ข้อมูล

ต้นไม้สายวิวัฒนาการ

ต้นไม้สายวิวัฒนาการ


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันต้องการค้นหาต้นไม้สายวิวัฒนาการของมนุษย์ หนู C elegans และ drosophila โดยไม่มีสิ่งมีชีวิตอื่นทั้งหมด คุณรู้หรือไม่ว่าฉันจะได้รับมัน?

ขอบคุณนะโนกะ


นี่ไม่ใช่คำตอบที่สมบูรณ์ แต่เพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ดำเนินไป

ฉันคิดว่าฉันเห็นสิ่งที่คุณต้องการ ต้นไม้ "ถูกต้อง" ที่ครอบคลุมคุณสามารถเปรียบเทียบแผนผังการจัดตำแหน่งเดี่ยวของคุณกับ?

ฉันสามารถนึกถึงคำตอบสองสามข้อนี้ ประการแรกไม่มีวิธีที่สมบูรณ์แบบในการสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการ นอกเหนือจากเมตริกระยะทางต่างๆ ทั้งหมดที่คุณสามารถใช้และอัลกอริทึมในการจัดเรียงต้นไม้ขนาดใหญ่ ข้อมูลที่คุณใช้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณต้องการทำ คุณสามารถเปรียบเทียบยีนที่อนุรักษ์ไว้สำหรับการเปรียบเทียบทางไกลหรือลำดับที่ไม่แน่นอนสูงสำหรับระยะใกล้ แต่อาจมีสัญญาณรบกวน

ที่ถูกกล่าวว่าต้นไม้ที่เปรียบเทียบไรโบโซมอาร์เอ็นเอเป็นมาตรฐานสายวิวัฒนาการ เช่นเดียวกับต้นไม้ที่ได้มาจากหลายยีน หากคุณต้องการดูว่ายีนของคุณผิดปกติหรือไม่ คุณสามารถเรียกใช้ยีนอื่นๆ สองสามตัวโดยการเปรียบเทียบแบบเดียวกัน และดูว่าต้นไม้มีความแตกต่างกันอย่างมากสำหรับยีนของคุณหรือไม่ เนื่องจากสัตว์ที่คุณเปรียบเทียบอยู่บนต้นไม้ห่างกันมาก การเปรียบเทียบแบบสัมพัทธ์จึงค่อนข้างใกล้เคียงกับต้นไม้ที่คุณสร้างขึ้น

หากคุณกำลังพยายามเปรียบเทียบต้นไม้ในเชิงปริมาณกับต้นไม้ต้นแบบ นั่นเป็นงานที่ยาก


คุณสามารถไปที่ Wikispecies และค้นหาหน้าชนิดพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เช่น หน้าเมาส์ ที่นั่นคุณสามารถคลิกที่ปุ่มขยาย Taxonavigation และดูชื่อกลุ่มสำหรับสิ่งมีชีวิต การเปรียบเทียบชื่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะให้ชื่อที่ใกล้เคียงที่สุดซึ่งให้ต้นไม้แก่คุณ

อย่างไรก็ตาม สำหรับต้นไม้ที่อยู่ระหว่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกับอีกสองตัว คุณอาจต้องการดูหน้าเว็บ Tree of Life สำหรับ Bilateria ทั้งสามกลุ่มของคุณตกอยู่ใน Deuterostomia, Arthropoda และ Nematoda; สำหรับสิ่งเหล่านี้ คุณจะพบต้นไม้สำหรับสามกลุ่มนี้ (อันที่จริงมีต้นไม้สองต้น แต่สำหรับกลุ่มของคุณ ต้นไม้เหล่านั้นมีจำนวนเท่ากัน)


หากคุณยอมรับสมมติฐาน Ecdysozoa-hypothesis ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ความสัมพันธ์จะเป็นดังนี้:

____ แมลงหวี่ | ______| | |____ ซี เอเลแกนส์ | -----| ____ มนุษย์ | | |______| |____ เมาส์

ตามมุมมองดั้งเดิมมากขึ้น (Coelomata-hypothesis):

_______________ C. เอเลแกนส์ | ----| __________ แมลงหวี่ | | |____| ____ มนุษย์ | | |______| |____ เมาส์

(โปรดทราบว่าต้นไม้เหล่านี้มีโทโพโลยีที่ไม่ได้รูทเหมือนกัน)


33 มุมมองเกี่ยวกับต้นไม้สายวิวัฒนาการ

ในตอนท้ายของส่วนนี้ คุณจะสามารถทำสิ่งต่อไปนี้ได้:

  • อธิบายการถ่ายโอนยีนในแนวนอน
  • แสดงให้เห็นว่าโปรคาริโอตและยูคาริโอตถ่ายทอดยีนในแนวนอนได้อย่างไร
  • ระบุแบบจำลองเว็บและวงแหวนของความสัมพันธ์สายวิวัฒนาการ และอธิบายว่าพวกมันแตกต่างจากแนวคิดต้นไม้สายวิวัฒนาการดั้งเดิมอย่างไร

แนวคิดการสร้างแบบจำลองสายวิวัฒนาการมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่มีพลวัตมากที่สุดในวิชาชีววิทยา ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การวิจัยใหม่ได้ท้าทายแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้เสนอรูปแบบใหม่ของความสัมพันธ์เหล่านี้

ต้นไม้สายวิวัฒนาการหลายต้นเป็นแบบอย่างของความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างสปีชีส์ ต้นไม้สายวิวัฒนาการมีต้นกำเนิดมาจากชาร์ลส์ ดาร์วิน ผู้ร่างต้นไม้สายวิวัฒนาการต้นแรกในปี พ.ศ. 2380 (รูปที่ 1a) สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นต้นแบบสำหรับการศึกษาในภายหลังมานานกว่าศตวรรษ แนวคิดของต้นไม้สายวิวัฒนาการที่มีลำต้นเดี่ยวเป็นตัวแทนของบรรพบุรุษร่วมกัน โดยมีกิ่งก้านที่แสดงถึงความแตกต่างของสายพันธุ์จากบรรพบุรุษนี้ เข้ากันได้ดีกับโครงสร้างของต้นไม้ทั่วไปหลายชนิด เช่น ต้นโอ๊ก (รูปที่ 1b) อย่างไรก็ตาม หลักฐานจากการวิเคราะห์ลำดับดีเอ็นเอสมัยใหม่และอัลกอริธึมคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ทำให้เกิดความสงสัยเกี่ยวกับความถูกต้องของแบบจำลองต้นไม้มาตรฐานในชุมชนวิทยาศาสตร์

รูปที่ 1: (ก) แนวความคิดของ "ต้นไม้แห่งชีวิต" มีขึ้นที่ภาพร่างของชาร์ลส์ ดาร์วินในปี พ.ศ. 2380 เช่นเดียวกับต้นโอ๊ค (ข) “ต้นไม้แห่งชีวิต” มีลำต้นเดียวและหลายกิ่งก้าน (เครดิต b: การปรับเปลี่ยนงานโดย “Amada44″/ Wikimedia Commons)

ต้นไม้สายวิวัฒนาการเกิดขึ้นจากเหตุการณ์การแตกกิ่ง (แตกแขนง) ที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งในหนึ่งสปีชีส์ทำให้เกิดเป็นสอง

&ldquoความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการ&rdquo หมายถึงเวลาในอดีตที่สปีชีส์มีบรรพบุรุษร่วมกัน สองสปีชีส์ (B & amp C) มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่าชนิดใดชนิดหนึ่งกับชนิดที่สาม (A) หากและเฉพาะในกรณีที่มีบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุดกับอีกคนหนึ่ง (ณ เวลา 2) มากกว่าที่พวกเขาทำ สายพันธุ์ที่สาม (ณ เวลา 1)

