สายวิวัฒนาการของสัตว์และแผนภูมิต้นไม้แห่งชีวิต

สายวิวัฒนาการของสัตว์เป็นการสร้างรูปแบบการแตกแขนงของลำดับวงศ์ตระกูลที่เชื่อมโยงไฟลัมของสัตว์ทั้งหมด ซึ่งได้รับการแก้ไขให้ชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ โดยการเปรียบเทียบข้อมูลโมเลกุลระดับจีโนมในสายเลือดจำนวนมาก

Definition

สายวิวัฒนาการของสัตว์คือประวัติวิวัฒนาการที่สร้างขึ้นใหม่ของอาณาจักรสัตว์ ซึ่งแสดงออกในรูปของแผนภูมิต้นไม้ที่มีการแตกแขนง โดยมีการอนุมานบรรพบุรุษร่วมกันระหว่างไฟลัมจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโมเลกุล

Scope

หัวข้อนี้อธิบายถึงวิธีการอนุมานความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการระหว่างไฟลัมของสัตว์และแสดงให้เห็นเป็นแผนภูมิต้นไม้แห่งชีวิต ครอบคลุมการใช้ลักษณะทางสัณฐานวิทยา และโดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อมูลลำดับโมเลกุล เพื่อจัดกลุ่มสัตว์ในกลุ่ม Bilateria ออกเป็น Deuterostomia และกลุ่ม Protostome superclades ได้แก่ Ecdysozoa และ Lophotrochozoa รวมถึงการจัดวางไฟลัมที่ไม่ใช่ Bilateria ที่แตกแขนงในช่วงแรก นอกจากนี้ยังกล่าวถึงวิธีการอ่านแผนภูมิสายวิวัฒนาการและเหตุใดบางสาขาที่ลึกยังคงไม่แน่นอน

Core questions

• ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการระหว่างไฟลัมของสัตว์ถูกอนุมานจากสัณฐานวิทยาและข้อมูลโมเลกุลได้อย่างไร?
• กลุ่มเครือญาติหลักของสัตว์ในกลุ่ม Bilateria มีอะไรบ้าง?
• สายเลือดใดที่แตกแขนงเร็วที่สุดในบรรดาสัตว์ และเหตุใดจึงยังเป็นที่ถกเถียง?
• ควรอ่านแผนภูมิสายวิวัฒนาการของสัตว์อย่างไร?

Key theories

สามกลุ่มเครือญาติใหญ่ของ Bilateria

การจัดกลุ่มสายวิวัฒนาการโมเลกุลแบ่งสัตว์ในกลุ่ม Bilateria ออกเป็น Deuterostomia และสองกลุ่ม Protostome superclades ได้แก่ Ecdysozoa ซึ่งเป็นสัตว์ที่ลอกคราบ และ Lophotrochozoa ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีการเจริญแบบเกลียวและมีลอโฟฟอร์ แทนที่แผนการจัดกลุ่มแบบเก่าที่อิงตามประเภทของช่องลำตัว

ความละเอียดของ Phylogenomic

การสุ่มตัวอย่างยีนจำนวนมากในอนุกรมวิธานจำนวนมากช่วยเพิ่มความแม่นยำของแผนภูมิสายวิวัฒนาการของสัตว์ โดยสามารถระบุกลุ่มเครือญาติที่ได้รับการสนับสนุนอย่างดี ในขณะเดียวกันก็เปิดเผยว่าข้อมูลที่จำกัดหรือการแยกสายพันธุ์โบราณที่รวดเร็วทำให้บางสาขาไม่สามารถแก้ไขได้

