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Was ist der Unterschied zwischen diesen Begriffen: Klade, monophyletische Gruppe und Taxon?

Was ist der Unterschied zwischen diesen Begriffen: Klade, monophyletische Gruppe und Taxon?


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Wikipedia-Definitionen für diese Begriffe sind ziemlich ähnlich:

Sie klingen, als wären die Begriffe Synonyme. Warum gibt es dann separate Artikel für sie?

Stimmt es, dass jeder Mensch ein Reptilomorph und ein Eupelykosaurier ist, genau wie er/sie ein Säugetier ist?

Bonusfrage: Was ist der Unterschied zwischen einem Kladogramm und einem phylogenetischen Baum?

PS Bitte nicht nur Definitionen geben und/oder Wikipedia zitieren. Weisen Sie auf die Unterschiede, wenn überhaupt. Noch besser, geben Sie Beispiele an, die als das eine, aber nicht als das andere angesehen werden können.


Ein Taxon (Plur. taxa) ist eine beliebige (monophyletische oder nicht) Gruppe von Arten. Zum Beispiel ist die Gruppe der gelben Blüten ein Taxon. Die Gruppe der Primaten ist ein Taxon. Das Taxon der Wassertiere ist ein Taxon.

Eine Klade ist ein monophyletisches Taxon oder eine monophyletische Gruppe, wenn Sie es vorziehen. Ein monophyletisches Taxon (oder eine Klade) ist definiert als ein Taxon, das nur alle Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren und des gemeinsamen Vorfahren enthält. Auf dem folgenden Bild ist nur das Taxon 1 eine Klade.

Um einige Beispiele für Kladen zu nennen: Primaten, Eukaryoten, Rosacea, Reptilomorpha, Rodentia. (Die Links führen zu tolweb.org. Siehe unten für weitere Informationen über diese Site)

Ein Kladogramm ist eine Art reduzierter evolutionärer Baum, der nur das Verzweigungsmuster zeigt, aber die Länge der Zweige keine Informationen enthält. Auf der gegenüberliegenden Seite eines Evolutionsbaums zeigen die Längen der Zweige normalerweise die abgeleitete Zeit aus der Divergenz an.

Ich denke, der beste Baum, den Sie online finden können, ist tolweb.org. Sie finden hier die Klade von Reptilomorpha und hier die Klade von Eupelycosaurier. Wie Sie an diesen Links sehen können, bilden die Säugetiere eine Klade innerhalb des Eupelycosaurier, die selbst eine Klade innerhalb der Reptilomorpha ist. Also ja, jeder Mensch ist ein Reptiliomorpha/Eupelykosaurier/Säugetier. Sie können Spaß daran haben, diesen Evolutionsbaum durchzugehen und zu sehen, was die gemeinsamen Vorfahren zwischen Menschen und anderen Säugetieren, Menschen und Schildkröten, Menschen und Quallen, Menschen und Pflanzen usw. sind, um nur einige Beziehungen zu nennen, die Sie interessieren könnten.


Klade

EIN Klade ( / k l eɪ d / [1] [2] aus dem Altgriechischen: κλάδος , klados, "Zweig"), auch bekannt als a monophyletische Gruppe oder natürliche Gruppe, [3] ist eine Gruppe von Organismen, die monophyletisch sind – d. h. aus einem gemeinsamen Vorfahren und all seinen linearen Nachkommen bestehen – auf einem phylogenetischen Stammbaum. [4] Anstelle des englischen Begriffs, der äquivalente lateinische Begriff cladus (Plural cladi) wird häufig in der taxonomischen Literatur verwendet.

Der gemeinsame Vorfahr kann ein Individuum, eine Population oder eine Art (ausgestorben oder vorhanden) sein. Clades sind ineinander verschachtelt, da sich jeder Zweig wiederum in kleinere Zweige aufteilt. Diese Aufspaltungen spiegeln die Evolutionsgeschichte wider, als Populationen divergierten und sich unabhängig entwickelten. Kladen werden als monophyletische (griechisch: "ein Clan") Gruppen bezeichnet.

In den letzten Jahrzehnten hat der kladistische Ansatz die biologische Klassifikation revolutioniert und überraschende evolutionäre Beziehungen zwischen Organismen offenbart. [5] Taxonomen versuchen zunehmend, die Benennung von Taxa zu vermeiden, die keine Kladen sind, dh Taxa, die nicht monophyletisch sind. Einige der Beziehungen zwischen Organismen, die der molekularbiologische Zweig der Kladistik aufgedeckt hat, sind, dass Pilze mit Tieren näher verwandt sind als mit Pflanzen, Archaeen werden heute als anders angesehen als Bakterien und mehrzellige Organismen können sich aus Archaeen entwickelt haben. [6]

Der Begriff „Klade“ wird in ähnlicher Bedeutung auch in anderen Fachgebieten als der Biologie verwendet, beispielsweise in der historischen Linguistik siehe Kladistik § In anderen Disziplinen als der Biologie.


Taxonomie und Phylogenie

Die Praxis, Organismen nach ähnlichen Merkmalen zu kategorisieren, geht auf Aristoteles zurück. Das Ziel von Taxonomie heute ist es, ein formales System zur Benennung und Klassifizierung von Arten zu erstellen um ihre evolutionären Beziehungen zu veranschaulichen.

Klassifikation vs. Systematisierung

In Einstufung, fragt der Taxonom, ob die zu klassifizierende Art das definierende Merkmal einer bestimmten taxonomischen Gruppierung enthält. Der Fokus liegt auf Funktionen.

In Systematisierung, fragt der Taxonom, ob die Merkmale einer Art die Hypothese stützen, dass sie vom jüngsten gemeinsamen Vorfahren der taxonomischen Gruppe abstammt. Der Fokus liegt auf dem evolutionären Ursprung dieser Merkmale.

Linné und Klassifikation

Im 18. Jahrhundert, Carolus Linné entwarf das heute noch gebräuchliche hierarchische Klassifikationssystem: Königreich Stamm Klasse Befehl Familie Gattung Arten.

Abbildung (PageIndex<1>). (CC BY-NC-SA Wikipedia)

Taxa(Singular = Taxon) sind die wichtigsten Organismengruppen. Jeder Rang kann in weitere Taxastufen unterteilt werden. Oberklasse, Unterordnung usw.

Binomischen Nomenklatur

Binomial Nomenklatur ist das von Linnaeus entwickelte System zur Benennung von Arten. Der zweiteilige wissenschaftliche Name umfasst die Gattung und Art. Namen werden latinisiert und kursiv geschrieben, nur die Gattung ist kapatisiert: Sitta carolinensis

Das Ziel von Systematik ist die Bestimmung Phylogenie&ndash die Evolutionsgeschichte &ndash einer Art oder Gruppe verwandter Arten. Phylogenien werden durch Identifizierung von Organismenmerkmalen abgeleitet, Zeichen, die zwischen den Arten variieren. Diese Merkmale können sein: Morphologisch Chromosomal Molekulares Verhalten oder ökologisch.

Homolog Charaktere sind gemeinsame Charaktere, die aus einer gemeinsamen Abstammung resultieren. Homoplasien sind gemeinsame Charaktere, die nicht ein Ergebnis gemeinsamer Abstammung, aber unabhängiger Entwicklung ähnlicher Charaktere (sie sind nicht homolog). Kann aus konvergenter Evolution resultieren.

Konvergente Evolution

Konvergente Evolution tritt auf, wenn die natürliche Selektion, die unter ähnlichen Umweltbelastungen arbeitet, ähnliche (analog) Anpassungen in Organismen aus verschiedenen evolutionären Abstammungslinien.

Wenn wir versuchen, evolutionäre Verwandtschaftsbeziehungen zu bestimmen (eine Phylogenie abzuleiten), wollen wir nur homologe Charaktere berücksichtigen. Homoplasien können zu Fehlern führen.

