Филогенетический сигнал
Филогенетическое дерево выше показывает значительный филогенетический сигнал в структуре мимикрии сообщества . Это отображение подтверждает, что близкородственные виды имеют одинаковые цветовые узоры чаще, чем ожидалось, в случайном порядке .

Филогенетический сигнал — это эволюционный и экологический термин, который описывает тенденцию или закономерность родственных биологических видов походить друг на друга больше, чем на любой другой вид, который случайно выбран из того же филогенетического дерева . [1] [2]

Характеристики

Филогенетический сигнал обычно описывается как тенденция родственных биологических видов походить друг на друга больше, чем на любой другой вид, который случайно выбран из того же филогенетического дерева. [1] [2] Другими словами, филогенетический сигнал можно определить как статистическую зависимость между значениями признаков видов, которая является следствием их филогенетических отношений. [3] Признаки (например, морфологические , экологические, жизненно-важные или поведенческие признаки) являются наследуемыми характеристиками [4] – это означает, что значения признаков обычно схожи внутри близкородственных видов, в то время как значения признаков отдаленно родственных биологических видов не похожи друг на друга в такой большой степени. [5] Часто говорят, что признаки, которые более схожи в близкородственных таксонах, чем у дальних родственников, демонстрируют больший филогенетический сигнал. С другой стороны, некоторые признаки являются следствием конвергентной эволюции и кажутся более схожими в отдаленно родственных таксонах, чем у родственников. Такие признаки показывают более низкий филогенетический сигнал. [4]

Филогенетический сигнал — это мера, тесно связанная с эволюционным процессом и развитием таксонов . Считается, что высокая скорость эволюции приводит к низкому филогенетическому сигналу и наоборот (следовательно, высокий филогенетический сигнал обычно является следствием либо низкой скорости эволюции, либо стабилизирующего типа отбора ). [3] Аналогично высокое значение филогенетического сигнала приводит к существованию схожих признаков между близкородственными биологическими видами, в то время как увеличение эволюционного расстояния между родственными видами приводит к уменьшению сходства. [4] С помощью филогенетического сигнала мы можем количественно определить , в какой степени близкородственные биологические таксоны разделяют схожие признаки. [6]

С другой стороны, некоторые авторы выступают против таких интерпретаций (основанных на оценках филогенетического сигнала) эволюционной скорости и процесса. При изучении простых моделей количественной эволюции признаков , таких как гомогенный генетический дрейф , по-видимому, нет никакой связи между филогенетическим сигналом и скоростью эволюции. В других моделях (например, функциональное ограничение, флуктуирующий отбор , консерватизм филогенетической ниши , эволюционная гетерогенность и т. д.) связи между эволюционной скоростью, эволюционным процессом и филогенетическим сигналом более сложны и не могут быть легко обобщены с использованием упомянутого восприятия связи между двумя явлениями . [3] Некоторые авторы утверждают, что филогенетический сигнал не всегда силен в каждой кладе и для каждого признака. Также не ясно, все ли возможные признаки демонстрируют филогенетический сигнал и можно ли его измерить. [4]

Цель и методология

Цель

Филогенетический сигнал — это концепция, широко используемая в различных экологических и эволюционных исследованиях. [7]

Среди многих вопросов, на которые можно ответить, используя концепцию филогенетического сигнала, наиболее распространенными являются: [1]

  • В какой степени исследуемые признаки находятся во взаимосвязи? [8]
  • Как, когда и почему развиваются определенные черты? [9]
  • Какие процессы являются движущей силой собрания сообщества ? [10]
  • Сохраняются ли ниши в ходе филогенеза? [11]
  • Существует ли какая-либо связь между уязвимостью к изменению климата и филогенией таксонов? [12]

Методы

Количественная оценка филогенетического сигнала может быть выполнена с использованием ряда различных методов, которые используются для исследования биоразнообразия в аспекте эволюционного родства. С помощью измерения филогенетического сигнала можно точно определить, как изучаемые признаки коррелируют с филогенетическими отношениями между видами. [4]

