Fylogenetické skupiny nebo taxony mohou být monofyletické, parafyletické nebo polyfyletické.
V biologii, fylogeneze nebo fylogenetika (řecky: phyle = kmen, rasa a genetikos = vzhledem k narození, od genesis = narození) je studium evoluční příbuznosti mezi různými skupinami organismů (např. druhy, populace). Také známý jako fylogenetická systematika nebo kladistika, fylogenetika zachází s druhem jako se skupinou rodokmenem propojených jedinců v průběhu času.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text] Taxonomie, klasifikace organismů podle podobnosti, byla bohatě informována fylogenetikou, ale zůstává metodologicky a logicky odlišná.
Evoluce je považována za proces větvení, kdy se populace mění v průběhu času a mohou se specializovat do samostatných větví, znovu se křížit nebo skončit vyhynutím. To lze vizualizovat jako multidimenzionální znakový prostor, kterým se populace pohybuje v průběhu času. Problém, který představuje fylogenetika, spočívá v tom, že genetická data jsou dostupná pouze pro současnost a fosilní záznamy (osteometrická data) jsou sporadické a méně spolehlivé. Naše znalosti o tom, jak evoluce funguje, se používají k rekonstrukci celého stromu.
Kladistika poskytuje zjednodušenou metodu chápání fylogenetických stromů. Existují některé termíny, které popisují povahu seskupení. Například všichni ptáci a plazi jsou považováni za potomky jediného společného předka, takže toto taxonomické seskupení (žlutá v diagramu) se nazývá monofyletické. „Moderní plaz“ (azurová v diagramu) je seskupení, které obsahuje společného předka, ale neobsahuje všechny potomky tohoto předka (ptáci jsou vyloučeni). Toto je příklad parafyletické skupiny. Seskupení jako teplokrevná zvířata by zahrnovalo pouze savce a ptáky (červená/oranžová v diagramu) a nazývá se polyfyletické, protože členové tohoto seskupení nezahrnují nejnovějšího společného předka. Ačkoli teplokrevná zvířata jsou všichni potomky studenokrevného předka, teplokrevnost se vyvinula nezávisle u savců i ptáků.
Mezi nejčastěji používané metody odvozování fylogenií patří parsimonie, maximální pravděpodobnost a bayesovská inference založená na MCMC. Metody založené na vzdálenostech konstruují stromy na základě celkové podobnosti, o které se často předpokládá, že přibližuje fylogenetické vztahy. Všechny metody závisí na implicitním nebo explicitním matematickém modelu popisujícím vývoj znaků pozorovaných u zahrnutých druhů a obvykle se používají pro molekulární fylogenezi, kde jsou znaky seřazené nukleotidové nebo aminokyselinové sekvence.
Rekapitulační teorie Ernsta Haeckela
Během konce 19. století byla široce přijímána rekapitulační teorie Ernsta Haeckela, neboli biogenetický zákon. Tato teorie byla často vyjadřována jako „ontogeneze rekapituluje fylogenezi“, tj. vývoj organismu přesně odráží evoluční vývoj druhu. Haeckelova raná verze této hypotézy (že embryo odráží dospělé evoluční předky) byla od té doby odmítnuta a hypotéza změněna jako vývoj embrya zrcadlící embrya jeho evolučních předků. Většina moderních biologů uznává četné souvislosti mezi ontogenitou a fylogenezí, vysvětluje je pomocí evoluční teorie, nebo je považuje za podpůrný důkaz pro tuto teorii. Williamson se domnívá, že larvy a embrya představují dospělé v jiných taxonech, které byly přeneseny hybridizací (teorie přenosu larev)
Organismy mohou obecně dědit geny dvěma způsoby: z rodiče na potomka (vertikální přenos genů) nebo horizontálním nebo laterálním přenosem genů, při kterém geny přeskakují mezi nepříbuznými organismy, což je u prokaryot běžný jev.
Laterální přenos genů zkomplikoval stanovení fylogenií organismů, protože byly hlášeny nesrovnalosti v závislosti na zvoleném genu.
Carl Woese přišel s třídoménovou teorií života (eubakterie, archea a eukaryota) založenou na jeho objevu, že geny kódující ribozomální RNA jsou starověké a distribuované ve všech liniích života s malým nebo žádným laterálním přenosem genů. Proto se rRNA běžně doporučuje jako molekulární hodiny pro rekonstrukci fylogenií.
To bylo zvláště užitečné pro fylogenezi mikroorganismů, na které se pojem druh nevztahuje a které jsou příliš morfologicky jednoduché na to, aby byly klasifikovány na základě fenotypových znaků.
Odběr vzorků taxonu a fylogenetický signál
Vzhledem k vývoji pokročilých sekvenčních technik v molekulární biologii se stalo proveditelným shromáždit velké množství dat (sekvence DNA nebo aminokyselin) k odhadu fylogenií. Například není vzácné najít studie s matricemi znaků založených na celých mitochondriálních genomech. Bylo však navrženo, že je důležitější zvýšit počet taxonů v matrici než zvýšit počet znaků, protože čím více taxonů, tím robustnější je výsledná fylogenie. Částečně je to způsobeno rozpadem dlouhých větví. Bylo namítnuto, že je to důležitý důvod pro začlenění dat z fosilií do fylogenií tam, kde je to možné. Derrick Zwickl a Hillis pomocí simulací zjistili, že rostoucí odběr vzorků taxonů ve fylogenetické inferenci má pozitivní vliv na přesnost fylogenetických analýz.
Dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje přesnost rekonstrukce stromů, je to, zda analyzovaná data skutečně obsahují užitečný fylogenetický signál, což je termín, který se používá obecně k označení toho, zda příbuzné organismy mají tendenci se navzájem podobat, pokud jde o jejich genetický materiál nebo fenotypové vlastnosti.