Gemeinsame primitive und gemeinsame abgeleitete Eigenschaften

Wenn wir uns auf homologe Strukturen konzentrieren, müssen wir feststellen, wann dieser Charakter entstanden ist. Neuere Charaktere erzählen uns mehr! Primitive (ältere) vs. abgeleitete (neuere) Zeichen

EIN geteilt PrimitiveCharakter ist eine homologe Struktur, die älter ist als die Verzweigung einer bestimmten Klade von anderen Mitgliedern dieser Klade. Es wird von mehr als nur dem Taxon geteilt, das wir zu definieren versuchen. Beispiel: Säugetiere haben alle ein Rückgrat, aber auch andere Wirbeltiere. EIN geteilt abgeleitetCharakter ist eine neue evolutionäre Funktion, die für eine bestimmte Gruppe einzigartig ist. Beispiel – alle Säugetiere haben Haare und keine anderen Tiere haben Haare. Dies sind die Funktionen, die am nützlichsten sind, um evolutionäre Beziehungen zu bestimmen!

Charakterzustände der Vorfahren

Die Ahnen- Charakterzustand ist die Form des Charakters, der im gemeinsamen Vorfahren der Gruppe vorhanden war. Später entstandene Variationen des Charakters heißen abgeleitete Zeichenzustände.

Polarität(welche Version des Merkmals ist Vorfahren) wird bestimmt durch Verwendung von Fremdgruppenvergleich. Ein Fremdgruppe eng verwandt, aber nicht Teil der untersuchten Gruppe ist (die in einer Gruppe). Ein Ahnen- Charakter ist einer, der sowohl in der Studiengruppe als auch in der Fremdgruppe zu finden ist. Abgeleitet Charaktergruppen sind diejenigen, die in den Studiengruppen gefunden werden, aber nicht in den Fremdgruppen.

Kladen sind Gruppen, die abgeleitete Zeichen teilen und eine Untermenge innerhalb einer größeren Gruppe bilden. Eine Klade ist eine Einheit gemeinsamer evolutionärer Abstammung.

Synapomorphie

EIN Synapomorphie ist ein abgeleitetCharakter, der von allen Mitgliedern der Gruppe geteilt wird. Die Verwendung von Synapomorphien zum Definieren von Kladen führt zu einer verschachtelten Hierarchie von Kladen. Ahnencharakterzustände für ein Taxon werden genannt plesiomorph. Symplesiomorphienwerden geteilt Ahnen-Zeichen. Symplesiomorphien liefern keine nützlichen Informationen für die Bildung einer verschachtelten Reihe von Kladen.

Die verschachtelte Hierarchie der Kladen kann als a . dargestellt werden Kladogramm das basiert auf Synapomorphien.

Abbildung (PageIndex<2>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Monophyletisch

Eine gültige Klade ist monophyletisch, es besteht aus den Vorfahrenarten und alleseine Nachkommen.

Abbildung (PageIndex<3>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Paraphyletisch

EIN paraphyletisch Klade besteht aus einer angestammten Art und einigen, aber nicht alles, der Nachkommen.

Abbildung (PageIndex<4>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Polyphyletisch

EIN polyphyletischKlade umfasst viele Arten, die keinen gemeinsamen Vorfahren haben.

Abbildung (PageIndex<5>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Kladistik, auch genannt phylogenetische Systematik, ist eine taxonomische Theorie, die auf Kladogrammen basiert. Alle Taxa müssen monophyletisch sein!

Evolutionäre Taxonomie

Traditionell Evolutionär Taxonomie basiert auf der gemeinsamen Abstammung und dem Ausmaß der evolutionären Veränderung, um höhere Taxa zu rangieren.

Manchmal beinhaltet diese Art der Klassifizierung paraphyletisch Gruppierungen.

Abbildung (PageIndex<6>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Da in der Kladistik alle Gruppierungen monophyletisch sein müssen, funktioniert die paraphyletische Anordnung der Affenfamilien. Menschen, Schimpansen, Gorillas und Orang-Utans werden jetzt alle zusammen in eine monophyletische Familie aufgenommen - Hominidae.

Abbildung (PageIndex<7>). (CC BY-NC-SA N. Weizen)

Schwesterngruppen

EIN Schwestergruppe ist ein Paar von Taxa, die am engsten miteinander verwandt sind. Menschen sind mit Schimpansen am engsten verwandt, daher bilden Menschen und Schimpansen eine Schwestergruppe. Gorillas bilden eine Schwestergruppe der Klade, die Menschen und Schimpansen enthält.

Kladistik vs. evolutionäre Taxonomie

Der wichtige Unterschied zwischen diesen beiden Theorien der Taxonomie besteht darin, dass die traditionelle evolutionäre Taxonomie manchmal paraphyletische Kladen akzeptiert, während dies in der Kladistik nicht der Fall ist. Beide akzeptieren monophyletische Kladen. Beide lehnen polyphyletische Kladen ab.


Monophyletisch vs. paraphyletisch

Der Hauptunterschied zwischen Monophyletic und Paraphyletic besteht darin, dass die Monophyletisch ist eine Bedingung, monophyletisch zu sein und alle Nachkommen einer bestimmten Vorfahrenart einzubeziehen und Paraphyletisch ist ein Begriff aus der kladistischen Analyse.

In der Kladistik ist eine monophyletische Gruppe eine Gruppe von Organismen, die eine Klade bildet, die aus allen Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren besteht. Monophyletische Gruppen sind typischerweise durch gemeinsame abgeleitete Merkmale (Synapomorphien) gekennzeichnet, die Organismen in der Klade von anderen Organismen unterscheiden. Die Anordnung der Mitglieder einer monophyletischen Gruppe wird als Monophylie bezeichnet.

Monophylie wird Paraphylie und Polyphylie gegenübergestellt, wie im zweiten Diagramm gezeigt. Eine paraphyletische Gruppe besteht aus allen Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren abzüglich einer oder mehrerer monophyletischer Gruppen. Das heißt, eine paraphyletische Gruppe ist „fast“ monophyletisch, daher das Präfix „para“, was „nah“ bedeutet. Eine polyphyletische Gruppe ist durch konvergente Merkmale oder Gewohnheiten von wissenschaftlichem Interesse gekennzeichnet (z. B. nachtaktive Primaten, Obstbäume, Wasserinsekten). Die Merkmale, durch die sich eine polyphyletische Gruppe von anderen unterscheidet, werden nicht von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt.

Es hat einige Zeit gedauert, bis diese Definitionen akzeptiert wurden. Als die kladistische Denkschule in den 1960er Jahren zum Mainstream wurde, wurden mehrere alternative Definitionen verwendet. In der Tat verwendeten Taxonomen manchmal Begriffe, ohne sie zu definieren, was zu Verwirrung in der frühen Literatur führte, eine Verwirrung, die anhält.

Das erste Diagramm zeigt einen phylogenetischen Baum mit zwei monophyletischen Gruppen. Die verschiedenen Gruppen und Untergruppen sind insbesondere als Zweige des Baumes angeordnet, um geordnete lineare Beziehungen zwischen allen gezeigten Organismen anzuzeigen. Darüber hinaus kann jede Gruppe von der modernen Systematik als Taxon betrachtet werden (oder auch nicht), abhängig von der Auswahl ihrer Mitglieder in Bezug auf ihre gemeinsamen Vorfahren, siehe zweites und drittes Diagramm.

In der Taxonomie ist eine Gruppe paraphyletisch, wenn sie aus dem letzten gemeinsamen Vorfahren der Gruppe und allen Nachkommen dieses Vorfahren besteht, mit Ausnahme einiger weniger – normalerweise nur einer oder zwei – monophyletischer Untergruppen. Die Gruppe wird in Bezug auf die ausgeschlossenen Untergruppen als paraphyletisch bezeichnet. Die Anordnung der Mitglieder einer paraphyletischen Gruppe wird als Paraphylie bezeichnet. Der Begriff wird häufig in der Phylogenetik (einem Teilgebiet der Biologie) und in der Linguistik verwendet.