แบบจำลองด้านล่างแสดงให้เห็นว่าจระเข้และนก (นกฮูก) มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (กอริลลา) ทำไม? เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้อนุมานว่าจระเข้และนกมีบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด! สังเกตว่าไม่ว่าคุณจะหมุนกิ่งก้านของต้นไม้นี้อย่างไร ความสัมพันธ์แบบเดียวกันจะคงอยู่:

ข้อมูลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่สายพันธุ์นั่งสัมพันธ์กันที่ปลายกิ่งที่เราไม่ได้อ่านจากด้านบนจากซ้ายไปขวา แต่เราอ่านต้นไม้จากปลายต้นไม้ ย้อนเวลา หรือขึ้นจากด้านล่าง ก้าวไปข้างหน้าในเวลา

ตัวอย่างเช่น เริ่มจากนก เราสามารถย้อนเวลากลับไปถามว่ากิ่งนกเชื่อมต่อกับกิ่งจระเข้หรือกิ่งของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมก่อน เริ่มจากด้านล่าง เราสามารถถามได้ว่าเหตุการณ์การแตกแขนงใดเกิดขึ้นก่อน และเหตุการณ์ใดเกิดขึ้นในภายหลัง ต้นไม้แห่งชีวิตทั้งหมดสร้างจากต้นไม้เล็กๆ แบบนี้

ความสัมพันธ์บางอย่างดูชัดเจน: วัวกับแกะมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดมากกว่าความสัมพันธ์แบบใดแบบหนึ่งกับดอกทานตะวัน อื่น ๆ เกือบจะไม่ชัดเจนนัก เห็ดอยู่ใกล้มนุษย์หรือดอกบัว? น่าแปลกที่เห็ดอยู่ใกล้เรามากกว่าพืช

สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะแตกต่างกันมากสามารถมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่คล้ายกันมาก อาจมีความเกี่ยวข้องกันอย่างห่างไกล โปรดจำไว้ว่า &ldquophylogenetic relationship&rdquo ไม่ได้หมายถึงความเหมือนและความแตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิต แต่หมายถึงเวลาสัมพัทธ์ที่พวกมันมีบรรพบุรุษร่วมกันในอดีต


ต้นไม้สายวิวัฒนาการ

ต้นไม้สายวิวัฒนาการคืออะไร?
ต้นไม้สายวิวัฒนาการเป็นภาพที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ โดยแสดงเส้นทางผ่านเวลาวิวัฒนาการจากบรรพบุรุษร่วมกันไปยังลูกหลานที่แตกต่างกัน ต้นไม้สามารถแสดงถึงความสัมพันธ์ตั้งแต่ประวัติศาสตร์ทั้งหมดของชีวิตบนโลก จนถึงปัจเจกบุคคลในประชากร
แผนภาพด้านล่างแสดงต้นไม้ที่มี 3 กลุ่ม (อนุกรมวิธานเอกพจน์คือหน่วยอนุกรมวิธานอาจเป็นสายพันธุ์หรือยีน)

คำศัพท์ของต้นไม้สายวิวัฒนาการ

นี่คือต้นไม้ที่แยกออกเป็นสองส่วน เส้นแนวตั้งเรียกว่า สาขา, เป็นตัวแทนของ a เชื้อสาย, และ โหนด เป็นที่ที่พวกเขาแตกต่าง เป็นตัวแทนของเหตุการณ์ speciation จากบรรพบุรุษร่วมกัน ลำต้นที่โคนต้นเรียกว่า ราก. โหนดรูทแสดงถึง บรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด ของแท็กซ่าทั้งหมดที่แสดงบนต้นไม้ เวลายังแสดงด้วย โดยเริ่มจากเก่าสุดที่ด้านล่างสุดไปยังล่าสุดที่ด้านบนสุด ต้นไม้ต้นนี้บอกเราว่าอนุกรมวิธาน A และอนุกรมวิธาน B มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่าอนุกรมวิธาน C เหตุผลก็คือว่าอนุกรมวิธาน A และอนุกรมวิธาน B มีบรรพบุรุษร่วมกันที่ใหม่กว่าอนุกรมวิธาน C กลุ่มแท็กซ่าที่มีบรรพบุรุษร่วมกันและ ทั้งหมด ของลูกหลานเรียกว่า clade. เคลดยังกล่าวอีกว่า monophyletic. กลุ่มที่ยกเว้นหนึ่งหรือมากกว่า ทายาท เป็น paraphyletic กลุ่มที่ไม่รวม บรรพบุรุษร่วมกันr ถูกกล่าวว่าเป็น โพลีไฟเลติก

ภาพด้านล่างแสดงต้นไม้ monophyletic (แถวบน) เทียบกับต้นไม้ polyphyletic (ล่างซ้าย) หรือ paraphyletic (ล่างขวา)

วิดีโอด้านล่างเน้นที่คำศัพท์และสำรวจความเข้าใจผิดบางประการเกี่ยวกับการอ่านต้นไม้:

ความเข้าใจผิดและวิธีการอ่านต้นไม้สายวิวัฒนาการอย่างถูกต้อง

ต้นไม้อาจสร้างความสับสนในการอ่าน ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการอ่านเคล็ดลับของต้นไม้และคิดว่าลำดับของต้นไม้นั้นมีความหมาย ในต้นไม้ด้านบน ความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดกับอนุกรมวิธาน C ไม่ใช่อนุกรมวิธาน B ทั้ง A และ B อยู่ห่างจากหรือเกี่ยวข้องกับอนุกรมวิธาน C เท่ากัน อันที่จริง การสลับป้ายกำกับของแท็กซ่า A และ B จะส่งผลให้ต้นไม้ที่เทียบเท่าทอพอโลยี . เป็นลำดับของการแตกแขนงไปตามแกนเวลาที่สำคัญ ภาพประกอบด้านล่างแสดงให้เห็นว่าสามารถหมุนกิ่งก้านได้และไม่ส่งผลต่อโครงสร้างของต้นไม้ เหมือนกับมือถือที่แขวนอยู่:

มือถือนกแขวน โดย Charlie Harper

นอกจากนี้ยังอาจเป็นเรื่องยากที่จะรับรู้ว่าต้นไม้จำลองความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการอย่างไร สิ่งหนึ่งที่ต้องจำไว้คือ ต้นไม้ใดๆ ก็ตามเป็นตัวแทนของชุดย่อยเล็กๆ ของต้นไม้แห่งชีวิต

ให้เฉพาะต้น 5-taxon tree (ไม่มีกิ่งก้านประ) มันเป็นเรื่องน่าดึงดูดที่จะคิดว่า taxon S เป็น “primitive” มากที่สุดหรือเหมือนกับบรรพบุรุษทั่วไปที่แสดงโดยโหนดรูท เพราะไม่มีโหนดเพิ่มเติมระหว่าง S และ ราก อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องสงสัยเลยว่า มีกิ่งก้านจำนวนมากจากเชื้อสายนั้นในระหว่างวิวัฒนาการ ส่วนใหญ่นำไปสู่การสูญพันธุ์ (99% ของสายพันธุ์ทั้งหมดคิดว่าสูญพันธุ์) และแท็กซ่าที่มีชีวิตจำนวนมาก (เช่น เส้นประสีม่วง) ที่เป็นเพียง ไม่แสดงในต้นไม้ สิ่งสำคัญคือระยะทางทั้งหมด ตามแนวแกนเวลา (แกนตั้งในต้นไม้ต้นนี้) – อนุกรมวิธาน S วิวัฒนาการมา 5 ล้านปี ระยะเวลาเท่ากันกับอนุกรมวิธานอีก 4 สายพันธุ์ เมื่อวาดต้นไม้ด้วยแกนเวลาในแนวตั้ง แกนนอนก็ไม่มีความหมาย และทำหน้าที่เพียงเพื่อแยกแท็กซ่าและสายเลือดของพวกมัน ดังนั้นแท็กซ่าที่มีชีวิตในปัจจุบันจึงไม่มีสายพันธุ์ “ ดั้งเดิม” หรือ “ ขั้นสูง” มากกว่ากลุ่มอื่น ๆ ที่พวกเขาวิวัฒนาการมาในช่วงเวลาเดียวกันจากบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุดของพวกเขา

