什麼是分支圖?
很像樹狀分支圖一樣,分支圖是一種顯示不同生物之間關係的方式。這些圖形用於支序分類學中,看起來與進化樹不同;它們用於追溯呈現與分類學中其他生物相似特徵的假設共同祖先。
分支圖的歷史
分支圖的歷史很模糊;但是,它被認為可以追溯到1950年代,當時德國昆蟲學家Willi Hennig提出了他關於支序分類學的想法。Hennig寫了一本書,討論生物的系統發生和發現它們之間關係的方法。然而,由於這本書不是英文的,所以直到1966年才被翻譯出來,他的想法才被解讀。
在他的書中,Hennig提出了通過分支系統而不是階梯來分類生物的想法——階梯是之前使用的方法。從那時起,Hennig被認為是支序分類學的創始人。
分支圖的組成部分
一個典型的分支圖將展示以下特徵:
1. 根
根是一個共同的初始祖先,在圖表中標記為起始點。一條進入的線表示根來自更大的枝系。
2. 節點
節點是分支圖中標記分歧點的區域,代表進一步分裂成兩個或更多子分類群的假設祖先。
3. 枝系
枝系是分支圖中包括最近的祖先及其後代的特定部分。它可以通過標出一個特定的節點及其所有相關分支來表示。
4. 分支
分支表示根向節點的分叉。可以通過追溯分支來推斷生物之間的聯繫。
5. 分類單元/外群
分類單元或外群是整個圖表中關係最遠的生物。這個群體通常不形成一個枝系,而是為分支圖的其餘部分提供一個比較點。
使用分支圖的優點和缺點
使用分支圖最大的優點是它們提供的方便和易用性。分支圖在生物學研究中非常重要,因為它們提供了祖先特徵的快速概覽。多年來,生物學家一直在使用它們,它們在根據特徵對生物進行分類方面非常有效。
然而,使用分支圖最大的缺點是它們只提供假設的祖先信息。有時,這些信息可能會產生誤導,讓你對生物的祖先遺產產生誤解。此外,分支過多的分支圖可能會讓人難以理解和解讀圖表。
枝系的類型
如前所述,枝系是分支圖中表現一個祖先及其分支後代的特定生物群體。它們被細分為三個主要類別:單系群、並系群和多系群,描述了分類單元分組的不同方式。讓我們來看看。
1. 單系群
從"單"這個詞可以看出,這些群體指的是形成分類學基本基礎的單一枝系。單系群顯示單一共同祖先的後代。任何來自該特定祖先血統的生物都將被視為該群體的一部分。
2. 並系群
並系群不包括特定祖先的所有後代;相反,在形成這個群體時,某些生物子集被故意忽略了。有趣的是,這些枝系具有很大的實用價值,用於描述恐龍和鳥類的超現實譜系。
3. 多系群
多系群是那些沒有共同祖先血統並且有多個起源的分類單元。它們是根據被認為是從共同祖先繼承的共同特徵分組的,但實際上並非如此。多系群令人困惑,支序學家和系統學家很少使用它們。
分支圖與系統發生樹的比較
分支圖經常被誤認為是系統發生樹;但是,這是不正確的。
這兩種圖都代表了系統發生分析,目的是顯示不同分類單元之間的聯繫。構建過程也類似,用於描述生物的字符也相似。但是,分支圖是系統發生圖的一種,被認為是構建複雜系統發生圖的基本步驟。
讓我們來看看它們之間有何不同。
特徵 | 分支圖 | 系統發生圖 |
---|---|---|
表現形式 | 分支圖只表示不同生物之間的聯繫。它們提供了生物共同祖先的假設圖像。 | 系統發生圖通過進化變化連接生物,被視為進化樹。它們根據進化歷史提供祖先的準確性。 |
性質 | 這些圖表簡單易懂。 | 這些圖表很複雜,需要具備進化知識才能理解。 |
分支 | 分支長度相等,不代表進化距離。 | 分支長度根據兩個生物之間的進化距離而變化。 |
分類單元的位置 | 外部分類單元整齊地連接在一行或一列中。 | 分類單元可能排列成行或列,也可能不排列成行或列。 |
這是一棵生命系統發生樹。
這是一個分支圖。
來源:https://www.researchgate.net/
如何閱讀分支圖?
閱讀和解釋分支圖非常簡單。按照以下步驟來學習如何閱讀分支圖。
1. 像閱讀家譜一樣閱讀它
分支圖有一個起點,分支到不同的方向。起點代表所有物種的共同祖先,而分支末端表示後代。
2. 了解物種形成點
物種形成在節點上標出,並標記圖中新的性狀出現。追蹤交叉點,推斷從特定交叉點分叉的動物群之間的相似性。
3. 研究系統發生特徵
當交叉線的一部分分支顯示動物時,另一部分顯示有助於對生物進行分組的特徵。這也可以在下圖中看到。標出與特定性狀相對應的所有動物,以解釋分類。
如何繪製分支圖?
分支圖是根據它們的結構特徵或分子特徵如DNA和RNA繪製的。然而,近年來,根據分子特徵構建的分支圖比另一種類型更受歡迎。讓我們來看看它們的構建方法。
結構證據
1. 選擇一組生物,根據它們的外部特徵對它們進行分類。確保只選擇發育健全的特徵,而不是受環境影響的特徵。
2. 接下來,對分支圖的數據進行分組和排序。通過繪製維恩圖或表格對它們進行分組。
3. 在節點上顯示每個特徵,最不像任何特徵的物種將作為外群放在末尾。
分子證據
1. 選擇一組生物共有的基因、DNA或RNA蛋白質。(例如,血紅蛋白,細胞色素C)。聰明地選擇分子證據,即DNA或蛋白質序列。蛋白質是首選證據,但DNA模型非常適合研究最近的演化。
2. 使用Clustal Omega等軟體對基因數據進行比對,推斷蛋白質序列之間的相似性和差異。密切相關的動物將表現出高程度的相似性。
3. 序列比對完成後,Clustal Omega將創建分支系統圖。
分支圖的例子
分支圖是區分生物並追溯共同祖先的有效方法。以下是一些例子,將幫助你更好地理解這些圖表。
靈長類動物的分支圖
- 用於比較的所有靈長類動物都列在圖表的頂部。
- 圖表中的不同節點代表不同的假設祖先。
- 狐猴和懶猴是外群,可以推斷它們與其他靈長類動物最不相似。
- 狐猴和懶猴共享一個節點並形成一個單獨的枝系。
- 類人猿、人類以及下面標記共同祖先的所有節點形成一個枝系。
脊椎動物的分支圖
- 在這個分支圖中,脊椎動物根據它們的腹外側肌層進行分類。
- 2個腹外側身體壁肌層是所有群體共有的。
- 在頂部,分類單元根據它們在腹外側身體壁上的4個肌層進一步分類。
- 生物越接近,它們之間的相似程度就越高。
- 蜥蜴、鳥類和鱷魚形成一個在共同祖先處終止的枝系。
重點總結
分支圖確實是區分生物和發現它們假設的共同祖先的好方法。憑藉簡單的分支,沒有太多複雜性,圖表易於繪製和理解。
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