กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 24 นาที

วิวัฒนาการทางสายพันธุ์

ในทาง ชีววิทยา ฟิโลเจเนติกส์ ( / ˌ f aɪ l oʊ dʒ ə ˈ n ɛ t ɪ k s , - l ə -/ ) [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] คือการศึกษา ประวัติ วิวัฒนาการ ของสิ่งมีชีวิต โดยใช้ลักษณะที่สังเกตได้ของสิ่งมีชีวิต...

วิวัฒนาการทางสายพันธุ์

กลุ่มปลาขนาดเล็กกลุ่มหนึ่ง แสดงให้เห็นว่าพิษมีการวิวัฒนาการหลายครั้ง[ 1 ]

ในทางชีววิทยาฟิโลเจเนติกส์ ( / ˌ f l ə ˈ n ɛ t ɪ k s , - l ə -/ ) [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]คือการศึกษา ประวัติ วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตโดยใช้ลักษณะที่สังเกตได้ของสิ่งมีชีวิต (หรือยีน) ซึ่งเรียกว่าการอนุมานฟิโลเจเนติกส์เป็นการอนุมานความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตโดยอาศัยข้อมูลเชิงประจักษ์และลักษณะทางพันธุกรรม ที่สังเกตได้จาก ลำดับดีเอ็นเอ ลำดับ กรดอะมิโนของโปรตีน และสัณฐานวิทยาผลลัพธ์ที่ได้คือแผนภูมิฟิโลเจเนติกส์ซึ่งเป็นแผนภาพที่แสดง ความสัมพันธ์ สมมติระหว่างสิ่งมีชีวิต สะท้อนถึงประวัติวิวัฒนาการที่อนุมานได้[ 5 ]

ปลายของแผนภูมิวิวัฒนาการแสดงถึงหน่วยที่สังเกตได้ ซึ่งอาจเป็นสิ่งมี ชีวิต หรือฟอสซิลแผนภูมิวิวัฒนาการอาจมีรากหรือไม่มีราก แผนภูมิวิวัฒนาการที่มีรากแสดงถึงบรรพบุรุษร่วม สมมติ ของสิ่งมีชีวิตที่แสดงบนแผนภูมิ แผนภูมิวิวัฒนาการที่ไม่มีราก (เครือข่าย) ไม่ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสถานะลักษณะ และไม่แสดงจุดกำเนิดหรือ "ราก" ของสิ่งมีชีวิตที่กล่าวถึง[ 6 ]

นอกจากการใช้เพื่ออนุมานรูปแบบความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตแล้ว การวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการยังถูกนำมาใช้บ่อยครั้งเพื่อแสดงความสัมพันธ์ระหว่างยีนหรือสิ่งมีชีวิตแต่ละตัว การใช้งานดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจความหลากหลายทางชีวภาพวิวัฒนาการนิเวศวิทยาและจีโน

ฟิโลเจเนติกส์เป็นองค์ประกอบหนึ่งของอนุกรมวิธานที่ใช้ความคล้ายคลึงและความแตกต่างของลักษณะของสปีชีส์เพื่อตีความความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการและต้นกำเนิดของพวกมัน[ 7 ]

ในด้าน การวิจัย มะเร็ง ฟิโลเจเนติกส์สามารถใช้ศึกษาการวิวัฒนาการของโคลนของเนื้องอกและลำดับเวลา โมเลกุล ทำนายและแสดงให้เห็นว่าประชากรเซลล์เปลี่ยนแปลงอย่างไรตลอดการดำเนินของโรคและระหว่างการรักษา โดยใช้เทคนิคการจัดลำดับจีโนม ทั้งหมด [ 8 ]เนื่องจากเซลล์มะเร็งสืบพันธุ์แบบไมโทซิส กระบวนการวิวัฒนาการที่อยู่เบื้องหลังการดำเนินของมะเร็งจึงแตกต่างจากในสิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ความแตกต่างเหล่านี้ปรากฏในหลายด้าน ได้แก่ ประเภทของความผิดปกติที่เกิดขึ้น อัตราการกลายพันธุ์ ความหลากหลายสูง (ความแปรปรวน) ของซับโคลนเซลล์เนื้องอก และการไม่มี การรวมตัว ทางพันธุกรรม[ 9 ] [ 10 ]

พันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการยังสามารถช่วยใน การออกแบบ และค้นพบยา ได้อีกด้วย พันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจัดระเบียบสายพันธุ์และแสดงให้เห็นว่าสายพันธุ์ใดมีแนวโน้มที่จะสืบทอดลักษณะเฉพาะบางอย่างที่เป็นประโยชน์ทางการแพทย์ เช่น การผลิตสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งมีผลต่อร่างกายมนุษย์ ตัวอย่างเช่น ในการค้นพบยา สัตว์ที่ผลิต พิษนั้นมีประโยชน์อย่างยิ่ง พิษจากสัตว์เหล่านี้ผลิตยาที่สำคัญหลายชนิด เช่นสารยับยั้ง ACEและ Prialt ( Ziconotide ) เพื่อค้นหาพิษใหม่ นักวิทยาศาสตร์หันมาใช้พันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการเพื่อคัดกรองสายพันธุ์ที่ใกล้เคียงกันซึ่งอาจมีลักษณะที่เป็นประโยชน์เหมือนกัน แผนภูมิวิวัฒนาการแสดงให้เห็นถึงสายพันธุ์ปลา ที่มีพิษ และปลาที่เกี่ยวข้องซึ่งอาจมีลักษณะดังกล่าวเช่นกัน ด้วยวิธีการนี้ นักชีววิทยาสามารถระบุสายพันธุ์ปลา งู และกิ้งก่าที่อาจมีพิษได้[ 1 ] ในนิติวิทยาศาสตร์เครื่องมือทางพันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการมีประโยชน์ในการประเมินหลักฐาน DNA สำหรับคดีในศาล การวิเคราะห์ทางพันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการถูกนำมาใช้ในการพิจารณาคดีอาญาเพื่อพิสูจน์ความบริสุทธิ์หรือควบคุมตัวบุคคล

นิติเวชศาสตร์ เอชไอวีใช้การวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการเพื่อติดตามความแตกต่างในยีนเอชไอวีและกำหนดความสัมพันธ์ของตัวอย่างสองตัวอย่าง นิติเวชศาสตร์เอชไอวีมีข้อจำกัด กล่าวคือ ไม่สามารถใช้เป็นหลักพิสูจน์การแพร่เชื้อระหว่างบุคคลได้เพียงอย่างเดียว และการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการที่แสดงความสัมพันธ์ของการแพร่เชื้อไม่ได้บ่งชี้ทิศทางการแพร่เชื้อ[ 11 ]

อนุกรมวิธานและการจำแนกประเภท

อนุกรมวิธานคือการระบุ การตั้งชื่อ และการจำแนกสิ่งมีชีวิต[ 7 ]ระบบการจำแนกของลินเนียสที่พัฒนาขึ้นในช่วงปี 1700 โดยคาโรลัส ลินเนียสเป็นรากฐานของวิธีการจำแนกสมัยใหม่ การจำแนกของลินเนียสแบบดั้งเดิมอาศัยฟีโนไทป์หรือลักษณะทางกายภาพของสิ่งมีชีวิตในการจัดกลุ่มสปีชี ส์ [ 12 ]ด้วยการเกิดขึ้นของชีวเคมีการจำแนกสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันมักอาศัยข้อมูลลำดับดีเอ็นเอหรือการผสมผสานระหว่างดีเอ็นเอและสัณฐานวิทยา นักอนุกรมวิธานหลายคนโต้แย้งว่าควรยอมรับเฉพาะ กลุ่ม อนุกรมวิธานที่เป็น เอกพันธุ์เท่านั้น เป็นกลุ่มที่มีชื่อ[ 13 ] [ 14 ]