แกนเวลายังช่วยให้เราสามารถวัดระยะทางเชิงวิวัฒนาการในเชิงปริมาณได้ ระยะห่างระหว่าง A และ Q คือ 4 ล้านปี (A พัฒนาขึ้นเป็นเวลา 2 ล้านปีนับตั้งแต่แยกออกจากกัน และ Q ก็พัฒนาขึ้นโดยอิสระจาก A เป็นเวลา 2 ล้านปีหลังจากการแยกส่วน) ระยะห่างระหว่าง A และ D คือ 6 ล้านปี เนื่องจากแยกจากบรรพบุรุษร่วมกันเมื่อ 3 ล้านปีก่อน

ต้นไม้สายวิวัฒนาการสามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกัน – พวกมันอาจจะถูกจัดแนวไปด้านข้าง กลับหัว (ล่าสุดอยู่ด้านล่างสุด) หรือกิ่งก้านอาจโค้งงอ หรือต้นไม้อาจมีแนวรัศมี (เก่าแก่ที่สุดตรงกลาง) โดยไม่คำนึงถึงวิธีการวาดต้นไม้ รูปแบบการแตกแขนงทั้งหมดถ่ายทอดข้อมูลเดียวกัน: บรรพบุรุษวิวัฒนาการและรูปแบบของความแตกต่าง

วิดีโอนี้อธิบายวิธีตีความความเกี่ยวข้องของสายพันธุ์โดยใช้ต้นไม้ได้เป็นอย่างดี รวมถึงการอธิบายลักษณะทั่วไปบางส่วน ไม่ถูกต้อง วิธีอ่านต้นไม้:

การสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการ

สามารถใช้ข้อมูลประเภทต่างๆ มากมายเพื่อสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการ ซึ่งรวมถึงข้อมูลทางสัณฐานวิทยา เช่น ลักษณะโครงสร้าง ประเภทของอวัยวะ และการจัดเรียงโครงกระดูกเฉพาะและข้อมูลทางพันธุกรรม เช่น ลำดับดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย ยีนอาร์เอ็นเอของไรโบโซม และยีนอื่นๆ ที่น่าสนใจ

ข้อมูลประเภทนี้ใช้เพื่อระบุความคล้ายคลึงกันซึ่งหมายถึงความคล้ายคลึงกันเนื่องจากบรรพบุรุษร่วมกัน นี่เป็นเพียงแนวคิดที่ว่าคุณสืบทอดลักษณะนิสัยจากพ่อแม่ของคุณ ใช้เฉพาะในระดับสปีชีส์เท่านั้น: มนุษย์ทุกคนมีสมองขนาดใหญ่และนิ้วโป้งที่ตรงข้ามกันได้ เพราะบรรพบุรุษของเราทำให้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมดผลิตน้ำนมจากต่อมน้ำนมเพราะบรรพบุรุษของพวกมันทำ

ต้นไม้ถูกสร้างขึ้นบนหลักการของ parsimony ซึ่งเป็นแนวคิดที่ว่ารูปแบบที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือแบบที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น มีความเป็นไปได้มากกว่าที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมดจะผลิตน้ำนมเนื่องจากพวกมันทั้งหมดสืบทอดต่อมน้ำนมจากบรรพบุรุษร่วมกันที่ผลิตน้ำนมจากต่อมน้ำนม เมื่อเทียบกับสิ่งมีชีวิตหลายกลุ่มที่แต่ละกลุ่มพัฒนาต่อมน้ำนมอย่างอิสระ


ต้นไม้สายวิวัฒนาการ - ชีววิทยา

วิธีการวาดต้นไม้สายวิวัฒนาการ
(โดยใช้ความแตกต่างในลำดับโมเลกุล)

ต้นไม้สายวิวัฒนาการใช้ข้อมูลเพื่อระบุความเกี่ยวข้องของสายพันธุ์ต่างๆ หน้าเว็บนี้อธิบายวิธีสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการโดยใช้ความแตกต่างในลำดับโมเลกุล (เช่น ความแตกต่างในกรดอะมิโน หรือความแตกต่างในนิวคลีโอไทด์)

ตัวเลขในตารางด้านล่างแสดงถึงความแตกต่างของการกลายพันธุ์ในยีนหนึ่งๆ ตัวเลขที่สูงขึ้นบ่งบอกถึงความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างสองสปีชีส์ ยิ่งแยกสปีชีส์สองสปีชีส์ (หรือสปีชีส์ย่อย) ที่ยาวกว่า โอกาสที่ความแตกต่างของการกลายพันธุ์สะสมจะยิ่งเพิ่มมากขึ้น

1. ระบุสายพันธุ์ที่แตกต่างกันมากที่สุดหรือบรรพบุรุษ นี่คือสิ่งที่มีความแตกต่างจากการกลายพันธุ์มากที่สุดจากสายพันธุ์อื่น ในแผนภูมิด้านบน สปีชีส์ที่มีความแตกต่างของการกลายพันธุ์มากที่สุด (จำนวนสูงสุด) คือ สายพันธุ์ A .

2. เลือกสายพันธุ์ที่แตกต่างกันมากที่สุดหรือบรรพบุรุษถัดไปซึ่งเป็นบรรพบุรุษร่วมกับสายพันธุ์ก่อนหน้า ( สายพันธุ์ A ). เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ดูที่ สายพันธุ์ A และมองหาสายพันธุ์ที่มีความแตกต่างของการกลายพันธุ์น้อยที่สุดคือ สายพันธุ์ B กับ 27.

3. เริ่มวาดต้นไม้สายวิวัฒนาการ โดยทั่วไปจะทำโดยการวาดเส้นที่มีกิ่งก้านระบุถึงบรรพบุรุษร่วมที่เป็นไปได้ การแตก (หรือโหนด) ของแบรนช์บ่งชี้ถึงบรรพบุรุษร่วมกัน และสาขาเองบ่งชี้ถึงการเก็งกำไร ในต้นไม้สายวิวัฒนาการ ความยาวของเส้นไม่ได้บ่งบอกถึงอายุของสปีชีส์ เพียงแต่ความเกี่ยวข้องและบรรพบุรุษเท่านั้น

4. เพิ่มสิ่งมีชีวิตต่อไป . เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ดูข้อมูลของสิ่งมีชีวิตที่สอง ( สายพันธุ์ B ) และมองหาสิ่งมีชีวิตที่คล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมมากที่สุด (สำหรับยีนนั้นโดยเฉพาะ) จากตาราง สายพันธุ์ B อาจมีบรรพบุรุษร่วมกับ สายพันธุ์ C (13 ความแตกต่าง)

5. เพิ่มสิ่งมีชีวิตต่อไป มองไปที่ สายพันธุ์ C แถวและคอลัมน์ หาสิ่งมีชีวิตที่คล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมมากที่สุดคือ สปีชี่ D (3 ความแตกต่าง).

6. เพิ่มสิ่งมีชีวิตที่เหลือ มองไปที่ สปีชี่ D ตัวเลขต่ำสุดยังคงเป็น "3" จากความแตกต่างของการกลายพันธุ์ด้วย สายพันธุ์ C . สิ่งนี้อาจบ่งบอกได้ว่า สปีชี่ D มีบรรพบุรุษร่วมกับ สายพันธุ์ C แต่ไม่ใช่กับสายพันธุ์ที่เหลืออยู่ ( สายพันธุ์อี และ สปีชี่ F ). มองไปที่ สายพันธุ์อี และ สปีชี่ F ข้อมูล, สายพันธุ์อี คล้ายกับ .มาก สปีชี่ F , และ สายพันธุ์อี เหมือนกับ สายพันธุ์ C . นี่แสดงว่า สายพันธุ์อี มีบรรพบุรุษร่วมกับ สายพันธุ์ C , ไม่ สปีชี่ D . สปีชี่ F แล้วมีบรรพบุรุษร่วมกับ สายพันธุ์อี .

