalli e asini sono più strettamente correlati perché appartengono a un gruppo monofiletico che non include suini.

Evitare interpretazioni errate della correlazione con Taxa

Questo albero filogenico mostra una filogenesi basata sulle differenze nella sequenza proteica del citocromo c negli organismi. Enciclopedia Britannica / UIG / Getty Image

La correlazione in un albero filogenetico è determinata dalla discendenza di un recente antenato comune. Quando si interpreta un albero filogenetico, si tende a presumere che la distanza tra i taxa possa essere utilizzata per determinare la relazione. Tuttavia, la prossimità della punta del ramo viene posizionata in modo arbitrario e non può essere utilizzata per determinare la relazione. Ad esempio, nell'immagine sopra, le punte del ramo tra cui pinguini e tartarughe sono posizionate strettamente insieme. Ciò può essere erroneamente interpretato come una stretta correlazione tra i due taxa. Osservando i più recenti antenati comuni, si può determinare correttamente che i due taxa sono lontanamente correlati.

Un altro modo in cui gli alberi filogenetici possono essere male interpretati è contando il numero di nodi tra i taxa per determinare la relazione. Nell'albero filogenetico sopra, suini e conigli sono separati da tre nodi, mentre cani e conigli sono separati da due nodi. Si potrebbe interpretare erroneamente che i cani sono più strettamente correlati ai conigli perché i due taxa sono separati da un minor numero di nodi. Prendendo in considerazione i più recenti antenati comuni, si può determinare correttamente che cani e maiali sono ugualmente imparentati con i conigli.

Filogenesi contro tassonomia

Questa immagine mostra la categorizzazione tassonimica gerarchica di un cane. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY 4.0 

Filogenesi e tassonomia sono due sistemi per classificare gli organismi. Rappresentano i due campi principali della biologia sistematica. Entrambi questi sistemi si basano su caratteristiche o tratti per classificare gli organismi in diversi gruppi. In filogenetica, l'obiettivo è quello di tracciare la storia evolutiva delle specie tentando di ricostruire la filogenesi della vita o l'albero della vita evolutivo. Tassonomia è un sistema gerarchico per nominare, classificare e identificare gli organismi. Le caratteristiche filogeniche sono utilizzate per aiutare a stabilire raggruppamenti tassanomici. L'organizzazione tassonomica della vita classifica gli organismi in tre domini: 

• Archaea: Questo dominio include organismi procariotici (quelli che mancano di un nucleo) che differiscono dai batteri nella composizione della membrana e nell'RNA.
• batteri: Questo dominio include organismi procariotici con composizioni uniche di pareti cellulari e tipi di RNA.
• Eukarya: Questo dominio include eucarioti o organismi con un vero nucleo. Gli organismi eucariotici comprendono piante, animali, protisti e funghi.

Gli organismi nel dominio Eukarya sono ulteriormente classificati in piccoli gruppi: Regno, Phylum, Classe, Ordine, Famiglia, Genere e Specie. Questi raggruppamenti sono anche divisi in categorie intermedie come sottofla, sottordini, superfamiglie e superclassi. 

La tassonomia non è utile solo per classificare gli organismi, ma stabilisce anche un sistema di denominazione specifico per gli organismi. Conosciuto come nomenclatura binomiale, questo sistema fornisce un nome univoco per un organismo costituito da un nome di genere e un nome di specie. Questo sistema di denominazione universale è riconosciuto in tutto il mondo ed evita confusione sulla denominazione degli organismi.

fonti

• Dees, Jonathan et al. "Interpretazioni studentesche di alberi filogenetici in un corso introduttivo di biologia" Educazione alle scienze della vita CBE vol. 13,4 (2014): 666-76. 
• "Viaggio nella sistematica filogenetica". UCMP, www.ucmp.berkeley.edu/clad/clad4.html.