ระดับที่การจำแนกประเภทขึ้นอยู่กับประวัติวิวัฒนาการที่อนุมานได้นั้นแตกต่างกันไปตามสำนักคิดทางอนุกรมวิธาน: ฟีเนติกส์ไม่สนใจการคาดเดาทางวิวัฒนาการเลย แต่พยายามแสดงถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างสิ่งมีชีวิตแทน; คลาดิสติกส์ (ระบบอนุกรมวิธานเชิงวิวัฒนาการ) พยายามสะท้อนวิวัฒนาการในระบบการจำแนกประเภทโดยการยอมรับกลุ่มตามลักษณะร่วมที่ได้มาจากบรรพบุรุษ ( ซินาโพมอร์ฟี ) เท่านั้น; อนุกรมวิธานเชิงวิวัฒนาการพยายามคำนึงถึงทั้งรูปแบบการแตกแขนงและ "ระดับความแตกต่าง" เพื่อหาจุดลงตัวระหว่างรูปแบบที่อนุมานได้ของบรรพบุรุษร่วมกันและความแตกต่างทางวิวัฒนาการ

การอนุมานแผนภูมิวิวัฒนาการ

วิธีการอนุมานเชิงวิวัฒนาการ โดยทั่วไป เกี่ยวข้องกับวิธีการคำนวณที่ใช้เกณฑ์ความเหมาะสมและวิธีการประหยัด ความ น่าจะ เป็นสูงสุด (ML) และการอนุมานแบบเบย์เซียนตามMCMCทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ โดยปริยายหรือโดยชัดแจ้ง ที่อธิบายความน่าจะเป็นสัมพัทธ์ของการเปลี่ยนแปลงสถานะลักษณะภายในและระหว่างลักษณะที่สังเกตได้[ 15 ]

ฟีเนติกส์ (Phenetics)ซึ่งเป็นที่นิยมในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 แต่ปัจจุบันล้าสมัยไปแล้วนั้น ใช้ ระเบียบวิธีที่อิงตาม เมทริกซ์ระยะทางในการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการโดยพิจารณาจากความคล้ายคลึงโดยรวมในด้านสัณฐานวิทยาหรือลักษณะที่สังเกตได้คล้ายคลึงกัน ซึ่งมักสันนิษฐานว่าเป็นการประมาณความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการ วิธีNeighbor Joiningเป็นวิธีการทางฟีเนติกส์ที่มักใช้ในการสร้างแผนภูมิความคล้ายคลึงกันสำหรับบาร์โค้ดดีเอ็นเอ

ก่อนปี พ.ศ. 2493 การอนุมานเชิงวิวัฒนาการมักถูกนำเสนอในรูป แบบของสถานการณ์ เชิงบรรยาย วิธีการดังกล่าวมักคลุมเครือและขาดเกณฑ์ที่ชัดเจนสำหรับการประเมินสมมติฐานทางเลือก[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

ผลกระทบของการสุ่มตัวอย่างอนุกรมวิธาน

ในการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ การสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตจะเลือกกลุ่มสิ่งมีชีวิตตัวอย่างขนาดเล็กเพื่ออนุมานประวัติวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิต[ 19 ]กระบวนการนี้ยังเรียกว่าการสุ่มตัวอย่างแบบแบ่งชั้นหรือการสุ่มตัวอย่างตามกลุ่มสิ่งมีชีวิต[ 20 ]การสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตอย่างรอบคอบมีความสำคัญ เนื่องจากมีทรัพยากรจำกัดในการเปรียบเทียบและวิเคราะห์ทุกชนิดภายในกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย และยังคำนึงถึงข้อจำกัดในการคำนวณของซอฟต์แวร์ทางวิวัฒนาการด้วย[ 19 ]การสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ไม่ดีอาจส่งผลให้การอนุมานทางวิวัฒนาการไม่ถูกต้อง[ 20 ]การดึงดูดกิ่งยาวซึ่งกิ่งที่ไม่เกี่ยวข้องกันถูกจัดกลุ่มอย่างไม่ถูกต้องโดยไซต์นิวคลีโอไทด์โฮโมพลาสติกที่ใช้ร่วมกัน เป็นสาเหตุทางทฤษฎีของความไม่แม่นยำ[ 19 ]

เปอร์เซ็นต์ของกิ่งระหว่างอันดับที่สร้างขึ้นใหม่ด้วยจำนวนฐานคงที่และแบบจำลองการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการสี่แบบ ได้แก่ การเชื่อมต่อเพื่อนบ้าน (NJ), วิวัฒนาการขั้นต่ำ (ME), ความประหยัดสูงสุดแบบไม่ถ่วงน้ำหนัก (MP) และความน่าจะเป็นสูงสุด (ML) แสดงให้เห็นว่าการวิเคราะห์วิวัฒนาการด้วยแท็กซาที่น้อยกว่าและยีนต่อแท็กซามากกว่าจะตรงกับแผนภูมิฉันทามติที่ทำซ้ำได้บ่อยกว่า เส้นประแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นเท่ากันระหว่างวิธีการสุ่มตัวอย่างแท็กซาทั้งสองวิธี รูปภาพนี้เป็นทรัพย์สินของ Michael S. Rosenberg และ Sudhir Kumar ตามที่นำเสนอในบทความวารสารTaxon Sampling, Bioinformatics, and Phylogenomics [ 20 ]

มีการถกเถียงกันว่าการเพิ่มจำนวนกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่นำมาสุ่มตัวอย่างจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการได้มากกว่าการเพิ่มจำนวนยีนที่สุ่มตัวอย่างต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตหรือไม่ ความแตกต่างในวิธีการสุ่มตัวอย่างแต่ละวิธีส่งผลกระทบต่อจำนวนตำแหน่งนิวคลีโอไทด์ที่ใช้ในการจัดเรียงลำดับ ซึ่งอาจนำไปสู่ความไม่ลงรอยกัน ตัวอย่างเช่น แผนภูมิวิวัฒนาการที่สร้างขึ้นโดยใช้จำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดที่มากกว่า มักมีความแม่นยำมากกว่า ดังที่ได้รับการสนับสนุนจากความสามารถในการทำซ้ำของแผนภูมิวิวัฒนาการจากการสุ่มตัวอย่างแบบสุ่ม

กราฟที่นำเสนอในTaxon Sampling, Bioinformatics, and Phylogenomicsเปรียบเทียบความถูกต้องของแผนภูมิวิวัฒนาการที่สร้างขึ้นโดยใช้กลุ่มสิ่งมีชีวิตน้อยกว่าและจำนวนตำแหน่งต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตมากกว่าบนแกน x กับการใช้กลุ่มสิ่งมีชีวิตมากกว่าและจำนวนตำแหน่งต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตน้อยกว่าบนแกน y เมื่อใช้กลุ่มสิ่งมีชีวิตน้อยกว่า จะมีการสุ่มตัวอย่างยีนมากขึ้นในกลุ่มสิ่งมีชีวิต ในทางกลับกัน เมื่อเพิ่มกลุ่มสิ่งมีชีวิตในกลุ่มตัวอย่าง จะมีการสุ่มตัวอย่างยีนน้อยลง แต่ละวิธีมีจำนวนตำแหน่งนิวคลีโอไทด์ที่สุ่มตัวอย่างทั้งหมดเท่ากัน นอกจากนี้ เส้นประแสดงถึงความแม่นยำ 1:1 ระหว่างวิธีการสุ่มตัวอย่างทั้งสองวิธี ดังที่เห็นในกราฟ จุดส่วนใหญ่อยู่ต่ำกว่าเส้นประ ซึ่งบ่งชี้ว่าความแม่นยำจะเพิ่มขึ้นเมื่อสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตน้อยกว่าและมีจำนวนตำแหน่งต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตมากกว่า งานวิจัยนี้ใช้แบบจำลองการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการที่แตกต่างกันสี่แบบเพื่อตรวจสอบทฤษฎี ได้แก่ neighbor-joining (NJ), minimum evolution (ME), unweighted maximum parsimony (MP) และ maximum likelihood (ML) ในแบบจำลองส่วนใหญ่ การสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตน้อยลง แต่มีจำนวนไซต์ต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตมากขึ้น แสดงให้เห็นถึงความแม่นยำที่สูงกว่า