Der Begriff wurde geprägt, um sich auf bekannte Taxa wie Reptilia (Reptilien) zu beziehen, die, wie allgemein genannt und traditionell definiert, in Bezug auf Säugetiere und Vögel paraphyletisch sind. Reptilia enthält den letzten gemeinsamen Vorfahren von Reptilien und alle Nachkommen dieses Vorfahren – einschließlich aller existierenden Reptilien sowie der ausgestorbenen Synapsiden – mit Ausnahme von Säugetieren und Vögeln. Andere allgemein anerkannte paraphyletische Gruppen sind Fische, Affen und Eidechsen.

Fehlen in der genannten Gruppe viele Untergruppen, spricht man von polyparaphyletisch. Eine paraphyletische Gruppe kann keine Klade sein, die eine monophyletische Gruppe ist.


2.4 Phylogenetische Bäume und Klassifikation

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Moderne Taxonomen versuchen, Klassifikationsschemata zu verwenden, die mit den zugrunde liegenden evolutionären Beziehungen zwischen den Arten übereinstimmen. Wie unten gezeigt, stellen phylogenetische Analysen eine Möglichkeit dar, bestehende linnaische Klassifikationen zu testen (von denen einige vor der weit verbreiteten Akzeptanz der Tatsache der Evolution entstanden sind) und zu bestimmen, welche Klassifikationen mit der Evolutionsgeschichte vereinbar sind und welche modifiziert werden müssen.

Monophylie, Paraphylie und Polyphylie

Monophyletische Gruppen (Kladen)

Ein wichtiges Ziel der modernen Systematik ist es, wissenschaftliche Namen nur auf monophyletische Artengruppen (aus dem Griechischen monos = eins oder einzeln, und phylon = Art oder Stamm). Eine monophyletische Artengruppe hat einen einzigen gemeinsamen Vorfahren und umfasst auch alle der Nachkommen dieses gemeinsamen Vorfahren. In einem phylogenetischen Baum umfasst eine monophyletische Gruppe einen Knoten und alle Nachkommen dieses Knotens, die sowohl durch Knoten als auch durch terminale Taxa repräsentiert werden. Somit ist eine monophyletische Gruppe auch eine Klade (siehe Abschnitt 2.1).

Ein phylogenetischer Baum, der das Konzept der monophyletischen Gruppen oder Kladen veranschaulicht. Beachten Sie, dass monophyletische Gruppen oder Kladen sich nicht gegenseitig ausschließen, sondern ineinander verschachtelt sind. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Wie in Abschnitt 2.1 besprochen, bilden monophyletische Gruppen (Kladen) verschachtelte Mengen auf einem Baum. Somit kann jedes gegebene Taxon vielen monophyletischen Gruppen angehören, einige umfassender und andere exklusiver, abhängig vom Vorfahrenknoten, der jede Gruppe definiert. Während jeder Knoten in einem phylogenetischen Baum als Ankerpunkt für die Definition einer monophyletischen Gruppe verwendet werden kann, versuchen Systematiker nicht unbedingt, jede mögliche Gruppe zu benennen. Vielmehr versuchen Systematiker im Allgemeinen, Gruppen durch kritische Merkmale (Synapomorphien) zu definieren, die sie vereinen. Zum Beispiel ist die Klasse Mammalia eine monophyletische Gruppe von Tieren, die die Eigenschaften von Haaren und Brustdrüsen teilen.

Der phylogenetische Baum unten zeigt die Verwandtschaft von sieben Wirbeltierarten, von denen einer der ausgestorbene Dinosaurier ist Tyrannosaurus rex. Beachten Sie, wie jedes andersfarbige Polygon eine monophyletische Gruppe (Klade) darstellt: einen gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachkommen. Jede verschachtelte monophyletische Gruppe repräsentiert eine andere Klassifikationsstufe. Zum Beispiel das Krokodil, T-Rex, und der Vogel werden alle der monophyletischen Archosauria-Klade zugeordnet. Eine Untergruppe der Archosauria ist wiederum die Dinosauria, eine Untergruppe der Dinosauria sind Aves, die Vögel. Mit anderen Worten, Vögel sind Nachkommen einer bestimmten Dinosauriergruppe – was bedeutet, dass die Dinosauriergruppe überhaupt nicht ausgestorben ist!

Verschachtelte monophyletische Wirbeltierkladen, die zeigen, wie jede Klade einem Taxon auf einem anderen taxonomischen Rang entspricht. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Jede der im obigen Kladogramm genannten Kladen wird durch eine oder mehrere Synapomorphien definiert. Tetrapoda zum Beispiel umfassen Wirbeltiere mit vier Beinen. Alle innerhalb der Tetrapoda verschachtelten Kladen enthalten Organismen mit vier Beinen. Vier Beine ist somit die plesiomorphe Bedingung innerhalb die Klade Tetrapoda, aber eine Synapomorphie relativ zu die inklusivere Klade Vertebrata, zu der Tiere mit Rückgrat gehören. Beachten Sie, wie die Phylogenie mit der Klassifizierung übereinstimmt. Der Vogel ist ein Dinosaurier, aber er ist auch ein Archosaurier, ein Reptil, ein Amnion, ein Tetrapod und ein Wirbeltier. Ebenso sind Sie ein Säugetier, aber auch ein Amnion, ein Tetrapod und ein Wirbeltier.

Paraphyletische Gruppen

Monophyletische Gruppen können zwei anderen Arten von Gruppen gegenübergestellt werden: paraphyletische Gruppen und polyphyletische Gruppen. Eine paraphyletische Gruppe umfasst einen einzelnen Vorfahren und einige ihrer Nachkommen ähnelt einer monophyletischen Gruppe, einige Nachkommen sind jedoch ausgeschlossen.

Beispiele für zwei paraphyletische Gruppen, eine dargestellt durch das blaue Polygon, die andere durch das gelbe Polygon. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Im Bild direkt darüber umschließen die blauen und gelben Polygone jeweils eine paraphyletische Gruppierung. Beim blauen Polygon sind Taxon A, Taxon B, Node 1 und Node 2 in der Gruppe enthalten, Taxon C jedoch ausgeschlossen. Die Gruppe ist paraphyletisch, weil sie nicht enthält alle der Nachkommen des gemeinsamen Vorfahren, der durch Knoten 2 repräsentiert wird (d. h. Taxon C fehlt in der Gruppierung). Können Sie erklären, warum das gelbe Polygon auch eine paraphyletische Gruppe darstellt?

Im traditionellen linnischen Klassifikationssystem stellen Reptilien eine paraphyletische Gruppierung dar. Um zu verstehen, warum, werfen Sie einen Blick auf das folgende Inhaltsverzeichnis aus Zittels (1902) Lehrbuch der Paläontologie. Beachten Sie, dass Fische (Fisch), Amphibien, Reptilien und Aves jeweils dem Linné-Rang der "Klasse" zugeordnet sind (z. B. Klasse Reptilia).

Inhaltsverzeichnis aus Zittels (1902) Lehrbuch der Paläontologie.

Sehen Sie sich nun die Gruppe an, die im Stammbaum als Mitglieder der Klasse Reptilia identifiziert wurde (gelbes Polygon). Was ist falsch? Sie können sehen, dass die Reptilien in diesem Zusammenhang paraphyletisch sind, da sie die Vögel nicht einschließen (Klasse Aves).

Phylogenetischer Baum, der zeigt, dass der Ausschluss von Vögeln von den Reptilien die Reptilia-Klade paraphyletisch macht. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Wenn wir stattdessen akzeptieren, dass Vögel (Aves) eine Untergruppe von Reptilien sind, dann haben wir keine Probleme.

