20.1 Skipulag lífs á jörðinni
20.1 Skipulag lífs á jörðinni
Námsmarkmið
Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:
Á vísindamáli er þróunarsaga saga þróunar og skyldleika lífveru eða hóps lífvera. Hún lýsir tengslum lífverunnar, til dæmis frá hvaða lífverum hún kann að hafa þróast eða hvaða tegundum hún er skyldust. Þróunartengsl veita upplýsingar um sameiginlegan uppruna, en ekki endilega um það hvernig lífverur eru líkar eða ólíkar.
Þróunartré
Vísindamenn nota þróunartré til að sýna þróunarleiðir og tengsl milli lífvera. Þróunartré er skýringarmynd sem sýnir þróunartengsl milli lífvera eða hópa lífvera. Vísindamenn líta á þróunartré sem tilgátu um þróunarsögu, því ekki er hægt að fara aftur í tímann til að staðfesta fyrirhuguð tengsl. Með öðrum orðum getum við smíðað „lífsins tré“ til að sýna hvenær ólíkar lífverur þróuðust og hvernig þær tengjast hver annarri (mynd 20.2).
Ólíkt flokkunarfræðilegri skýringarmynd má lesa þróunartré eins og kort af þróunarsögu. Mörg þróunartré hafa eina þróunarlínu við grunninn sem táknar sameiginlegan forföður. Vísindamenn kalla slík tré rótuð, sem þýðir að ein forfeðralína, oftast teiknuð neðan frá eða frá vinstri, tengist öllum lífverunum sem sýndar eru á myndinni. Takið eftir því á rótaða þróunartrénu að lénin þrjú, bakteríur (Bacteria), fornbakteríur (Archaea) og heilkjörnungar (Eukarya), greinast frá einum punkti og kvíslast út. Litla greinin sem plöntur og dýr, þar á meðal menn, skipa á þessari mynd sýnir hversu nýlegir og smáir þessir hópar eru í samanburði við aðrar lífverur. Órótuð tré sýna ekki sameiginlegan forföður, en þau sýna tengsl milli tegunda.
Í rótuðu tré sýna kvíslarnar þróunartengsl (mynd 20.3). Punkturinn þar sem skipting verður, greiningarpunktur, táknar staðinn þar sem ein þróunarlína þróaðist í nýja, aðskilda línu. Þróunarlína sem greindist snemma frá rótinni og helst ókvísluð kallast grunnflokkur. Tvær þróunarlínur sem koma frá sama greiningarpunkti kallast systurflokkar. Grein með fleiri en tveimur þróunarlínum kallast fjölgreining og sýnir stað þar sem vísindamenn hafa ekki enn ákvarðað öll tengslin endanlega. Athugið að þó systurflokkar og fjölgreining deili forföður þýðir það ekki að hópar lífvera hafi klofnað eða þróast hver frá öðrum. Lífverur í tveimur flokkum kunna að hafa klofnað við tiltekinn greiningarpunkt, en hvorugur flokkurinn gaf af sér hinn.
Skýringarmyndirnar hér að ofan geta hjálpað til við að skilja þróunarsöguna. Við getum rakið leiðina frá uppruna lífs til hvaða tegundar sem er með því að fylgja þróunargreinunum milli punktanna tveggja. Með því að byrja á einni tegund og rekja leiðina til baka í átt að „stofni“ trésins má einnig finna forfeður tegundarinnar og sjá hvar þróunarlínur eiga sameiginlegan uppruna. Auk þess má nota tréð til að rannsaka heila hópa lífvera.
Annað sem vert er að nefna um uppbyggingu þróunartrjáa er að snúningur við greiningarpunkta breytir ekki upplýsingunum. Ef greiningarpunkti væri til dæmis snúið og röð flokkunareininga breyttist, myndi það ekki breyta upplýsingunum, því þróun hverrar flokkunareiningar frá greiningarpunktinum var óháð hinum.
Margar greinar líffræðinnar stuðla að skilningi á því hvernig líf fortíðar og nútíðar hefur þróast í gegnum tíðina; saman stuðla þær að því að byggja, uppfæra og viðhalda „lífsins tré“. Kerfisfræði er fræðasvið sem vísindamenn nota til að skipuleggja og flokka lífverur út frá þróunartengslum. Rannsakendur geta notað gögn úr steingervingum, rannsóknum á líkamsbyggingu, sameindum sem lífvera notar og DNA-greiningu. Með því að sameina gögn úr mörgum heimildum geta vísindamenn smíðað þróunarsögu lífveru. Þar sem þróunartré eru tilgátur munu þau halda áfram að breytast eftir því sem rannsakendur uppgötva nýjar gerðir lífs og afla nýrra upplýsinga.
Takmarkanir þróunartrjáa
Auðvelt getur verið að gera ráð fyrir að skyldari lífverur líkist hver annarri meira. Þótt það eigi oft við er það ekki alltaf rétt. Ef tvær náskyldar þróunarlínur þróast í mjög ólíku umhverfi geta hóparnir tveir virst ólíkari hvor öðrum en öðrum hópum sem eru ekki eins náskyldir. Til dæmis sýnir þróunartréð á mynd 20.4 að eðlur og kanínur hafa báðar líknarbelgsegg en froskar ekki. Samt virðast eðlur og froskar líkari hvor öðrum en eðlur og kanínur.
