La cladistica
Inviato: 28 apr 2014, 10:51
La Cladistica
Letto quanto sopra, mi si può chiedere " E allora? " A che mi serve sapere come funziona se io non posso avvalermene in senso pratico?
La cladistica, o tassonomia cladistica, (dal greco κλάδος kládos = ramo), è un metodo di classificazione dei viventi, messo a punto da Willi Hennig (1913-1976), che si basa sul grado di parentela ovvero sulla distanza nel tempo dell'ultimo progenitore comune.
È nota anche come sistematica filogenetica.
In base al metodo di classificazione cladistica animali e piante vengono disposti in gruppi tassonomici monofiletici - i cladi - comprendenti un antenato comune e tutti i suoi discendenti.
Le relazioni evolutive sono stabilite a partire dai caratteri condivisi, le omologie, presumendo che esse stiano ad indicare un antenato comune. Le strutture omologhe sono quelle che, in diversi organismi, hanno un'origine comune, anche se non necessariamente la stessa funzione. Ad esempio, i cheliceri dei chelicerati sono omologhi alle seconde antenne dei crostacei.
Le omologie si contrappongono alle analogie (o omoplasie). Due caratteri sono analoghi quando non hanno un'origine comune ma condividono la stessa funzione. Ad esempio, le ali degli uccelli sono analoghe alle ali delle farfalle, anche se evoluzionisticamente sono due cose distinte.
Lo studio cladistico si basa sull'identificazione delle omologie presenti in un gruppo in studio.
Viene poi determinata la polarità di tali omologie, cioè si assume che gruppi di organismi di più recente parentela condividano caratteri omologhi derivati. Questi caratteri derivati si sono originati da una forma ancestrale di quei caratteri, presente prima delle diramazioni che hanno dato origine al gruppo di organismi in studio.
Per stabilire quale sia la forma ancestrale e derivata di un carattere si identifica un outgroup, cioè un gruppo di organismi esterno al gruppo in studio, perché originato da un antenato più antico, ma più vicino evoluzionisticamente al gruppo in studio più di quanto sia qualunque altro gruppo esterno. Lo stato del carattere presente nell'outgroup viene considerato ancestrale (plesiomorfo) mentre lo stato o gli stati dei caratteri presenti nel gruppo in studio vengono definiti caratteri derivati (apomorfi).
La condivisione di "caratteri derivati" da parte di un gruppo di organismi viene detta sinapomorfia, e le sinapomorfie sono indice di monofilia, cioè portano a considerare i membri di quel gruppo come derivati da un unico antenato comune.
Per la cladistica solo i gruppi monofiletici, cioè organismi che condividono un antenato comune recente, possono essere elevati al rango di clado e costituire una categoria tassonomica.
La classificazione si basa inoltre sull’assunto che due nuove specie si formino "improvvisamente" (cioè in un "breve" tempo geologicamente parlando secondo la teoria degli "equilibri punteggiati") per separazione da un antenato comune anziché attraverso un graduale cambiamento evolutivo. Tali relazioni sono illustrate mediante diagrammi - i cladogrammi - formati da un sistema di ramificazioni dicotomiche (vedi dendrogramma). Ciascun punto di ramificazione rappresenta una divergenza da un antenato comune.
Linee filetiche discendenti dallo stesso ramo si dicono gruppi monofiletici. Se tale gruppo non comprende tutti i discendenti del progenitore ancestrale verrà detto parafiletico.
Due taxa derivanti da un comune progenitore sono chiamati gruppi fratelli o, secondo la terminologia inglese, sister taxa o sister groups.
Una analisi cladistica si può basare su un'ampia varietà di dati, incluse le analisi di sequenza del DNA (cosiddetti "dati molecolari"), dati biochimici e dati morfologici.
Prima dell' avvento della biologia molecolare, la cladistica veniva presunta dai caratteri omologhi. Si veniva a formare uno o più dendrogrammi basandosi sulle conoscenze in possesso e cioè sui caratteri morfologici, chimici e biologici (citologici).Con l' avvento del DNA le cose sono cambiate, nel senso che i dendrogrammi vengono effettuati con il criterio del massimo consenso e in base al principio di parsimonia, studiando l' evoluzione delle proteine. Agendo in questo modo si sono venuti a scartare molti elementi che i tassonomi fino agli anni 90 consideravano come elementi di raggruppamento (ad esempio quelli indicati nella prima parte). Elementi cioè che si sono ripresentati più volte durante l' evoluzione, man mano che i gruppi si allontanavano.
Poiché nessuno di noi va in bosco con il laboratorio, il concetto base è quello di un libro giallo "alla rovescia". Cioè prima si conosce il risultato e poi si considerano gli elementi che sono comuni ad un certo ragruppamento . Ecco che molti dei libri divulgativi offrono una tassonomia molto limitativa e limitata praticamente alle specie.
Dendrogramma
Il dendrogramma è uno strumento grafico per la visualizzazione dei coefficiente di similarità quantificato dalle varie macchine e dai vari cluster nel processo di “raggruppamento”. Nelle tecniche di clustering, il dendrogramma viene utilizzato per fornire una rappresentazione grafica del processo di raggruppamento delle istanze (o unità statistiche, o records, o elementi dell'insieme), che esprime:
• nell'asse delle ascisse, la distanza logica dei clusters secondo la metrica definita
• nell'asse delle ordinate, il livello gerarchico di aggregazione (valori interi positivi)
La scelta del livello gerarchico (del valore dell'asse Y) definisce la partizione rappresentativa del processo di aggregazione.
Come si vede dall' esempio la scelta effettuata dal DNA ci permette, attraverso la descrizione della specie di identificare la specie buona ed i sinonimi; ma, analogamente si procede per i taxa superiori alla specie
Esempio di dendrogramma
Letto quanto sopra, mi si può chiedere " E allora? " A che mi serve sapere come funziona se io non posso avvalermene in senso pratico?
