Sebuah pohon filogenetik adalah matematika grafis representasi dari hubungan sejarah dan leluhur-keturunan kelompok, populasi, spesies, atau kategori taksonomi lainnya. Secara teoritis, semua pohon filogenetik dapat dikelompokkan dalam pohon kehidupan, yang merupakan pohon universal.
Representasi grafis ini telah merevolusi studi biologi evolusi, karena memungkinkan pembentukan dan pendefinisian spesies, pengujian berbagai hipotesis evolusi (seperti teori endosimbiotik), evaluasi asal penyakit (seperti HIV), dll.
Sumber: John Gould (14.Sep.1804 – 3.Feb.1881) [Domain publik]
Pohon dapat direkonstruksi menggunakan karakter morfologi atau molekuler, atau keduanya. Demikian pula, ada berbagai metode untuk membangunnya, yang paling umum adalah metodologi cladist. Ini berusaha untuk mengidentifikasi karakter turunan bersama, yang dikenal sebagai synapomorphy.
Indeks artikel
Karakteristik
Salah satu prinsip yang dikembangkan oleh Charles Darwin adalah nenek moyang yang sama dari semua organisme hidup – yaitu, kita semua memiliki nenek moyang yang jauh.
Dalam “Origin of Species” Darwin mengangkat metafora “pohon kehidupan”. Bahkan, ia menggunakan pohon grafik hipotetis untuk mengembangkan idenya (anehnya, itu adalah satu-satunya ilustrasi Origin ).
Representasi metafora ini adalah apa yang kita kenal sebagai pohon filogenetik, yang memungkinkan kita untuk secara grafis menampilkan sejarah dan hubungan kelompok organisme tertentu.
Anatomi pohon filogenetik
Dalam pohon filogenetik, kita dapat membedakan bagian-bagian berikut – melanjutkan analogi botani:
Cabang: garis pohon disebut “cabang”, dan ini mewakili populasi penelitian dari waktu ke waktu. Tergantung pada jenis pohonnya (lihat di bawah), panjang cabang mungkin memiliki arti atau tidak.
Di ujung cabang kita menemukan organisme yang ingin kita evaluasi. Ini bisa berupa entitas yang saat ini masih hidup, atau makhluk yang sudah punah. Spesies itu akan menjadi daun pohon kita.
Akar: akar adalah cabang pohon yang paling kuno. Beberapa memilikinya dan disebut pohon berakar, sementara yang lain tidak.
Node: Titik cabang dari cabang dalam dua atau lebih garis keturunan disebut node. Titik mewakili nenek moyang yang paling baru dari kelompok keturunan (perhatikan bahwa nenek moyang ini adalah hipotetis).
Keberadaan simpul menyiratkan peristiwa spesiasi – penciptaan spesies baru. Setelah ini, setiap spesies mengikuti jalur evolusinya.
Terminologi tambahan
Selain ketiga konsep dasar ini, ada istilah lain yang diperlukan dalam kaitannya dengan pohon filogenetik:
Politomi : bila pohon filogenetik memiliki lebih dari dua cabang dalam satu simpul, dikatakan terdapat politomi. Dalam kasus ini, pohon filogenetik tidak sepenuhnya diselesaikan, karena hubungan antara organisme yang terlibat tidak jelas. Hal ini sering terjadi karena kurangnya data, dan hanya dapat diperbaiki ketika peneliti mengumpulkan lebih banyak.
Grup eksternal : dalam masalah filogenetik sering terdengar konsep grup eksternal – disebut juga grup luar. Grup ini dipilih untuk dapat melakukan root pada pohon. Ini harus dipilih sebagai takson yang sebelumnya menyimpang dari kelompok studi. Misalnya, jika saya mempelajari echinodermata, Anda dapat mengungguli sea squirts.
Jenis
Ada tiga tipe dasar pohon: kladogram, pohon aditif, dan pohon ultrametrik.
Kladogram adalah pohon paling sederhana dan menunjukkan hubungan organisme dalam hal nenek moyang yang sama. Informasi jenis pohon ini terletak pada pola percabangan, karena ukuran cabang tidak memiliki arti tambahan.