Annað einkenni þróunartrjáa er að, nema annað sé tekið fram, sýna greinarnar ekki tímalengd heldur aðeins þróunarröð. Með öðrum orðum merkir lengd greinar yfirleitt ekki að lengri tími hafi liðið, og stutt grein merkir ekki að skemmri tími hafi liðið, nema það sé tekið fram á skýringarmyndinni. Til dæmis sýnir tréð á mynd 20.4 ekki hversu langur tími leið milli þróunar líknarbelgseggja og hárs. Það sem tréð sýnir er röðin sem einkenni komu fram í. Með afturvísun til myndar 20.4 sýnir tréð að elsta einkennið er hryggsúlan, síðan kjálkar með lið og svo framvegis. Mundu að hvert þróunartré er hluti af stærri heild, og líkt og raunverulegt tré vex það ekki aðeins í eina átt eftir að ný grein myndast. Fyrir lífverurnar á mynd 20.4 þýðir þróun hryggsúlu því ekki að þróun hryggleysingja hafi stöðvast. Hún þýðir aðeins að ný grein myndaðist. Hópar sem eru ekki náskyldir en þróast við svipaðar aðstæður geta einnig virst líkari í svipgerð en nánir ættingjar.
Tengill á námsefni
Farðu á þessa vefsíðu til að sjá gagnvirkar æfingar sem gera þér kleift að kanna þróunartengsl milli tegunda.
Flokkunarstig
Flokkunarfræði er sú fræðigrein að flokka lífverur og smíða alþjóðlega samræmd flokkunarkerfi þar sem hver lífvera er sett í sífellt stærri hópa. Hugsaðu um skipulag matvöruverslunar. Einu stóru rými er skipt í deildir, svo sem grænmeti, mjólkurvörur og kjöt. Síðan skiptist hver deild frekar í ganga, hver gangur í flokka og vörumerki og loks í einstaka vöru. Slíkt skipulag frá stærri hópum til smærri og sértækari hópa kallast stigskipt kerfi.
Flokkunarkerfið, sem einnig er kallað flokkunarkerfi Linnaeusar eftir upphafsmanni þess, Carl Linnaeus, sænskum grasafræðingi, dýrafræðingi og lækni, notar stigskipt líkan. Frá upprunapunktinum verða hóparnir sífellt sértækari þar til ein grein endar sem ein tegund. Til dæmis skipta vísindamenn lífverum, eftir sameiginlegt upphaf alls lífs, í þrjá stóra flokka sem kallast lén: Bacteria, Archaea og Eukarya. Innan hvers léns er annar flokkur sem kallast ríki. Eftir ríki koma flokkunarstig með aukinni sértækni: fylking, flokkur, ættbálkur, ætt, ættkvísl og tegund (mynd 20.5).
Ríkið Animalia (dýraríkið) tilheyrir léninu Eukarya. Mynd 20.5 hér að ofan sýnir flokkun hundsins. Fullt nafn lífveru hefur því tæknilega séð átta heiti. Fyrir hundinn eru þau: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis og lupus. Takið eftir að hvert heiti er ritað með stórum upphafsstaf nema tegundarheitið, og að heiti ættkvíslar og tegundar eru skáletruð. Vísindamenn vísa yfirleitt aðeins til lífveru með ættkvísl og tegund, sem er tveggja orða vísindaheiti hennar, eða tvínafnakerfi. Vísindaheiti hundsins er því Canis lupus. Heitið á hverju stigi er einnig flokkunareining. Með öðrum orðum eru hundar í ættbálknum Carnivora. Carnivora er heiti flokkunareiningarinnar á ættbálksstigi; Canidae er flokkunareiningin á ættarstigi og svo framvegis. Lífverur hafa einnig almennt heiti sem fólk notar vanalega, í þessu tilviki hundur. Athugið að hundurinn er auk þess undirtegund: familiaris í Canis lupus familiaris. Undirtegundir eru meðlimir sömu tegundar sem geta makast og eignast lífvænleg afkvæmi, en eru aðskildar undirtegundir vegna landfræðilegrar eða atferlislegrar einangrunar eða annarra þátta.
Mynd 20.6 sýnir hvernig flokkunarstigin verða sértækari hjá öðrum lífverum. Takið eftir að hundurinn deilir léni með mjög fjölbreyttum hópi lífvera, þar á meðal plöntum og fiðrildum. Á hverju undirstigi verða lífverurnar líkari hver annarri vegna þess að þær eru skyldari. Sögulega flokkuðu vísindamenn lífverur eftir einkennum, en eftir því sem DNA-tækni þróaðist hafa þeir getað ákvarðað nákvæmari þróunarsögur.
Myndatengsl
Á hvaða stigum tilheyra kettir og hundar sama hópi?
Kettir og hundar tilheyra sama hópi á fimm stigum: báðir eru í léninu Eukarya, ríkinu Animalia, fylkingunni Chordata, flokknum Mammalia og ættbálknum Carnivora.
Tengill á námsefni
Heimsæktu þessa vefsíðu til að skoða flokkun þúsunda lífvera. Þessi uppflettisíða inniheldur um 10% af lýstum tegundum á jörðinni.
Nýlegar erfðagreiningar og aðrar framfarir hafa sýnt að sumar eldri þróunarfræðilegar flokkanir samræmast ekki þróunarsögunni; því þurfa rannsakendur að gera breytingar og uppfæra flokkunina eftir því sem nýjar uppgötvanir koma fram. Rifjið upp að þróunartré eru tilgátur og þeim er breytt eftir því sem ný gögn verða aðgengileg. Auk þess hefur flokkun sögulega aðallega beinst að því að hópa lífverur eftir sameiginlegum einkennum og sýnir ekki endilega hvernig ólíkir hópar tengjast hver öðrum frá þróunarfræðilegu sjónarhorni. Til dæmis getur flóðhesturinn verið nánasti núlifandi ættingi hvalsins, þótt hann líkist svíni meira en hval.