7. ตรวจสอบเพื่อยืนยันว่าต้นไม้สายวิวัฒนาการของคุณตรงกับข้อมูลในตาราง


Metagenomics ของจุลินทรีย์ Metatranscriptomics และ Metaproteomics

อันเดรียส วิลค์, . Folker Meyer , ในวิธีการทางเอนไซม์ , 2013

3.4.3 แผนที่ความร้อน/dendrogram

Heatmap/dendrogram ( รูปที่ 22.16 ) เป็นเครื่องมือที่ช่วยให้สามารถนำเสนอข้อมูลจำนวนมหาศาลในรูปแบบภาพที่คล้อยตามการตีความของมนุษย์ Dendrograms เป็นต้นไม้ที่บ่งบอกถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างเวกเตอร์คำอธิบายประกอบ แผนที่ความร้อน/dendrogram MG-RAST มี dendrogram สองอัน อันหนึ่งแสดงถึงความคล้ายคลึง/ความแตกต่างระหว่างตัวอย่างเมตาเจโนมิก (NS-axis dendrogram) และอีกอันที่แสดงถึงความเหมือน/ความแตกต่างระหว่างหมวดหมู่คำอธิบายประกอบ (เช่น บทบาทหน้าที่ y-แกน dendrogram) การวัดระยะทางจะถูกประเมินระหว่างโปรไฟล์ความอุดมสมบูรณ์ของตัวอย่างทุกคู่ที่เป็นไปได้ อัลกอริทึมการจัดกลุ่ม (เช่น การจัดกลุ่มตามวอร์ด) จะสร้างต้นไม้เดนโดรแกรม แต่ละตารางในแผนภาพความหนาแน่นของแผนที่ความหนาแน่นแสดงถึงระดับความอุดมสมบูรณ์ของหมวดหมู่เดียวในตัวอย่างเดียว ค่าที่ใช้สร้างแผนภาพความหนาแน่น/แผนภาพความหนาแน่นสามารถดาวน์โหลดเป็นตารางได้โดยคลิกที่ปุ่ม "ดาวน์โหลด"

รูปที่ 22.16 . ตัวอย่างแผนที่ความร้อน/เดนโดรแกรมใน MG-RAST แผนที่ความร้อน/dendrogram MG-RAST มี dendrogram สองอัน อันหนึ่งแสดงถึงความคล้ายคลึง/ความแตกต่างระหว่างตัวอย่างเมตาเจโนมิก (NS-axis dendrogram) และอีกอันเพื่อระบุความเหมือน/ความแตกต่างระหว่างหมวดหมู่คำอธิบายประกอบ (เช่น บทบาทหน้าที่ y-แกน dendrogram)


แบบจำลองแหวนแห่งชีวิต

คนอื่นได้เสนอให้ละทิ้งแบบจำลองสายวิวัฒนาการที่คล้ายต้นไม้ใด ๆ เพื่อสนับสนุนโครงสร้างวงแหวนซึ่งเรียกว่า &ldquo แหวนแห่งชีวิต &rdquo (รูปที่ (PageIndex<7>)) ซึ่งเป็นแบบจำลองสายวิวัฒนาการที่ทั้งสามโดเมนของชีวิตวิวัฒนาการมาจาก แหล่งรวมโปรคาริโอตดึกดำบรรพ์ เลค ใช้อัลกอริธึมการสร้างใหม่แบบมีเงื่อนไขอีกครั้ง เสนอแบบจำลองคล้ายวงแหวน ซึ่งสปีชีส์ของทั้งสามโดเมน&mdashArchaea แบคทีเรีย และยูคารียา&mdashvolved จากกลุ่มโปรคาริโอตที่สลับยีนเพียงกลุ่มเดียว ห้องปฏิบัติการของเขาเสนอว่าโครงสร้างนี้เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อมูลจากการวิเคราะห์ DNA อย่างละเอียดที่ทำในห้องปฏิบัติการของเขา และแบบจำลองวงแหวนเป็นเพียงรูปแบบเดียวที่พิจารณา HGT และการหลอมรวมของจีโนมอย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม นักวิวัฒนาการสายวิวัฒนาการคนอื่นๆ ยังคงสงสัยในโมเดลนี้อย่างมาก

รูป (PageIndex<7>): ตามแบบจำลองวิวัฒนาการสายวิวัฒนาการ &ldquoring of life&rdquo โดเมนทั้งสามของชีวิตวิวัฒนาการมาจากแหล่งรวมของโปรคาริโอตดึกดำบรรพ์ ไม่มีรูทที่ชัดเจนในโมเดลนี้ แหวนที่มีคำว่า &ldquopool of primitive prokaryotes&rdquo อยู่ตรงกลาง

โดยสรุป ต้องแก้ไขรูปแบบ &ldquotree of life&rdquo ที่ดาร์วินเสนอให้รวม HGT นี่หมายถึงการละทิ้งโมเดลต้นไม้โดยสิ้นเชิงหรือไม่? แม้แต่เลคยังแย้งว่าควรพยายามทุกวิถีทางเพื่อค้นหาการดัดแปลงแบบจำลองต้นไม้เพื่อให้เข้ากับข้อมูลของเขาได้อย่างแม่นยำ และการไม่สามารถทำได้เท่านั้นที่จะโน้มน้าวผู้คนให้หันไปหาแหวนของเขา

นี่ไม่ได้หมายความว่าต้นไม้ ใย หรือวงแหวนจะสัมพันธ์กันอย่างสมบูรณ์กับคำอธิบายที่ถูกต้องเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการของชีวิต ผลที่ตามมาของการคิดใหม่เกี่ยวกับแบบจำลองสายวิวัฒนาการคือแนวคิดที่ว่าแนวคิดดั้งเดิมของดาร์วินเกี่ยวกับต้นไม้สายวิวัฒนาการนั้นง่ายเกินไป แต่สมเหตุสมผลโดยอิงจากสิ่งที่เป็นที่รู้จักในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม การค้นหาโมเดลที่มีประโยชน์มากกว่ายังคงดำเนินต่อไป โดยแต่ละโมเดลทำหน้าที่เป็นสมมติฐานเพื่อทดสอบกับความเป็นไปได้ในการพัฒนาโมเดลใหม่ นี่คือความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ โมเดลเหล่านี้ใช้เป็นการแสดงภาพเพื่อช่วยสร้างความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการตามสมมุติฐาน และทำความเข้าใจกับข้อมูลจำนวนมหาศาลที่กำลังวิเคราะห์


20.3 มุมมองเกี่ยวกับต้นไม้สายวิวัฒนาการ

ในตอนท้ายของส่วนนี้ คุณจะสามารถทำสิ่งต่อไปนี้ได้:

  • อธิบายการถ่ายโอนยีนในแนวนอน
  • แสดงให้เห็นว่าโปรคาริโอตและยูคาริโอตถ่ายทอดยีนในแนวนอนได้อย่างไร
  • ระบุแบบจำลองเว็บและวงแหวนของความสัมพันธ์สายวิวัฒนาการ และอธิบายว่าพวกมันแตกต่างจากแนวคิดต้นไม้สายวิวัฒนาการดั้งเดิมอย่างไร

แนวคิดการสร้างแบบจำลองสายวิวัฒนาการมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่มีพลวัตมากที่สุดในวิชาชีววิทยาทั้งหมด ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การวิจัยใหม่ได้ท้าทายแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้เสนอรูปแบบใหม่ของความสัมพันธ์เหล่านี้