Некоторые из самых ранних способов количественной оценки филогенетического сигнала основывались на использовании различных статистических методов (таких как филогенетические коэффициенты автокорреляции, филогенетические коррелограммы , а также авторегрессионные модели ). С помощью упомянутых методов можно количественно оценить значение филогенетической автокорреляции для изучаемого признака на протяжении филогенеза. [13] Другим методом, обычно используемым при изучении филогенетического сигнала, является так называемая модель броуновской диффузии эволюции признака, которая основана на принципе броуновского движения (БМ). [7] [14] Используя модель броуновской диффузии, можно не только изучать значения, но и сравнивать эти измерения между различными филогенезами. [1] Филогенетический сигнал в непрерывных признаках можно количественно оценить и измерить с помощью K-статистики . [3] [15] В рамках этой техники используются значения от нуля до бесконечности, и более высокое значение также означает более высокий уровень филогенетического сигнала. [15]

В таблице ниже показаны наиболее распространенные индексы и связанные с ними тесты, используемые для анализа филогенетического сигнала. [1]

Анализ филогенетического сигнала [1] [9]
Тип статистикиПодходНа основе модели?Статистическая структура/прикладной тестДанныеСсылка
Среднее значение C АбухейфаАвтокорреляцияХПерестановкаНепрерывный[16]
Бломберг КЭволюционный✓ПерестановкаНепрерывный[2]
D- статистикаЭволюционный✓ПерестановкаКатегорический[17]
Моран IАвтокорреляцияХПерестановкаНепрерывный[18]
λ ПагеляЭволюционный✓Максимальная вероятностьНепрерывный[19]
δ статистикаЭволюционный✓байесовскийКатегорический[9]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Мюнкемюллер, Тамара; Лавернь, Себастьен; Бжезник, Бруно; Дрей, Стефан; Жомбар, Тибо; Шифферс, Катя; Тюйе, Вильфрид (2012-04-10). «Как измерить и проверить филогенетический сигнал». Методы в экологии и эволюции . 3 (4): 743– 756. Bibcode :2012MEcEv...3..743M. doi : 10.1111/j.2041-210x.2012.00196.x . ISSN  2041-210X.
  2. ^ abc Blomberg, Simon P.; Garland, Theodore; Ives, Anthony R. (2003). «Тестирование филогенетического сигнала в сравнительных данных: поведенческие черты более лабильны». Evolution . 57 (4): 717– 745. doi :10.1111/j.0014-3820.2003.tb00285.x. ISSN  0014-3820. JSTOR  3094610. PMID  12778543. S2CID  221735844.
  3. ^ abcd Ревелл, Лиам Дж.; Хармон, Люк Дж.; Коллар, Дэвид К. (2008-08-01). «Филогенетический сигнал, эволюционный процесс и скорость». Систематическая биология . 57 (4): 591– 601. doi : 10.1080/10635150802302427 . ISSN  1076-836X. PMID  18709597. S2CID  2232680.
  4. ^ abcde Камилэр, Джейсон М.; Купер, Натали (2013-05-19). "Филогенетический сигнал в поведении приматов, экологии и истории жизни". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1618). doi :10.1098/rstb.2012.0341. ISSN  0962-8436. PMC 3638444 . PMID  23569289. 
  5. ^ Павуан, Сандрин; Рикотта, Карло (2012-11-06). «Тестирование филогенетического сигнала в биологических признаках: повсеместность статистики перекрестных произведений». Эволюция . 67 (3): 828– 840. doi : 10.1111/j.1558-5646.2012.01823.x . ISSN  0014-3820. PMID  23461331.
  6. ^ Easson, Cole G.; Thacker, Robert W. (2014). «Филогенетический сигнал в структуре сообщества микробиомов тропических морских губок, специфичных для хозяина». Frontiers in Microbiology . 5 : 532. doi : 10.3389/fmicb.2014.00532 . ISSN  1664-302X. PMC 4201110. PMID 25368606  . 
