系統樹とは？種類・読み方・書き方を分かりやすく解説

系統樹とは？

系統樹の定義

系統樹（一般に進化系統樹または系統発生として知られている）は、異なる生物種間の進化的関係を示す分岐のある図です。

系統樹は、「生命の樹」として知られており、生命ははしごのように低い層から高い層へと進歩するという古い概念の理解を高めたもので、「存在の偉大な連鎖」のようなものを指します。初期の認識、輪郭、スケッチは、古生物学の図表を構成する分岐した系統樹を表しています。これは主に、植物と動物の地質学的関連性と相関関係を示していました。 

系統樹の各部

シンプルな系統樹を構成する各部は次の通りです。 

分類群

分類群は、木の枝または行われている研究の「先端」として知られています。「分類群」は、種（しゅ）、目（もく）、または個体群を示す体系的なレベルで見つけることができます。これに加えて、この「分類群」は「OTU」と呼ばれ、「Operational Taxonomic Units」の省略形です。

枝

系統樹の体系的な線や伸びる線は、枝と呼ばれ、一種または複数の生物同士の類縁を表します。

節（ノード）

この枝の先端またはポイントは、これらすべての枝が結合されるところで、「節（ノード）」と呼ばれます。節には、「内部節」と「外部節」の二つのタイプがあります。内部節は枝をつなぎますが、外部節は分類群をつなぐところです。

根と分岐群（クレード）

さらに、系統樹には、木の「根」と呼ばれる基部節を持つものもあります。そして、「分岐群（クレード）」は、一般的には分岐するすべての種の「祖先」として知られています。

系統樹の長所と限界

すべての分類モデルと同様に、系統樹の枠組みには、以下で説明するいくつかの長所と限界があります。

長所

• このモデルは、単体、個体、または種の歴史的起源を示しています。
• 系統樹は、生物を人為的に界（かい）にランク付けするリンネモデルとは異なり、種をランク付けしません。これは、共通のランクを持つ異なるグループが同等であることを示すため、誤りであることが知られています。
• 系統樹は、さまざまな生物の歴史的事象についての手がかりを示すことがあります。
• このモデルは、存在するすべての単体の進化の研究に役立ちます。

限界

• 系統樹は、生命の進化の仮説を示しています。
• 系統樹は、根ざしているか、実証されているデータと同程度の精密さです。
• 調査や研究のデータはある程度の偏りがあります。
• そのため、調査や研究のデータに基づく系統樹は、ある程度の偏り、操作、または不正確さがある可能性は常にあります。
• このはしご状の脊椎動物の系統樹は、脊柱を持たない生物から進化しています。
• したがって、異なる特徴を持つ生物、物体、または単体は、共有する特徴に基づいて、各枝の先端のさまざまなグループに配置されます。

系統樹の種類

デンドログラム（Dendrogram）

木（tree）は一般に樹形図として知られています。これは必ずしも系統樹ではなく、何かを図式的に表現および示すために使用されます。 

クロノグラム（Chronogram）

クロノグラムは系統樹の一種で、枝の長さで時間を表します。

ファイログラム（Phylogram）

名前が示すように、系統図は系統樹であり、枝の長さは生物の変化の度合いに比例します。 

クラドグラム（Cladogram）

このタイプの系統樹は、分岐パターンのみを示すことが知られています。枝は生物の変化の時期を表していません。また、内部節は祖先を表していません。

ダールグレノグラム（Dahlgrenogram）

このタイプの系統樹は、断面を示しています。

系統発生ネットワーク

出典：pnas.org

系統発生のネットワークは樹形ではなく、一般的な図やグラフです。これは主に、木（tree）の基本的な欠点や制限を克服するために使用されます。 

スピンドル図（Spindle Diagram）

スピンドル図は、地質学的時間に対する分類学的多様性を表すために使用されるバブル図としても知られています。これは、時間の経過とともにいくつかの分類学的類群が豊富に変化したことを反映しています。

系統発生、進化系統樹、系統樹、クラドグラムの違い

系統樹の読み方

系統樹読むことは、家系図を見ることと同じです。系統樹の読み方を手順を踏んで説明します。

ステップ 1. 根を祖先、葉（先端）を子孫として見る

木の根は、すべての種が進化した共通の祖先を意味します。そして、葉（先端）は種のグループ(共通の祖先の一部)を意味します。

ステップ 2. 娘（分類群）の系統を見る

ステップ 2 では、共通の祖先に由来する娘の系統を確認します。それは二本以上に分岐し、一種以上または複数種を区別する線を作っています。 

ステップ 3. 系統間で共通の祖先を確認する（存在する場合）

ステップ 3 では、種のグループ間に共通する祖先の系統があるかどうかを確認します。下図の先端 B と C を参照してください。先端 B と C は、先端 A とは異なり、独自の歴史を持っています。

ステップ 4. 全体図を読む

下の図を見ると、全体として読むことができるはずです。オレンジ色は、先端 A、B、C に共通の祖先があることを示しています。ただし、緑色は、B と C に別に異なる共通の祖先があることを示しており、先端 C についても同じことが言えます。 

系統樹の書き方

系統樹は、以下の手順で作成することができます。

ステップ 1. 祖先種を特定する

最初のステップは、最も異なる種を特定することです。最も多くの数を持つ他の種との変異の違いが最も多いことに注意してください。

ステップ 2. 次の異なる種を特定する

次のステップは、前の種と共通の祖先を持つ次の最も異なる種を探すことです。これをAと呼ぶことにします。

ステップ 3. 系統樹を描く

共通の線の描き、その分岐を延ばして、分岐 B と C の共通の祖先 A の可能性を示します。

ステップ 4. 生物を追加する

他の生物の特徴を探し、その特定の遺伝子に最も特徴的に類似した生物を見つけます。

ステップ 5. 他の生物を追加する

同じ方法に従い、行と列を見て遺伝的に同一の生物を探すことで、他の生物を追加します。

系統樹の例

理解を深めるために、ヒト系統樹と動物系統樹の例を挙げます。

ヒト系統樹

図でわかるように、すべての種または個体（この場合）には共通の祖先があり、それが祖父母です。その後、両親と叔母（親の兄弟）、二岐に分岐します。そして、あなたと兄弟、そしていとこは、祖父母と同様に共通の祖先を持っていますが、異なる両親から生まれているので、それぞれの歴史を持っています。

動物系統樹

図でわかるように、すべての動物は同じ共通の祖先を持っていますが、特徴が異なるために分岐しています。これらの特徴は、顎、肺、胃、羽毛です。このように、これらの特徴が、図に記載されている動物を分岐していますが、それにもかかわらず同じ祖先を持っています。

終わりに

総じて、系統樹は、主に特徴が類似する点または相違する点に基づいて、他の生物との関係性を表すために使用することでき、さらに、すべての種、物体、個体、単体が共通の祖先に根ざしていることを表すこともできます。木（tree）はさまざまな方法で描かれますが、これは仮想的にも物理的にもなりえます。

系統樹を仮想的にシミュレートするには、ユーザーフレンドリーなソフトウェア、EdrawMaxが最適です。2D 図、フローチャート、ガントチャート他、さまざまな種類の系統樹と分類型を作成することができます。