Phylogenetischer Baum, der zeigt, dass Reptilia eine monophyletische Klade ist, wenn Vögel in der Gruppierung enthalten sind. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Auch heute noch erkennen Ornithologen (Wissenschaftler, die Vögel studieren) Vögel der Klasse Aves an. Da Aves jedoch innerhalb der Reptilia verschachtelt ist, ist es logischerweise unmöglich, Reptilia weiterhin als eigene Klasse anzuerkennen: So wie ein Bundesstaat keinen anderen Bundesstaat enthalten kann (z eine andere Klasse enthalten, da beide den gleichen Rang haben. Stattdessen könnte Reptilia höher als Klasse eingestuft werden (z. B. Oberklasse oder Unterstamm) oder insgesamt einen neuen Namen erhalten. Um Verwechslungen zu vermeiden, erkennen einige Biologen Reptilien jetzt unter dem Namen Sauropsida.

Polyphyletische Gruppen

Eine polyphyletische Gruppe (aus dem Griechischen polys = viele, und phylon = Art oder Stamm) ist eine Gruppe, die nicht durch einen einzigen gemeinsamen Vorfahren definiert wird.

In diesem phylogenetischen Baum repräsentieren die Taxa A, B, E und H zusammen eine polyphyletische Gruppe. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Stellen Sie sich eine Gattung mit vier zugeordneten Arten vor, Taxon A, Taxon B, Taxon E und Taxon H. Angenommen, eine phylogenetische Analyse dieser vier Taxa zusammen mit vier weiteren Taxa enthüllte die oben dargestellte Verwandtschaftshypothese. Ein solcher Baum würde diese Gattung polyphyletisch machen, da der gemeinsame Vorfahre der vier Arten (Knoten 7) nicht Teil der Gruppe ist. Darüber hinaus ist klar zu erkennen, dass die polyphyletische Gruppierung weit über den Baum verteilt ist. Selbst wenn der gemeinsame Vorfahre in der Definition enthalten wäre, müssten die Taxa C, D, F und G einbezogen werden, um die Gruppe monophyletisch zu machen.

Fortgesetzte Verwendung von paraphyletischen und polyphyletischen Gruppennamen

In der Vergangenheit haben Systematiker möglicherweise paraphyletische oder polyphyletische Gruppen aufgrund der allgemeinen Ähnlichkeit der Merkmale einer Gruppe von Organismen und/oder des Mangels an Verständnis ihrer Beziehungen benannt. Mit dem Aufkommen neuer Methoden in der Systematik, insbesondere Methoden, die DNA-Sequenzen verwenden, um die Verwandtschaft zwischen Taxa zu bestimmen, wurden viele zuvor paraphyletische oder polyphyletische Gruppen reorganisiert oder aufgelöst, so dass wissenschaftliche Klassifikationen dem Prinzip der Monophylie folgen. Gibt es außerhalb eines historischen Kontexts einen Grund, weiterhin paraphyletische oder polyphyletische Gruppen anzuerkennen oder zu verwenden?

Während Systematiker solche Gruppen in formalen Klassifikationsschemata möglicherweise nicht mehr anerkennen möchten, können paraphyletische oder sogar polyphyletische Gruppen immer noch nützliche Studieneinheiten in einem strukturellen (anatomischen, morphologischen und/oder entwicklungsbezogenen), lebensgeschichtlichen und/oder ökologischen Kontext sein. Zum Beispiel wird die Vielfalt der lebenden Landpflanzen in Einführungskursen in Biologie oder Botanik in der Regel in vier Hauptgruppen unterteilt: Moosen (nicht vaskuläre Pflanzen), Farne und Farn-Verbündete (auch kernlose Gefäßpflanzen, freisporige Gefäßpflanzen oder Pteridophyten genannt), Gymnospermen ( Nacktsamenpflanzen) und Angiospermen (Blütenpflanzen). Zwei dieser Gruppen, die Moose und Farne und Farn-Verbündete, sind paraphyletisch. (Lebende Gymnospermen werden traditionell auch als paraphyletisch angesehen, obwohl Ergebnisse aus molekularsystematischen Studien in jüngerer Zeit nahelegen, dass lebende Gymnospermen eine monophyletische Gruppe bilden.) Dennoch sind diese vier Kategorien bequeme Einheiten, um allgemeine strukturelle und lebensgeschichtliche Merkmale und Trends im Leben zu vergleichen und gegenüberzustellen Land Pflanzen.

Die vier Hauptgruppen von Landpflanzen, die typischerweise verwendet werden, um Pflanzenvielfalt auf der Einführungsebene zu lehren. Die Bilder zeigen Beispiele von Pflanzen aus jeder Hauptgruppe. Bryophyten: Moos (oben) und Lebermoose (unten). Farne & Farn Verbündete: Ein Farn (oben) und Lycophyten (unten). Gymnospermen: Eine Kiefer (oben) und eine Palmfarne (unten). Angiospermen: Eine Passionsblume (oben) und eine Tulpenpappelblüte (unten). Bildnachweis: Alle Bilder von E. J. Hermsen. Das Bild von E. J. Hermsen ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.

Auch polyphyletische Gruppierungen von Taxa werden manchmal noch erkannt und genutzt. Zum Beispiel sind die Algen eine polyphyletische Ansammlung eukaryontischer Organismen, die Chloroplasten und typischerweise die Fähigkeit zur Photosynthese besitzen. (Manchmal werden auch die prokaryotischen Cyanobakterien oder „Blaugrünalgen“ zu den Algen gezählt.) Wir wissen heute, dass mehrere nicht verwandte Algengruppen ihre Chloroplasten erhielten, als ihre unterschiedlichen Vorfahren in einem evolutionären Prozess unabhängig voneinander einzellige, photosynthetische Organismen verschlang mit Endosymbiose. Die drei unten abgebildeten Algenarten stammen aus nicht verwandten Gruppen, die ihre Chloroplasten unabhängig voneinander gewonnen haben. Algen werden im Bereich der Phykologie (aus dem Griechischen phykos = Algen).

Beispiele für Algen aus drei nicht verwandten Gruppen, von denen jede ihre Chloroplasten von einem bestimmten Vorfahren geerbt hat. Links: Eine Grünalge. Diese Alge hat ihren Chloroplasten von einem Vorfahren geerbt, der ein Cyanobakterium verschlungen hat. Mitte: Ein Seetang. Diese Alge hat ihren Chloroplasten von einem Vorfahren geerbt, der eine einzellige Rotalge verschlungen hat. Rechts: Ein Euglenoid. Diese Alge hat ihren Chloroplasten von einem Vorfahren geerbt, der eine einzellige Grünalge verschlungen hat. Bildnachweis: Links: Gabriele Kothe-Heinrich (Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 License Link). Mitte: J. R. Hendricks. Rechts: Deuterostome (Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 License Link). Das Bild von E. J. Hermsen ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Fossilien, Kronengruppen und Stammgruppen

Die meisten phylogenetischen Analysen, die von Biologen durchgeführt werden, enthalten ausschließlich moderne (existierende) Arten als terminale Taxa. Das Hinzufügen fossiler Taxa zu diesen Analysen kann unterschiedliche Auswirkungen haben. In einigen Fällen nisten die fossilen Taxa tatsächlich unter den existierenden Taxa, einige fossile Taxa sind einer lebenden Art näher verwandt als die lebende Art mit ihrem nächsten noch vorhandenen Verwandten. (Zum Beispiel sind alle Dinosaurier näher mit modernen Vögeln verwandt als Vögel mit ihren nächsten lebenden Verwandten, den Krokodilen!) In anderen Fällen befindet sich das fossile Taxon in einer Position basal zu allen seinen lebenden Verwandten. Systematiker verwenden manchmal die Begriffe "Kronengruppe" und "Stammgruppe", um diese Arten von Beziehungen zwischen ausgestorbenen und erhaltenen Taxa zu unterscheiden.