โดยทั่วไปแล้ว การจัดเรียงตำแหน่งนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดที่ค่อนข้างเท่ากัน การสุ่มตัวอย่างยีนต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตจำนวนมากขึ้นจะมีความสามารถในการทำซ้ำแบบบูตสแตรปที่สูงกว่าการสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตจำนวนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ชุดข้อมูลที่ไม่สมดุลภายในฐานข้อมูลจีโนมทำให้การเพิ่มการเปรียบเทียบยีนต่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตในสิ่งมีชีวิตที่สุ่มตัวอย่างไม่บ่อยนักทำได้ยากขึ้นเรื่อยๆ[ 20 ]

ประวัติศาสตร์

ภาพรวม

คำว่า "phylogeny" มาจากภาษาเยอรมันPhylogenieซึ่ง Haeckel นำมาใช้ในปี พ.ศ. 2409 [ 21 ]และแนวทางการจัดจำแนกแบบดาร์วิน ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อแนวทาง "phyletic" [ 22 ]สามารถสืบย้อนไปถึงอริสโตเติลได้ ซึ่งเขียนไว้ในPosterior Analytics ของเขา ว่า "เราอาจสันนิษฐานถึงความเหนือกว่า ceteris paribus [โดยที่สิ่งอื่น ๆ เท่ากัน] ของการพิสูจน์ที่ได้มาจากสมมติฐานหรือข้อกำหนดที่น้อยกว่า"

ทฤษฎีการทบทวนของเอิร์นส์ เฮคเคล

แนวคิดสมัยใหม่ของพันธุศาสตร์วิวัฒนาการขึ้นมาโดยหลักจากการหักล้างทฤษฎีที่เคยได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางก่อนหน้านี้ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ทฤษฎีการย้อนรอยวิวัฒนาการหรือ "กฎพื้นฐานทางชีวพันธุศาสตร์" ของErnst Haeckel ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย [ 23 ]มักจะแสดงออกว่า " การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตย้อนรอยวิวัฒนาการของสายพันธุ์" กล่าวคือ การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตตัวเดียวในช่วงชีวิตของมัน ตั้งแต่ตัวอ่อนไปจนถึงตัวเต็มวัย สะท้อนให้เห็นถึงระยะตัวเต็มวัยของบรรพบุรุษที่สืบทอดกันมาของสายพันธุ์ที่มันสังกัดอยู่ แต่ทฤษฎีนี้ถูกปฏิเสธมานานแล้ว[ 24 ] [ 25 ]ในทางกลับกันการเจริญเติบโต ของสิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการขึ้น – ประวัติวิวัฒนาการของสายพันธุ์ไม่สามารถอ่านได้โดยตรงจากการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต ดังที่ Haeckel คิดว่าจะเป็นไปได้ แต่ลักษณะจากการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตสามารถนำมาใช้ (และได้ถูกนำมาใช้) เป็นข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์วิวัฒนาการ ยิ่งสองสายพันธุ์มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากเท่าใด ตัวอ่อนของพวกมันก็ยิ่ง มีลักษณะเฉพาะร่วมกัน มากขึ้นเท่านั้น 

