I bob. Filogenetik daraxtlar va ularning turlari va tahlili

Mavzu: FILOGENETIK DARAXTLARNI TUZISH ALGORITGMI
Reja:
Kirish
I bob. Filogenetik daraxtlar va ularning turlari va tahlili
1.1. Filogenetik daraxtlar haqida
1.2. Filogenetik daraxtlarni tasniflash
II bob. Filogenetik daraxtlar va Klasterlash metodlari.
2.1. Filogenetik daraxtlar va Klasterlash uslublari
Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati

Yilda biologiya, filogenetik /ˌfaɪloʊdʒəˈnɛtɪks,-lə-/ (Yunoncha: φυλή, choν - fil, filon = qabila, klan, irq + γενετiγενετ - genetikos = kelib chiqishi, manbasi, tug'ilganligi) ning bir qismidir sistematik ning xulosasini hal qiladigan evolyutsion guruhlari orasidagi yoki ular ichidagi tarix va munosabatlar organizmlar. Ushbu munosabatlar gipoteza bilan ta'minlanadi filogenetik xulosa kuzatilganlarni baholash usullari merosxo'r kabi xususiyatlar DNK ketma-ketliklar yoki morfologiya, ko'pincha ushbu xususiyatlarning ma'lum bir evolyutsiyasi modeli ostida. Bunday tahlil natijasi a filogeniya (shuningdek, filogenetik daraxt deb ham ataladi) - bir guruh organizmlarning evolyutsion tarixini aks ettiruvchi munosabatlarning diagramma gipotezasi. Filogenetik daraxt uchlari tirik taksonlar yoki toshqotganliklar bo'lishi mumkin va evolyutsion nasldagi "oxir" ni yoki hozirgi kunni anglatadi. Filogenetik diagramma ildizi yoki ildizi bilan olinishi mumkin. Ildizlangan daraxt diagrammasi daraxtning taxminiy umumiy ajdodini yoki ajdodlar nasabini ko'rsatadi. Ildizlanmagan daraxt diagrammasi (tarmoq) ajdodlar chizig'i haqida hech qanday taxmin qilmaydi va ko'rib chiqilayotgan taksonlarning kelib chiqishi yoki "ildizi" ni yoki taxmin qilingan evolyutsion o'zgarishlarning yo'nalishini ko'rsatmaydi. Taksonlar orasida filogenetik naqshlarni chiqarish uchun ularni to'g'ri ishlatishdan tashqari, filogenetik tahlillar ko'pincha gen nusxalari yoki alohida organizmlar o'rtasidagi munosabatlarni namoyish qilish uchun ishlatiladi. Bunday foydalanish biologik xilma-xillikni, evolyutsiyani, ekologiyani va genomlarni tushunishda asosiy o'rinni egalladi. Tasnifning taxmin qilingan evolyutsion tarixga bog'liqlik darajasi taksonomiya maktabiga qarab farq qiladi: fenetika filogenetik spekulyatsiyani umuman e'tiborsiz qoldiradi, aksincha organizmlar o'rtasidagi o'xshashlikni aks ettirishga harakat qiladi; kladistika (filogenetik sistematika) faqat umumiy, olingan belgilar asosida guruhlarni tanib, o'z tasnifida filogeniyani aks ettirishga harakat qiladi (sinapomorfiyalar); evolyutsion taksonomiya ular o'rtasida murosaga kelish uchun dallanish naqshini ham, "farq darajasi" ni ham hisobga olishga harakat qiladi.

Entsiklopediya site:uz.wikisko.ru Men bunga bir nechta javoblarni o'ylashim mumkin. Birinchidan, filogenetik daraxt yasashning mukammal usuli yo'q. Siz foydalanishingiz mumkin bo'lgan turli xil masofa ko'rsatkichlari va katta daraxtlarni saralash algoritmlaridan tashqari, siz ishlatadigan ma'lumotlar ham nima qilishni xohlayotganingizga qarab farq qilishi mumkin. Siz uzoq masofali taqqoslash uchun ba'zi saqlanib qolgan genlarni yoki yaqin masofalar uchun juda o'zgaruvchan ketma-ketliklarni solishtirishingiz mumkin, lekin ular shovqinga duchor bo'ladi.
Aytishlaricha, ribosoma RNKni taqqoslaydigan daraxt filogenetik standartdir. Ko'p genlardan olingan daraxtlar kabi. Agar siz genlaringiz g'ayrioddiy yoki yo'qligini bilmoqchi bo'lsangiz, xuddi shu taqqoslash orqali bir nechta boshqa genlarni ko'rishingiz mumkin va daraxtlar sizning geningiz uchun sezilarli darajada farq qiladimi yoki yo'qligini ko'rishingiz mumkin. Siz solishtirgan hayvonlar daraxtda bir-biridan juda uzoqda bo'lgani uchun nisbiy taqqoslash siz yaratgan daraxtga juda yaqin bo'ladi.
Agar siz daraxtni qandaydir asosiy daraxt bilan miqdoriy jihatdan solishtirishga harakat qilsangiz, bu juda qiyin vazifa bo'ladi.
Siz Vikiturlarga kirishingiz va har bir organizm uchun turlar sahifasini topishingiz mumkin, masalan. Sichqoncha sahifasi. U erda Taxonavigation maydonini kengaytirish tugmasini bosishingiz va organizm uchun guruh nomlarini ko'rishingiz mumkin. Har bir organizm uchun nomlarni solishtirish eng yaqin umumiy narsalarni beradi, bu sizga daraxtni beradi.