Kronengruppen und Stammgruppen sind auf dem Baum unten abgebildet. In der phylogenetischen Terminologie ist eine Kronengruppe eine Klade, die durch vorhandene Arten definiert wird. Es besteht aus dem jüngsten gemeinsamen Vorfahren aller bestehenden Mitglieder einer Klade sowie allen Nachkommen dieses gemeinsamen Vorfahren, unabhängig davon, ob sie noch leben oder ausgestorben sind. Es ist also möglich, dass fossile Arten Mitglieder einer Kronengruppe sind.

Andererseits besteht eine Stammgruppe aus einer paraphyletischen Gruppierung ausgestorbener Arten, die basal zu einer bestimmten Kronengruppe (mit anderen Worten auf ihrem "Stamm") positioniert sind. Eine Stammgruppe ist mit ihrer entsprechenden Kronengruppe näher verwandt als mit der noch vorhandenen Schwestergruppe der Kronengruppe. Da Stammgruppen immer paraphyletisch sind, sollten sie nicht als "Kladen" bezeichnet werden, ein Begriff, der im Allgemeinen auf monophyletische Gruppen beschränkt ist.

Beispiel für einen hypothetischen phylogenetischen Baum mit Kronengruppen-Kladen (grün) und Stammgruppen (gelb). Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Betrachten wir ein echtes Beispiel für eine Stammgruppe - eine, die "in der Nähe von Zuhause" ist. Der phylogenetische Baum unten zeigt die phylogenetischen Beziehungen von drei Arten von Menschenaffen: einem Gorilla (Gorilla), ein Schimpanse (Pfanne), und ein Homo sapiens (in diesem Fall die große Paläontologin des 19. Jahrhunderts Mary Anning). Alle drei dieser Menschenaffenarten sind noch vorhanden und gehören zur Kronengruppe Hominidae, den Menschenaffen.

Phylogenetischer Baum, der die Beziehungen zwischen einem Gorilla, einem Schimpansen und einem Menschen darstellt (Mary Anning Bild gemeinfrei [link]). Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Genetische Daten stützen sehr stark die Hypothese, dass wir mit Schimpansen näher verwandt sind als mit allen anderen Leben Tier. Bedeutet das, dass wir uns aus Schimpansen entwickelt haben? Gar nicht! Anstatt uns direkt aus Schimpansen zu entwickeln, teilen wir stattdessen eine gemeinsame Vorfahrenart mit Schimpansen, die wahrscheinlich vor etwa 7 Millionen Jahren lebten (sie wird durch den Knoten dargestellt, der den Schimpansen und Mary Anning im obigen phylogenetischen Baum verbindet). Unser unmittelbarer evolutionärer Vorfahre war eine menschliche Spezies (d. h. eine andere Spezies von Homo), die mittlerweile ausgestorben ist. Wenn diese ausgestorbene Menschenart heute noch am Leben wäre, würden wir sie als unseren nächsten lebenden Verwandten erkennen, nicht als den Schimpansen. Ein solcher Fall wäre einfach zu machen, da die ausgestorbene menschliche Spezies fast identisch mit unserer eigenen Spezies wäre.

Wie sich herausstellt, kennen wir viele alte Menschen (Gattung Homo) und menschenähnliche Spezies, die vor langer Zeit lebten, die alle viel mehr mit der Moderne gemein haben Homo sapiens als bei Schimpansen. Diese Arten – wie die berühmten Australopithecus afarensis ("Lucy"), Homo erectus, und Homo neanderthalensis-- werden als Hominine bezeichnet, eine Gruppe, zu der auch wir gehören. Wir sind die einzigen lebenden Homininen, alle anderen Mitglieder dieser Gruppe sind ausgestorben und können daher als Stammgruppen-Homininen betrachtet werden, da sie näher mit uns verwandt sind als mit unseren nächsten Leben Verwandter, der Schimpanse.

Phylogenetischer Baum, der die Beziehungen zwischen Gorillas, Schimpansen, Menschen und menschenähnlichen Verwandten (Stammgruppen-Homininen) darstellt. Das Bild von Jonathan R. Hendricks ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.


Phylogenie, Taxonomie und Nomenklatur - eine Einführung

Eine Phylogenie oder ein phylogenetischer Baum ist eine Hypothese (die „beste Schätzung eines Wissenschaftlers“) der evolutionären Beziehungen zwischen Arten. Wir bezeichnen die Phylogenie aller Arten als den Baum des Lebens. Phylogenetische Bäume zeigen die hypothetischen Beziehungen zwischen den Arten als ein verzweigtes Muster von Vorfahren und Nachkommen. In diesen Bäumen, Abstammungen (Zweige) entstehen aus Knoten (wo sich Zweige treffen), die die Vorfahren der derzeit lebenden Organismen darstellen (Abbildung 1). Abstammungslinien, die aus demselben Knoten oder Vorfahren hervorgehen, sind enger miteinander verwandt als mit anderen Abstammungslinien in der Phylogenie. Das Ende eines Zweiges, sei es eine Familie (wie im Stammbaum der Amphibien) oder eine Art oder ein bestimmtes Individuum, wird als a . bezeichnet Spitze oder ein Blatt (siehe Abb. 1). Zweigabschnitte, die nicht direkt zu einer Spitze führen, sind "innere Zweige", die in der Phylogenie gleichzeitig Nachkommen und Vorfahren darstellen, dh von Ahnenknoten abstammen und zu Nachkommenknoten führen.

II. Warum ist es wichtig, die Phylogenie zu verstehen?

Phylogenien zeigen uns die evolutionären Beziehungen zwischen den Arten und erlauben uns zu untersuchen, wie sich bestimmte Merkmale (z. B. Farbe, Gift, Körpergröße) entwickeln. Wissenschaftler untersuchen, wie sich Merkmale entlang der Zweige einer Phylogenie ändern, um zu verstehen, wie Tiere sich im Laufe der Zeit diversifizieren und an ihre Umgebung anpassen. Phylogenien liefern auch wichtige Informationen für den Naturschutz. Indem wir die evolutionären Beziehungen zwischen den Arten verstehen, können wir versuchen, vorherzusagen, welche Abstammungslinien am anfälligsten für vom Menschen verursachte Umweltzerstörung wie Klimawandel oder Umweltverschmutzung sind. Einige Naturschutzbiologen versuchen auch, sich auf die Erhaltung der größten evolutionären Vielfalt zu konzentrieren und sicherzustellen, dass wir Arten schützen, die viele verschiedene Zweige des Baumes des Lebens repräsentieren, anstatt viele eng verwandte Arten zu schützen.

III. Wie entstehen Phylogenien?

Phylogenien können basierend auf allen Informationen über Organismen geschätzt werden. Wir konnten Unterschiede und Ähnlichkeiten in Größe (z. B. große gegen kleine Tiere) oder Farbe (z. B. grüne gegen schwarze Tiere) vergleichen, und tatsächlich wurden Tiere ursprünglich nach Aspekten ihrer körperlichen Erscheinung oder ihres Verhaltens gruppiert. Reptilien und Amphibien wurden zum Beispiel historisch als eine einzige Gruppe angesehen, weil sie alle als "kriechende Tiere" angesehen wurden (Herpeton ist griechisch für ein kriechendes Tier). Wir halten diese Art der Organisation von Reptilien und Amphibien heute für ungenau, da genauere Analysen der Anatomie und Genetik ergeben haben, dass Reptilien näher mit Säugetieren als mit Amphibien verwandt sind.

Heute schätzen Wissenschaftler die Verwandtschaft (Phylogenie) zwischen Organismen hauptsächlich anhand von Unterschieden in den DNA-Sequenzen lebender Tiere und in der Anatomie ihrer fossilen Vorfahren ab. Ein Beispiel dafür, wie Wissenschaftler DNA-Sequenzen vergleichen, finden Sie in Abbildung 2, die ein Alignment der mitochondrialen DNA von fünf Rana Spezies. Eine einfache Möglichkeit, die Verwandtschaft zu beurteilen, besteht darin, die Anzahl der Unterschiede in DNA-Sequenzen zu zählen, z. B. ein C gegenüber einem T an einer bestimmten Stelle (Spalte) zwischen Arten. Sehen Sie sich die vollständigen DNA-Sequenzen auf GenBank mit den folgenden Links an: Rana palustris KX269207.1, Rana pipiens KY677811.1, Rana Clamitans KY677765.1, Rana catesbeiana KY677760.1, Rana sylvatica KY677767.1.