ลำดับเหตุการณ์สำคัญ

แผนภาพโครงสร้างต้นไม้แบบแตกแขนง จากผลงานของไฮน์ริช เกออร์ก บรอนน์ (ค.ศ. 1858)
แผนภูมิวิวัฒนาการที่เสนอโดยเฮคเคล (1866)
  • หลักการความประหยัด ( Lex parsimoniae ) เกิด ขึ้นในศตวรรษที่ 14 โดย วิลเลียมแห่งอ็อกแคมนักปรัชญา นักศาสนศาสตร์ และพระฟรานซิสกันชาวอังกฤษ แต่แท้จริงแล้วแนวคิดนี้มีต้นกำเนิดมาจากอริสโตเติลเขาได้นำเสนอแนวคิดมีดโกนของอ็อกแคมซึ่งเป็นหลักการแก้ปัญหาที่แนะนำให้ค้นหาคำอธิบายที่สร้างขึ้นจากองค์ประกอบที่น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แม้ว่าเขาจะไม่ได้ใช้คำพูดเหล่านี้อย่างตรงตัว แต่หลักการนี้สามารถสรุปได้ว่า "ไม่ควรเพิ่มจำนวนสิ่งต่างๆ เกินความจำเป็น" หลักการนี้สนับสนุนว่า เมื่อมีสมมติฐานที่แข่งขันกันเกี่ยวกับคำทำนายเดียวกัน ควรเลือกสมมติฐานที่ต้องการข้อสมมติน้อยที่สุด
  • 1763 ความน่าจะเป็นแบบเบย์เซียนบาทหลวงโทมัส เบย์ส[ 26 ]แนวคิดเบื้องต้น ความน่าจะเป็นแบบเบย์เซียนเริ่มกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในช่วงทศวรรษ 1950 ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์ในสาขาการคำนวณสามารถจับคู่สถิติแบบเบย์เซียนดั้งเดิมกับเทคนิคที่ทันสมัยอื่นๆ ได้ ปัจจุบันมีการใช้เป็นคำทั่วไปสำหรับการตีความความน่าจะเป็นที่เกี่ยวข้องหลายประการในฐานะปริมาณความมั่นใจทางญาณวิทยา
  • ในศตวรรษที่ 18 ปิแอร์ ซิมง (มาร์กีส์ เดอ ลาปลาซ) อาจเป็นคนแรกที่ใช้แนวคิด ML (ความน่าจะเป็นสูงสุด) ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐาน งานของเขานำไปสู่การแจกแจงลาปลาซซึ่งสามารถเชื่อมโยงโดยตรงกับค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์น้อยที่สุดได้
  • ทฤษฎีวิวัฒนาการ พ.ศ. 2352 ปรัชญาสัตววิทยา ฌอง - แบปติสต์ เดอ ลามาร์คแนวคิดเบื้องต้น ได้รับการกล่าวถึงในศตวรรษที่ 17 และ 18 โดยวอลแตร์ เดส์การ์ต และไลบ์นิซ โดยไลบ์นิซถึงกับเสนอการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการเพื่ออธิบายช่องว่างที่สังเกตได้ โดยชี้ให้เห็นว่าหลายสายพันธุ์สูญพันธุ์ไปแล้ว บางสายพันธุ์เปลี่ยนแปลงไป และสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่มีลักษณะร่วมกันอาจเคยเป็นเผ่าพันธุ์เดียวกันมาก่อน[ 27 ]นอกจากนี้ยังได้รับการกล่าวถึงโดยนักปรัชญากรีกยุคแรกบางคน เช่นอนาซิแมนเดอร์ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช และนักอะตอมนิยมในศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช ซึ่งเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการเบื้องต้น[ 28 ]
  • 1837 สมุดบันทึกของดาร์วินแสดงแผนผังวิวัฒนาการ[ 29 ]
  • ในปี พ.ศ. 2383 นักธรณีวิทยาชาวอเมริกัน เอ็ดเวิร์ด ฮิตช์ค็อก ได้ตีพิมพ์สิ่งที่ถือว่าเป็น "ต้นไม้แห่งชีวิต" ทางบรรพชีวินวิทยาฉบับแรก ต่อมามีการวิจารณ์ ปรับปรุง และอธิบายเพิ่มเติมอีกมากมาย[ 30 ]
    แผนภูมินี้แสดงถึงหนึ่งในความพยายามครั้งแรกๆ ที่ได้รับการตีพิมพ์เกี่ยวกับการสร้าง "ต้นไม้แห่งชีวิต" ทางบรรพชีวินวิทยา โดยนักธรณีวิทยา เอ็ดเวิร์ด ฮิตช์ค็อก (ปี 1840)
  • ปี ค.ศ. 1843 ริชาร์ด โอเวน เป็นผู้ริเริ่มแนวคิดเรื่องความแตกต่างระหว่างความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้าง (homology ) และความคล้ายคลึงกันทางลักษณะ (analogy ) (ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าhomoplasy ) คำว่า homology ใช้เพื่ออธิบายความคล้ายคลึงกันของลักษณะต่างๆ ที่สามารถอธิบายได้อย่างกระชับโดยอาศัยบรรพบุรุษร่วมกัน ส่วนคำว่า homoplasy ใช้เพื่ออธิบายลักษณะที่เกิดขึ้นหรือหายไปอย่างอิสระในสายพันธุ์ต่างๆ ตลอดช่วงวิวัฒนาการ
  • ในปี ค.ศ. 1858 นักบรรพชีวินวิทยา Heinrich Georg Bronn (ค.ศ. 1800–1862) ได้ตีพิมพ์แผนภูมิสมมติเพื่อแสดงให้เห็นถึง "การเกิดขึ้น" ทางบรรพชีวินวิทยาของสายพันธุ์ใหม่ที่คล้ายคลึงกัน ภายหลังการสูญพันธุ์ของสายพันธุ์เก่า Bronn ไม่ได้เสนอกลไกที่รับผิดชอบต่อปรากฏการณ์ดังกล่าว แนวคิดเบื้องต้น[ 31 ]
  • พ.ศ. 2491 การขยายความทฤษฎีวิวัฒนาการ ดาร์วินและวอลเลซ[ 32 ]ยังอยู่ในหนังสือ Origin of Species โดยดาร์วินในปีถัดมา แนวคิดเบื้องต้น
  • ในปี พ.ศ. 2409 Ernst Haeckelได้ตีพิมพ์แผนภูมิวิวัฒนาการตามหลักฟิโลเจเนซิสเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นแนวคิดเบื้องต้น Haeckel ได้นำเสนอทฤษฎีการสรุปผลที่พิสูจน์แล้วว่าไม่ถูกต้อง เขาได้แนะนำคำว่า "Cladus" เป็นหมวดหมู่ทางอนุกรมวิธานที่อยู่ต่ำกว่าไฟลัมย่อย[ 33 ]
  • 1893 กฎของ Dollo เกี่ยวกับความไม่สามารถย้อนกลับ ของสถานะลักษณะ[ 34 ]แนวคิดเบื้องต้น กฎของ Dollo เกี่ยวกับความไม่สามารถย้อนกลับระบุว่า "สิ่งมีชีวิตไม่สามารถกลับคืนสู่สถานะเดิมได้อย่างแน่นอนเนื่องจากธรรมชาติที่ไม่สามารถทำลายได้ของอดีต มันจึงยังคงร่องรอยบางส่วนของขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านที่มันได้ผ่านไป" [ 35 ]
  • ในปี ค.ศ. 1912 โรนัลด์ ฟิชเชอร์ได้แนะนำ วิเคราะห์ และเผยแพร่แนวคิดความน่าจะเป็นสูงสุด (Maximum Likelihood: ML) ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐาน ฟิชเชอร์เป็นหนึ่งในผู้มีส่วนสำคัญในการฟื้นฟูทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วินในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และได้รับการยกย่องว่าเป็น "ผู้สืบทอดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของดาร์วิน" จากผลงานของเขาในการปรับปรุงทฤษฎีวิวัฒนาการและการใช้คณิตศาสตร์เพื่อผสมผสานพันธุศาสตร์ของเมนเดลและการคัดเลือกโดยธรรมชาติใน"การสังเคราะห์สมัยใหม่" ในศตวรรษที่ 20
  • ในปี พ.ศ. 2464 Tillyard ใช้คำว่า "phylogenetic" และแยกแยะความแตกต่างระหว่างลักษณะดั้งเดิมและลักษณะเฉพาะในระบบการจำแนกประเภทของเขา[ 36 ]
  • ใน ปี พ.ศ. 2483 ลูเซียน กูเอโนต์ ได้บัญญัติศัพท์คำว่า " clade " ขึ้นว่า " terme nouveau de clade ( du grec κλάδοςç, branche ) [A new term clade (from the Greek word klado s, meaning branch)]" [ 37 ]เขาใช้คำนี้สำหรับการแตกแขนงทางวิวัฒนาการ[ 38 ]
  • พ.ศ. 2490 แบร์นฮาร์ด เรนชได้แนะนำคำว่าKladogenesisในหนังสือภาษาเยอรมันของเขาNeuere Probleme der Abstammungslehre Die transspezifische Evolution, [ 39 ]แปลเป็นภาษาอังกฤษในปี พ.ศ. 2502 ในชื่อEvolution Above the Species Level (ยังคงใช้การสะกดแบบเดียวกัน) [ 40 ]
  • ปี 1949 การสุ่มตัวอย่างแบบแจ็กไนฟ์ (Jackknife resampling ) โดย มอริซ เกอนูยล์ (Maurice Quenouille) (ซึ่งมีเค้าโครงมาก่อนในปี 1946 โดยมาฮาลาโนบิส (Mahalanobis) และขยายความในปี 1958 โดยทูคีย์ (Tukey)) เป็นแนวคิดเบื้องต้น
  • ในปี พ.ศ. 2493 Willi Hennigได้วางรูปแบบคลาสสิกอย่างเป็นทางการ[ 41 ] Hennig ถือเป็นผู้ก่อตั้งระบบอนุกรมวิธานเชิงวิวัฒนาการ และได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นแรกของเขาในภาษาเยอรมันในปีนี้ เขายังได้ยืนยันหลักการความประหยัดในรูปแบบหนึ่ง โดยระบุว่าการมีลักษณะที่ไม่แน่นอนในสายพันธุ์ต่างๆ 'เป็นเหตุผลให้สงสัยถึงความสัมพันธ์ทางสายเลือดเสมอ และไม่ควรสันนิษฐานว่าต้นกำเนิดของพวกมันมาจากการบรรจบกันล่วงหน้า' นี่ถือเป็นมุมมองพื้นฐานของการอนุมานเชิงวิวัฒนาการ
  • พ.ศ. 2495 วิธีการแยกแผนผังพื้นของวิลเลียม แวกเนอร์[ 42 ]
  • ในปี พ.ศ. 2490 Julian Huxleyได้นำคำศัพท์ของ Rensch มาใช้ในชื่อ "cladogenesis" พร้อมคำจำกัดความที่สมบูรณ์ว่า " Cladogenesisข้าพเจ้าได้นำมาใช้โดยตรงจาก Rensch เพื่อบ่งบอกถึงการแยกตัวทั้งหมด ตั้งแต่การเกิดสปีชีส์ย่อยผ่านการแผ่รังสีปรับตัวไปจนถึงการแยกตัวของไฟลัมและอาณาจักร" พร้อมกันนี้ เขาได้แนะนำคำว่า "clades" โดยให้คำจำกัดความว่า "Cladogenesis ส่งผลให้เกิดหน่วยโมโนฟิเลติกที่มีขอบเขตชัดเจน ซึ่งอาจเรียกว่า clades" [ 43 ] [ 38 ]
  • ในปี พ.ศ. 2503 Arthur CainและGeoffrey Ainsworth Harrisonได้บัญญัติศัพท์ "cladistic" ซึ่งหมายถึงความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการ[ 44 ]
  • พ.ศ. 2506 ความพยายามครั้งแรกในการใช้ ML (ความน่าจะเป็นสูงสุด) สำหรับวิวัฒนาการทางสายพันธุ์ โดย Edwards และ Cavalli-Sforza [ 45 ]
  • พ.ศ. 2508
    • ความประหยัดของ Camin-Sokal เกณฑ์ความประหยัด (การปรับให้เหมาะสม) แรก และโปรแกรมคอมพิวเตอร์/อัลกอริทึมแรกสำหรับการวิเคราะห์คลัดิสติกโดย Camin และ Sokal [ 46 ]
    • วิธีการความเข้ากันได้ของตัวละคร หรือที่เรียกว่าการวิเคราะห์กลุ่ม ได้รับการแนะนำโดยอิสระโดย Camin และ Sokal (loc. cit.) และEO Wilson [ 47 ]
  • พ.ศ. 2509
    • การแปลภาษาอังกฤษของเฮนนิก[ 48 ]
    • คำว่า "Cladistics" และ "cladogram" ถูกบัญญัติขึ้น (Webster's, loc. cit.)
  • 1969
    • การถ่วงน้ำหนักแบบไดนามิกและต่อเนื่อง เจมส์ ฟาร์ริส[ 49 ]
    • ความประหยัดแบบ Wagner, Kluge และ Farris [ 50 ]
    • CI (ดัชนีความสอดคล้อง) Kluge และ Farris [ 50 ]
    • การแนะนำความเข้ากันได้แบบคู่สำหรับการวิเคราะห์คลิก Le Quesne [ 51 ]
  • พ.ศ. 2513 หลักการประหยัดของ Wagner ได้รับการขยายความโดย Farris [ 52 ]
  • 1971
  • 1972, ความเห็นพ้องของอดัมส์, อดัมส์[ 57 ]
  • พ.ศ. 2519 ระบบคำนำหน้าสำหรับยศ Farris [ 58 ]
  • พ.ศ. 2520, Dollo parsimony, Farris. [ 59 ]
  • พ.ศ. 2522
  • ปี 1980 PHYLIPเป็นซอฟต์แวร์ชุดแรกสำหรับการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ โดยโจเซฟ เฟลเซนสไตน์เป็นชุดโปรแกรมทางคอมพิวเตอร์แบบฟรีสำหรับสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการ ( phylogenies ) ตัวอย่างแผนภูมิที่สร้างโดย PHYLIP เรียกว่า "drawgram" ซึ่งสร้างแผนภูมิที่มีราก ภาพที่แสดงในรูปด้านล่างแสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการของแผนภูมิวิวัฒนาการเมื่อเวลาผ่านไป
  • 1981
    • ฉันทามติส่วนใหญ่ Margush และ MacMorris [ 63 ]
    • ฉันทามติที่เข้มงวด Sokal และ Rohlf [ 64 ]
      ภาพนี้แสดงแผนผังต้นไม้ที่สร้างโดยโปรแกรม PHYLIP แผนผังต้นไม้นี้เป็นตัวอย่างหนึ่งของแผนผังต้นไม้ที่ซอฟต์แวร์สามารถสร้างได้
      อัลกอริทึม ML (ความน่าจะเป็นสูงสุด) ที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณเป็นครั้งแรก[ 65 ] Felsenstein ได้สร้างวิธีการความน่าจะเป็นสูงสุดของ Felsenstein ซึ่งใช้สำหรับการอนุมานวิวัฒนาการซึ่งประเมินสมมติฐานเกี่ยวกับประวัติวิวัฒนาการในแง่ของความน่าจะเป็นที่แบบจำลองที่เสนอและประวัติที่ตั้งสมมติฐานไว้จะทำให้เกิดชุดข้อมูลที่สังเกตได้
  • พ.ศ. 2525
    • ฟิซิส, มิเควิช และ ฟาร์ริส
    • แตกกิ่งและผูกมัด เฮนดี้และเพนนี[ 66 ]
  • พ.ศ. 2528
    • การวิเคราะห์คลัดิสติกครั้งแรกของยูคาริโอตโดยอาศัยหลักฐานฟีโนไทป์และจีโนไทป์ที่รวมกัน Diana Lipscomb [ 67 ]
    • วารสาร Cladisticsฉบับแรก
    • การประยุกต์ใช้บูตสแตรปทางวิวัฒนาการครั้งแรกโดยเฟลเซนสไตน์[ 68 ]
    • การประยุกต์ใช้แจ็คไนฟ์ทางวิวัฒนาการครั้งแรกโดย Scott Lanyon [ 69 ]
  • 1986, MacClade, Maddison และ Maddison.
  • พ.ศ. 2530 วิธี Neighbor-Joining ของ Saitou และ Nei [ 70 ]
  • 1988, Hennig86 (เวอร์ชัน 1.5), Farris
    • การสนับสนุนของเบรเมอร์ (ดัชนีการเสื่อมสลาย) เบรเมอร์[ 71 ]
  • 1989
    • RI (ดัชนีการคงอยู่), RCI (ดัชนีความสอดคล้องที่ปรับขนาดใหม่), Farris [ 72 ]
    • HER (อัตราส่วนส่วนเกินของโฮโมพลาสซี) อาร์ชี[ 73 ]
  • 1990
    • ฉันทามติของส่วนประกอบที่รวมกันได้ (กึ่งเข้มงวด) เบรเมอร์[ 74 ]
    • SPR (การตัดแต่งกิ่งย่อยและการปลูกถ่ายใหม่), TBR (การแบ่งต้นไม้และการเชื่อมต่อใหม่), Swofford และ Olsen [ 75 ]
  • 1991
    • DDI (ดัชนีการตัดสินใจข้อมูล) Goloboff [ 76 ] [ 77 ]
    • การวิเคราะห์ทางคลัดิสติกครั้งแรกของยูคาริโอตโดยอาศัยหลักฐานทางลักษณะภายนอกเพียงอย่างเดียว คือผลงานของลิปส์คอมบ์
  • พ.ศ. 2536 การถ่วงน้ำหนักโดยนัยของ Goloboff [ 78 ]
  • 1994 ความเห็นพ้องที่ลดลง: RCC (ความเห็นพ้องเชิงวิวัฒนาการที่ลดลง) สำหรับต้นไม้ที่มีราก Wilkinson [ 79 ]
  • 1995, RPC ความเห็นพ้องที่ลดลง (ความเห็นพ้องการแบ่งส่วนที่ลดลง) สำหรับต้นไม้ที่ไม่มีราก Wilkinson [ 80 ]
  • ในปี พ.ศ. 2539 วิธีการทำงานแรกสำหรับ BI (Bayesian Inference) ได้รับการพัฒนาโดยอิสระโดย Li [ 81 ] Mau [ 82 ]และ Rannala และ Yang [ 83 ]และทั้งหมดใช้ MCMC (Markov chain-Monte Carlo)
  • ปี 1998, TNT (การวิเคราะห์ต้นไม้โดยใช้เทคโนโลยีใหม่), โกลอบอฟฟ์, ฟาร์ริส และนิกสัน
  • 1999, วินแคลดา, นิกสัน.
  • 2003 การสุ่มตัวอย่างแบบสมมาตร Goloboff [ 84 ]
  • 2004, 2005 เมตริกความคล้ายคลึง (โดยใช้การประมาณค่าความซับซ้อนของ Kolmogorov) หรือ NCD (ระยะทางการบีบอัดปกติ) Li et al., [ 85 ] Cilibrasi และ Vitanyi. [ 86 ]