Biroq, sutemizuvchilar va boshqa ikkitasi orasidagi daraxt uchun Bilateriya uchun hayot daraxti veb-sahifasini ko'rib chiqishingiz mumkin. Sizning uchta guruhingiz Deuterostomia, Arthropoda va Nematodaga kiradi; bular uchun siz ushbu uchta guruh uchun daraxt topasiz. (Aslida ikkita daraxt, lekin sizning guruhlaringiz uchun ular bir xil.)Agar siz bugungi kunda keng tarqalgan ekdizozoa-gipotezasini qabul qilsangiz, munosabatlar quyidagicha:
Ushbu bo'lim oxirida siz quyidagilarni amalga oshirishingiz mumkin:
Gorizontal gen transferini tasvirlab bering
Prokaryotlar va eukariotlar genlarni gorizontal ravishda qanday o'tkazishini ko'rsating
Filogenetik munosabatlarning tarmoq va halqa modellarini aniqlang va ularning asl filogenetik daraxt tushunchasidan qanday farq qilishini tasvirlab bering.
Filogenetik modellashtirish tushunchalari doimo o'zgarib turadi. Bu barcha biologiyaning eng dinamik o'rganish sohalaridan biridir. So'nggi bir necha o'n yilliklar davomida yangi tadqiqotlar olimlarning organizmlar qanday bog'liqligi haqidagi g'oyalarini shubha ostiga qo'ydi. Ilmiy hamjamiyat ushbu munosabatlarning yangi modellarini taklif qildi.
Ko'pgina filogenetik daraxtlar turlar orasidagi evolyutsion munosabatlarning namunasidir. Filogenetik daraxtlar 1837-yilda birinchi filogenetik daraxtning eskizini chizgan Charlz Darvindan kelib chiqqan (1a-rasm). Bu bir asrdan ko'proq vaqt davomida keyingi tadqiqotlar uchun prototip bo'lib xizmat qildi. Filogenetik daraxt tushunchasi bitta poyasi umumiy ajdodni ifodalovchi, shoxlari bu ajdoddan turlarning farqlanishini ifodalovchi ko'plab umumiy daraxtlar, masalan, emanning tuzilishiga juda mos keladi . Biroq, zamonaviy DNK ketma-ketligini tahlil qilish va yangi ishlab chiqilgan kompyuter algoritmlari dalillari ilmiy hamjamiyatda standart daraxt modelining haqiqiyligi haqida shubha uyg'otdi. (a) "Hayot daraxti" tushunchasi Charlz Darvinning 1837 yilgi eskiziga tegishli. (b) eman daraxti kabi, "hayot daraxti" bitta tanasi va ko'p shoxlariga ega. (kredit b: “Amada44″/Wikimedia Commons tomonidan ishni o'zgartirish)

Filogenetik daraxtlar navbatma-navbat turlanish (novdalanish) hodisalari natijasida yuzaga keladi, bunda bir tur ikkitadan hosil bo‘ladi.

Filogenetik munosabatlar&rdquo turlarning umumiy ajdodlari bo‘lgan o‘tmishdagi nisbiy vaqtlarni bildiradi. Ikki tur (B va C) uchinchi turga (A) qaraganda bir-biri bilan chambarchas bog'liqdir, agar ular bir-biri bilan nisbatan yaqinroq umumiy ajdodi bo'lsa (2-vaqtda) uchinchi tur (1-vaqtda).
Quyidagi model timsohlar va qushlar (boyqush) sutemizuvchilardan (gorilla) ko'ra bir-biri bilan chambarchas bog'liqligini ko'rsatadi. Nega? Chunki olimlar timsohlar va qushlarning yaqinroq umumiy ajdodi bor degan xulosaga kelishdi! E'tibor bering, bu daraxtning shoxlarini qanday aylantirsangiz ham, bir xil munosabatlar mavjud:
O'zaro munosabatlar haqidagi ma'lumotlar turlarning bir-biriga nisbatan novdalar uchida o'tirgan joyida emas, biz daraxtlarni chapdan o'ngga qarab o'qiymiz. Buning o'rniga, biz daraxtlarni uchidan pastga qarab o'qiymiz, vaqt o'tishi bilan orqaga yoki pastdan yuqoriga qarab, vaqt ichida oldinga siljiymiz.
Masalan, qushdan boshlab, vaqtni orqaga surib, qush novdasi birinchi navbatda timsoh novdasi yoki sutemizuvchilar shoxi bilan bog'lanadimi, deb so'rashimiz mumkin. Pastki qismdan boshlab, qaysi tarmoqlanish hodisasi birinchi bo'lib, qaysi biri keyinroq sodir bo'lganligini so'rashimiz mumkin. Butun hayot daraxti shunga o'xshash kichik daraxtlardan iborat.
Ba'zi munosabatlar aniq ko'rinadi: sigir va qo'y bir kungaboqarga qaraganda yaqinroqdir. Boshqalar deyarli unchalik aniq emas. Qo'ziqorin odamga yaqinroqmi yoki suv nilufarigami? Ajablanarlisi shundaki, qo'ziqorinlar o'simliklardan ko'ra bizga yaqinroq. 