ต้นไม้สายวิวัฒนาการหลายต้นเป็นแบบอย่างของความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างสปีชีส์ ต้นไม้สายวิวัฒนาการมีต้นกำเนิดมาจากชาร์ลส์ ดาร์วิน ซึ่งร่างต้นไม้สายวิวัฒนาการต้นแรกในปี พ.ศ. 2380 (รูปที่ 20.12a) สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นต้นแบบสำหรับการศึกษาในภายหลังมานานกว่าศตวรรษ แนวคิดของต้นไม้สายวิวัฒนาการที่มีลำต้นเดี่ยวเป็นตัวแทนของบรรพบุรุษร่วมกัน โดยมีกิ่งก้านที่แสดงถึงความแตกต่างของสายพันธุ์จากบรรพบุรุษนี้ เข้ากันได้ดีกับโครงสร้างของต้นไม้ทั่วไปหลายชนิด เช่น ต้นโอ๊ก (รูปที่ 20.12b) อย่างไรก็ตาม หลักฐานจากการวิเคราะห์ลำดับดีเอ็นเอสมัยใหม่และอัลกอริธึมของคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ทำให้เกิดความสงสัยเกี่ยวกับความถูกต้องของแบบจำลองต้นไม้มาตรฐานในชุมชนวิทยาศาสตร์

ข้อจำกัดของรุ่นคลาสสิค

การคิดแบบคลาสสิกเกี่ยวกับวิวัฒนาการของโปรคาริโอต ซึ่งรวมอยู่ในแบบจำลองต้นไม้แบบคลาสสิกก็คือ สปีชีส์นั้นมีวิวัฒนาการแบบโคลน นั่นคือพวกมันผลิตลูกหลานด้วยการกลายพันธุ์แบบสุ่มเท่านั้นที่ทำให้เกิดการสืบเชื้อสายมาจากความหลากหลายของสายพันธุ์สมัยใหม่และสูญพันธุ์ที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์ มุมมองนี้ค่อนข้างซับซ้อนในยูคาริโอตที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ แต่กฎของพันธุศาสตร์เมนเดเลียนอธิบายถึงความผันแปรของลูกหลาน อีกครั้ง อันเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ภายในสายพันธุ์ นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้พิจารณาว่าแนวคิดเรื่องการถ่ายโอนยีนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่เกี่ยวข้องกันนั้นเป็นไปได้จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ การถ่ายโอนยีนแนวนอน (HGT) หรือการถ่ายโอนยีนด้านข้างคือการถ่ายโอนยีนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่เกี่ยวข้อง HGT เป็นปรากฏการณ์ที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยนักวิวัฒนาการหลายคนตั้งสมมติฐานว่ามีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ในการวิวัฒนาการ ซึ่งทำให้แบบจำลองต้นไม้ธรรมดาซับซ้อนขึ้น ยีนส่งผ่านระหว่างสปีชีส์ที่สัมพันธ์กันอย่างห่างไกลโดยใช้สายวิวัฒนาการมาตรฐาน จึงเป็นการเพิ่มชั้นของความซับซ้อนในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการ

วิธีต่างๆ ที่ HGT เกิดขึ้นในโปรคาริโอตมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจสายวิวัฒนาการ แม้ว่าในปัจจุบันบางคนไม่ได้มองว่า HGT มีความสำคัญต่อวิวัฒนาการของยูคาริโอต แต่ HGT ก็เกิดขึ้นในโดเมนนี้เช่นกัน ในท้ายที่สุด เป็นตัวอย่างของการถ่ายทอดยีนขั้นสุดท้าย นักวิทยาศาสตร์บางคนได้เสนอทฤษฎีฟิวชันจีโนมระหว่างสิ่งมีชีวิตที่มีชีวิตแบบอาศัยซิมไบโอติกหรือเอนโดซิมไบโอติก เพื่ออธิบายเหตุการณ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง นั่นคือวิวัฒนาการของเซลล์ยูคาริโอตเซลล์แรก โดยที่มนุษย์ไม่สามารถดำรงอยู่ได้

การถ่ายโอนยีนแนวนอน

การถ่ายโอนยีนแนวนอน (HGT) คือการนำสารพันธุกรรมจากสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่งโดยกลไกอื่นนอกเหนือจากการถ่ายทอดในแนวดิ่งจากพ่อแม่สู่ลูกหลาน การถ่ายโอนเหล่านี้ช่วยให้สปีชีส์ที่เกี่ยวข้องกันที่อยู่ห่างไกลสามารถแบ่งปันยีนได้ซึ่งส่งผลต่อฟีโนไทป์ของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า HGT เป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในโปรคาริโอต แต่กระบวนการนี้ถ่ายโอนเพียง 2% ของจีโนมโปรคาริโอตเท่านั้น นักวิจัยบางคนเชื่อว่าการประมาณการดังกล่าวเกิดขึ้นก่อนกำหนด: เราต้องมองถึงความสำคัญที่แท้จริงของ HGT ต่อกระบวนการวิวัฒนาการในฐานะงานที่กำลังดำเนินอยู่ ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบปรากฏการณ์นี้อย่างละเอียดมากขึ้น พวกเขาอาจเปิดเผยการถ่ายโอน HGT มากขึ้น นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่า HGT และการกลายพันธุ์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโปรคาริโอต) เป็นแหล่งสำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นวัตถุดิบในกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ การถ่ายโอนเหล่านี้อาจเกิดขึ้นระหว่างสองสายพันธุ์ที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิด (ตารางที่ 20.1)

กลไก โหมดการส่ง ตัวอย่าง
โปรคาริโอต การเปลี่ยนแปลง การดูดซึมดีเอ็นเอ โปรคาริโอตมากมาย
การถ่ายโอน แบคทีเรีย (ไวรัส) แบคทีเรีย
ผัน pilus โปรคาริโอตมากมาย
ตัวแทนการถ่ายโอนยีน อนุภาคคล้ายฟาจ แบคทีเรียที่ไม่ใช่กำมะถันสีม่วง
ยูคาริโอต จากสิ่งมีชีวิตที่เป็นอาหาร ไม่รู้จัก เพลี้ย
ยีนกระโดด transposons ต้นข้าวและลูกเดือย
epiphytes/ปรสิต ไม่รู้จัก เชื้อราต้นยู
จากการติดเชื้อไวรัส

HGT ในโปรคาริโอต

กลไก HGT เป็นเรื่องปกติธรรมดาในโดเมนของแบคทีเรียและอาร์เคีย ดังนั้นจึงเปลี่ยนวิธีที่นักวิทยาศาสตร์มองวิวัฒนาการของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญ แบบจำลองวิวัฒนาการส่วนใหญ่ เช่น ในทฤษฎี Endosymbiont เสนอว่ายูคาริโอตสืบเชื้อสายมาจากโปรคาริโอตหลายตัว ซึ่งทำให้ HGT มีความสำคัญมากขึ้นในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์สายวิวัฒนาการของสปีชีส์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วและสูญพันธุ์ทั้งหมด ทฤษฎี Endosymbiont อ้างว่าไมโทคอนเดรียของยูคาริโอตและคลอโรพลาสต์และแฟลเจลเลตของพืชสีเขียวมีต้นกำเนิดจากโปรคาริโอตอิสระที่บุกรุกเซลล์ยูคาริโอตดึกดำบรรพ์และกลายเป็นสัญลักษณ์ถาวรในไซโตพลาสซึม

นักศึกษาสาขาวิชาจุลชีววิทยาตระหนักดีว่ายีนถ่ายโอนระหว่างแบคทีเรียทั่วไป การถ่ายโอนยีนระหว่างสปีชีส์เหล่านี้เป็นกลไกหลักที่ทำให้แบคทีเรียมีภูมิต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ ตามหลักแล้ว นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ากลไกที่แตกต่างกันสามกลไกขับเคลื่อนการถ่ายโอนดังกล่าว

