Phát sinh loài động vật và cây sự sống

Phát sinh loài động vật tái tạo mô hình phân nhánh của sự kế thừa kết nối tất cả các ngành động vật, ngày càng được giải quyết bằng cách so sánh dữ liệu phân tử quy mô bộ gen trên nhiều dòng dõi.

Definition

Phát sinh loài động vật là lịch sử tiến hóa được tái tạo của giới động vật, được thể hiện dưới dạng cây phân nhánh trong đó tổ tiên chung giữa các ngành được suy luận từ các đặc điểm hình thái và phân tử.

Scope

Chủ đề này giải thích cách các mối quan hệ tiến hóa giữa các ngành động vật được suy luận và mô tả dưới dạng cây sự sống. Nó bao gồm việc sử dụng các đặc điểm hình thái và, đặc biệt, dữ liệu trình tự phân tử để nhóm các động vật đối xứng hai bên (bilaterian) thành Deuterostomia và các siêu lớp động vật nguyên sinh (protostome) Ecdysozoa và Lophotrochozoa, cũng như vị trí của các ngành không đối xứng hai bên (non-bilaterian) phân nhánh sớm. Nó cũng đề cập đến cách đọc cây phát sinh loài và tại sao một số nhánh sâu vẫn còn chưa chắc chắn.

Core questions

• Các mối quan hệ tiến hóa giữa các ngành động vật được suy luận từ hình thái và dữ liệu phân tử như thế nào?
• Các nhánh chính của động vật đối xứng hai bên là gì?
• Dòng dõi nào phân nhánh sớm nhất trong số các loài động vật, và tại sao điều này lại gây tranh cãi?
• Cây phát sinh loài động vật nên được đọc như thế nào?

Key theories

Ba nhánh lớn của động vật đối xứng hai bên

Phát sinh loài phân tử nhóm các động vật đối xứng hai bên thành Deuterostomia và hai siêu nhánh động vật nguyên sinh Ecdysozoa, các loài động vật lột xác, và Lophotrochozoa, các loài động vật có xoắn ốc và mang lophophore, thay thế các sơ đồ cũ hơn dựa trên loại khoang cơ thể (coelom).

Độ phân giải phát sinh loài học

Lấy mẫu nhiều gen trên nhiều đơn vị phân loại giúp cải thiện độ chính xác của cây động vật, phục hồi các nhánh được hỗ trợ tốt trong khi bộc lộ những nơi dữ liệu hạn chế hoặc sự phân kỳ cổ đại nhanh chóng khiến các nhánh chưa được giải quyết.

Mechanisms

Cây phát sinh loài được suy luận bằng cách so sánh các đặc điểm được kỳ vọng phản ánh tổ tiên chung. Các đặc điểm phái sinh chung, dù là giải phẫu hay, mạnh mẽ hơn, là trình tự nucleotide và axit amin, được phân tích bằng các phương pháp như khả năng hợp lý tối đa (maximum likelihood) và suy luận Bayes (Bayesian inference) để tìm ra cây giải thích dữ liệu tốt nhất. Các nghiên cứu phát sinh loài học (phylogenomic) nối tiếp hoặc mô hình hóa chung hàng trăm gen từ nhiều loài, điều này làm tăng sự hỗ trợ thống kê cho các nhánh (clade) nhưng cũng có thể bộc lộ sự mâu thuẫn khi các dòng dõi cổ đại phân kỳ liên tiếp nhanh chóng hoặc khi các trình tự đã tiến hóa không đồng đều.

Clinical relevance

Một cây động vật được giải quyết cho phép các nhà sinh vật học dự đoán các đặc điểm của các loài động vật ít được nghiên cứu từ các họ hàng của chúng, chọn các sinh vật mô hình mà các phát hiện có thể ngoại suy một cách thích hợp, và giải thích sự phân bố của gen, ký sinh trùng và cơ chế phát triển trên khắp giới động vật. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải lời khuyên lâm sàng.

History

Haeckel đã vẽ những cây sự sống động vật đầu tiên vào thế kỷ XIX. Phương pháp phân loại học (cladistic method) của Hennig vào thế kỷ XX đã đặt nền tảng vững chắc cho việc tái tạo cây dựa trên các đặc điểm phái sinh chung. Từ những năm 1990, trình tự RNA ribosome đã tổ chức lại các động vật đối xứng hai bên thành Ecdysozoa và Lophotrochozoa, và các nghiên cứu phát sinh loài học rộng lớn vào những năm 2000, chẳng hạn như của Dunn và các đồng nghiệp, đã làm sắc nét độ phân giải trên toàn bộ cây.

Debates

Nhóm chị em của tất cả các loài động vật khác

Việc bọt biển hay sứa lược phân nhánh sớm nhất trong số các loài động vật vẫn còn gây tranh cãi, vì các bộ dữ liệu và mô hình tiến hóa trình tự khác nhau đưa ra các câu trả lời mâu thuẫn với những hàm ý lớn đối với sự tiến hóa của các mô và hệ thần kinh.

Key figures

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

Seminal works

• dunn2008
• hickman2020

Frequently asked questions

Ecdysozoa và Lophotrochozoa là gì?

Chúng là hai nhánh lớn của động vật nguyên sinh: Ecdysozoa là các loài động vật lột xác như động vật chân đốt và giun tròn, còn Lophotrochozoa bao gồm động vật thân mềm, giun đốt và các ngành động vật có xoắn ốc và mang lophophore khác.

Tại sao cây động vật liên tục thay đổi?

Khi các bộ dữ liệu phân tử lớn hơn và tốt hơn cùng các mô hình phân tích được cải thiện trở nên có sẵn, một số mối quan hệ được xác nhận trong khi những mối quan hệ khác, đặc biệt là các phân kỳ cổ đại sâu và nhanh chóng, được sửa đổi.