Ko'rinishi juda boshqacha bo'lgan organizmlar bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lishi mumkin, juda o'xshash organizmlar esa juda uzoqdan bog'liq bo'lishi mumkin. Esingizda bo'lsin, &ldquofilogenetik munosabatlar&rdquo organizmlar o'rtasidagi o'xshashlik va farqlarni emas, balki ularning o'tmishda umumiy ajdodlari bo'lgan nisbiy vaqtlarni nazarda tutadi.
Filogenetik daraxtlar
Filogenetik daraxt - bu umumiy ajdoddan turli avlodlarga bo'lgan evolyutsiya davridagi yo'lni ko'rsatadigan turli organizmlar o'rtasidagi munosabatlarning vizual tasviri. Daraxtlar er yuzidagi hayotning butun tarixidan tortib, populyatsiyadagi shaxslargacha bo'lgan munosabatlarni ifodalashi mumkin.
Quyidagi diagrammada 3 ta taksondan iborat daraxt ko'rsatilgan (yakka takson - bu taksonomik birlik tur yoki gen bo'lishi mumkin).
Filogenetik daraxtlar terminologiyasi
Bu ikki tomonlama daraxt. Vertikal chiziqlar, deyiladi filiallari, a.ni ifodalaydi nasl, va tugunlar ular bir-biridan ajralib turadigan joy bo'lib, umumiy ajdoddan turlanish hodisasini ifodalaydi. Daraxtning tagidagi tanasi, aslida, deyiladi ildiz. Ildiz tugun ni ifodalaydi eng so'nggi umumiy ajdod daraxtda ifodalangan barcha taksonlardan. Vaqt, shuningdek, pastdagi eng qadimiydan yuqoridagi eng so'nggiga qadar ifodalanadi. Bu alohida daraxt bizga shuni aytadiki, takson A va B taksoni bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lib, ularning har biri C taksoniga qaraganda. Buning sababi shundaki, takson A va B taksoni C taksoniga qaraganda yaqinroq umumiy ajdodga ega. Umumiy ajdodni o'z ichiga olgan taksonlar guruhi va hammasi uning avlodlari a deyiladi qiyofa. A clade ham aytiladi monofil. Bir yoki bir nechtasini istisno qiladigan guruh avlodlari hisoblanadi parafiletik ni istisno qiladigan guruh umumiy ajdodr deb aytiladi polifiletik.
Quyidagi rasmda bir nechta monofil (yuqori qator) va polifiletik (pastki chap) yoki parafiletik (pastki o'ng) daraxtlar ko'rsatilgan.
Quyidagi video terminologiyaga qaratilgan va daraxtlarni o'qish haqidagi ba'zi noto'g'ri tushunchalarni o'rganadi:
Daraxtlar o'qishni chalkashtirib yuborishi mumkin. Keng tarqalgan xato - bu daraxtlarning uchlarini o'qish va ularning tartibi ma'noga ega deb o'ylash. Yuqoridagi daraxtda C taksoniga eng yaqin nisbiy B taksoni emas. A va B ham takson C dan teng darajada uzoqda yoki ular bilan bog‘liq. Aslida, A va B taksonlarining yorliqlarini almashtirish topologik ekvivalent daraxtga olib keladi. . Vaqt o'qi bo'ylab tarmoqlanish tartibi muhim ahamiyatga ega. Quyidagi rasmda ko'rsatilgandek, novdalarni aylantirish mumkin va daraxtning tuzilishiga ta'sir qilmaydi, xuddi osilgan mobilga o'xshaydi:
Charli Xarper tomonidan osilgan qush mobil
Daraxtlar evolyutsion munosabatlarni qanday modellashtirishini tan olish ham qiyin bo'lishi mumkin. Esda tutish kerak bo'lgan narsa shundaki, har qanday daraxt hayot daraxtining kichik bir qismini ifodalaydi.
Shunchaki 5-taksonli daraxtni (nuqtali novdalar yo'q) hisobga olsak, S taksonini eng “ibtidoiy” yoki ildiz tugun bilan ifodalangan umumiy ajdodga o'xshash deb o'ylash jozibador, chunki S va S o'rtasida qo'shimcha tugunlar yo'q. ildiz. Biroq, evolyutsiya jarayonida shubhasiz, bu nasldan ko'plab novdalar mavjud bo'lib, ularning aksariyati yo'q bo'lib ketgan taksonlarga (barcha turlarning 99 foizi yo'qolib ketgan deb hisoblanadi) va ko'plari tirik taksonlarga (masalan, binafsha nuqta chiziq) olib keldi. daraxtda ko'rsatilmagan. Eng muhimi, umumiy masofa vaqt o'qi bo'ylab (vertikal o'q, bu daraxtda) – takson S 5 million yil davomida rivojlandi, boshqa har qanday 4 takson bilan bir xil vaqt. Daraxt chizilganida, vaqt o'qi vertikal bo'lsa, gorizontal o'q hech qanday ma'noga ega emas va faqat taksonlar va ularning nasllarini ajratish uchun xizmat qiladi. Demak, hozirgi yashovchi taksonlarning hech biri “ibtidoiy”, na “ilg'or””, ularning barchasi eng so'nggi umumiy ajdodidan bir xil vaqt davomida evolyutsiyalashgan.
Vaqt o'qi ham evolyutsion masofalarni miqdoriy jihatdan o'lchash imkonini beradi. A va Q o'rtasidagi masofa 4 million yil (A ajralganidan keyin 2 million yil davomida evolyutsiya sodir bo'lgan va Q ham bo'lingandan keyin 2 million yil davomida A dan mustaqil ravishda rivojlangan). A va D o'rtasidagi masofa 6 million yil, chunki ular umumiy ajdodlaridan 3 million yil oldin ajralishgan.