  1. การเปลี่ยนแปลง: แบคทีเรียจับ DNA เปล่า
  2. การถ่ายโอน: ไวรัสถ่ายโอนยีน
  3. การผันคำกริยา: ท่อกลวงหรือ pilus ถ่ายโอนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิต

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกลไกการถ่ายโอนยีนที่สี่ระหว่างโปรคาริโอต อนุภาคขนาดเล็กคล้ายไวรัสหรือสารถ่ายโอนยีน (GTAs) ถ่ายโอนส่วนจีโนมแบบสุ่มจากโปรคาริโอตหนึ่งไปยังอีกสปีชีส์หนึ่ง GTA มีความรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม บางครั้งมีความถี่สูงมากเมื่อเทียบกับกระบวนการวิวัฒนาการอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ระบุ GTA ตัวแรกในปี 1974 โดยใช้แบคทีเรียสีม่วงที่ไม่ใช่กำมะถัน GTA เหล่านี้ซึ่งน่าจะมาจาก DNA ของแบคทีเรียที่แทรกอยู่ในโปรคาริโอตที่สูญเสียความสามารถในการผลิตแบคทีเรียชนิดใหม่ จะนำชิ้นส่วน DNA แบบสุ่มจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง การศึกษาที่ควบคุมโดยใช้แบคทีเรียในทะเลได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของ GTA ในการดำเนินการที่มีความถี่สูง นักวิทยาศาสตร์ได้ประเมินเหตุการณ์การถ่ายโอนยีนในโปรคาริโอตทางทะเล ไม่ว่าจะโดย GTA หรือโดยไวรัส จะสูงถึง 10 13 ต่อปีในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนเพียงอย่างเดียว GTA และไวรัสเป็นยานพาหนะ HGT ที่มีประสิทธิภาพโดยมีผลกระทบสำคัญต่อการวิวัฒนาการของโปรคาริโอต

ผลที่ตามมาของการวิเคราะห์ดีเอ็นเอสมัยใหม่นี้ แนวคิดที่ว่ายูคาริโอตที่วิวัฒนาการโดยตรงจากอาร์เคียนั้นไม่ได้รับความนิยม ในขณะที่ยูคาริโอตมีคุณสมบัติหลายอย่างที่ไม่มีอยู่ในแบคทีเรีย เช่น กล่องทาทา (อยู่ในบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนจำนวนมาก) การค้นพบว่ายีนยูคาริโอตบางยีนมีความคล้ายคลึงกันกับดีเอ็นเอของแบคทีเรียมากกว่าดีเอ็นเออาร์เคีย ทำให้แนวคิดนี้น่าเชื่อถือน้อยลง นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังได้เสนอการหลอมรวมจีโนมจากอาร์เคียและแบคทีเรียโดยเอนโดซิมไบโอซิสเป็นเหตุการณ์สุดท้ายในวิวัฒนาการของยูคาริโอต

HGT ในยูคาริโอต

แม้ว่าจะเห็นได้ง่ายว่าโปรคาริโอตแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมโดย HGT อย่างไร นักวิทยาศาสตร์คิดว่ากระบวนการนี้ไม่มีอยู่ในยูคาริโอตในตอนแรก ท้ายที่สุด โปรคาริโอตเป็นเพียงเซลล์เดียวที่สัมผัสโดยตรงกับสิ่งแวดล้อม ในขณะที่เซลล์เพศของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มักจะถูกกักกันในส่วนที่ได้รับการป้องกันของร่างกาย จากแนวคิดนี้เองที่การถ่ายทอดยีนระหว่างยูคาริโอตหลายเซลล์น่าจะยากขึ้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ากระบวนการนี้หาได้ยากในยูคาริโอตและมีผลกระทบด้านวิวัฒนาการน้อยกว่าในโปรคาริโอต อย่างไรก็ตาม HGT ระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกันที่อยู่ห่างไกลยังปรากฏอยู่ในยูคาริโอตหลายชนิด และเป็นไปได้ที่นักวิทยาศาสตร์จะค้นพบตัวอย่างเพิ่มเติมในอนาคต

ในพืช นักวิจัยสังเกตเห็นการถ่ายโอนยีนในสปีชีส์ที่ไม่สามารถผสมเกสรข้ามได้ด้วยวิธีปกติ Transposons หรือ "ยีนกระโดด" ได้แสดงให้เห็นการถ่ายโอนระหว่างพันธุ์ข้าวและข้าวฟ่าง นอกจากนี้ เชื้อราชนิดกินบนต้นยูว์ ซึ่งยาต้านมะเร็ง TAXOL® ได้มาจากเปลือกไม้ ได้รับความสามารถในการสร้างแท็กซอลด้วยตัวเอง ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการถ่ายโอนยีน

ในสัตว์ ตัวอย่างที่น่าสนใจเป็นพิเศษของ HGT เกิดขึ้นภายในสายพันธุ์เพลี้ย (รูปที่ 20.13) เพลี้ยเป็นแมลงที่มีสีต่างกันไปตามปริมาณแคโรทีนอยด์ แคโรทีนอยด์เป็นรงควัตถุที่พืช เชื้อรา และจุลินทรีย์ต่าง ๆ ผลิตขึ้น และพวกมันทำหน้าที่หลากหลายในสัตว์ ซึ่งได้รับสารเคมีเหล่านี้จากอาหารของพวกมัน มนุษย์ต้องการแคโรทีนอยด์ในการสังเคราะห์วิตามินเอ และเราได้มาจากการกินผักผลไม้สีส้ม เช่น แครอท แอปริคอต มะม่วง และมันเทศ เพลี้ยได้รับความสามารถในการสร้างแคโรทีนอยด์ด้วยตัวเอง จากการวิเคราะห์ดีเอ็นเอ ความสามารถนี้เกิดจากการถ่ายทอดยีนของเชื้อราเข้าสู่แมลงโดย HGT สันนิษฐานว่าแมลงกินเชื้อราเป็นอาหาร เอนไซม์แคโรทีนอยด์หรือ desaturase มีหน้าที่ทำให้เกิดสีแดงในเพลี้ยบางชนิด และเมื่อการกลายพันธุ์ของยีนนี้นำไปสู่การก่อตัวของเอ็นไซม์ที่ไม่ใช้งาน เพลี้ยจะเปลี่ยนกลับเป็นสีเขียวที่พบได้บ่อยกว่า (รูปที่ 20.13)

Genome Fusion และ Eukaryote Evolution

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสุดยอดของ HGT เกิดขึ้นจากการหลอมรวมของจีโนมระหว่างโปรคาริโอตที่แตกต่างกันเมื่อสิ่งมีชีวิตที่มีชีวิตทางชีวภาพสองชนิดกลายเป็นเอนโดซิมไบโอติก สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อสปีชีส์หนึ่งถูกนำเข้าไปในไซโตพลาสซึมของสปีชีส์อื่น ซึ่งท้ายที่สุดแล้วส่งผลให้เกิดจีโนมที่ประกอบด้วยยีนจากทั้งเอนโดซิมบิออนและโฮสต์ กลไกนี้เป็นลักษณะหนึ่งของทฤษฎีเอนโดซิมบิออน ซึ่งนักชีววิทยาส่วนใหญ่ยอมรับว่าเป็นกลไกที่ทำให้เซลล์ยูคาริโอตได้รับไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ อย่างไรก็ตาม บทบาทของเอนโดซิมไบโอซิสในการพัฒนานิวเคลียสนั้นขัดแย้งกันมากกว่า นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า DNA ของนิวเคลียสและไมโตคอนเดรียมีต้นกำเนิดทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน (แยกจากกัน) โดย DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นได้มาจากจีโนมทรงกลมของแบคทีเรียที่ปกคลุมไปด้วยเซลล์โปรคาริโอตโบราณ เราสามารถถือว่า DNA ของไมโตคอนเดรียเป็นโครโมโซมที่เล็กที่สุด ที่น่าสนใจคือ DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นสืบทอดมาจากแม่เท่านั้น DNA ของไมโตคอนเดรียจะเสื่อมสภาพในตัวอสุจิเมื่อตัวอสุจิเสื่อมสภาพในไข่ที่ปฏิสนธิหรือในกรณีอื่น ๆ เมื่อไมโตคอนเดรียที่อยู่ในแฟลเจลลัมของสเปิร์มไม่สามารถเข้าไปในไข่ได้

