Informasi

2.3: Menentukan Hubungan Evolusi - Biologi

2.3: Menentukan Hubungan Evolusi - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tujuan pembelajaran

  • Membandingkan sifat homolog dan analog.
  • Diskusikan tujuan kladistik.
  • Menjelaskan konsep kehematan maksimum.

Ilmuwan harus mengumpulkan informasi akurat yang memungkinkan mereka membuat hubungan evolusioner di antara organisme. Dalam kasus filogeni, penyelidikan evolusioner berfokus pada dua jenis bukti: morfologis (bentuk dan fungsi) dan genetik.

Dua Pilihan untuk Kesamaan

Secara umum, organisme yang memiliki kesamaan fitur fisik dan genom cenderung lebih dekat hubungannya daripada yang tidak. Ciri-ciri seperti itu yang tumpang tindih baik secara morfologis (dalam bentuk) dan secara genetik disebut sebagai struktur homolog dan berasal dari kesamaan perkembangan yang didasarkan pada evolusi. Misalnya, tulang pada sayap kelelawar dan burung memiliki struktur homolog (Gambar (PageIndex{1})), seperti halnya daun monokotil dan eudikotil (Gambar (PageIndex{2})).

Perhatikan itu bukan hanya satu tulang, melainkan pengelompokan beberapa tulang yang disusun dengan cara yang sama. Semakin kompleks fiturnya, semakin besar kemungkinan segala jenis tumpang tindih disebabkan oleh masa lalu evolusioner yang sama. Bayangkan dua orang dari negara yang berbeda menciptakan mobil dengan semua bagian yang sama dan dalam pengaturan yang sama persis tanpa pengetahuan sebelumnya atau bersama. Hasil itu akan sangat tidak mungkin. Namun, jika dua orang sama-sama menemukan palu, masuk akal untuk menyimpulkan bahwa keduanya dapat memiliki ide asli tanpa bantuan yang lain. Hubungan yang sama antara kompleksitas dan sejarah evolusi bersama berlaku untuk struktur homolog dalam organisme.

Pada tanaman, kami melihat tren serupa. Contoh struktur homolog pada tumbuhan adalah daun. Kelompok tumbuhan vaskular telah berevolusi dari nenek moyang bersama yang membentuk daun. Secara khusus, kita bisa melihat daun yang dibentuk oleh tanaman berbunga (Angiospermae), clade utama terbaru dalam kingdom Plantae. Jalur perkembangan dan anatomi internal daun ini memiliki kesamaan karena nenek moyang yang sama, meskipun mereka mungkin tampak berbeda secara lahiriah.

Penampilan Menyesatkan

Beberapa organisme mungkin memiliki kekerabatan yang sangat erat, meskipun perubahan genetik kecil menyebabkan perbedaan morfologi yang besar sehingga membuat mereka terlihat sangat berbeda. Demikian pula, organisme yang tidak terkait mungkin berkerabat jauh, tetapi tampak sangat mirip. Ini biasanya terjadi karena kedua organisme berada dalam adaptasi umum yang berevolusi dalam kondisi lingkungan yang serupa. Ketika karakteristik serupa terjadi karena kendala lingkungan dan bukan karena hubungan evolusi yang dekat, itu disebut analogi atau homoplasy. Misalnya, serangga menggunakan sayap untuk terbang seperti kelelawar dan burung, tetapi struktur sayap dan asal embrionya sama sekali berbeda. Ini disebut struktur analog (Gambar (PageIndex{3}) dan Gambar (PageIndex{4})).

Sifat-sifat serupa dapat berupa homolog atau analog. Sifat homolog dibagi karena nenek moyang yang sama; sifat-sifat analog memiliki fungsi yang serupa tetapi tidak serupa karena nenek moyang yang sama. Misalnya, tulang-tulang di sirip depan ikan paus homolog dengan tulang-tulang di lengan manusia, meskipun yang satu dikhususkan untuk berenang dan yang lainnya memanjat. Struktur ini tidak analog. Sayap lebah dan sayap burung adalah analog tetapi tidak homolog, keduanya khusus untuk terbang tetapi dengan pengaturan biologis yang sama sekali berbeda. Beberapa struktur keduanya analog dan homolog: sayap burung dan sayap kelelawar keduanya homolog dan analog, keduanya digunakan untuk terbang dan keduanya dengan pengaturan biologis yang serupa. Para ilmuwan harus menentukan jenis kesamaan yang ditunjukkan oleh suatu fitur untuk menguraikan filogeni organisme yang sedang dipelajari.

