Filogeni: interpretasi, jenis pohon, aplikasi

Sebuah filogeni , dalam biologi evolusioner, adalah representasi dari sejarah evolusi dari kelompok organisme atau spesies, menekankan garis keturunan dan hubungan kekerabatan antara kelompok.

Saat ini, para ahli biologi telah menggunakan data terutama dari morfologi dan anatomi komparatif, dan dari urutan gen untuk merekonstruksi ribuan pohon.

Sumber: Wilson JEM Costa [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], melalui Wikimedia Commons

Pohon-pohon ini berusaha menggambarkan sejarah evolusi berbagai spesies hewan, tumbuhan , mikroba, dan makhluk organik lainnya yang menghuni bumi.

Analogi dengan pohon kehidupan berasal dari zaman Charles Darwin. Naturalis Inggris yang brilian ini menangkap dalam mahakarya ” Origin of Species ” satu gambar: sebuah “pohon” yang mewakili percabangan garis keturunan, mulai dari nenek moyang yang sama.

Indeks artikel

Apa itu filogeni?

Dalam terang ilmu biologi, salah satu peristiwa paling menakjubkan yang telah terjadi adalah evolusi. Perubahan bentuk organik ini dari waktu ke waktu dapat direpresentasikan dalam pohon filogenetik. Oleh karena itu, filogeni mengungkapkan sejarah garis keturunan dan bagaimana mereka berubah dari waktu ke waktu.

Salah satu implikasi langsung dari grafik ini adalah nenek moyang yang sama. Artinya, semua organisme yang kita lihat sekarang telah muncul sebagai keturunan dengan modifikasi bentuk-bentuk masa lalu. Ide ini telah menjadi salah satu yang paling signifikan dalam sejarah sains.

Semua bentuk kehidupan yang dapat kita hargai hari ini – dari bakteri mikroskopis, hingga tumbuhan dan vertebrata terbesar – terhubung dan hubungan ini terwakili dalam pohon kehidupan yang luas dan rumit.

Dalam analogi pohon, spesies yang hidup hari ini akan mewakili daun dan sisa cabang akan menjadi sejarah evolusi mereka.

Apa itu pohon filogenetik?

Filogeni sederhana dari Metazoa ditampilkan. Untuk beberapa kelompok, representasi skematis dikaitkan dengan beberapa jenis mata yang mungkin ditampilkan: Piala, Kamera dengan lubang masuk cahaya, Kamera dengan lensa, Disusun oleh aposisi dan Disusun oleh superposisi. Laura bibiana [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Pohon filogenetik adalah representasi grafis dari sejarah evolusi sekelompok organisme. Pola hubungan historis ini adalah filogeni yang coba diperkirakan oleh para peneliti.

Pohon terdiri dari simpul yang menghubungkan “cabang”. Node terminal dari setiap cabang adalah taksa terminal dan mewakili urutan atau organisme yang datanya diketahui – ini bisa berupa spesies hidup atau punah.

Node internal mewakili nenek moyang hipotetis, sedangkan nenek moyang ditemukan di akar pohon mewakili nenek moyang dari semua urutan yang diwakili dalam grafik.

Bagaimana pohon filogenetik ditafsirkan?

Ada banyak cara untuk merepresentasikan pohon filogenetik. Untuk alasan ini, penting untuk mengetahui bagaimana mengenali apakah perbedaan yang diamati antara dua pohon ini disebabkan oleh topologi yang berbeda – yaitu, perbedaan nyata yang sesuai dengan dua ejaan – atau hanya perbedaan yang terkait dengan gaya representasi.

Misalnya, urutan kemunculan label di bagian atas dapat bervariasi, tanpa mengubah arti representasi grafis, umumnya nama spesies, genus, famili, di antara kategori lainnya.

Hal ini terjadi karena pohon menyerupai mobil, di mana cabang dapat berputar tanpa mengubah hubungan spesies yang diwakili.