Jenis pohon kedua adalah aditif, juga disebut pohon metrik atau filogram. Panjang cabang terkait dengan jumlah perubahan evolusioner.
Akhirnya, kita memiliki pohon ultrametrik atau dendogram, di mana semua ujung pohon berada pada jarak yang sama (yang tidak terjadi dalam filogram, di mana ujung dapat tampak lebih rendah atau lebih tinggi dari pasangannya). Panjang cabang terkait dengan waktu evolusi.
Pemilihan pohon secara langsung berkaitan dengan pertanyaan evolusi yang ingin kita jawab. Misalnya, jika kita hanya memperhatikan hubungan antar individu, kladogram sudah cukup untuk penelitian ini.
Kesalahan paling umum saat membaca pohon filogenetik
Meskipun pohon filogenetik sering digunakan secara luas dalam grafik biologi evolusioner (dan biologi umum), ada banyak mahasiswa dan praktisi yang salah mengartikan pesan bahwa grafik yang tampaknya sederhana ini dimaksudkan untuk disampaikan kepada pembaca.
Tidak ada bagasi
Kesalahan pertama adalah membacanya secara menyamping, dengan asumsi bahwa evolusi menyiratkan kemajuan. Jika kita memahami proses evolusi dengan benar, tidak ada alasan untuk berpikir bahwa spesies leluhur di sebelah kiri dan spesies yang lebih maju di sebelah kanan.
Meskipun analogi botani dari sebuah pohon sangat berguna, ada titik di mana itu tidak lagi tepat. Ada struktur pohon penting yang tidak ada di pohon: batang. Pada pohon filogenetik kita tidak menemukan cabang utama.
Secara khusus, beberapa orang dapat menganggap manusia sebagai “tujuan” akhir dari evolusi, dan oleh karena itu spesies Homo sapiens harus selalu ditempatkan sebagai entitas terakhir.
Namun, pandangan ini tidak konsisten dengan prinsip-prinsip evolusi. Jika kita memahami bahwa pohon filogenetik adalah unsur bergerak, kita dapat menempatkan Homo di posisi terminal mana pun dari pohon, karena karakteristik ini tidak relevan dalam representasi.
Node dapat berputar
Fitur penting yang harus kita pahami tentang pohon filogenetik adalah bahwa mereka mewakili grafik non-statis.
Di dalamnya, semua cabang ini dapat berputar – dengan cara yang sama seperti ponsel dapat melakukannya. Kita tidak bermaksud bahwa kita dapat memindahkan cabang sesuka hati, karena beberapa gerakan akan menyiratkan perubahan pola atau topologi pohon. Yang bisa kita putar adalah nodenya.
Untuk menafsirkan pesan sebuah pohon, kita tidak boleh fokus pada ujung cabang, kita harus fokus pada titik cabang, yang merupakan aspek terpenting dari grafik.
Selain itu, kita harus ingat bahwa ada berbagai cara menggambar pohon. Banyak kali itu tergantung pada gaya buku atau majalah dan perubahan bentuk dan posisi cabang tidak mempengaruhi informasi yang ingin mereka sampaikan kepada kita.
Kita tidak dapat menyimpulkan keberadaan leluhur saat ini atau spesies “tua”
Ketika kita akan merujuk pada spesies saat ini, kita seharusnya tidak menerapkan konotasi leluhur kepada mereka. Misalnya, ketika kita memikirkan hubungan antara simpanse dan manusia, kita mungkin salah paham bahwa simpanse adalah nenek moyang dari garis keturunan kita.
Namun, nenek moyang yang sama dari simpanse dan manusia bukanlah keduanya. Memikirkan bahwa simpanse adalah leluhur berarti menganggap bahwa evolusinya berhenti begitu kedua garis keturunan terpisah.
Mengikuti logika yang sama dari ide-ide ini, pohon filogenetik juga tidak memberi tahu kita apakah ada spesies muda. Karena frekuensi alelik terus berubah dan ada karakter baru yang berubah seiring waktu, sulit untuk menentukan usia suatu spesies dan, tentu saja, pohon tidak memberi kita informasi seperti itu.