Tautan ke Pembelajaran: Situs web ini memiliki beberapa contoh untuk menunjukkan bagaimana penampilan dapat menyesatkan dalam memahami hubungan filogenetik organisme.

Struktur analog sering disebabkan oleh evolusi konvergen struktur yang digunakan untuk fungsi serupa. Misalnya, ada banyak kelompok berbeda dari organisme yang tidak berhubungan yang berfotosintesis. Tumbuhan adalah salah satu garis keturunan organisme fotosintesis, yang nenek moyangnya sama dengan ganggang hijau dan merah. Ganggang coklat memiliki sejarah evolusi yang sama sekali berbeda dan tidak memiliki nenek moyang yang sama dengan tanaman (mereka lebih dekat hubungannya dengan jamur air). Namun, banyak alga coklat membentuk struktur datar seperti daun yang mirip dengan tanaman, karena kedua kelompok menggunakan struktur ini untuk fotosintesis. Banyak ganggang coklat, seperti rumput laut, juga membentuk struktur seperti batang dan akar (lihat Gambar (PageIndex{4})).

Perbandingan Molekuler

Dengan kemajuan teknologi DNA, bidang sistematika molekuler, yang menjelaskan penggunaan informasi pada tingkat molekuler termasuk analisis DNA, telah berkembang. Program komputer baru tidak hanya mengkonfirmasi banyak organisme yang diklasifikasikan sebelumnya, tetapi juga mengungkap kesalahan yang dibuat sebelumnya. Seperti karakteristik fisik, bahkan urutan DNA bisa sulit dibaca dalam beberapa kasus. Untuk beberapa situasi, dua organisme yang sangat erat hubungannya dapat tampak tidak berhubungan jika terjadi mutasi yang menyebabkan pergeseran kode genetik. Mutasi penyisipan atau penghapusan akan memindahkan setiap basa nukleotida di satu tempat, menyebabkan dua kode serupa tampak tidak berhubungan.

Terkadang dua segmen kode DNA pada organisme yang berkerabat jauh secara acak berbagi persentase basa yang tinggi di lokasi yang sama, menyebabkan organisme ini tampak berkerabat dekat padahal sebenarnya tidak. Untuk kedua situasi ini, teknologi komputer telah dikembangkan untuk membantu mengidentifikasi hubungan yang sebenarnya, dan, pada akhirnya, penggunaan gabungan dari informasi morfologis dan molekuler lebih efektif dalam menentukan filogeni.

Mengapa filogeni penting? Ahli biologi evolusioner dapat membuat daftar banyak alasan mengapa pemahaman filogeni penting untuk kehidupan sehari-hari dalam masyarakat manusia. Bagi para ahli botani, filogeni berperan sebagai pedoman untuk menemukan tumbuhan baru yang dapat dimanfaatkan untuk kepentingan manusia. Pikirkan semua cara manusia menggunakan tanaman—makanan, obat-obatan, dan pakaian adalah beberapa contohnya. Jika tanaman mengandung senyawa yang efektif dalam mengobati kanker, para ilmuwan mungkin ingin memeriksa semua kerabat tanaman itu untuk obat lain yang bermanfaat.

Sebuah tim peneliti di Cina mengidentifikasi segmen DNA yang dianggap umum untuk beberapa tanaman obat dalam famili Fabaceae (keluarga kacang-kacangan) dan bekerja untuk mengidentifikasi spesies mana yang memiliki segmen ini (Gambar (PageIndex{6})). Setelah menguji spesies tanaman dalam famili ini, tim menemukan penanda DNA (lokasi yang diketahui pada kromosom yang memungkinkan mereka mengidentifikasi spesies) yang ada. Kemudian, dengan menggunakan DNA untuk mengungkap hubungan filogenetik, tim dapat mengidentifikasi apakah tanaman yang baru ditemukan termasuk dalam famili ini dan menilai potensi khasiat obatnya.