Die in einem Baum angezeigten Beziehungen sind die "beste Schätzung" der Wissenschaftler, wie diese Abstammungslinien basierend auf den in der Analyse verwendeten Daten zusammenhängen. As new information comes to light with new studies, such as through new methods, and as new species are discovered, these analyses may give different results. This leads to changes in estimates of relationships among studies depending on which types of data and analyses are used. Thus, it is best to consider the phylogeny as representing our current understanding and that it could change with new discoveries.

For more information on how to read and use phylogenies, see Understanding Evolution.

NS. Key Phylogenetic Terms

Monophyly: When a group of lineages in the Tree of Life includes an ancestor and all of its descendants. This group is called monophyletic (meaning “one branch”) or a clade. Clades can be grouped within each other in a hierarchy. For example, in Figure 3, salamanders and frogs are both monophyletic groups, which are contained along with caecilians in the clade “Amphibians” (ancestral node = 3) amphibians, along with the reptile, mammal, and fish clades, are contained within the clade known as “Vertebrates” (ancestral node = 1). Note that other clades are present in this tree.

Paraphyly (non-monophyly): If a group of organisms includes an ancestor and only some of its descendants, that group is called paraphyletic or non-monophyletic. Scientists care about distinguishing paraphyletic and monophyletic groups because monophyletic groups provide information about how evolution has occurred (which lineages emerge from which nodes) whereas paraphyly does not. Herpetology, the study of amphibians and non-bird reptiles - together known as "herpetofauna" or "herps" - is the study of a paraphyletic group because the group excludes mammals and birds, the latter of which are in fact reptiles. A group containing herps, birds, and mammals would be monophyletic, and this collection of animals would have a common ancestor at node 2 (Figure 3). This clade is known as the "Tetrapods." Understanding that reptiles are a monophyletic group containing birds helped us find out that feathers evolved from scales, which were present in other reptiles but are absent in amphibians.

Polytomy: When an ancestral branch has just two descendants, we call that splitting pattern a dichotomy. If the ancestral branch has more than two descendants, it is a polytomy (meaning cut into many parts). A polytomy means that the relationships among these descendants are uncertain. In Figure 4, frogs, salamanders, and caecilians are shown as a polytomy, meaning that we don’t know which two are most closely related (share a common ancestor). Uncertainties in phylogenetic trees can exist because we have not yet been able to collect enough data to clearly disentangle or determine the relationships among those lineages.

V. Taxonomy

The way we classify lineages and clades within the Tree of Life into named groups is called a taxonomy. Today, biologists generally agree that we should group organisms based on how they are related to each other through evolution. This means that the taxonomy we use should reflect shared ancestry (that is, phylogeny), ideally by organizing individuals and species into monophyletic groups.

Taxonomy is organized as a hierarchy. AmphibiaWeb predominantly uses four nested taxonomic levels that describe clades on the Tree of Life: Auftrag, Familie, Gattung, und Spezies (Abbildung 5). When appropriate (see Taxonomy considerations), we also use Untergattung oder Unterfamilie names that provide additional evolutionary information regarding subsets of lineages within certain clades.

A good example is the Northern Leopard frog, whose scientific name is Rana pipiens. The Northern Leopard frog’s Gattung Name ist Rana und sein Spezies name (or, "specific epithet") is pipiens. This species falls into the broader family-level clade of Ranidae, known as the true frogs, which is within the order Anura (Figure 5). Die Gattung Rana is very large (>100 species), so we sometimes also use subgenus groupings to help classify relationships among these species. The subgenus name of the Northern Leopard frog is Pantherana, which literally means "leopard frog" Pantherana also includes other closely related species like the Pickerel frog (Rana palustris) and a recently-discovered species, the Atlantic Coast Leopard frog (Rana kauffeldi). Another well-known member of the family Ranidae is the American Bullfrog (Rana catesbeiana), which falls into a different subgenus called Aquarana, which means "water frog". Green frogs (Rana clamitans) are also in the subgenus Aquarana. A member of the genus Rana that currently has not been assigned a subgenus is the Wood frog (Rana sylvatica).

VI. Nomenklatur

Nomenclature refers to the rules for how we curate names for lineages and clades. Nomenclature does not necessarily reflect evolutionary relationships or biology, but is simply a set of rules for maintaining stable taxonomy. AmphibiaWeb promotes long-term stability in nomenclature and taxonomy because it helps easily organize information about species. This means that we prefer to keep names of lineages or taxonomic clades constant over time, even as we gather new information about them. AmphibiaWeb chooses to accept or reject proposed taxonomic changes for specific lineages depending on whether the proposed changes both provide useful information for classifying organisms and promote the taxonomic stability of the group. A common misconception is that the newest taxonomy is the best taxonomy. Scientists are technically free to adopt or reject newly published taxonomic changes. AmphibiaWeb adheres to a number of criteria to help our community work with the most biologically-informed and useful taxonomy and nomenclature. You can see AmphibiaWeb’s various taxonomy and nomenclature criteria here and the International Code of Zoological Nomenclature, which provides rules on how to name species, here. For an example of a decision tree for changing nomenclature, see Figure 6 adapted from Hillis (2019).

VII. Why do phylogenies change over time?

We get more data (we add information about lineages): Perhaps the most common change in phylogenies happens when we get new data about lineages that change our understanding of their relationships. For example, phylogenies used to be based mostly on anatomy but they are now often based on combined assessments of DNA and anatomy, which have helped resolve previously unknown relationships within the Tree of Life.

Species get added (we find new lineages!): New amphibians are being discovered all the time! In fact, 2–3 new amphibians are added to the amphibian tree of life every week. As new species are discovered, we place them into the Tree of Life. Sometimes including these species changes how we previously understood relationships among lineages and may require reorganizing taxonomy.

Species get split (we find out one lineage is actually two or more different lineages!): Sometimes one amphibian species is actually two or more different species that occupy different areas or habitats in the original species’ range. When this “cryptic diversity” is revealed, taxonomists often split that species into multiple species.

Species get lumped (we find out two or more lineages are the same): Sometimes two or more amphibian species are just one amphibian species, which might live in different places, look different, or simply have different names even though we didn’t know much about them. When it is discovered that multiple species are actually just different looking versions of the same species, these lineages can be lumped into one lineage. When multiple species are lumped into one, the species names are synonymized (in the same way that two or more words mean the same, two or more species names mean the same) and only the older species name prevails.

VIII. Practice Questions

It takes a bit of practice to correctly read a phylogeny, a skill we call “tree-thinking”. Here are a few exercises to hone your skills.

1. Richtig oder falsch: Phylogeny A shows that humans and frogs are more closely related than phylogeny B.

2. Tetrapoda is the name of the clade of vertebrate animals with four limbs. Although the common ancestor of Tetrapoda (represented by the labeled node below) had four limbs, limbs have been evolutionarily lost several times in lineages that descended from this ancestor. Two limbless lineages are represented in our phylogeny: snakes and caecilians. Based on the relationships among the lineages within Tetrapoda, how many times did limblessness evolve in this phylogeny?

3. For each labeled group (1, 2, and 3) on the phylogeny below, note whether the number indicates a monophyletic group, a paraphyletic group, or a polytomy. Hint: there is at least one of each!

Ready for Answers?

IX. Practice Answers

1. False! These trees actually depict the same phylogeny. Imagine rotating the branch leading to the ancestor of mammals and reptiles in each phylogeny. Rotating branches around their connecting node changes how the phylogeny looks but does not alter any relationships among lineages in that tree. Evolutionary distance between two lineages is measured by tracing from one tip to the common ancestor of both tips (node) and back up to the other tip. Follow the red lines to trace the ancestry between frogs and humans in both trees to see that the evolutionary distance is the same.