การใช้ประโยชน์จากการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ

เภสัชวิทยา

การวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการชาติพันธุ์มีประโยชน์อย่างหนึ่งคือการตรวจสอบทางเภสัชวิทยาของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน ความก้าวหน้าใน การวิเคราะห์ทาง วิวัฒนาการชาติพันธุ์ด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้นและเทคนิคทางโมเลกุลที่ได้รับการพัฒนา ทำให้ความแม่นยำในการกำหนดวิวัฒนาการชาติพันธุ์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้สามารถระบุชนิดของสิ่งมีชีวิตที่มีศักยภาพทางเภสัชวิทยาได้

ในอดีต การคัดกรองทางวิวัฒนาการเพื่อวัตถุประสงค์ทางเภสัชวิทยาถูกนำมาใช้ในลักษณะพื้นฐาน เช่น การศึกษาพืชในวงศ์Apocynaceae ซึ่งรวมถึงสายพันธุ์ที่ผลิตอัลคาลอยด์ เช่น Catharanthusซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในการผลิตวินคริสทีนซึ่งเป็นยาต้านมะเร็งเม็ดเลือดขาว เทคนิคสมัยใหม่ในปัจจุบันช่วยให้นักวิจัยสามารถศึกษาญาติใกล้ชิดของสายพันธุ์หนึ่งๆ เพื่อค้นหาสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สำคัญในปริมาณที่มากขึ้น (เช่น สายพันธุ์Taxusสำหรับแท็กซอล) หรือรูปแบบธรรมชาติของยาที่รู้จักกันดี (เช่น สายพันธุ์Catharanthusสำหรับวินคริสทีนหรือวินบลาสทีนในรูปแบบต่างๆ) [ 87 ]