ภายในทศวรรษที่ผ่านมา James Lake แห่งสถาบัน UCLA/NASA Astrobiology Institute เสนอว่ากระบวนการฟิวชั่นจีโนมมีหน้าที่ในการวิวัฒนาการของเซลล์ยูคาริโอตแรก (รูปที่ 20.14a) ห้องปฏิบัติการของเขาใช้การวิเคราะห์ดีเอ็นเอและอัลกอริธึมทางคณิตศาสตร์ใหม่ การสร้างสภาพใหม่ (CR) เสนอว่าเซลล์ยูคาริโอตพัฒนาจากการหลอมรวมของยีนเอนโดซิมไบโอติกระหว่างสองสปีชีส์ หนึ่งคืออาร์เคียและอีกชนิดหนึ่งเป็นแบคทีเรีย ดังที่กล่าวไว้ ยีนยูคาริโอตบางตัวคล้ายคลึงกับยีนของอาร์เคีย ในขณะที่ยีนอื่นๆ คล้ายกับยีนจากแบคทีเรีย เหตุการณ์ฟิวชั่นเอนโดซิมไบโอติก เช่น ทะเลสาบเสนอ จะอธิบายข้อสังเกตนี้อย่างชัดเจน อีกทางหนึ่ง งานนี้เป็นเรื่องใหม่และอัลกอริธึม CR ค่อนข้างไม่มีเงื่อนไข ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนต่อต้านสมมติฐานนี้

งานวิจัยล่าสุดของ Lake (รูปที่ 20.14b) เสนอว่าแบคทีเรียแกรมลบ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะภายในโดเมนของพวกมัน โดยที่พวกมันประกอบด้วยเยื่อหุ้มไขมัน bilayer สองอัน ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมเอนโดซิมไบโอติกของสายพันธุ์อาร์คีลและแบคทีเรีย เยื่อสองชั้นจะเป็นผลโดยตรงของการเกิดเอนโดซิมไบโอซิส โดยที่เอนโดซิมบิออนดึงเมมเบรนที่สองจากโฮสต์ขณะที่มันถูกทำให้อยู่ภายใน นักวิทยาศาสตร์ยังได้ใช้กลไกนี้เพื่ออธิบายเยื่อหุ้มสองชั้นในไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ บางคนไม่เชื่อในผลงานของ Lake และชุมชนวิทยาศาสตร์ชีวภาพยังคงถกเถียงถึงความคิดของเขา นอกจากสมมติฐานของทะเลสาบแล้ว ยังมีอีกหลายทฤษฎีที่แข่งขันกันเกี่ยวกับที่มาของยูคาริโอต นิวเคลียสยูคาริโอตมีวิวัฒนาการอย่างไร? ทฤษฎีหนึ่งคือเซลล์โปรคาริโอตสร้างเมมเบรนเพิ่มเติมที่ล้อมรอบโครโมโซมของแบคทีเรีย แบคทีเรียบางชนิดมี DNA ที่หุ้มด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้น อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานว่ามีนิวคลีโอลัสหรือรูพรุนของนิวเคลียส โปรตีโอแบคทีเรียอื่นๆ ก็มีโครโมโซมที่จับกับเมมเบรนเช่นกัน หากนิวเคลียสของยูคาริโอตวิวัฒนาการในลักษณะนี้ เราคาดว่าโปรคาริโอตหนึ่งในสองประเภทจะมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับยูคาริโอตมากขึ้น

สมมติฐานแรกของนิวเคลียสเสนอว่านิวเคลียสมีวิวัฒนาการในโปรคาริโอตก่อน (รูปที่ 20.15a) ตามด้วยการรวมยูคาริโอตใหม่กับแบคทีเรียที่กลายเป็นไมโตคอนเดรียในภายหลัง สมมติฐานแรกของไมโตคอนเดรียเสนอว่าไมโทคอนเดรียถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในโฮสต์โปรคาริโอต (รูปที่ 20.15b) ซึ่งต่อมาได้รับนิวเคลียสโดยการหลอมรวมหรือกลไกอื่น ๆ เพื่อให้กลายเป็นเซลล์ยูคาริโอตเซลล์แรก ที่น่าสนใจที่สุดคือ สมมติฐานที่ 1 ของยูคาริโอตเสนอว่าโปรคาริโอตวิวัฒนาการมาจากยูคาริโอตจริง ๆ โดยสูญเสียยีนและความซับซ้อน (รูปที่ 20.15c) สมมติฐานทั้งหมดนี้สามารถทดสอบได้ เวลาและการทดลองเท่านั้นที่จะกำหนดว่าข้อมูลสมมติฐานใดสนับสนุนได้ดีที่สุด

โมเดลเว็บและเครือข่าย

การตระหนักถึงความสำคัญของ HGT โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิวัฒนาการของโปรคาริโอต ทำให้บางคนเสนอให้ละทิ้งแบบจำลอง "ต้นไม้แห่งชีวิต" แบบคลาสสิก ในปี 1999 W. Ford Doolittle ได้เสนอแบบจำลองสายวิวัฒนาการที่คล้ายกับเว็บหรือเครือข่ายมากกว่าต้นไม้ สมมติฐานคือยูคาริโอตไม่ได้วิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษของโปรคาริโอตเพียงตัวเดียว แต่มาจากแหล่งรวมของหลายสายพันธุ์ที่มีการแบ่งปันยีนโดยกลไก HGT ดังรูปที่ 20.16a แสดงให้เห็น โปรคาริโอตบางตัวมีหน้าที่ในการถ่ายโอนแบคทีเรียที่ทำให้เกิดการพัฒนาของไมโทคอนเดรียไปยังยูคาริโอตใหม่ ในขณะที่สปีชีส์อื่นๆ ได้ถ่ายโอนแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดคลอโรพลาสต์ นักวิทยาศาสตร์มักเรียกแบบจำลองนี้ว่า "ใยแห่งชีวิต" ในความพยายามที่จะรักษาการเปรียบเทียบต้นไม้ บางคนได้เสนอโดยใช้ ไฟคัส ต้นไม้ (รูปที่ 20.16b) ที่มีลำต้นหลายต้นในลักษณะสายวิวัฒนาการเพื่อแสดงถึงบทบาทวิวัฒนาการที่ลดลงสำหรับ HGT

แบบจำลองแหวนแห่งชีวิต

คนอื่นๆ เสนอให้ละทิ้งแบบจำลองสายวิวัฒนาการที่เหมือนต้นไม้ใด ๆ เพื่อสนับสนุนโครงสร้างวงแหวน ซึ่งเรียกว่า "วงแหวนแห่งชีวิต" (รูปที่ 20.17) นี่เป็นแบบจำลองสายวิวัฒนาการที่ทั้งสามโดเมนของชีวิตวิวัฒนาการมาจากกลุ่มของโปรคาริโอตดึกดำบรรพ์ เลค ใช้อัลกอริธึมการสร้างใหม่แบบมีเงื่อนไขอีกครั้ง เสนอแบบจำลองคล้ายวงแหวน ซึ่งสปีชีส์ของทั้งสามโดเมน ได้แก่ อาร์เคีย แบคทีเรีย และยูคาริยา—วิวัฒนาการมาจากกลุ่มโปรคาริโอตที่สลับยีนเพียงกลุ่มเดียว ห้องปฏิบัติการของเขาเสนอว่าโครงสร้างนี้เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อมูลจากการวิเคราะห์ DNA อย่างละเอียดที่ทำในห้องปฏิบัติการของเขา และแบบจำลองวงแหวนเป็นเพียงรูปแบบเดียวที่พิจารณา HGT และการหลอมรวมของจีโนมอย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม นักวิวัฒนาการสายวิวัฒนาการคนอื่นๆ ยังคงสงสัยในโมเดลนี้อย่างมาก