2. The two lineages in this phylogeny that have lost their limbs (snakes and caecilians) are found in different clades of the tree. Thus, there are two origins of limblessness in each of these phylogenies. Here we depict these two events with red squares on the branches leading to these two clades, indicating that limblessness evolved in an ancestor lineage of each of these clades.

Note that the phylogeny below is exactly the same as the one above, and thus depicts the two origins of limblessness. The only difference between the phylogeny above and below is that we have rotated one branch to change the right-to-left order of the tips, as was done in Question 1.

3. In this phylogeny, number 1 indicates a paraphyletisch group (humans, dogs, and fish) because it includes an ancestor but not all of its descendants (amphibians, reptiles, and birds). Number 2 indicates a monophyletisch group, or a clade, because it includes an ancestor and all of its descendants. Number 3 indicates a Polytomie. Even though the relationships among lineages that descended from node number 3 are unclear, node 3 also indicates a clade, or a monophyletic group.


What is the difference between these terms: clade, monophyletic group and taxon? - Biologie

A clade (also known as a monophyletic group) is a group of organisms that includes a single ancestor and all of its descendents. Clades represent unbroken lines of evolutionary descent. It's easy to identify a clade using a phylogenetic tree. Just imagine clipping any single branch off the tree. All the lineages on that branch form a clade. If you have to make more than one cut to separate a group of organisms from the rest of the tree, that group does not form a clade. Such non-clade groups are called either polyphyletic or paraphyletic groups depending on which taxa they include.

Test your understanding of clades with the tree shown here. Is the group highlighted in blue a clade? Is the group highlighted in yellow a clade? Click the button to see the answer.

Notice that clades are nested within one another. Smaller clades are encompassed by larger ones. For example, the human species forms a clade. It is a single branch within the larger clade of the hominin lineage, which is a single branch within the larger clade of the primate lineage, which is a single branch within the larger clade of the mammalian lineage, and so on, back to the most encompassing clade of all: the entire tree of life.

Similarly, trees C and D are consistent with one another however, in tree C extinct groups are included, and these groups are pruned in tree D.


What is the Difference Between Monophyletic and Polyphyletic?

In biological taxonomy — also called scientific classification or biological classification — monophyly means a group exclusively includes a species and all its ancestors, while polyphyly means a group may contain a "grab bag" of different families. These are called monophyletic and polyphyletic groups respectively. An example of a polyphyletic group would be "worms" or "warm-blooded animals," while a monophyletic group would be "mammals" or "crustaceans."

The history of biological taxonomy has been one of trying to eliminate polyphyletic groups in favor of monophyletic ones. Since the 1970s, this has been made much easier by genetic methods — also called phylogenetic analysis or "molecular studies" — which study similar lengths of DNA to find how animals are related to one another. Many groups which look superficially similar may be found to be entirely unrelated in practice. For instance, Pygopodidae, a family of legless lizards, appear similar to snakes but are distinguished from them by eyelids that blink (which snakes lack), external ear holes, flat, unforked tongues, and vestigal limbs. To the amateur, telling the difference can be somewhat difficult, but to a professional biologist it can be clear.

One of the most standard examples of a polyphyletic group are warm-blooded animals, which include both birds and mammals. Both species have a common ancestor that lived during the Paleozoic, a very long time ago. Birds, although warm-blooded, evolved from cold-blooded ancestors, the dinosaurs, which are hardly monophyletic with mammals. Thus birds and mammals are from entirely different groups, but both fall in the general category of warm-blooded animals.

Specific biological taxonomy is the goal of taxonomists, but often at odds with common wisdom or lack of rigor. For instance, when asked "Are there sea insects?" some might answer, "Well, sure, lobsters are kind of like insects." Although to a casual observer, this answer might seem sufficient, it's enough to cause a career taxonomist to practically spit out her coffee.

Insects are members of class Insecta, while lobsters are a member of subphylum Crustacea, an entirely different group. Although both are arthropods, and are probably related, the groups are quite different, with one being primarily terrestrial and the other aquatic. Casually referring to them as a monophyletic group is the sort of habit that taxonomists are fighting against by being more specific about relationships between animals, which helps us understand them better.

Michael is a longtime InfoBloom contributor who specializes in topics relating to paleontology, physics, biology, astronomy, chemistry, and futurism. In addition to being an avid blogger, Michael is particularly passionate about stem cell research, regenerative medicine, and life extension therapies. He has also worked for the Methuselah Foundation, the Singularity Institute for Artificial Intelligence, and the Lifeboat Foundation.

Michael is a longtime InfoBloom contributor who specializes in topics relating to paleontology, physics, biology, astronomy, chemistry, and futurism. In addition to being an avid blogger, Michael is particularly passionate about stem cell research, regenerative medicine, and life extension therapies. He has also worked for the Methuselah Foundation, the Singularity Institute for Artificial Intelligence, and the Lifeboat Foundation.


What is the difference between ancestral and derived characters?

Ein geteiltes Charakter is one that two lineages have in common, and a derived character is one that evolved in the lineage leading up to a clade and that sets members of that clade apart from other individuals. Geteilt derived characters can be used to group organisms into clades.

Subsequently, question is, what is an example of an ancestral trait? In unserer Beispiel, a fuzzy tail, big ears, and whiskers are derived traits, while a skinny tail, small ears, and lack of whiskers are ancestral traits. An important point is that a derived trait may appear through either loss or gain of a feature.

Similarly, what are ancestral and shared derived characteristics?

Ein Ahnencharakter ist geteilt with the species ancestral to more than one group: it can lead to different groups being classified together. EIN shared derived character ist geteilt bis zum ancestral species and a single group: it is the only reliable guide to inferring phylogeny.

Are homologous traits ancestral or derived traits?

Homologous traits sind diejenigen Züge that are shared by two or more different species that share a common ancestor. Diese Züge are similar in structure or genetics, but may have very different functions and appearances.


What is the difference between these terms: clade, monophyletic group and taxon? - Biologie

The concept of descent with modification led to phylogeny.

Phylogenie
The study of how living and extinct organisms are related to one another

  • The goal of phylogenetic systematics, or evolutionary classification, is to group species into larger categories that reflect lines of evolutionary descent, rather than overall similarities and differences.

Phylogenetic systematics places organisms into higher taxa whose members are more closely related to one another than they are to members of any other group. The larger a taxon is, the farther back in time all of its members shared a common ancestor. This is true all the way up to the largest taxa.

Classifying organisms according to these rules places them into groups called clades.

Klade
A group of species that includes a single common ancestor and all descendants of that ancestor living and extinct.

How are clades different from Linnaean taxa? A clade must be a monophyletic group.

Monophyletic Group
A group that includes a single common ancestor and all of its descendants.

Some groups of organisms defined before the advent of evolutionary classification are monophyletic. Some, however, are paraphyletic, meaning that the group includes a common ancestor but excludes one or more groups of descendants. These groups are invalid under evolutionary classification.

What is the goal of phylogenetische Systematik?

Was ist ein monophyletische Gruppe?

What would it mean that a group was paraphyletisch?

Cladograms
What is a cladogram?

  • A cladogram links groups of organisms by showing how evolutionary lines, or lineages, branched off from common ancestors.

To understand how cladograms are constructed, think back to the process of speciation. A speciation event, in which one ancestral species splits into two new ones, is the basis of each branch point, or Knoten, in a cladogram. That node represents the last point at which the two new lineages shared a common ancestor. As shown in part 1 of the images on the right, a node splits a lineage into two separate lines of evolutionary ancestry.

In contrast to Linnaean taxonomy, cladistic analysis focuses on certain kinds of characters, called derived characters, when assigning organisms into clades.

