種系發生學

研究生物之间的亲缘关系和演化规律的学科

系統發生學(英語:phylogenetics)又稱種系發生學譜系發生學親緣關係學,簡稱譜系學發生學,是研究及推理生物個體或群體(例如物種族群)間演化史及關係的科學方法,屬於系統分類學[註 1]的一部分。

種系發生學
科學分支領域
上級分類系統分類學、​演化生物學 編輯
研究對象種系發生、​演化 編輯
特性系統發生命名法 編輯
從業者phylogeneticist 編輯
Stack Exchange標籤https://stackoverflow.com/tags/phylogeny 編輯

系統發生學的推理方法,通常在性狀演變的特定模型下,評估可觀察到的遺傳性狀(例如DNA序列或生物形態)來「假定」這些生物間的關係。這種分析推理方法的結果,就是系統發生(phylogeny)[註 2],也稱為系統發生樹(phylogenetic tree)——可顯示一群生物演化史的關係圖解假說[3]。系統發生樹的尖端可以是生物體或化石,且代表演化譜系中的現今生物或「末端」生物。

利用系統發生學來分析種系的基本原則是:兩個演化支具有「相同的性狀狀態」是它們對於「共有祖先同一狀態」的保留;而現存生物的性狀就是演化史的紀錄,可作為重建演化史的依據。由系統發生分析的原則,建構了支序分類學的基本邏輯;而系統發生分析已成為理解生物多樣性、演化、生態學和基因組的核心。

系統發生學這個概念不單止用於生物種系的發生與發展,還會用在系統分類學各個層面的分類單元上面。它也會被用到某一性狀在種系發生過程中的演化這一方面。

研究方法

種系發生學的研究通過以下的手段實現:

通過這些資料,人們就可以為生物建立一棵系統發生樹(演化樹),其中描述了各個物種之間可能有的親緣關係。

種系發生學研究的最大困難是,種系發生學的進化過程是不能被直接通過觀察和實驗被證實的。所以各個方面的證據都要被綜合起來分析。由於對這些證據的側重不同,會經常造成有多個不同的演化樹版本,例如原口類動物的幾個究竟是歸到蛻皮動物(來自遺傳學方面的證據)還是觸手動物(形態學方面的證據)。

性狀的演變

性狀(特徵)分為同源同功兩種。

  • 同源,例如同源器官或是同源的行為方式,會顯示出相同的軀體基本構造,因為環境的不同而進化成不同的外形或功能。同源器官的外形和功能可以相差很大。一個很好的例子就是脊椎動物的前肢。它們可以成為足,翅膀(翼龍蝙蝠),鰭(企鵝魚龍),手(人類和一些恐龍),挖掘工具(田鼠裸鼴鼠袋鼴)。但其骨骼構造卻是相似的。這些相似性只能用種系發生學的理論去解釋。

同源特徵證實了物種間的親緣關係,是重構進化樹的有力手段。同源現象在生物學中可以進一步分為直系同源(直系同源是指在不同物種中的某一基因來自同一祖先)和旁系同源(種系間的基因複製) 。

  • 同功,例如同功器官外形的相似,功能的相同,但它們卻是通過趨同演化獨立發展出來開的。如墨魚眼睛脊椎動物的眼睛,它們外形構造相似,功能都是感光。但透過顯微鏡可看到,它們的微細結構不一樣。對個體發生的研究顯示,它們是從不同胚層發育而來的。同功現象並是親緣關係的證據。

備註

  1. ^ 生物分類學是生物的識別、命名和分類,它通常由系統分類學提供豐富的資訊,但兩「分類學」在方法論和邏輯上,仍然是不同的學科[1]
  2. ^ 系統發生」或「系統發生學」的語源是古希臘語 φυλογένεση ;詞頭 φυλο 的現代希臘語是 fílo ——「種系、宗族」之義;詞尾 γεννήση 的現代希臘語是 jénnissi ——「起源,血統」之義[2]

參考文獻

  1. ^ Edwards AWF英語A. W. F. Edwards; Cavalli-Sforza LL英語Luigi Luca Cavalli-Sforza. Reconstruction of evolutionary trees. Heywood, Vernon Hilton; McNeill, J. (編). Phenetic and Phylogenetic Classification. 1964: 67–76. OCLC 733025912. Phylogenetics is the branch of life science concerned with the analysis of molecular sequencing data to study evolutionary relationships among groups of organisms. 
  2. ^ Liddell, Henry George英語Henry George Liddell; Scott, Robert英語Robert Scott (philologist); Jones, Henry Stuart英語Henry Stuart-Jones. A Greek-English lexicon 9. Oxford: Clarendon Press. 1968: 1961. 
  3. ^ phylogeny. Biology online. [2013-02-15]. (原始內容存檔於2013-03-31). 

延伸閱讀

外部連結