Filogenetik daraxtlar turli shakllarga ega bo'lishi mumkin –, ular yon tomonga yo'naltirilgan bo'lishi mumkin, teskari (pastki qismida eng oxirgi), yoki shoxlari egri bo'lishi mumkin, yoki daraxt radial (markazda eng qadimgi) bo'lishi mumkin. Daraxt qanday chizilganidan qat'i nazar, shoxlangan naqshlarning barchasi bir xil ma'lumotni beradi: evolyutsion ajdodlar va tabaqalanish naqshlari.
Ushbu video daraxtlardan foydalangan holda turlarning o'zaro bog'liqligini qanday talqin qilishni, shu jumladan ba'zi umumiy xususiyatlarni tavsiflashni tushuntirishda ajoyib ish qiladi. noto'g'ri Daraxtlarni o'qish usullari:
Filogenetik daraxtlarni qurish
Filogenetik daraxtlarni yaratish uchun turli xil ma'lumotlardan foydalanish mumkin, jumladan, morfologik ma'lumotlar, masalan, strukturaviy xususiyatlar, organlarning turlari va o'ziga xos skelet tuzilishi va genetik ma'lumotlar, masalan, mitoxondriyal DNK ketma-ketligi, ribosoma RNK genlari va har qanday qiziqish genlari.
Ushbu turdagi ma'lumotlar gomologiyani aniqlash uchun ishlatiladi, bu umumiy ajdod tufayli o'xshashlikni anglatadi. Bu shunchaki siz ota-onangizdan xislatlarni meros qilib olasiz degan g'oya, faqat tur darajasida qo'llaniladi: barcha odamlarda katta miya va bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan bosh barmoqlar bor, chunki bizning ota-bobolarimiz barcha sutemizuvchilar sut bezlaridan sut ishlab chiqarishgan, chunki ularning ota-bobolari. 
Daraxtlar parsimonlik printsipi asosida qurilgan, ya'ni eng kam o'zgarishlarni talab qiladigan naqsh eng ko'p uchraydi. Misol uchun, barcha sutemizuvchilar sut ishlab chiqarish ehtimoli ancha yuqori, chunki ularning barchasi sut bezlarini sut bezlaridan sut ishlab chiqaradigan umumiy ajdoddan meros qilib olgan, har biri mustaqil ravishda rivojlanayotgan sut bezlari bir nechta organizm guruhlariga nisbatan.
Filogenetik daraxtni qanday chizish mumkin
(Molekulyar ketma-ketlikdagi farqlardan foydalanish). Filogenetik daraxt turli turlarning qarindoshligini ko'rsatish uchun ma'lumotlardan foydalanadi. Ushbu veb-sahifa molekulyar ketma-ketlikdagi farqlardan (masalan, aminokislotalardagi farqlar yoki nukleotidlardagi farqlardan) foydalanib, filogenetik daraxtni qanday qurishni tushuntiradi.
Quyidagi jadvaldagi raqamlar ma'lum bir gendagi mutatsion farqlarni ko'rsatadi. Yuqori raqamlar ikki tur o'rtasidagi ko'proq genetik farqlarni ko'rsatadi. Ikki tur (yoki kichik tur) qancha uzoqroq ajratilsa, mutatsion farqlarning to'planishi ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi.
1. Eng xilma-xil yoki ajdod turlarini aniqlang. Bu boshqa turlardan eng mutatsion farqlarga ega. Yuqoridagi diagrammada eng ko'p mutatsion farqlarga ega bo'lgan turlar (eng yuqori raqamlar). A turi .
2. Oldingi tur bilan umumiy ajdodi bo'lgan keyingi eng xilma-xil yoki ajdod turlarini tanlang ( A turi ). Buni amalga oshirish uchun ga qarang A turi ustunga o'ting va eng kam mutatsion farqlarga ega bo'lgan turlarni qidiring, ya'ni B turi 27 bilan.
3. Filogenetik daraxtni chizishni boshlang. Bu, odatda, mumkin bo'lgan umumiy ajdodni ko'rsatadigan novdalar bilan chiziq chizish orqali amalga oshiriladi. Filialning uzilishi (yoki tugun) umumiy ajdodni, shoxning o'zi esa turlanishni ko'rsatadi. Filogenetik daraxtda chiziq uzunligi turning yoshini ko'rsatishi shart emas, faqat qarindoshlik va ajdod.
4. Keyingi organizmni qo'shing. Buning uchun ikkinchi organizm ma'lumotlariga qarang ( B turi ) va genetik jihatdan eng o'xshash organizmni qidiring (aniq gen uchun). Stoldan, B turi bilan umumiy ajdodi bo'lishi mumkin C turi (13 ta farq).