ความหลากหลายทางชีวภาพ

การวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการยังถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพภายในวงศ์เห็ดรา การวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการช่วยให้เข้าใจประวัติการวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิตต่างๆ ระบุความสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ และทำนายการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในอนาคต ระบบภาพถ่ายที่เกิดขึ้นใหม่และเทคนิคการวิเคราะห์ใหม่ๆ ช่วยให้ค้นพบความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมมากขึ้นในพื้นที่ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งสามารถช่วยในการอนุรักษ์โดยการระบุสายพันธุ์หายากที่อาจเป็นประโยชน์ต่อระบบนิเวศทั่วโลก

แผนภูมิวิวัฒนาการย่อยของเชื้อราที่ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพของกลุ่มเชื้อรา

ระบาดวิทยาของโรคติดเชื้อ

ข้อมูล ลำดับจีโนมทั้งหมดจากการระบาดหรือการแพร่ระบาดของโรคติดเชื้อสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับพลวัตการแพร่กระจายและให้ข้อมูลแก่กลยุทธ์ด้านสาธารณสุขได้ โดยทั่วไป การศึกษาจะรวมข้อมูลทางจีโนมและระบาดวิทยาเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเหตุการณ์การแพร่กระจายขึ้นใหม่ อย่างไรก็ตาม การวิจัยล่าสุดได้สำรวจการอนุมานรูปแบบการแพร่กระจายจากข้อมูลทางจีโนมเพียงอย่างเดียวโดยใช้ฟิโลไดนามิกส์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์คุณสมบัติของแผนภูมิวิวัฒนาการของเชื้อโรค ฟิโลไดนามิกส์ใช้แบบจำลองทางทฤษฎีเพื่อเปรียบเทียบความยาวกิ่งที่คาดการณ์ไว้กับความยาวกิ่งจริงในแผนภูมิวิวัฒนาการเพื่ออนุมานรูปแบบการแพร่กระจาย นอกจากนี้ทฤษฎีการรวมตัวกันซึ่งอธิบายการกระจายความน่าจะเป็นบนต้นไม้ตามขนาดประชากร ได้ถูกนำมาปรับใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางระบาดวิทยา แหล่งข้อมูลอีกแหล่งหนึ่งภายในแผนภูมิวิวัฒนาการที่ได้รับการสำรวจคือ "รูปร่างของต้นไม้" แนวทางเหล่านี้ แม้ว่าจะต้องใช้การคำนวณอย่างมาก แต่ก็มีศักยภาพที่จะให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าเกี่ยวกับพลวัตการแพร่กระจายของเชื้อโรค[ 88 ]

แผนผังการแพร่กระจายเชื้อโรค

โครงสร้างของเครือข่ายการติดต่อระหว่างโฮสต์มีผลกระทบอย่างมากต่อพลวัตของการระบาด และกลยุทธ์การจัดการขึ้นอยู่กับการทำความเข้าใจรูปแบบการแพร่กระจายเหล่านี้ จีโนมของเชื้อโรคที่แพร่กระจายผ่านโครงสร้างเครือข่ายการติดต่อที่แตกต่างกัน เช่น แบบลูกโซ่ เครือข่ายที่เป็นเนื้อเดียวกัน หรือเครือข่ายที่มีผู้แพร่กระจายอย่างรวดเร็ว จะสะสมการกลายพันธุ์ในรูปแบบที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดความแตกต่างที่เห็นได้ชัดในรูปร่างของแผนภูมิวิวัฒนาการ ดังแสดงในรูปที่ 1 นักวิจัยได้วิเคราะห์ลักษณะโครงสร้างของแผนภูมิวิวัฒนาการที่สร้างขึ้นจากการจำลองวิวัฒนาการของจีโนมแบคทีเรียในเครือข่ายการติดต่อหลายประเภท โดยการตรวจสอบคุณสมบัติทางโทโพโลยีอย่างง่ายของแผนภูมิเหล่านี้ นักวิจัยสามารถจำแนกพวกมันออกเป็นแบบลูกโซ่ แบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน หรือแบบแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว ซึ่งเผยให้เห็นรูปแบบการแพร่กระจาย คุณสมบัติเหล่านี้เป็นพื้นฐานของตัวจำแนกเชิงคำนวณที่ใช้ในการวิเคราะห์การระบาดในโลกแห่งความเป็นจริง การคาดการณ์เชิงคำนวณเกี่ยวกับพลวัตการแพร่กระจายสำหรับการระบาดแต่ละครั้งมักจะสอดคล้องกับข้อมูลทางระบาดวิทยาที่ทราบอยู่แล้ว

การแสดงผลเชิงกราฟิกของการวิเคราะห์แผนภูมิวิวัฒนาการ

เครือข่ายการแพร่กระจายที่แตกต่างกันส่งผลให้รูปร่างของแผนภูมิวิวัฒนาการแตกต่างกันในเชิงปริมาณ เพื่อตรวจสอบว่ารูปร่างของแผนภูมิวิวัฒนาการสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับรูปแบบการแพร่กระจายของโรคที่ซ่อนอยู่หรือไม่ นักวิจัยได้จำลองวิวัฒนาการของจีโนมแบคทีเรียในเครือข่ายการสัมผัสของการระบาดสามประเภท ได้แก่ แบบเอกพันธุ์ แบบแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว และแบบลูกโซ่ พวกเขาสรุปแผนภูมิวิวัฒนาการที่ได้ด้วยตัวชี้วัดห้าตัวที่อธิบายรูปร่างของแผนภูมิวิวัฒนาการ รูปที่ 2 และ 3 แสดงให้เห็นถึงการกระจายของตัวชี้วัดเหล่านี้ในการระบาดทั้งสามประเภท ซึ่งเผยให้เห็นความแตกต่างที่ชัดเจนในโครงสร้างของแผนภูมิวิวัฒนาการขึ้นอยู่กับเครือข่ายการสัมผัสของโฮสต์ที่อยู่เบื้องหลัง

เครือข่ายซูเปอร์สเปรดเดอร์ก่อให้เกิดแผนภูมิวิวัฒนาการที่มีความไม่สมดุลของ Colless สูงกว่า รูปแบบบันไดที่ยาวกว่า ค่า Δw ที่ต่ำกว่า และต้นไม้ที่ลึกกว่า เมื่อเทียบกับแผนภูมิวิวัฒนาการจากเครือข่ายการติดต่อที่เป็นเนื้อเดียวกัน ส่วนแผนภูมิวิวัฒนาการจากเครือข่ายแบบลูกโซ่มีความแปรปรวนน้อยกว่า ลึกกว่า มีความไม่สมดุลมากกว่า และแคบกว่า เมื่อเทียบกับแผนภูมิวิวัฒนาการจากเครือข่ายอื่นๆ

แผนภาพกระจายสามารถใช้เพื่อแสดงภาพความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรสองตัวในการวิเคราะห์การแพร่กระจายของเชื้อโรค เช่น จำนวนผู้ติดเชื้อและระยะเวลาตั้งแต่ติดเชื้อ แผนภาพเหล่านี้สามารถช่วยระบุแนวโน้มและรูปแบบ เช่น การแพร่กระจายของเชื้อโรคเพิ่มขึ้นหรือลดลงเมื่อเวลาผ่านไป และสามารถเน้นเส้นทางการแพร่กระจายที่เป็นไปได้หรือเหตุการณ์การแพร่กระจายอย่างรวดเร็วแผนภาพกล่องที่แสดงช่วง ค่ามัธยฐาน ควาร์ไทล์ และค่าผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นก็มีประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลการแพร่กระจายของเชื้อโรค ช่วยระบุคุณลักษณะที่สำคัญในการกระจายข้อมูล อาจใช้เพื่อระบุความแตกต่างหรือความคล้ายคลึงกันในข้อมูลการแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว[ 88 ]

