PHÁT SINH LOÀI: GIẢI THÍCH, CÁC LOẠI CÂY, ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2026

Phát sinh loài , trong sinh học tiến hóa, là sự trình bày lịch sử tiến hóa của một nhóm sinh vật hoặc một loài, nhấn mạnh dòng dõi và mối quan hệ họ hàng giữa các nhóm.

Ngày nay, các nhà sinh vật học đã sử dụng dữ liệu chủ yếu lấy từ hình thái so sánh và giải phẫu, cũng như từ trình tự gen để tái tạo lại hàng nghìn hàng nghìn cây.

Nguồn: Wilson JEM Costa, qua Wikimedia Commons

Những cây này tìm cách mô tả lịch sử tiến hóa của các loài động vật, thực vật, vi sinh vật và các sinh vật hữu cơ khác sinh sống trên trái đất.

Sự tương tự với cây sự sống có từ thời Charles Darwin. Nhà tự nhiên học xuất sắc người Anh này đã ghi lại trong kiệt tác "Nguồn gốc của các loài" một hình ảnh duy nhất: một "cái cây" đại diện cho sự phân chia các dòng họ, bắt đầu từ một tổ tiên chung.

Phát sinh loài là gì?

Dưới ánh sáng của khoa học sinh học, một trong những sự kiện tuyệt vời nhất đã diễn ra là sự tiến hóa. Cho biết sự thay đổi của các dạng hữu cơ theo thời gian có thể được thể hiện trong cây phát sinh loài. Do đó, phát sinh loài thể hiện lịch sử của các dòng họ và sự thay đổi của chúng theo thời gian.

Một trong những hàm ý trực tiếp của biểu đồ này là tổ tiên chung. Có nghĩa là, tất cả các sinh vật mà chúng ta thấy ngày nay đã xuất hiện dưới dạng con cháu với những sửa đổi của các hình thức trong quá khứ. Ý tưởng này là một trong những ý tưởng quan trọng nhất trong lịch sử khoa học.

Tất cả các dạng sống mà chúng ta có thể đánh giá ngày nay - từ vi khuẩn cực nhỏ, đến thực vật và động vật có xương sống lớn nhất - đều có mối liên hệ với nhau và mối quan hệ đó được thể hiện trong cây sự sống rộng lớn và phức tạp.

Tương tự như cái cây, các loài sống ngày nay sẽ đại diện cho lá và phần còn lại của các nhánh sẽ là lịch sử tiến hóa của chúng.

Cây phát sinh loài là gì?

Mô hình phát sinh loài đơn giản của Metazoa được hiển thị. Đối với một số nhóm, biểu diễn giản đồ được liên kết với một số loại mắt mà họ có thể có: Cốc, Máy ảnh có lỗ đi vào ánh sáng, Máy ảnh có thấu kính, Tổng hợp theo bố cục và Bố cục theo chồng chất. Laura bibiana, từ Wikimedia Commons

Cây phát sinh loài là một hình ảnh đại diện cho lịch sử tiến hóa của một nhóm sinh vật. Mô hình mối quan hệ lịch sử này là hệ thống phát sinh loài mà các nhà nghiên cứu đang cố gắng ước tính.

Cây bao gồm các nút kết nối các "nhánh". Các nút đầu cuối của mỗi nhánh là đơn vị phân loại cuối cùng và đại diện cho các chuỗi hoặc sinh vật mà dữ liệu được biết đến - đây có thể là các loài còn sống hoặc đã tuyệt chủng.

Các nút bên trong đại diện cho tổ tiên giả định, trong khi tổ tiên được tìm thấy ở gốc cây đại diện cho tổ tiên của tất cả các trình tự được biểu thị trong biểu đồ.

Cây phát sinh loài được diễn giải như thế nào?

Có nhiều cách để biểu thị một cây phát sinh loài. Vì lý do này, điều quan trọng là phải biết cách nhận biết liệu những khác biệt quan sát được giữa hai cây là do các cấu trúc liên kết khác nhau - nghĩa là, sự khác biệt thực sự tương ứng với hai cách viết - hay chỉ đơn giản là sự khác biệt liên quan đến kiểu biểu diễn.

Ví dụ: thứ tự mà các nhãn xuất hiện ở trên cùng có thể khác nhau, mà không làm thay đổi ý nghĩa của biểu diễn đồ họa, nói chung là tên của loài, chi, họ, trong số các danh mục khác.