Dalam pengertian ini, tidak masalah berapa kali urutannya diubah atau objek yang “menggantung” diputar, karena itu tidak mengubah cara mereka terhubung – dan itu adalah hal yang penting.

Bagaimana filogeni direkonstruksi?

Filogeni adalah hipotesis yang dirumuskan berdasarkan bukti tidak langsung. Menjelaskan filogeni mirip dengan pekerjaan seorang penyelidik memecahkan kejahatan dengan mengikuti petunjuk dari TKP.

Ahli biologi sering mendalilkan filogeni mereka menggunakan pengetahuan dari berbagai cabang, seperti paleontologi, anatomi komparatif, embriologi komparatif, dan biologi molekuler.

Catatan fosil, meskipun tidak lengkap, memberikan informasi yang sangat berharga tentang waktu divergensi kelompok spesies.

Dengan berlalunya waktu, biologi molekuler telah melampaui semua bidang yang disebutkan di atas, dan sebagian besar filogeni disimpulkan dari data molekuler.

Tujuan merekonstruksi pohon filogenetik memiliki sejumlah kelemahan utama. Ada sekitar 1,8 juta spesies bernama dan banyak lagi yang belum dideskripsikan.

Dan meskipun sejumlah besar ilmuwan berusaha setiap hari untuk merekonstruksi hubungan antar spesies, masih belum ada pohon yang lengkap.

Karakter homolog

Ketika ahli biologi ingin menggambarkan kesamaan antara dua struktur atau proses, mereka dapat melakukannya dalam hal nenek moyang yang sama (homologi), analogi (fungsi), atau homoplasia (kemiripan morfologis).

Untuk merekonstruksi filogeni, karakter homolog eksklusif digunakan. Homologi adalah konsep kunci dalam evolusi dan rekreasi hubungan antar spesies, karena hanya itu yang cukup mencerminkan nenek moyang organisme yang sama.

Misalkan kita ingin menyimpulkan filogeni dari tiga kelompok: burung, kelelawar, dan manusia. Untuk memenuhi tujuan kita, kita memutuskan untuk menggunakan ekstremitas atas sebagai karakteristik yang membantu kita membedakan pola hubungan.

Karena burung dan kelelawar telah memodifikasi struktur untuk terbang, kita bisa salah menyimpulkan bahwa kelelawar dan burung lebih erat hubungannya satu sama lain daripada kelelawar dengan manusia. Mengapa kita sampai pada kesimpulan yang salah? Karena kita telah menggunakan karakter analog dan non-homolog.

Untuk menemukan hubungan yang benar saya harus mencari karakter homolog, seperti adanya rambut, kelenjar susu dan tiga tulang kecil di telinga tengah – hanya untuk beberapa nama. Namun, homologi tidak mudah didiagnosis.

Jenis pohon

Tidak semua pohon sama, ada representasi grafik yang berbeda dan masing-masing pohon berhasil menggabungkan beberapa karakteristik khusus dari evolusi kelompok.

Pohon yang paling dasar adalah kladogram. Grafik ini menampilkan hubungan dalam hal nenek moyang yang sama (menurut nenek moyang yang paling baru).

Pohon aditif berisi informasi tambahan dan direpresentasikan dalam panjang cabang.

Angka-angka yang terkait dengan setiap cabang sesuai dengan beberapa atribut dalam urutan – seperti jumlah perubahan evolusioner yang telah dialami organisme. Selain “pohon aditif”, mereka juga dikenal sebagai pohon metrik atau filogram.

Pohon ultrametrik, juga disebut dendogram, adalah kasus khusus pohon aditif, di mana ujung pohon berjarak sama dari akar ke pohon.

Dua varian terakhir ini memiliki semua data yang dapat kita temukan di kladogram, dan informasi tambahan. Oleh karena itu, mereka tidak eksklusif, jika tidak saling melengkapi.