Derived Character
A trait that arose in the most recent common ancestor of a particular lineage and was passed along to its descendants.

Whether or not a character is derived depends on the level at which you re grouping organisms. Here s what we mean. The image below shows several traits that are shared by coyotes and lions, both members of the clade Carnivora. Four limbs is a derived character for the entire clade Tetrapoda because the common ancestor of all tetrapods had four limbs, and this trait was passed to its descendants. Hair is a derived character for the clade Mammalia. But for mammals, four limbs is not a derived character if it were, only mammals would have that trait. Nor is four limbs or hair a derived character for clade Carnivora. Specialized shearing teeth, however, is. What about retractable claws? This trait is found in lions but not in coyotes. Thus, retractable claws is a derived character for the clade Felidae also known as cats.

Notice above that four limbs is a derived character for clade Tetrapoda. But what about snakes? Snakes are definitely reptiles, which are tetrapods. But snakes certainly don t have four limbs! The ancestors of snakes, however, did have four limbs. Somewhere in the lineage leading to modern snakes, that trait was lost. Because distantly related groups of organisms can sometimes lose the same character, systematists are cautious about using the absence of a trait as a character in their analyses. After all, whales don t have four limbs either, but snakes are certainly more closely related to other reptiles than they are to whales.

Interpreting Cladograms

We can now put this information together to read a cladogram. The figure below shows a simplified phylogeny of the cat family.

The lowest node represents the last common ancestor of all four-limbed animals members of the clade Tetrapoda. The forks in this cladogram show the order in which various groups branched off from the tetrapod lineage over the course of evolution. The positions of various characters in the cladogram reflect the order in which those characteristics arose in this lineage. In the lineage leading to cats, for example, specialized shearing teeth evolved before retractable claws. Furthermore, each derived character listed along the main trunk of the cladogram defines a clade. Hair, for example, is a defining character for the clade Mammalia. Retractable claws is a derived character shared only by the clade Felidae. Derived characters that occur lower on the cladogram than the branch point for a clade are not derived for that particular clade. Hair, for example, is not a derived character for the clade Carnivora.

Was ist ein Knoten in a cladogram?

What are derived characters?

Is hair a derived character for the clade Tetrapoda? Erkläre deine Antwort.

Are four limbs a derived character for the clade Tetrapoda? Erklären.

Is the ability to nurse their young with milk from mammary glands a derived character for the clade Hominidae, of which human beings a part? Rechtfertige deine Antwort.

The examples of cladistic analysis we ve discussed so far are based largely on physical characteristics like skeletons and teeth. But the goal of modern systematics is to understand the evolutionary relationships of all life on Earth from bacteria to plants, snails, and apes. How can we devise hypotheses about the common ancestors of organisms that appear to have no physical similarities?

Genes as Derived Characters

  • In general, the more derived genetic characters two species share, the more recently they shared a common ancestor and the more closely they are related in evolutionary terms.

The use of DNA characters in cladistic analysis has helped to make evolutionary trees more accurate. Consider, for example, the three birds on the right. The African vulture in the top photograph looks a lot like the American vulture in the middle photograph. Both were traditionally classified in the falcon clade. But American vultures have a peculiar behavior: When they get overheated, they urinate on their legs, relying on evaporation to cool them down. Storks share this behavior, while African vultures do not. Could the behavior be a clue to the real relationships between these birds?

18. What is a physical similarity between dogs and humans?

19. What is a physical similarity between a fish and a dog?

22. American vultures share many similarities with African vultures. How was it determined American vultures were more closely related to storks?


Phylogeny Review Worksheet Question and Answer Assessment

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Assessment Details:-

  • Topic : Phylogenic Tree
  • Pages/Words : 6Pages/1500 Words
  • Deadline : As Per Required

AP Biology – Phylogeny Review Worksheet

  1. Identify at least five characters possessed by birds:
  2. Identify two characters possessed by reptiles/birds (the group comprised of turtles, lizards, snakes + crocodiles + dinosaurs + birds including their common ancestors):
  3. Identify four characters possessed by mammals:
  4. EIN Klade is a group of species each of which includes an ancestral species and all of its This is also known as a monophyletische Gruppe.

True or False: On their own, turtles, lizards, snakes, crocodiles, and dinosaurs form a clade. True or False: On their own, crocodiles, dinosaurs, and birds form a clade.

  1. According to the cladogram, which character evolved first: the amniote egg or hair?
  2. According to the cladogram, which character evolved first: keratinized skin or bipedalism?
  3. On the cladogram, circle the node that represents the most recent common ancestor of crocodiles, dinosaurs and birds.

  1. What animal does not have jaws?
  2. Which animals have lungs?
  3. Which of the following groups do NOT form a clade?
    • Pigeon, Mouse, and Chimp
    • Lizard, Pigeon, and Mouse
    • Salamander, Lizard, Pigeon, Mouse, and Chimp
    • Hagfish, Perch, Salamander, Lizard, Pigeon, Mouse, and Chimp
  1. On the cladogram, circle the node that represents the most recent common ancestor of the pigeon, mouse and chimp.

More Practice With Trees

1. Which node represents the most recent common ancestor of terminal taxa B and C?

2. Which node represents the most recent common ancestor of terminal taxa A and B?

3. Which terminal taxon is B more closely related to, A or C? Explain how you know.

4. Of the cladograms shown below, which one shows a different evolutionary history from the others? (Think “node rotation” or “swap”)

5. Three taxonomic groups are circled on the cladogram Indicated what type of group they represent using the following terms: monophyletic, polyphyletic, and paraphyletic.

6. A simple cladogram of vertebrate relationships is shown below. A circle has been drawn around all of the parts of the cladogram that traditionally would be known as “fish”. What type of group is “fish”? (monophyletic, polyphyletic, or paraphyletic)

7. What is the smallest monophyletic group on the cladogram that includes everything that we might refer to as a fish?

The cladogram of vertebrata is shown below with shared derived characters indicated.

8. Of what monophyletic group is “choanae” a shared derived character?

9. What shared derived character is indicated for Tetrapoda?

10. Name any character on the cladogram that is a shared ancestral character for

11. According to the principle of maximum parsimony, we should first investigate the simplest explanation that is consistent with the Among phylogenies, the most parsimonious tree is one that requires the fewest evolutionary changes. Which of the following trees is most parsimonious?

12. If you were to build a phylogenetic tree of cats, which of the following would be the best outgroup? Erklären

13. You are a specialist in taxonomy about to perform a phylogenetic analysis on a group of imaginary beetles. Assume that you have prior knowledge that taxon A is more distantly related to the others than any of the others are to one another. This means that taxon A would be a good choice for an outgroup.

A. Score the following Give all characters a state of “0” for ancestral (same as the outgroup) and “1” for derived (different from outgroup).

Character EIN B C D
Large jaws present
Small antennae present
Spots present
Green strips present

B. Draw a cladogram showing the relationship of these Make sure it is the simplest tree, invoking the fewest possible character state changes.

14. Using the cladogram below, the relative lengths of the frog and mouse branches in the phylogenetic tree indicate that

  • Frogs evolved before mice
  • Mice evolved before frogs.
  • The genes of frogs and mice have only coincidental homoplasies.
  • The homolog has evolved more slowly in mice.

15. The amino acid sequence of cytochrome C was determined for five different species of The table below shows the number of differences in the sequences between each pair of species.

A. Using the data in the table, schaffen a phylogenetic tree on the template provided to reflect the evolutionary relationships of the organisms. Provide reasoning for the placement on the tree of the species that is least related to the others.

B. Identifizieren whether morphological data or amino acid sequence data are more likely to accurately represent the true evolutionary relationships among the species, and Begründung liefern for your answer.



Bemerkungen:

  1. Pinochos

    Ich denke, das ist die hervorragende Idee.

  2. Baltsaros

    Meiner Meinung nach liegst du falsch. Ich biete an, darüber zu diskutieren. Schreiben Sie mir in PM, wir werden reden.



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