Keyingi organizmni qo'shing. ga qarab C turi qator va ustun, genetik jihatdan eng o'xshash organizmni toping, bu D turi (3 ta farq). Qolgan organizmlarni qo'shing. Ga qarash D turi , eng past raqam hali bilan mutatsiya farqlaridan "3" dir C turi . Bu shuni ko'rsatishi mumkin D turi bilan umumiy ajdodi bor C turi , lekin qolgan turlar bilan emas ( Turlar E va Turlari F ). Ga qarash Turlar E va Turlari F ma'lumotlar, Turlar E ga juda o'xshaydi Turlari F , va Turlar E ga o'xshaydi C turi . Bu Issiqlik xaritasi / dendrogramma (22.16-rasm) juda ko'p miqdordagi ma'lumotni inson talqiniga mos keladigan vizual shaklda taqdim etish imkonini beruvchi vositadir. Dendrogramlar annotatsiya vektorlari orasidagi o'xshashlikni ko'rsatadigan daraxtlardir. MG-RAST issiqlik xaritasi/dendrogrammasi ikkita dendrogramga ega, ulardan biri metagenomik namunalar orasidagi o'xshashlik/o'xshashlikni ko'rsatadi (x-eksa dendrogrammasi) va boshqa annotatsiya toifalari o'rtasidagi o'xshashlik/o'xshashlik (masalan, funktsional rollar) y-o'q dendrogrammasi). Namuna ko'pligi profillarining har bir mumkin bo'lgan juftligi o'rtasida masofa ko'rsatkichi baholanadi. Klasterlash algoritmi (masalan, palata asosidagi klasterlash) keyin dendrogramma daraxtlarini ishlab chiqaradi. Issiqlik xaritasi dendrogrammasidagi har bir kvadrat bitta namunadagi bitta toifadagi ko'plik darajasini ifodalaydi. Issiqlik xaritasi/dendrogramma shaklini yaratish uchun foydalaniladigan qiymatlarni “yuklab olish” tugmasini bosish orqali jadval sifatida yuklab olish mumkin.MG-RASTdagi issiqlik xaritasi/dendrogramma misoli. MG-RAST issiqlik xaritasi/dendrogrammasi ikkita dendrogramga ega, ulardan biri metagenomik namunalar orasidagi o'xshashlik/o'xshashlikni ko'rsatadi (x-eksa dendrogrammasi) va boshqa annotatsiya toifalari (masalan, funktsional rollar) o'rtasidagi o'xshashlik/o'xshashlikni ko'rsatish uchun. y-o'q dendrogrammasi).
Boshqalar filogeniyaning daraxtga o'xshash har qanday modelidan voz kechishni va hayotning har uch sohasi evolyutsiyadan kelib chiqqan filogenetik modelni "hayot halqasi" deb ataladigan halqa tuzilishi foydasiga taklif qilishdi. ibtidoiy prokaryotlar hovuzi. Leyk yana shartli rekonstruksiya algoritmidan foydalanib, halqaga o'xshash modelni taklif qiladi, unda uchta domenning turlari &mdashArxeyalar, Bakteriyalar va Eukariyalar va genlarni almashtiruvchi prokariotlarning yagona hovuzidan paydo bo'lgan. Uning laboratoriyasi ushbu tuzilma uning laboratoriyasida o'tkazilgan keng qamrovli DNK tahlillari ma'lumotlari uchun eng mos ekanligini va halqa modeli HGT va genomik sintezni etarli darajada hisobga oladigan yagona model ekanligini taklif qiladi. Biroq, boshqa filogenetiklar ushbu modelga juda shubha bilan qarashadi. 
Shakl (PageIndex<7>): &ldquoring of Life&rdquo filogenetik modelga ko'ra, hayotning uchta sohasi ibtidoiy prokaryotlar hovuzidan paydo bo'lgan. Ushbu modelda alohida ildiz mavjud emas. o'rtasida &ldquopool ibtidoiy prokaryotlar&rdquo so'zlari yozilgan halqa.
Xulosa qilib aytganda, Darvin tomonidan taklif qilingan &ldquotree of life&rdquo modeli HGTni o'z ichiga olishi uchun o'zgartirilishi kerak. Bu daraxt modelidan butunlay voz kechishni anglatadimi? Hatto Leykning ta'kidlashicha, daraxt modelining o'z ma'lumotlariga to'g'ri mos kelishiga imkon beradigan ba'zi bir modifikatsiyani topishga barcha urinishlar qilish kerak va faqat buni qila olmaslik odamlarni uning uzuk taklifiga jalb qiladi.
Bu daraxt, tarmoq yoki halqa hayotning filogenetik munosabatlarining aniq tavsifiga to'liq mos kelishini anglatadi. Filogenetik modellar haqidagi yangi fikrlashning natijasi shundaki, Darvinning filogenetik daraxt haqidagi asl tushunchasi juda oddiy, ammo o'sha paytda ma'lum bo'lgan narsalarga asoslanib mantiqiy edi. Biroq, foydaliroq modelni izlash davom etmoqda: har bir model yangi modellarni ishlab chiqish imkoniyati bilan sinovdan o'tish uchun faraz bo'lib xizmat qiladi. Ilm-fan shunday rivojlanadi. Ushbu modellar gipotetik evolyutsion munosabatlarni o'rnatish va tahlil qilinadigan ma'lumotlarning katta miqdorini tushunishga yordam berish uchun vizualizatsiya sifatida ishlatiladi.
Ushbu bo'lim oxirida siz quyidagilarni amalga oshirishingiz mumkin:
Gorizontal gen transferini tasvirlab bering
Prokaryotlar va eukariotlar genlarni gorizontal ravishda qanday o'tkazishini ko'rsating
Filogenetik munosabatlarning tarmoq va halqa modellarini aniqlang va ularning asl filogenetik daraxt tushunchasidan qanday farq qilishini tasvirlab bering.