Politomia

Sering kali, simpul pohon tidak sepenuhnya terselesaikan. Secara visual, dikatakan ada politomi, ketika lebih dari tiga cabang muncul dari yang baru (ada satu nenek moyang untuk lebih dari dua keturunan langsung). Ketika sebuah pohon tidak memiliki polytomies, dikatakan sepenuhnya terselesaikan.

Ada dua jenis politomi. Yang pertama adalah politomi “keras”. Ini adalah intrinsik untuk kelompok studi, dan menunjukkan bahwa keturunan berevolusi pada waktu yang sama. Atau, polytomies “lunak” menunjukkan hubungan yang belum terselesaikan yang disebabkan oleh data itu sendiri.

Klasifikasi evolusioner

Garis keturunan monofiletik

Ahli biologi evolusioner berusaha menemukan klasifikasi yang sesuai dengan pola percabangan sejarah filogenetik kelompok. Dalam proses ini, serangkaian istilah yang banyak digunakan dalam biologi evolusioner telah dikembangkan: monofiletik, parafiletik, dan polifiletik.

Sebuah takson atau garis keturunan monofiletik adalah salah satu yang terdiri dari spesies leluhur, yang diwakili dalam node, dan semua keturunannya, tetapi tidak spesies lain. Pengelompokan ini disebut clade.

Garis keturunan monofiletik didefinisikan pada setiap tingkat hierarki taksonomi. Misalnya, Keluarga Felidae, garis keturunan yang berisi kucing (termasuk kucing domestik), dianggap monofiletik.

Demikian pula, Animalia juga merupakan takson monofiletik. Seperti yang bisa kita lihat, keluarga Felidae ada di dalam Animalia, sehingga kelompok monofiletik dapat bersarang.

Garis keturunan parafiletik dan polifiletik

Namun, tidak semua ahli biologi berbagi pemikiran klasifikasi kladistik. Dalam kasus di mana data tidak lengkap atau hanya untuk kenyamanan, taksa tertentu diberi nama yang mencakup spesies dari kelas yang berbeda atau taksa yang lebih tinggi yang tidak memiliki nenek moyang yang lebih baru.

Dengan cara ini, sebuah takson bersifat polifiletik, ini didefinisikan sebagai kelompok yang mencakup organisme dari clades yang berbeda, dan ini tidak memiliki nenek moyang yang sama. Misalnya, jika kita ingin menunjuk sekelompok homeoterm, itu akan mencakup burung dan mamalia.

Sebaliknya, kelompok parafiletik tidak mengandung semua keturunan dari nenek moyang yang paling baru. Dengan kata lain, itu mengecualikan beberapa anggota kelompok. Contoh yang paling banyak digunakan adalah reptil, kelompok ini tidak mengandung semua keturunan dari nenek moyang yang paling baru: burung.

Kegunaan

Selain berkontribusi pada tugas berat untuk menjelaskan pohon kehidupan, filogeni juga memiliki beberapa aplikasi yang cukup signifikan.

Dalam bidang medis, filogeni digunakan untuk melacak asal usul dan tingkat penularan penyakit menular, seperti AIDS, demam berdarah, dan influenza.

Mereka juga digunakan di bidang biologi konservasi. Pengetahuan tentang filogeni spesies yang terancam punah sangat penting untuk melacak pola perkawinan dan tingkat hibridisasi dan perkawinan sedarah antar individu.

Referensi

  1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Tantangan berpikir pohon. Sains , 310 (5750), 979-980.
  2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Undangan biologi . Macmillan.
  3. Balai, BK (Red.). (2012). Homologi: Dasar hierarki biologi komparatif . Pers Akademik.
  4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Prinsip terintegrasi zoologi . McGraw – Bukit.
  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). Sintesis filogeni dan taksonomi menjadi pohon kehidupan yang komprehensif. Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat , 112 (41), 12764-9.
  6. Kardong, KV (2006). Vertebrata: anatomi komparatif, fungsi, evolusi . McGraw-Hill.
  7. Halaman, RD, & Holmes, EC (2009). Evolusi molekuler: pendekatan filogenetik . John Wiley & Sons.