Điều này xảy ra vì cây giống như một cây di động, nơi các cành có thể xoay mà không làm thay đổi mối quan hệ của các loài đại diện.

Theo nghĩa này, không quan trọng thứ tự được thay đổi bao nhiêu lần hoặc các đối tượng đang "treo" được xoay, vì nó không thay đổi cách chúng được kết nối - và đó là điều quan trọng.

Các phylogenies được tái tạo như thế nào?

Phylogenies là giả thuyết được xây dựng dựa trên bằng chứng gián tiếp. Làm sáng tỏ sự phát sinh loài tương tự như công việc của một điều tra viên giải quyết một tội phạm bằng cách lần theo các manh mối từ hiện trường vụ án.

Các nhà sinh vật học thường công nhận loài thực vật của họ bằng cách sử dụng kiến ​​thức từ nhiều ngành khác nhau, chẳng hạn như cổ sinh vật học, giải phẫu so sánh, phôi sinh học so sánh và sinh học phân tử.

Hồ sơ hóa thạch, mặc dù không đầy đủ, cung cấp thông tin rất có giá trị về thời gian phân kỳ của các nhóm loài.

Với thời gian trôi qua, sinh học phân tử đã vượt qua tất cả các lĩnh vực nói trên, và hầu hết các phylogenies được suy ra từ dữ liệu phân tử.

Mục tiêu xây dựng lại cây phát sinh loài có một số hạn chế lớn. Có khoảng 1,8 triệu loài được đặt tên và nhiều loài khác chưa được mô tả.

Và, mặc dù một số lượng đáng kể các nhà khoa học nỗ lực hàng ngày để tái tạo lại mối quan hệ giữa các loài, nhưng vẫn không có cây hoàn chỉnh.

Nhân vật đồng loại

Khi các nhà sinh vật học muốn mô tả sự tương đồng giữa hai cấu trúc hoặc quá trình, họ có thể làm như vậy về tổ tiên chung (tương đồng), tương tự (chức năng) hoặc tương đồng (tương đồng về hình thái).

Để tái tạo hệ phát sinh loài, các ký tự tương đồng độc quyền được sử dụng. Homology là một khái niệm then chốt trong quá trình tiến hóa và tái tạo các mối quan hệ giữa các loài, vì chỉ nó mới phản ánh đầy đủ tổ tiên chung của các sinh vật.

Giả sử chúng ta muốn suy ra sự phát sinh loài của ba nhóm: chim, dơi và người. Để đạt được mục tiêu của mình, chúng tôi quyết định sử dụng chi trên như một đặc điểm giúp chúng tôi phân biệt mô hình các mối quan hệ.

Vì chim và dơi có cấu trúc sửa đổi để bay, chúng ta có thể kết luận sai rằng dơi và chim có quan hệ họ hàng với nhau hơn là dơi với người. Tại sao chúng ta lại đưa ra kết luận sai lầm? Bởi vì chúng tôi đã sử dụng một ký tự tương tự và không tương đồng.

Để tìm ra mối quan hệ chính xác, tôi phải tìm kiếm đặc điểm tương đồng, chẳng hạn như sự hiện diện của tóc, tuyến vú và ba xương nhỏ ở tai giữa - chỉ để nêu tên một số. Tuy nhiên, các phép tương đồng không dễ chẩn đoán.

Các loại cây

Không phải tất cả các cây đều giống nhau, có những cách biểu diễn đồ họa khác nhau và mỗi cây đều có thể kết hợp một số đặc điểm đặc biệt của quá trình tiến hóa của nhóm.

Những cây cơ bản nhất là cây ghép. Các biểu đồ này hiển thị các mối quan hệ về tổ tiên chung (theo tổ tiên chung gần đây nhất).

Cây bổ sung chứa thông tin bổ sung và được thể hiện bằng chiều dài của các nhánh.

Các con số liên quan đến mỗi nhánh tương ứng với một số thuộc tính trong chuỗi - chẳng hạn như số lượng thay đổi tiến hóa mà các sinh vật đã trải qua. Ngoài "cây phụ tử", chúng còn được gọi là cây hệ mét hoặc cây ngũ gia bì.

Cây siêu đối xứng, còn được gọi là dendogram, là một trường hợp cụ thể của cây phụ gia, trong đó các ngọn cây cách đều từ gốc đến cây.

Hai biến thể cuối cùng này có tất cả dữ liệu mà chúng ta có thể tìm thấy trong một biểu đồ và thông tin bổ sung. Do đó, chúng không độc quyền, nếu không muốn nói là bổ sung cho nhau.