Filogenetik modellashtirish tushunchalari doimo o'zgarib turadi. Bu barcha biologiyadagi eng dinamik tadqiqot sohalaridan biridir. So'nggi bir necha o'n yilliklar davomida yangi tadqiqotlar olimlarning organizmlar qanday bog'liqligi haqidagi g'oyalarini shubha ostiga qo'ydi. Ilmiy hamjamiyat ushbu munosabatlarning yangi modellarini taklif qildi.
Ko'pgina filogenetik daraxtlar turlar orasidagi evolyutsion munosabatlarning namunasidir. Filogenetik daraxtlar 1837-yilda birinchi filogenetik daraxtning eskizini chizgan Charlz Darvindan kelib chiqqan (20.12a-rasm). Bu bir asrdan ko'proq vaqt davomida keyingi tadqiqotlar uchun prototip bo'lib xizmat qildi. Filogenetik daraxt kontseptsiyasi umumiy ajdodni ifodalovchi bitta poyali, novdalari bu nasldan turlarning ajralib turishini ifodalaydi, eman kabi ko'plab oddiy daraxtlarning tuzilishiga yaxshi mos keladi (20.12b-rasm). Biroq, zamonaviy DNK ketma-ketligini tahlil qilish va yangi ishlab chiqilgan kompyuter algoritmlari dalillari ilmiy jamoatchilikda standart daraxt modelining haqiqiyligiga shubha tug'dirdi.
Klassik daraxt modeliga kiritilgan prokaryotik evolyutsiya haqidagi klassik fikrlash, turlarning klonik ravishda rivojlanishidir. Ya'ni, ular faqat tasodifiy mutatsiyalar bilan o'z avlodlarini yaratadilar, bu esa fanga ma'lum bo'lgan zamonaviy va yo'q bo'lib ketgan turlarning xilma-xilligiga olib keladi. Jinsiy yo'l bilan ko'payadigan eukariotlarda bu nuqtai nazar biroz murakkab, ammo Mendel genetikasi qonunlari nasldagi o'zgaruvchanlikni yana tur ichidagi mutatsiya natijasi deb tushuntiradi. Olimlar nisbatan yaqin vaqtgacha bir-biriga bog'liq bo'lmagan turlar o'rtasida genlarning o'tish kontseptsiyasini imkoniyat deb hisoblamadilar. Gorizontal gen transferi (HGT) yoki lateral gen o'tkazish - bu bir-biriga bog'liq bo'lmagan turlar o'rtasida genlarning o'tkazilishi. HGT doimo mavjud bo'lgan hodisa bo'lib, ko'plab evolyutsionistlar evolyutsiyada bu jarayon uchun katta rol o'ynaydi, shuning uchun oddiy daraxt modelini murakkablashtiradi. Genlar standart filogeniya yordamida faqat uzoqdan bog'liq bo'lgan turlar o'rtasida o'tadi, shuning uchun filogenetik munosabatlarni tushunish uchun murakkablik qatlami qo'shiladi. 
Prokaryotlarda HGT paydo bo'lishining turli usullari filogeniyalarni tushunish uchun muhimdir. Garchi hozirda ba'zilar HGTni eukaryotik evolyutsiya uchun muhim deb bilishmasa ham, HGT bu sohada ham uchraydi. Va nihoyat, genlarning yakuniy transferiga misol sifatida, ba'zi olimlar katta ahamiyatga ega bo'lgan voqeani - birinchi eukaryotik hujayraning evolyutsiyasini tushuntirish uchun simbiotik yoki endosimbiotik organizmlar o'rtasida genom sintezi nazariyalarini taklif qilishdi, ularsiz odamlar paydo bo'lishi mumkin emas edi.
Gorizontal gen transferi
Gorizontal gen transferi (HGT) - bu genetik materialni bir turdan boshqa turga ota-ona(lar) dan naslga vertikal uzatilishdan boshqa mexanizmlar orqali kiritish. Ushbu transferlar hatto uzoqdan qarindosh turlarga ham genlarni almashish imkonini beradi, bu ularning fenotiplariga ta'sir qiladi. Olimlarning fikricha, HGT prokaryotlarda ko'proq tarqalgan, ammo bu jarayon prokaryotik genomning atigi 2 foizini o'tkazadi. Ba'zi tadqiqotchilar bunday hisob-kitoblarni erta deb hisoblashadi: biz HGT ning evolyutsiya jarayonlari uchun haqiqiy ahamiyatini davom etayotgan ish sifatida ko'rishimiz kerak. Olimlar ushbu hodisani chuqurroq o'rganib chiqqach, ular ko'proq HGT o'tkazilishini aniqlashlari mumkin. Ko'pgina olimlar HGT va mutatsiya (ayniqsa prokariotlarda) tabiiy tanlanish jarayonida xom ashyo bo'lgan genetik o'zgaruvchanlikning muhim manbai ekanligiga ishonishadi. Bu ko'chirishlar yaqin munosabatlarga ega bo'lgan har qanday ikki tur o'rtasida sodir bo'lishi mumkin. 
HGT mexanizmlari Bakteriyalar va Arxeya sohalarida juda keng tarqalgan bo'lib, olimlarning ularning evolyutsiyasiga qarashlarini sezilarli darajada o'zgartiradi. Ko'pgina evolyutsion modellar, masalan, Endosimbiont nazariyasi, eukaryotlar bir nechta prokaryotlardan kelib chiqqanligini taklif qiladi, bu HGTni barcha mavjud bo'lgan va yo'q bo'lib ketgan turlarning filogenetik munosabatlarini tushunish uchun yanada muhimroq qiladi. Endosimbiont nazariyasi eukariotlarning mitoxondriyalari va yashil o'simliklarning xloroplastlari va flagellatlari erkin yashovchi prokariotlar sifatida paydo bo'lgan, ular ibtidoiy eukaryotik hujayralarni bosib olgan va sitoplazmada doimiy simbiontlar sifatida o'rnatiladi.
