คลาดิสติกส์และความตระหนี่ (Cladistics and Parsimony)

ความตระหนี่แบบคลาดิสติกส์ (Cladistic parsimony) เลือกต้นไม้วิวัฒนาการที่อธิบายลักษณะที่สังเกตได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด โดยถือว่าความคล้ายคลึงที่ไม่ได้เกิดจากบรรพบุรุษร่วมกัน (homoplasy) เป็นต้นทุนที่ต้องลดให้เหลือน้อยที่สุด

Definition

ความตระหนี่สูงสุด (Maximum parsimony) เป็นเกณฑ์ความเหมาะสมที่เลือกต้นไม้สายวิวัฒนาการที่ลดจำนวนการเปลี่ยนแปลงสถานะของลักษณะทั้งหมดที่จำเป็นในการอธิบายข้อมูลให้เหลือน้อยที่สุด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเกณฑ์ความเหมาะสมของความตระหนี่ (parsimony optimality criterion), การนับการเปลี่ยนแปลงสถานะของลักษณะ (ความยาวของต้นไม้), กลยุทธ์การค้นหาเพื่อหาต้นไม้ที่สั้นที่สุด, วิธีการฉันทามติสำหรับการสรุปต้นไม้ที่ตระหนี่เท่ากันหลายต้น, และข้อสมมติฐานและข้อวิพากษ์วิจารณ์ของความตระหนี่ในฐานะพื้นฐานสำหรับการอนุมานสายวิวัฒนาการ (phylogenetic inference)

Core questions

• ความยาวของต้นไม้ภายใต้หลักความตระหนี่คำนวณได้อย่างไร?
• จะหาต้นไม้ที่สั้นที่สุดได้อย่างไรเมื่อการค้นหาแบบละเอียดเป็นไปไม่ได้?
• จะสรุปต้นไม้ที่ตระหนี่เท่ากันหลายต้นได้อย่างไร?
• ภายใต้เงื่อนไขใดที่หลักความตระหนี่อาจถูกทำให้เข้าใจผิดได้?

Key theories

หลักการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด (Minimum-change principle)

ความตระหนี่นิยมต้นไม้ที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการน้อยที่สุด โดยมีเหตุผลว่าสมมติฐานเฉพาะกิจเกี่ยวกับความคล้ายคลึงที่ไม่ได้เกิดจากบรรพบุรุษร่วมกัน (homoplasy) ควรถูกลดให้เหลือน้อยที่สุด

การดึงดูดกิ่งยาว (Long-branch attraction)

ความตระหนี่อาจไม่สอดคล้องกันทางสถิติ โดยจัดกลุ่มสายเลือดที่วิวัฒนาการอย่างรวดเร็วเข้าด้วยกันเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงแบบลู่เข้า (convergent change) มากกว่าการมีบรรพบุรุษร่วมกัน ซึ่งเป็นรูปแบบความล้มเหลวที่เรียกว่าการดึงดูดกิ่งยาว

Clinical relevance

ต้นไม้ที่สร้างขึ้นโดยอาศัยหลักความตระหนี่ยังคงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายสำหรับข้อมูลทางสัณฐานวิทยาและข้อมูลที่รวมกัน รวมถึงการวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับฟอสซิล ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิวัฒนาการของลักษณะที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาเชิงเปรียบเทียบและชีวเวชศาสตร์

History

ความตระหนี่กลายเป็นวิธีการคำนวณที่โดดเด่นในยุคคลาดิสติกส์ โดยถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา; การสาธิตของ Felsenstein ที่แสดงให้เห็นว่าความตระหนี่อาจไม่สอดคล้องกันภายใต้อัตราที่ไม่เท่ากันได้กระตุ้นให้เกิดทางเลือกที่อิงตามแบบจำลอง

Debates

ความตระหนี่หรือความน่าจะเป็นแบบสูงสุด (likelihood) แบบใดที่เหมาะสมกว่า

ผู้สนับสนุนความตระหนี่เน้นย้ำถึงข้อสมมติฐานที่น้อยที่สุดและความโปร่งใส ในขณะที่นักวิจารณ์ชี้ให้เห็นถึงความไม่สอดคล้องกันทางสถิติภายใต้อัตราที่แตกต่างกันและนิยมวิธีการที่อิงตามแบบจำลองอย่างชัดเจน

Key figures

• Willi Hennig
• Joseph Felsenstein
• James Farris

Seminal works

• hennig1966
• wiley2011
• felsenstein2004

Frequently asked questions

เหตุใดจึงต้องลดจำนวนการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการให้เหลือน้อยที่สุด?

ความตระหนี่ถือว่าการเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มขึ้นแต่ละครั้งเป็นสมมติฐานเฉพาะกิจเพิ่มเติมของความคล้ายคลึงที่ไม่ได้เกิดจากบรรพบุรุษร่วมกัน (homoplasy) ดังนั้นต้นไม้ที่สั้นที่สุดจึงถือเป็นการอธิบายข้อมูลที่ได้รับการสนับสนุนดีที่สุด

การดึงดูดกิ่งยาว (long-branch attraction) คืออะไร?

เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สายเลือดสองสายที่ไม่เกี่ยวข้องกันและวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกัน เนื่องจากความคล้ายคลึงแบบลู่เข้าโดยบังเอิญถูกเข้าใจผิดว่าเป็นบรรพบุรุษร่วมกัน ซึ่งเป็นจุดอ่อนที่ทราบกันดีของความตระหนี่