วิวัฒนาการทางภาษาและวัฒนธรรม

ภาพรวม

วิธีการทางวิวัฒนาการได้ถูกนำไปใช้กับระบบนอกเหนือจากชีววิทยา เช่น ภาษาและวัฒนธรรม ซึ่งนักวิจัยบางคนโต้แย้งว่าอาจมีรูปแบบการสืบเชื้อสายที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น ความคล้ายคลึงกันที่สังเกตได้ระหว่างภาษาและระหว่างรูปแบบทางวัฒนธรรมบางอย่างชี้ให้เห็นว่าพวกมันอาจวิวัฒนาการมาในลักษณะนี้ เส้นทางของพวกมันจากบรรพบุรุษร่วมกันที่เป็นไปได้สามารถอนุมานได้โดยใช้เครื่องมือทางวิวัฒนาการต่างๆ เพื่อสร้างแผนผังหรือเครือข่ายที่น่าจะแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ที่กำลังตรวจสอบ[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]

ภาษา

วิวัฒนาการของภาษาอินโด-ยุโรป รวมถึงไทม์ไลน์โดยประมาณและตัวอย่างการวิเคราะห์ทางภาษาศาสตร์ คำที่มีสีเดียวกันถือว่าเป็นคำที่มีรากศัพท์เดียวกัน[ 92 ]

ภาษามีความเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการอนุมานเชิงวิวัฒนาการ เช่นเดียวกับสายพันธุ์ทางชีววิทยา ความคล้ายคลึงที่สังเกตได้ระหว่างภาษานั้นบ่งชี้ว่าสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน เมื่อชุมชนผู้พูดแยกตัวและแยกออกจากกัน การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบคำและการเรียงลำดับคำจะเกิดขึ้น และภาษาใหม่จะค่อยๆ ก่อตัวขึ้น[ 93 ]ภาษาที่แยกตัวเมื่อไม่นานมานี้มักจะแสดงความคล้ายคลึงกันมากกว่าภาษาที่เกิดจากการแยกตัวในอดีต ความคล้ายคลึงกันเหล่านี้เรียกว่าคำที่มีรากศัพท์เดียวกัน ตัวอย่างเช่น คำว่า 'two' ในภาษาอังกฤษมีรากศัพท์เดียวกันกับคำว่า 'deux' ในภาษาฝรั่งเศส 'dvē' ในภาษาสันสกฤต และ 'do' ในภาษาฮินดี ซึ่งบ่งชี้ว่าภาษาเหล่านี้อาจมีมรดกร่วมกันและเป็นส่วนหนึ่งของตระกูลภาษาอินโด-ยุโรป เดียวกัน [ 92 ]การวิเคราะห์นี้เกิดขึ้นกับคำที่มีรากศัพท์เดียวกันจำนวนมากสำหรับหลายภาษาเพื่อสร้างชุดข้อมูลสำหรับการอนุมานเชิงวิวัฒนาการ โดยทั่วไปแล้ว ภาษาที่มีคำที่มีรากศัพท์เดียวกันจำนวนมากจะถูกอนุมานว่ามีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่า และภาษาที่มีคำที่มีรากศัพท์เดียวกันจำนวนน้อยกว่าจะมีความสัมพันธ์ห่างไกลกันมากกว่า  

วิธีการทางวิวัฒนาการเป็นส่วนประกอบหนึ่งของภาษาศาสตร์เปรียบเทียบเชิงปริมาณนอกจากนักภาษาศาสตร์เชิงประวัติศาสตร์ แล้ว นักโบราณคดีและนักมานุษยวิทยาที่เชี่ยวชาญด้านยุคก่อนประวัติศาสตร์ยังได้นำแบบจำลองเหล่านี้มาใช้ด้วย เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของภาษามักเชื่อมโยงกับการกระจายตัวของประชากร จึงให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของการขยายตัวของประชากร สามารถปรับเทียบแผนภูมิวิวัฒนาการโดยใช้เหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ที่ทราบเพื่อประมาณเวลาของการแยกตัวของประชากรในอดีตและเส้นทางทางภูมิศาสตร์ที่การกระจายตัวอาจเกิดขึ้น[ 94 ] ไทม์ไลน์การขยายตัวและเส้นทางการอพยพได้รับการประมาณสำหรับตระกูลภาษา ต่างๆเช่นอินโด-ยุโรป[ 95 ]บันตูแอฟริกัน [ 96 ]ออสโตรเนเซียน[ 97 ]และ ปา มา-นยุงกันออสเตรเลีย[ 98 ]

วัฒนธรรม

รูปแบบทางวัฒนธรรมบางอย่างอาจแสดงลักษณะการสืบเชื้อสายที่มีการดัดแปลง และวิธีการทางวิวัฒนาการได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้อย่างมีประสิทธิภาพใน การศึกษา วิวัฒนาการทางวัฒนธรรมตัวอย่างเช่น การตรวจสอบประวัติของต้นฉบับ[ 99 ]นิทานพื้นบ้าน[ 100 ]พิธีกรรม[ 101 ]และวัตถุสิ่งของ[ 102 ]ในทางโบราณคดี วิวัฒนาการได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับสิ่งประดิษฐ์ เช่น รูปทรงหัวลูกศรหิน[ 103 ] และเครื่องปั้นดินเผายุคสำริด[ 104 ]

วิธีการเปรียบเทียบเชิงวิวัฒนาการยังสามารถใช้เพื่อทดสอบทฤษฎีการปรับตัวทางวัฒนธรรมโดยใช้วิวัฒนาการทางภาษาเพื่อควบคุมผลกระทบของประวัติศาสตร์ร่วมกัน ตัวอย่างเช่น ความสัมพันธ์ทางเครือญาติและการเลี้ยงสัตว์[ 105 ]เทพเจ้าชั้นสูงที่มีศีลธรรมและความซับซ้อนทางการเมือง[ 106 ]และพิธีกรรมการเริ่มต้นที่มีค่าใช้จ่ายสูง[ 107 ]

ประเด็นและข้อวิจารณ์

การปรับเปลี่ยนทางวัฒนธรรมและภาษาไม่ได้สืบทอดในแนวดิ่งเสมอไป กล่าวคือจากรูปแบบก่อนหน้าของสิ่งประดิษฐ์หรือภาษา ในบางกรณี การเปลี่ยนแปลงอาจถูกถ่ายทอดในแนวนอนผ่านการแพร่กระจายเช่น การใช้คำยืมจากเพื่อนบ้าน[ 93 ]วิธีหนึ่งที่นักภาษาศาสตร์พยายามปรับตัวคือการวิเคราะห์คำและไวยากรณ์ที่มีแนวโน้มที่จะได้รับการอนุรักษ์ไว้สูงกว่า

การผสมผสานในแนวนอนระหว่างสังคมเป็นประเด็นสำคัญในวิวัฒนาการทางวัฒนธรรม[ 90 ]ลักษณะทางวัฒนธรรมอาจถูกยืมมาจากเพื่อนบ้านเพราะเป็นประโยชน์หรือแปลกใหม่ การติดต่อระหว่างสังคมซ้ำๆ อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทั่วไปไปสู่รูปแบบทางวัฒนธรรมที่คล้ายคลึงกัน Boyd et al [ 108 ]ในบทหนังสือของพวกเขา 'คำถามที่ว่า 'การสร้าง แผนภูมิวิวัฒนาการทางวัฒนธรรมเป็นไปได้หรือไม่?' ชี้ให้เห็นว่าความเป็นไปได้ของการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการขึ้นอยู่กับขอบเขตที่หน่วยทางวัฒนธรรมสามารถต้านทานการผสมผสานในแนวนอนได้ การสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการอาจต้องอาศัยการระบุกลุ่มที่มีเสถียรภาพแยกต่างหากภายในรูปแบบทางวัฒนธรรม และการกำหนดแผนภูมิวิวัฒนาการแยกต่างหากสำหรับแต่ละกลุ่ม