Politomias

Nhiều khi các nút của cây không được giải quyết triệt để. Trực quan, người ta nói rằng có một sự đa bội, khi có hơn ba nhánh xuất hiện từ một nhánh mới (có một tổ tiên duy nhất cho hơn hai con cháu trực tiếp). Khi một cây không có đa tử, nó được cho là đã phân giải hoàn toàn.

Có hai loại đa tử. Đầu tiên là các polytomies "cứng". Những điều này là nội tại của nhóm nghiên cứu và chỉ ra rằng các hậu duệ tiến hóa cùng lúc. Ngoài ra, các polytomies "mềm" biểu thị các mối quan hệ chưa được giải quyết do dữ liệu gây ra.

Phân loại tiến hóa

Dòng dõi đơn ngành

Các nhà sinh học tiến hóa cố gắng tìm ra cách phân loại phù hợp với mô hình phân nhánh của lịch sử phát sinh loài của các nhóm. Trong quá trình này, một loạt thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong sinh học tiến hóa đã được phát triển: monophyletic, paraphyletic và polyphyletic.

Đơn vị phân loại đơn ngành hoặc dòng dõi là loài bao gồm một loài tổ tiên, được đại diện trong nút và tất cả các con cháu của nó, chứ không phải các loài khác. Nhóm này được gọi là một nhóm.

Các dòng đơn ngành được xác định ở mỗi cấp của hệ thống phân loại. Ví dụ, họ Felidae, một dòng có mèo (bao gồm cả mèo nhà), được coi là đơn ngành.

Tương tự, Animalia cũng là một đơn vị phân loại đơn ngành. Như chúng ta thấy, họ Felidae nằm trong Animalia, vì vậy các nhóm đơn ngành có thể được lồng vào nhau.

Dòng dõi cận vệ và đa chủng

Tuy nhiên, không phải tất cả các nhà sinh học đều chia sẻ tư duy phân loại theo lớp. Trong trường hợp dữ liệu không đầy đủ hoặc đơn giản là để thuận tiện, một số đơn vị phân loại nhất định được đặt tên bao gồm các loài từ các chi khác nhau hoặc các đơn vị phân loại cao hơn không có chung tổ tiên gần đây hơn.

Theo cách này, đơn vị phân loại là đa ngành, nó được định nghĩa là một nhóm bao gồm các sinh vật từ các nhóm khác nhau và những sinh vật này không có chung tổ tiên. Ví dụ, nếu chúng ta muốn chỉ định một nhóm sinh nhiệt, nó sẽ bao gồm các loài chim và động vật có vú.

Ngược lại, một nhóm paraphyletic không chứa tất cả con cháu của tổ tiên chung gần đây nhất. Nói cách khác, nó loại trừ một số thành viên của nhóm. Ví dụ được sử dụng nhiều nhất là loài bò sát, nhóm này không chứa tất cả các hậu duệ của tổ tiên chung gần đây nhất: chim.

Các ứng dụng

Ngoài việc đóng góp vào nhiệm vụ khó khăn là làm sáng tỏ cây sự sống, cây huyết dụ còn có một số ứng dụng khá quan trọng.

Trong lĩnh vực y tế, phylogenies được sử dụng để truy tìm nguồn gốc và tỷ lệ lây truyền của các bệnh truyền nhiễm, chẳng hạn như AIDS, sốt xuất huyết và cúm.

Chúng cũng được sử dụng trong lĩnh vực sinh học bảo tồn. Kiến thức về phát sinh loài của một loài có nguy cơ tuyệt chủng là điều cần thiết để theo dõi các kiểu lai tạo và mức độ lai và giao phối cận huyết giữa các cá thể.

Người giới thiệu

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). Thử thách tư duy trên cây. Khoa học, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Lời mời đến sinh học. Macmillan.
3. Hall, BK (Ed.). (2012). Homology: Cơ sở phân cấp của sinh học so sánh. Báo chí Học thuật.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Nguyên lý tổng hợp của động vật học. McGraw - Hill.
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). Tổng hợp phát sinh loài và phân loại thành cây đời sống toàn diện. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 112 (41), 12764-9.
6. Kardong, KV (2006). Động vật có xương sống: so sánh giải phẫu, chức năng, sự tiến hóa. McGraw-Hill.
7. Trang, RD, & Holmes, EC (2009). Tiến hóa phân tử: một cách tiếp cận phát sinh loài. John Wiley và các con trai.