  7. ^ ab Vrancken, Bram; Lemey, Philippe; Rambaut, Andrew; Bedford, Trevor; Longdon, Ben; Günthard, Huldrych F.; Suchard, Marc A. (2014-11-13). "Одновременная оценка эволюционной истории и филогенетических сигналов повторяющихся признаков: применение к фенотипической эволюции вирусов и хозяев". Методы в экологии и эволюции . 6 (1): 67– 82. doi :10.1111/2041-210x.12293. ISSN  2041-210X. PMC 4358766. PMID 25780554  . 
  8. ^ Фельзенштейн, Джозеф (1985). «Филогения и сравнительный метод». The American Naturalist . 125 (1): 1– 15. Bibcode : 1985ANat..125....1F. doi : 10.1086/284325. ISSN  0003-0147. JSTOR  2461605. S2CID  9731499.
  9. ^ abc Борхес, Руи; Мачадо, Жоау-Паулу; Гомес, Сидалия; Роча, Ана Паула; Антунес, Агостиньо (01.06.2019). «Измерение филогенетического сигнала между категориальными признаками и филогениями». Биоинформатика . 35 (11): 1862–1869 . doi : 10.1093/bioinformatics/bty800 . ISSN  1367-4803. ПМИД  30358816.
  10. ^ Вебб, Кэмпбелл О.; Акерли, Дэвид Д.; МакПик, Марк А.; Донохью, Майкл Дж. (2002). «Филогении и экология сообществ». Annual Review of Ecology and Systematics . 33 (1): 475– 505. Bibcode : 2002AnRES..33..475W. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.33.010802.150448. ISSN  0066-4162. JSTOR  3069271. S2CID  535590.
  11. ^ "Консерватизм филогенетической ниши, филогенетический сигнал и связь между филогенетическим родством и экологическим сходством среди видов | Запросить PDF". ResearchGate . Получено 2021-08-30 .
  12. ^ Туиллер, Вильфрид; Лавернь, Себастьен; Роке, Кристина; Буланж, Изабель; Лафуркад, Брюно; Араужо, Мигель Б. (2011). «Последствия изменения климата на древе жизни в Европе». Природа . 470 (7335): 531–534 . Бибкод : 2011Natur.470..531T. дои : 10.1038/nature09705. ISSN  1476-4687. PMID  21326204. S2CID  4406120.
  13. ^ Диниз-Фильо, Хосе Александр Ф.; Сантос, Тьяго; Ранхель, Тьяго Фернандо; Бини, Луис Маурисио (2012). «Сравнение показателей для оценки филогенетического сигнала в рамках альтернативных эволюционных моделей». Генетика и молекулярная биология . 35 (3): 673–679 . doi : 10.1590/S1415-47572012005000053. ISSN  1415-4757. ПМЦ 3459419 . ПМИД  23055808. 
  14. ^ Ли, Даньфэн; Ду, Яньцзюнь; Сюй, Вубинг; Пэн, Даньсяо; Примак, Ричард; Чэнь, Гуоке; Мао, Лин Фэн; Ма, Кэпин (2021-06-01). "Филогенетический консерватизм времени развития плодов у китайских покрытосеменных и филогенетические и климатические корреляты". Глобальная экология и охрана природы . 27 : e01543. Bibcode : 2021GEcoC..2701543L. doi : 10.1016/j.gecco.2021.e01543 . ISSN  2351-9894.
  15. ^ ab Ackerly, David (2009-11-17). «Консерватизм и диверсификация функциональных признаков растений: эволюционные скорости против филогенетического сигнала». Труды Национальной академии наук . 106 (Приложение 2): 19699–19706 . doi : 10.1073/pnas.0901635106 . PMC 2780941. PMID  19843698 . 
  16. ^ Абухейф, Э. (1999). «Метод проверки предположения о филогенетической независимости в сравнительных данных». S2CID  14934629. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  17. ^ FRITZ, SUSANNE A.; PURVIS, ANDY (2010). «Избирательность в риске вымирания млекопитающих и типах угроз: новая мера силы филогенетического сигнала в бинарных признаках». Conservation Biology . 24 (4): 1042– 1051. Bibcode : 2010ConBi..24.1042F. doi : 10.1111/j.1523-1739.2010.01455.x. ISSN  0888-8892. JSTOR  40864204. PMID  20184650. S2CID  29107177.
  18. ^ Моран, ПАП (1950). «Заметки о непрерывных стохастических явлениях». Biometrika . 37 (1/2): 17– 23. doi :10.2307/2332142. ISSN  0006-3444. JSTOR  2332142. PMID  15420245.
  19. ^ Пейджел, Марк (1999). «Вывод исторических закономерностей биологической эволюции». Nature . 401 (6756): 877– 884. Bibcode :1999Natur.401..877P. doi :10.1038/44766. ISSN  0028-0836. PMID  10553904. S2CID  205034365.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Филогенетический_сигнал&oldid=1263721897"