“Pergeseran frekuensi alel dari waktu ke waktu” adalah cara genetika populasi mendefinisikan evolusi.
Mereka tidak bisa diubah
Ketika melihat pohon filogenetik kita harus memahami bahwa grafik ini hanyalah hipotesis yang dihasilkan dari bukti nyata. Mungkin jika kita menambahkan lebih banyak karakter ke pohon, itu akan mengubah topologinya.
Keahlian ilmuwan dalam memilih karakter terbaik untuk menjelaskan hubungan organisme yang dimaksud adalah kuncinya. Selain itu, ada alat statistik yang sangat kuat yang memungkinkan peneliti untuk mengevaluasi pohon dan memilih yang paling masuk akal.
Contoh
Tiga domain kehidupan: Archaea, Bakteri, dan Eukarya
Pada tahun 1977, peneliti Carl Woese mengusulkan pengelompokan organisme hidup ke dalam tiga domain: Archaea, Bakteri, dan Eukarya. Sistem klasifikasi baru ini (sebelumnya hanya ada dua kategori, Eukariota dan Prokariota) didasarkan pada penanda molekuler RNA ribosom.
Bakteri dan eukariota adalah organisme yang dikenal luas. Archaea sering dikacaukan dengan bakteri. Namun, ini sangat berbeda dalam struktur komponen selulernya.
Jadi, meskipun mereka adalah organisme mikroskopis seperti bakteri, anggota domain Archaea lebih dekat hubungannya dengan eukariota – karena mereka memiliki nenek moyang yang lebih dekat.
Sumber: Disiapkan oleh Mariana Gelambi.
Filogeni primata
Dalam biologi evolusioner, salah satu topik yang paling kontroversial adalah evolusi manusia. Bagi penentang teori ini, evolusi yang dimulai dari nenek moyang mirip kera yang memunculkan manusia sekarang tidak masuk akal.
Konsep kuncinya adalah memahami bahwa kita tidak berevolusi dari kera saat ini, melainkan memiliki nenek moyang yang sama dengan mereka. Dalam pohon kera dan manusia, terlihat bahwa apa yang kita kenal sebagai “kera” bukanlah kelompok monofiletik yang valid, karena mengecualikan manusia.
Sumber: Disiapkan oleh Mariana Gelambi.
Filogeni cetartiodactyls (Cetartiodactyla)
Berbicara secara evolusi, cetacea mewakili sekelompok vertebrata yang hubungannya dengan mamalia lainnya tidak begitu jelas. Secara morfologis, paus, lumba-lumba, dan anggota lainnya memiliki sedikit kemiripan dengan mamalia lain.
Saat ini, berkat studi tentang karakter morfologis dan molekuler yang berbeda, dimungkinkan untuk menyimpulkan bahwa kelompok saudara dari cetacea besar dibentuk oleh artiodactyls – ungulates dengan kuku yang rata.
Sumber: Disiapkan oleh Mariana Gelambi.
Referensi
- Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Tantangan berpikir pohon. Sains , 310 (5750), 979-980.
- Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Undangan biologi . Macmillan.
- Balai, BK (Red.). (2012). Homologi: Dasar hierarki biologi komparatif . Pers Akademik.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Prinsip terintegrasi zoologi . McGraw – Bukit.
- Kardong, KV (2006). Vertebrata: anatomi komparatif, fungsi, evolusi . McGraw-Hill.
- Kliman, RM (2016). Ensiklopedia Biologi Evolusi . Pers Akademik.
- Losos, JB (2013). Panduan Princeton untuk evolusi . Pers Universitas Princeton.
- Halaman, RD, & Holmes, EC (2009). Evolusi molekuler: pendekatan filogenetik . John Wiley & Sons.
- Beras, SA (2009). Ensiklopedia evolusi . Penerbitan Infobase.
- Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologi: konsep dan aplikasi tanpa fisiologi . Cengage Belajar.