โดยสรุป เราต้องปรับเปลี่ยนโมเดล "ต้นไม้แห่งชีวิต" ของดาร์วินให้รวม HGT นี่หมายถึงการละทิ้งโมเดลต้นไม้โดยสิ้นเชิงหรือไม่? แม้แต่เลคยังโต้แย้งว่านักวิทยาศาสตร์ควรพยายามแก้ไขแบบจำลองต้นไม้เพื่อให้เข้ากับข้อมูลของเขาได้อย่างแม่นยำ และการไม่สามารถทำได้เท่านั้นที่จะโน้มน้าวผู้คนให้หันไปหาแหวนของเขา

นี่ไม่ได้หมายความว่าต้นไม้ ใย หรือแหวนจะสัมพันธ์กับคำอธิบายที่ถูกต้องเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการของชีวิตอย่างสมบูรณ์ ผลที่ตามมาของการคิดใหม่เกี่ยวกับแบบจำลองสายวิวัฒนาการคือแนวคิดที่ว่าแนวคิดต้นไม้สายวิวัฒนาการดั้งเดิมของดาร์วินนั้นเรียบง่ายเกินไป แต่สมเหตุสมผลโดยอิงจากสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์รู้ในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม การค้นหาโมเดลที่มีประโยชน์มากกว่ายังคงดำเนินต่อไป โดยแต่ละโมเดลทำหน้าที่เป็นสมมติฐานเพื่อทดสอบความเป็นไปได้ในการพัฒนาโมเดลใหม่ นี่คือความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ นักวิจัยใช้แบบจำลองเหล่านี้เป็นการแสดงภาพเพื่อช่วยสร้างความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการตามสมมุติฐาน และเข้าใจข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ต้องมีการวิเคราะห์


  • Charles Darwin ร่างต้นไม้สายวิวัฒนาการต้นแรกในปี 1837
  • ลำต้นเดี่ยวบนต้นไม้สายวิวัฒนาการแสดงถึงบรรพบุรุษร่วมกัน และกิ่งก้านแสดงถึงความแตกต่างของสายพันธุ์จากบรรพบุรุษนี้
  • โปรคาริโอตถูกสันนิษฐานว่ามีวิวัฒนาการแบบโคลนในแบบจำลองต้นไม้แบบคลาสสิก
  • การถ่ายโอนยีนแนวนอนคือการถ่ายโอนยีนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน ดังนั้นจึงทำให้แบบจำลองต้นไม้อย่างง่ายซับซ้อน
  • การถ่ายโอนยีนขั้นสูงสุดได้ให้ทฤษฎีเกี่ยวกับการผสมผสานของจีโนมระหว่างสิ่งมีชีวิตที่มีชีวิตแบบพึ่งพาอาศัยกันหรือเอนโดซิมไบโอติก
  • สายวิวัฒนาการ: ของหรือเกี่ยวข้องกับการพัฒนาวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต
  • โคลนอล: เกี่ยวกับการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ
  • การถ่ายโอนยีนในแนวนอน: การถ่ายทอดสารพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งที่ไม่ใช่ลูกหลานโดยเฉพาะแบคทีเรียทั่วไป

แนวคิดของการสร้างแบบจำลองสายวิวัฒนาการมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่มีพลวัตมากที่สุดในวิชาชีววิทยาทั้งหมด ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การวิจัยใหม่ได้ท้าทายแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต รูปแบบใหม่ของความสัมพันธ์เหล่านี้ได้รับการเสนอให้พิจารณาโดยชุมชนวิทยาศาสตร์ ต้นไม้สายวิวัฒนาการจำนวนมากได้รับการแสดงเป็นแบบอย่างของความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างสปีชีส์ ต้นไม้สายวิวัฒนาการมีต้นกำเนิดมาจากชาร์ลส์ ดาร์วิน ซึ่งร่างต้นไม้สายวิวัฒนาการต้นแรกในปี พ.ศ. 2380 ซึ่งใช้เป็นแบบแผนสำหรับการศึกษาในภายหลังมานานกว่าศตวรรษ แนวคิดของต้นไม้สายวิวัฒนาการที่มีลำต้นเดียวเป็นตัวแทนของบรรพบุรุษร่วมกัน โดยมีกิ่งก้านที่แสดงถึงความแตกต่างของสายพันธุ์จากบรรพบุรุษนี้ เข้ากันได้ดีกับโครงสร้างของต้นไม้ทั่วไปหลายชนิด เช่น ต้นโอ๊ก อย่างไรก็ตาม หลักฐานจากการวิเคราะห์ลำดับดีเอ็นเอสมัยใหม่และอัลกอริธึมคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ทำให้เกิดความสงสัยเกี่ยวกับความถูกต้องของแบบจำลองต้นไม้มาตรฐานในชุมชนวิทยาศาสตร์

รูป (PageIndex<1>): ต้นไม้แห่งชีวิต: แนวคิด (a) ของ &ldquotree of life&rdquo ย้อนกลับไปที่ภาพร่างในปี 1837 โดย Charles Darwin เช่นเดียวกับ (b) ต้นโอ๊ค &ldquotree of life&rdquo มีลำต้นเดียวและหลายกิ่งก้าน

การคิดแบบคลาสสิกเกี่ยวกับวิวัฒนาการของโปรคาริโอต ซึ่งรวมอยู่ในแบบจำลองต้นไม้แบบคลาสสิกก็คือ สปีชีส์นั้นมีวิวัฒนาการแบบโคลน นั่นคือพวกมันผลิตลูกหลานด้วยการกลายพันธุ์แบบสุ่มเท่านั้นที่ทำให้เกิดการสืบเชื้อสายมาจากสายพันธุ์ที่ทันสมัยและสูญพันธุ์ที่รู้จักกันในวิทยาศาสตร์ มุมมองนี้ค่อนข้างซับซ้อนในยูคาริโอตที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ แต่กฎของพันธุศาสตร์เมนเดเลียนอธิบายถึงความผันแปรของลูกหลาน อีกครั้ง อันเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ภายในสายพันธุ์ แนวคิดเรื่องยีนที่ถูกถ่ายโอนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่เกี่ยวข้องกันนั้นไม่ถือว่าเป็นไปได้จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ การถ่ายโอนยีนแนวนอน (HGT) หรือที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนด้านข้างคือการถ่ายโอนยีนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่เกี่ยวข้อง HGT ปรากฏให้เห็นแล้วว่าเป็นปรากฏการณ์ที่เคยมีมา โดยนักวิวัฒนาการหลายคนตั้งสมมติฐานว่ามีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ในการวิวัฒนาการ ซึ่งทำให้แบบจำลองต้นไม้ธรรมดาๆ ซับซ้อนขึ้น Genes have been shown to be passed between species which are only distantly related using standard phylogeny, thus adding a layer of complexity to the understanding of phylogenetic relationships. Finally, as an example of the ultimate gene transfer, theories of genome fusion between symbiotic or endosymbiotic organisms have been proposed to explain an event of great importance: the evolution of the first eukaryotic cell, without which humans could not have come into existence.


ดูวิดีโอ: 15 013 OppenForelasning2 (อาจ 2022).