ประเด็นเพิ่มเติมอีกสองประการคือวิวัฒนาการอิสระและความแตกต่างในอัตราการวิวัฒนาการ ลักษณะทางวัฒนธรรมอาจถูกสร้างขึ้นอย่างอิสระ อาจเชื่อมโยงกับการปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อม ซึ่งนำไปสู่สัญญาณที่ผิดพลาดของความคล้ายคลึงกันของบรรพบุรุษ นอกจากนี้ บางภาษาหรือรูปแบบทางวัฒนธรรมอาจวิวัฒนาการได้เร็วกว่าภาษาหรือรูปแบบอื่นๆ ซึ่งนำไปสู่สัญญาณที่ทำให้เข้าใจผิดเกี่ยวกับระยะห่างจากบรรพบุรุษเมื่อเปรียบเทียบกับภาษาหรือรูปแบบที่วิวัฒนาการช้ากว่า[ 93 ]

การสร้างชุดข้อมูลที่ใช้ในการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการไม่ใช่ศาสตร์ที่แม่นยำ ต้องใช้ทักษะทางภาษาศาสตร์ในการระบุคำที่มีรากศัพท์เดียวกัน และอาจมีกรณีพิเศษ[ 93 ]ข้อมูลทางวัฒนธรรมนั้นยากที่จะเข้ารหัส และความถูกต้องขึ้นอยู่กับความรู้ของผู้ที่ตีความข้อมูลดิบ เช่น บันทึกทางชาติพันธุ์วิทยา[ 101 ]สำหรับทั้งภาษาและวัฒนธรรม การนำข้อมูลบริบทจากแหล่งอื่นเข้ามาสามารถช่วยสนับสนุนความน่าเชื่อถือของแบบจำลองได้ วิธีการคำนวณสมัยใหม่มักมีลักษณะเป็นความน่าจะเป็น (ดูด้านล่าง) ดังนั้นความไม่แน่นอนของการแบ่งต้นไม้จึงสามารถวัดปริมาณได้ สำหรับการสร้างแบบจำลองทางวัฒนธรรม นักวิจัยมักใช้วิธีการทางวิวัฒนาการหลายวิธี รวมถึงวิธีที่สร้างผลลัพธ์ภาพของความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน (แบบตาข่าย)

วิธีการและแบบจำลอง

วิธี การทางวิวัฒนาการแบบเบย์เซียนใช้การอนุมานแบบเบย์เซียนเพื่อสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการโดยพิจารณาจากความน่าจะเป็นที่จะสอดคล้องกับการกระจายข้อมูลที่สังเกตได้ ตัวอย่างเช่นBEAST [ 109 ]และMrBayes [ 110 ]โมเดลเหล่านี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในวิวัฒนาการทางชีววิทยา ภาษาศาสตร์ และวัฒนธรรม เนื่องจากเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการค้นหาแผนภูมิวิวัฒนาการที่เป็นไปได้ พร้อมกับความสามารถในการจำลองสถานการณ์วิวัฒนาการที่แตกต่างกัน ตัวอย่างแผนภูมิวิวัฒนาการจะสะท้อนถึงแผนภูมิวิวัฒนาการที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุด แต่ก็ยังมีความไม่แน่นอนในแผนภูมิวิวัฒนาการด้วย ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยแผนภูมิวิวัฒนาการแบบฉันทามติตามกฎเสียงข้างมาก ซึ่งรวมถึงกลุ่มสายพันธุ์ที่ได้รับการสนับสนุนอย่างน้อย 50% ของตัวอย่างแผนภูมิวิวัฒนาการ

วิธีการคำนวณอีกวิธีหนึ่งใช้ระเบียบวิธีที่อิงตามระยะทางระยะทางระหว่างกลุ่มหรืออนุกรมวิธานจะวัดจากความคล้ายคลึงกันของการมีอยู่ของลักษณะที่เกี่ยวข้องหรือลักษณะทางวัฒนธรรม อัลกอริทึม การเชื่อมต่อเพื่อนบ้าน ถูกใช้เพื่อจัดเรียงกลุ่มในพื้นที่ และจำนวนและความยาวของเส้นระหว่างอนุกรมวิธานจะแสดงให้เห็นถึงประวัติทางวิวัฒนาการที่ เป็นไปได้ ตัวอย่างโมเดลคือNeighbourNet [ 111 ]ซึ่งถูกใช้เพื่อวิเคราะห์สัญญาณการสืบทอดที่ขัดแย้งกันในทั้งระบบทางชีววิทยาและวัฒนธรรม[ 112 ] [ 113 ]

ดูเพิ่มเติม

บรรณานุกรม

  • Schuh, Randall T.; Brower, Andrew VZ (2009). ระบบอนุกรมวิธานทางชีววิทยา: หลักการและการประยุกต์ใช้ (  ฉบับที่ 2). อิธากา: Comstock Pub. Associates/Cornell University Press. ISBN 978-0-8014-4799-0. OCLC 312728177 . 
  • Forster, Peter ; Renfrew, Colin , บรรณาธิการ (2006). วิธีการทางวิวัฒนาการและประวัติศาสตร์ยุคก่อนประวัติศาสตร์ของภาษา . สำนักพิมพ์ McDonald Institute Press, มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. ISBN 978-1-902937-33-5. OCLC 69733654 . 
  • Baum, David A.; Smith, Stacey D. (2013). Tree Thinking: an introduction to phylogenetic biology . Greenwood Village, CO: Roberts and Company. ISBN 978-1-936221-16-5. OCLC 767565978 . 
  • Stuessy, Tod F. (2009). อนุกรมวิธานพืช: การประเมินข้อมูลเปรียบเทียบอย่างเป็นระบบ . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย. ISBN 978-0-231-14712-5.
  • ฐานข้อมูลคอมมอนส์
  • ทรีเบส
  • ไฟโลที
  • ไอทีโอแอล
  • พอร์ทัลข้อมูลพืชตระกูลถั่ว
  • ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแผนภูมิวิวัฒนาการในหลักสูตร Understanding Evolutionที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์
  • คลังข้อมูลวิวัฒนาการของมิกโก้
  • PhylomeDB 5
  • ฟิโลเจนี.เฟร
  • TreeHubคือชุดข้อมูลที่นำเสนอในส่วนข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ของnature.comซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Springer Nature
  • โลโก้ Wiktionaryคำจำกัดความของวิชาพันธุศาสตร์เชิงวิวัฒนาการ (phylogenetics)จากวิกิพีเดีย

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิวัฒนาการทางสายพันธุ์

ในทาง ชีววิทยา ฟิโลเจเนติกส์ ( / ˌ f aɪ l oʊ dʒ ə ˈ n ɛ t ɪ k s , - l ə -/ ) [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] คือการศึกษา ประวัติ วิวัฒนาการ ของสิ่งมีชีวิต โดยใช้ลักษณะที่สังเกตได้ของสิ่งมีชีวิต...

อนุกรมวิธานและการจำแนกประเภท

อนุกรมวิธาน คือการระบุ การตั้งชื่อ และ การจำแนก สิ่งมีชีวิต [ 7 ] ระบบ การจำแนกของลินเนียส ที่พัฒนาขึ้นในช่วงปี 1700 โดย คาโรลัส ลินเนียส เป็นรากฐานของวิธีการจำแนกสมัยใหม่...

การอนุมานแผนภูมิวิวัฒนาการ

วิธี การอนุมานเชิงวิวัฒนาการ โดยทั่วไป เกี่ยวข้องกับวิธีการคำนวณที่ใช้ เกณฑ์ความเหมาะสม และวิธีการ ประหยัด ความ น่าจะ เป็น สูงสุด (ML) และ การอนุมานแบบเบย์เซียน ตาม MCMC ทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ โดยปริยายหรือโดยชัดแจ้ง...

ผลกระทบของการสุ่มตัวอย่างอนุกรมวิธาน

ในการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ การสุ่มตัวอย่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตจะเลือกกลุ่มสิ่งมีชีวิตตัวอย่างขนาดเล็กเพื่ออนุมานประวัติวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิต [ 19 ] กระบวนการนี้ยังเรียกว่า การสุ่มตัวอย่างแบบแบ่งชั้น หรือการสุ่มตัวอย่างตามกลุ่มสิ่งมีชีวิต [ 20 ]...