Membangun Pohon Filogenetik

Bagaimana para ilmuwan membangun pohon filogenetik? Setelah sifat-sifat homolog dan analog diurutkan, para ilmuwan sering mengatur sifat-sifat homolog menggunakan sistem yang disebut kladistik. Sistem ini memilah organisme menjadi clades: kelompok organisme yang diturunkan dari satu nenek moyang. Misalnya, pada Gambar (PageIndex{7}), semua organisme di wilayah oranye berevolusi dari satu nenek moyang yang memiliki telur ketuban. Akibatnya, semua organisme ini juga memiliki telur ketuban dan membuat clade tunggal, juga disebut a monofiletik kelompok. Clades harus menyertakan semua turunan dari titik cabang.

Clades dapat bervariasi dalam ukuran tergantung pada titik cabang mana yang direferensikan. Faktor penting adalah bahwa semua organisme dalam clade atau kelompok monofiletik berasal dari satu titik di pohon. Ini dapat diingat karena monofiletik dipecah menjadi "mono", yang berarti satu, dan "filetik", yang berarti hubungan evolusi. Gambar (PageIndex{8}) menunjukkan berbagai contoh clades. Perhatikan bagaimana setiap clade berasal dari satu titik, sedangkan grup non-clade menunjukkan cabang yang tidak berbagi satu titik.

Pohon filogenetik dapat dibangun dengan menilai persamaan dan perbedaan antara taksa yang menarik (tonton Video (PageIndex{a}) untuk melihat bagaimana hal ini dilakukan). Ciri-ciri ini dapat berupa ciri-ciri morfologis atau perkembangan (Gambar (PageIndex{7})) atau ciri-ciri genetik yang disebut polimorfisme nukleotida tunggal (SNP, atau snips, singkatnya). Taksa dengan kemiripan terbanyak ditempatkan ke dalam clade yang sama.

Video (PageIndex{a}): Video ini menjelaskan bagaimana pohon filogenetik dibangun menggunakan informasi genetik. Membuat Pohon Filogenetik oleh Oxford Academic (Oxford Publishing Press) https://youtu.be/09eD4A_HxVQ

Karakteristik Bersama

Organisme berevolusi dari nenek moyang yang sama dan kemudian melakukan diversifikasi. Para ilmuwan menggunakan ungkapan "keturunan dengan modifikasi" karena meskipun organisme terkait memiliki banyak karakteristik dan kode genetik yang sama, perubahan terjadi. Pola ini berulang-ulang saat seseorang melewati pohon filogenetik kehidupan:

  1. Perubahan susunan genetik suatu organisme menyebabkan sifat baru yang menjadi lazim dalam kelompok.
  2. Banyak organisme turun dari titik ini dan memiliki sifat ini.
  3. Variasi baru terus muncul: beberapa adaptif dan bertahan, mengarah ke sifat baru.
  4. Dengan sifat baru, titik cabang baru ditentukan (kembali ke langkah 1 dan ulangi).

Jika suatu karakteristik ditemukan pada nenek moyang suatu kelompok, itu dianggap sebagai karakter leluhur bersama karena semua organisme dalam takson atau clade memiliki sifat itu. Vertebrata dalam Gambar (PageIndex{7}) adalah karakter leluhur bersama. Sekarang perhatikan karakteristik telur ketuban pada gambar yang sama. Hanya beberapa organisme dalam Gambar (PageIndex{7}) yang memiliki sifat ini, dan bagi mereka yang memilikinya, ini disebut a karakter turunan bersama karena sifat ini diturunkan di beberapa titik tetapi tidak mencakup semua nenek moyang di pohon.

Aspek rumit untuk berbagi leluhur dan karakter turunan bersama adalah kenyataan bahwa istilah-istilah ini relatif. Sifat yang sama dapat dianggap satu atau yang lain tergantung pada diagram tertentu yang digunakan. Kembali ke Gambar (PageIndex{8}), perhatikan bahwa telur ketuban adalah karakter leluhur bersama untuk clade Amniota, sementara memiliki rambut adalah karakter turunan bersama untuk beberapa organisme dalam kelompok ini. Istilah-istilah ini membantu para ilmuwan membedakan antara clades dalam pembangunan pohon filogenetik.