Mikrobiologiya talabalari genlar umumiy bakteriyalar orasida o'tishini yaxshi bilishadi. Turlar o'rtasidagi gen almashinuvi bakteriyalarning antibiotiklarga qarshilik ko'rsatishining asosiy mexanizmidir. Klassik tarzda, olimlarning fikricha, bunday o'tkazmalarni uch xil mexanizm boshqaradi.
Transformatsiya: bakteriyalar yalang'och DNKni oladi
Transduksiya: virus genlarni uzatadi
Konjugatsiya: ichi bo'sh naycha yoki pilus organizmlar o'rtasida genlarni uzatadi
Yaqinda olimlar prokaryotlar o'rtasida to'rtinchi gen uzatish mexanizmini kashf etdilar. Kichik, virusga o'xshash zarralar yoki gen transfer agentlari (GTA) tasodifiy genomik segmentlarni bir prokaryot turidan boshqasiga o'tkazadi. GTAlar genetik o'zgarishlar uchun mas'uldir, ba'zida boshqa evolyutsion jarayonlarga nisbatan juda yuqori chastotada. Olimlar 1974 yilda binafsha rangli, oltingugurt bo'lmagan bakteriyalar yordamida birinchi GTA ni tavsifladilar. Yangi bakteriofaglarni ishlab chiqarish qobiliyatini yo'qotgan prokaryotga kiritilgan bakteriofag DNKsidan olingan bu GTAlar tasodifiy DNK qismlarini bir organizmdan boshqasiga o'tkazadi. Dengiz bakteriyalaridan foydalangan holda boshqariladigan tadqiqotlar GTAlarning yuqori chastotali harakat qilish qobiliyatini ko'rsatdi. Olimlar dengiz prokaryotlarida GTA yoki viruslar orqali gen o'tkazish hodisalarini faqat O'rta er dengizida yiliga 10 13 ga teng deb hisoblashdi. GTA va viruslar prokaryotik evolyutsiyaga katta ta'sir ko'rsatadigan samarali HGT vositalaridir.
Ushbu zamonaviy DNK tahlili natijasida eukaryotlar to'g'ridan-to'g'ri arxeydan paydo bo'lgan degan g'oya rad etildi. Eukariotlar bakteriyalarda mavjud bo'lmagan ko'plab xususiyatlarga ega bo'lsa-da, masalan, TATA qutisi (ko'p genlarning promotor mintaqasida joylashgan), ba'zi eukaryotik genlar Archaea DNKsiga qaraganda bakterial DNK bilan gomologikroq ekanligi kashfiyoti bu g'oyani kamroq ishonchli qildi. Bundan tashqari, olimlar eukaryotik evolyutsiyaning yakuniy hodisasi sifatida endosimbioz orqali arxeya va bakteriyalar genomlarining sintezini taklif qilishdi. 
Prokaryotlar HGT yordamida genetik materialni qanday almashishini ko'rish oson bo'lsa-da, olimlar dastlab bu jarayon eukaryotlarda yo'q deb o'ylashgan. Axir, prokaryotlar to'g'ridan-to'g'ri atrof-muhitga ta'sir qiladigan yagona hujayralardir, ko'p hujayrali organizmlarning jinsiy hujayralari odatda tananing himoyalangan qismlarida sekvestrlanadi. Bu fikrdan kelib chiqadiki, ko'p hujayrali eukariotlar o'rtasida gen almashinuvi qiyinroq bo'lishi kerak. Olimlarning fikriga ko'ra, bu jarayon eukariotlarda kam uchraydi va prokariotlarga qaraganda ancha kichik evolyutsion ta'sir ko'rsatadi. Shunga qaramay, uzoqdan qarindosh organizmlar orasidagi HGT bir nechta eukaryotik turlarda namoyon bo'ladi va olimlar kelajakda ko'proq misollarni topishlari mumkin.
O'simliklarda tadqiqotchilar an'anaviy usullar bilan o'zaro changlatolmaydigan turlarda gen o'tkazilishini kuzatdilar. Transpozonlar yoki "sakrash genlari" guruch va tariq o'simlik turlari o'rtasida o'tishni ko'rsatdi. Qolaversa, po‘stlog‘idan saratonga qarshi TAXOL® preparati olinadigan yew daraxti bilan oziqlanadigan zamburug‘li turlari o‘zlari taksol hosil qilish qobiliyatiga ega bo‘lib, bu gen o‘tkazilishining yaqqol misolidir.
Hayvonlarda HGT ning ayniqsa qiziqarli namunasi shira turlari ichida uchraydi (20.13-rasm). Shira - karotenoid tarkibiga qarab rangi o'zgarib turadigan hasharotlar. Karotinoidlar turli xil o'simliklar, zamburug'lar va mikroblar tomonidan ishlab chiqariladigan pigmentlar bo'lib, ular hayvonlarda turli funktsiyalarni bajaradi va bu kimyoviy moddalarni oziq-ovqatlaridan oladi. Odamlar A vitaminini sintez qilish uchun karotinoidlarga muhtoj va biz ularni apelsin meva va sabzavotlar: sabzi, o'rik, mango va shirin kartoshka iste'mol qilish orqali olamiz. Shu bilan bir qatorda, shira o'z-o'zidan karotinoidlarni ishlab chiqarish qobiliyatiga ega bo'ldi. DNK tahliliga ko'ra, bu qobiliyat zamburug'li genlarning hasharotlarga HGT orqali o'tishi bilan bog'liq, ehtimol hasharotlar oziq-ovqat uchun qo'ziqorinlarni iste'mol qilgan. Karotinoid fermenti yoki desaturazasi ma'lum shiralarning qizil ranglanishiga javob beradi va bu genning mutatsiyasi faol bo'lmagan ferment hosil bo'lishiga olib kelganda, shira odatdagi yashil rangga qaytadi (20.13-rasm).