Mechanisms

แผนภูมิสายวิวัฒนาการถูกอนุมานโดยการเปรียบเทียบลักษณะที่คาดว่าจะสะท้อนถึงบรรพบุรุษร่วมกัน ลักษณะที่ได้รับมาและมีร่วมกัน ไม่ว่าจะเป็นทางกายวิภาค หรือที่ทรงพลังกว่านั้นคือลำดับนิวคลีโอไทด์และกรดอะมิโน จะถูกวิเคราะห์ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น maximum likelihood และ Bayesian inference เพื่อค้นหาแผนภูมิที่อธิบายข้อมูลได้ดีที่สุด การศึกษา Phylogenomic จะเชื่อมโยงหรือสร้างแบบจำลองยีนหลายร้อยยีนจากหลายสปีชีส์ร่วมกัน ซึ่งช่วยเพิ่มการสนับสนุนทางสถิติสำหรับกลุ่มเครือญาติ แต่ก็สามารถเปิดเผยความขัดแย้งได้เมื่อสายเลือดโบราณแยกตัวออกจากกันอย่างรวดเร็ว หรือเมื่อลำดับมีการวิวัฒนาการไม่สม่ำเสมอ

Clinical relevance

แผนภูมิสายวิวัฒนาการของสัตว์ที่ได้รับการแก้ไขอย่างชัดเจนช่วยให้นักชีววิทยาสามารถทำนายลักษณะของสัตว์ที่ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดจากญาติของพวกมัน เลือกสิ่งมีชีวิตต้นแบบที่สามารถนำผลการวิจัยไปประยุกต์ใช้ได้อย่างเหมาะสม และตีความการกระจายตัวของยีน ปรสิต และกลไกการพัฒนาทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ นี่คือบริบททางการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

เฮคเคลได้วาดแผนภูมิต้นไม้แห่งชีวิตของสัตว์เป็นครั้งแรกในศตวรรษที่ 19 วิธีการจำแนกกลุ่มเครือญาติ (cladistic method) ของเฮนนิกในศตวรรษที่ 20 ได้วางรากฐานที่เข้มงวดสำหรับการสร้างแผนภูมิต้นไม้โดยอิงจากลักษณะที่ได้รับมาและมีร่วมกัน ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 ลำดับ ribosomal RNA ได้จัดระเบียบกลุ่ม Bilateria ใหม่เป็น Ecdysozoa และ Lophotrochozoa และการศึกษา phylogenomic ในวงกว้างในทศวรรษ 2000 เช่น การศึกษาของ Dunn และคณะ ได้เพิ่มความละเอียดทั่วทั้งแผนภูมิ

Debates

กลุ่มพี่น้องของสัตว์อื่นๆ ทั้งหมด

ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันว่าฟองน้ำหรือหวีวุ้นเป็นกลุ่มที่แตกแขนงเร็วที่สุดในบรรดาสัตว์หรือไม่ เนื่องจากชุดข้อมูลและแบบจำลองวิวัฒนาการของลำดับที่แตกต่างกันให้ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกัน ซึ่งมีนัยสำคัญอย่างมากต่อวิวัฒนาการของเนื้อเยื่อและระบบประสาท

Key figures

• Ernst Haeckel
• Willi Hennig
• Carl Woese
• Gonzalo Giribet

Seminal works

• dunn2008
• hickman2020

Frequently asked questions

Ecdysozoa และ Lophotrochozoa คืออะไร?

พวกมันคือสองกลุ่มเครือญาติใหญ่ของสัตว์ Protostome: Ecdysozoa คือสัตว์ที่ลอกคราบ เช่น อาร์โทรพอดและหนอนตัวกลม และ Lophotrochozoa รวมถึงหอย หนอนปล้อง และไฟลัมอื่นๆ ที่มีการเจริญแบบเกลียวและมีลอโฟฟอร์

เหตุใดแผนภูมิสายวิวัฒนาการของสัตว์จึงเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ?

เมื่อมีชุดข้อมูลโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นและดีขึ้น รวมถึงแบบจำลองการวิเคราะห์ที่ได้รับการปรับปรุง ความสัมพันธ์บางอย่างได้รับการยืนยัน ในขณะที่ความสัมพันธ์อื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแยกสายพันธุ์โบราณที่ลึกและรวดเร็ว จะได้รับการแก้ไข