Memilih Hubungan yang Tepat

Bayangkan menjadi orang yang bertanggung jawab untuk mengatur semua barang di department store dengan benar—tugas yang berat. Mengatur hubungan evolusioner dari semua kehidupan di Bumi terbukti jauh lebih sulit: para ilmuwan harus merentangkan blok waktu yang sangat besar dan bekerja dengan informasi dari organisme yang telah lama punah. Mencoba menguraikan koneksi yang tepat, terutama mengingat adanya homologi dan analogi, membuat tugas membangun pohon kehidupan yang akurat menjadi sangat sulit. Ditambah dengan kemajuan teknologi DNA, yang sekarang menyediakan sejumlah besar sekuens genetik untuk digunakan dan dianalisis. Taksonomi adalah disiplin subjektif: banyak organisme memiliki lebih dari satu koneksi satu sama lain, sehingga setiap ahli taksonomi akan memutuskan urutan koneksi.

Untuk membantu tugas luar biasa dalam mendeskripsikan filogeni secara akurat, para ilmuwan sering menggunakan konsep yang disebut hemat maksimal. Kekikiran maksimum adalah prinsip yang mengasumsikan peristiwa evolusi paling sedikit terjadi dalam filogeni tertentu. Ini juga disebut pisau cukur Ockham - bahwa kita juga harus memilih hipotesis paling sederhana yang menjelaskan data. Kemungkinan maksimum, prinsip lain yang digunakan ketika menyusun filogeni, menunjukkan bahwa urutan peristiwa evolusi yang paling mungkin terjadi adalah yang paling mungkin terjadi.

Misalnya, jika Anda melihat seorang teman yang mengenakan kemeja biru, kemudian melihatnya lagi di malam hari dan mereka masih mengenakan kemeja biru itu, Anda mungkin akan berasumsi bahwa mereka telah mengenakan kemeja biru yang sama sepanjang hari. Namun, tidak menutup kemungkinan mereka pulang, berganti baju, dan berganti baju atau berganti baju yang bentuknya sangat mirip. Kemungkinannya kecil, jadi kita sering menganggap yang pertama.

Untuk ilmuwan yang menguraikan jalur evolusi, ide yang sama digunakan: jalur evolusi mungkin mencakup peristiwa besar paling sedikit yang bertepatan dengan bukti yang ada. Dimulai dengan semua sifat homolog dalam kelompok organisme, para ilmuwan mencari urutan paling jelas dan sederhana dari peristiwa evolusi yang menyebabkan terjadinya sifat-sifat tersebut.

Alat dan konsep ini hanyalah beberapa dari strategi yang digunakan para ilmuwan untuk menangani tugas mengungkap sejarah evolusi kehidupan di Bumi. Baru-baru ini, teknologi yang lebih baru telah menemukan penemuan mengejutkan dengan hubungan yang tidak terduga, seperti fakta bahwa orang tampaknya lebih dekat hubungannya dengan jamur daripada tanaman. Terdengar sulit dipercaya? Seiring bertambahnya informasi tentang urutan DNA, para ilmuwan akan semakin dekat untuk memetakan sejarah evolusi semua kehidupan di Bumi.

Ringkasan

Untuk membangun pohon filogenetik, para ilmuwan harus mengumpulkan informasi akurat yang memungkinkan mereka membuat hubungan evolusioner antar organisme. Menggunakan data morfologi dan molekuler, para ilmuwan bekerja untuk mengidentifikasi karakteristik dan gen homolog. Kesamaan antara organisme dapat berasal baik dari sejarah evolusi bersama (homologi) atau dari jalur evolusi yang terpisah (analogi). Teknologi yang lebih baru dapat digunakan untuk membantu membedakan homologi dari analogi. Setelah informasi homolog diidentifikasi, para ilmuwan menggunakan kladistik untuk mengatur peristiwa ini sebagai sarana untuk menentukan garis waktu evolusi. Para ilmuwan menerapkan prinsip-prinsip penghematan maksimum dan kemungkinan maksimum, yang menyatakan bahwa urutan peristiwa mungkin terjadi dengan cara yang paling jelas dan sederhana dengan jumlah langkah paling sedikit dan bahwa urutan peristiwa evolusi yang paling mungkin mungkin terjadi. Untuk peristiwa evolusi, ini akan menjadi jalur dengan jumlah divergensi utama paling sedikit yang berkorelasi dengan bukti.


Tonton videonya: Boboiboy galaxy fusion (November 2022).