La cladistica, o tassonomia cladistica, (dal greco κλάδος kládos = ramo), è un metodo di classificazione dei viventi, messo a punto da Willi Hennig (1913-1976), che si basa sul grado di parentela ovvero sulla distanza nel tempo dell'ultimo progenitore comune.
È nota anche come sistematica filogenetica.
In base al metodo di classificazione cladistica animali e piante vengono disposti in gruppi tassonomici monofiletici - i cladi - comprendenti un antenato comune e tutti i suoi discendenti.
Le relazioni evolutive sono stabilite a partire dai caratteri condivisi, le omologie, presumendo che esse stiano ad indicare un antenato comune. Le strutture omologhe sono quelle che, in diversi organismi, hanno un'origine comune, anche se non necessariamente la stessa funzione. Ad esempio, i cheliceri dei chelicerati sono omologhi alle seconde antenne dei crostacei.
Le omologie si contrappongono alle analogie (o omoplasie). Due caratteri sono analoghi quando non hanno un'origine comune ma condividono la stessa funzione. Ad esempio, le ali degli uccelli sono analoghe alle ali delle farfalle, anche se evoluzionisticamente sono due cose distinte.
Lo studio cladistico si basa sull'identificazione delle omologie presenti in un gruppo in studio.
Viene poi determinata la polarità di tali omologie, cioè si assume che gruppi di organismi di più recente parentela condividano caratteri omologhi derivati. Questi caratteri derivati si sono originati da una forma ancestrale di quei caratteri, presente prima delle diramazioni che hanno dato origine al gruppo di organismi in studio.
Per stabilire quale sia la forma ancestrale e derivata di un carattere si identifica un outgroup, cioè un gruppo di organismi esterno al gruppo in studio, perché originato da un antenato più antico, ma più vicino evoluzionisticamente al gruppo in studio più di quanto sia qualunque altro gruppo esterno. Lo stato del carattere presente nell'outgroup viene considerato ancestrale (plesiomorfo) mentre lo stato o gli stati dei caratteri presenti nel gruppo in studio vengono definiti caratteri derivati (apomorfi).
La condivisione di "caratteri derivati" da parte di un gruppo di organismi viene detta sinapomorfia, e le sinapomorfie sono indice di monofilia, cioè portano a considerare i membri di quel gruppo come derivati da un unico antenato comune.
Per la cladistica solo i gruppi monofiletici, cioè organismi che condividono un antenato comune recente, possono essere elevati al rango di clado e costituire una categoria tassonomica.
La classificazione si basa inoltre sull’assunto che due nuove specie si formino "improvvisamente" (cioè in un "breve" tempo geologicamente parlando secondo la teoria degli "equilibri punteggiati") per separazione da un antenato comune anziché attraverso un graduale cambiamento evolutivo. Tali relazioni sono illustrate mediante diagrammi - i cladogrammi - formati da un sistema di ramificazioni dicotomiche (vedi dendrogramma). Ciascun punto di ramificazione rappresenta una divergenza da un antenato comune.
Linee filetiche discendenti dallo stesso ramo si dicono gruppi monofiletici. Se tale gruppo non comprende tutti i discendenti del progenitore ancestrale verrà detto parafiletico.
Due taxa derivanti da un comune progenitore sono chiamati gruppi fratelli o, secondo la terminologia inglese, sister taxa o sister groups.
Una analisi cladistica si può basare su un'ampia varietà di dati, incluse le analisi di sequenza del DNA (cosiddetti "dati molecolari"), dati biochimici e dati morfologici.
Prima dell' avvento della biologia molecolare, la cladistica veniva presunta dai caratteri omologhi. Si veniva a formare uno o più dendrogrammi basandosi sulle conoscenze in possesso e cioè sui caratteri morfologici, chimici e biologici (citologici).Con l' avvento del DNA le cose sono cambiate, nel senso che i dendrogrammi vengono effettuati con il criterio del massimo consenso e in base al principio di parsimonia, studiando l' evoluzione delle proteine. Agendo in questo modo si sono venuti a scartare molti elementi che i tassonomi fino agli anni 90 consideravano come elementi di raggruppamento (ad esempio quelli indicati nella prima parte). Elementi cioè che si sono ripresentati più volte durante l' evoluzione, man mano che i gruppi si allontanavano.
Poiché nessuno di noi va in bosco con il laboratorio, il concetto base è quello di un libro giallo "alla rovescia". Cioè prima si conosce il risultato e poi si considerano gli elementi che sono comuni ad un certo ragruppamento . Ecco che molti dei libri divulgativi offrono una tassonomia molto limitativa e limitata praticamente alle specie.
Dendrogramma
Il dendrogramma è uno strumento grafico per la visualizzazione dei coefficiente di similarità quantificato dalle varie macchine e dai vari cluster nel processo di “raggruppamento”. Nelle tecniche di clustering, il dendrogramma viene utilizzato per fornire una rappresentazione grafica del processo di raggruppamento delle istanze (o unità statistiche, o records, o elementi dell'insieme), che esprime:
• nell'asse delle ascisse, la distanza logica dei clusters secondo la metrica definita
• nell'asse delle ordinate, il livello gerarchico di aggregazione (valori interi positivi)
La scelta del livello gerarchico (del valore dell'asse Y) definisce la partizione rappresentativa del processo di aggregazione.
Come si vede dall' esempio la scelta effettuata dal DNA ci permette, attraverso la descrizione della specie di identificare la specie buona ed i sinonimi; ma, analogamente si procede per i taxa superiori alla specie
Esempio di dendrogramma