Olimlarning fikriga ko'ra, HGT ning yakuniy darajasi ikkita simbiotik organizm endosimbiotik bo'lganda, turli prokariot turlari o'rtasida genom sintezi orqali sodir bo'ladi. Bu bir tur boshqa turning sitoplazmasi ichiga olinganda sodir bo'ladi, bu oxir-oqibat endosimbiont va xost genlaridan iborat genomga olib keladi. Bu mexanizm Endosimbiont nazariyasining bir jihati bo'lib, ko'pchilik biologlar eukaryotik hujayralar o'zlarining mitoxondriyalari va xloroplastlarini olish mexanizmi sifatida qabul qilishadi. Biroq, endosimbiozning yadro rivojlanishidagi roli ko'proq bahsli. Olimlarning fikricha, yadro va mitoxondriyal DNK turli (alohida) evolyutsion kelib chiqishi bor, mitoxondriyal DNK bakteriyalarning qadimgi prokaryotik hujayralar tomonidan yutilgan aylana genomlaridan olingan. Biz mitoxondriyal DNKni eng kichik xromosoma deb hisoblashimiz mumkin. Qizig'i shundaki, mitoxondriyal DNK faqat onadan meros bo'lib o'tadi. Mitoxondriyal DNK urug'lantirilgan tuxumda sperma parchalanganda yoki boshqa hollarda sperma flagellumida joylashgan mitoxondriya tuxumga kira olmaganida spermatozoidlarda parchalanadi. 
So'nggi o'n yil ichida UCLA/NASA Astrobiologiya instituti xodimi Jeyms Leyk genom sintezi jarayoni birinchi eukaryotik hujayralar evolyutsiyasi uchun javobgar ekanligini taklif qildi (20.14a-rasm). DNK tahlili va yangi matematik algoritm, shartli rekonstruksiya (CR) dan foydalangan holda, uning laboratoriyasi eukaryotik hujayralar ikkita tur, biri arxeya va ikkinchisi bakteriya o'rtasidagi endosimbiotik gen sintezi natijasida paydo bo'lishini taklif qildi. Yuqorida aytib o'tilganidek, ba'zi eukaryotik genlar arxeya genlariga o'xshaydi, boshqalari esa bakteriyalarga o'xshaydi. Leyk taklif qilgan endosimbiotik sintez hodisasi bu kuzatuvni aniq tushuntiradi. Shu bilan bir qatorda, bu ish yangi va CR algoritmi nisbatan asossizdir, bu ko'plab olimlarning ushbu farazga qarshi turishiga sabab bo'ladi.
Leykning so'nggi ishi (20.14b-rasm) gram-manfiy bakteriyalarning o'z sohalarida ikkita lipidli ikki qavatli membranani o'z ichiga olganligi bilan noyob bo'lgan arxeal va bakterial turlarning endosimbiotik birikmasidan kelib chiqqanligini taklif qiladi. Qo'sh membrana endosimbiozning bevosita natijasi bo'lar edi, endosimbiont ikkinchi membranani o'z ichiga oladi. Olimlar ushbu mexanizmdan mitoxondriya va xloroplastlardagi qo'sh membranalarni tushuntirish uchun ham foydalanganlar. Ba'zilar Leykning ishiga shubha bilan qarashadi va biologiya fanlari hamjamiyati hali ham uning g'oyalarini muhokama qilmoqda. Leykning gipotezasiga qo'shimcha ravishda, eukaryotlarning kelib chiqishi bo'yicha bir nechta raqobatdosh nazariyalar mavjud. Eukaryotik yadro qanday rivojlangan? Bir nazariya shundaki, prokaryotik hujayralar bakterial xromosomani o'rab turgan qo'shimcha membranani hosil qilgan. Ba'zi bakteriyalarda DNK ikkita membrana bilan o'ralgan, ammo yadro yoki yadro teshiklari haqida hech qanday dalil yo'q. Boshqa proteobakteriyalarda ham membrana bilan bog'langan xromosomalar mavjud. Agar eukariot yadrosi shu tarzda rivojlangan bo'lsa, biz prokaryotlarning ikki turidan biri eukariotlar bilan yaqinroq bog'liq bo'lishini kutgan bo'lardik.
Yadro-birinchi gipoteza shuni ko'rsatadiki, yadro avval prokariotlarda paydo bo'lgan (20.15a-rasm), so'ngra yangi eukariotning mitoxondriyaga aylangan bakteriyalar bilan qo'shilishi. Mitoxondriya-birinchi gipoteza mitoxondriyaning birinchi bo'lib prokaryotik xostda tashkil etilganligini (20.15b-rasm) taklif qiladi, keyinchalik u termoyadroviy yoki boshqa mexanizmlar orqali yadroga ega bo'lib, birinchi eukaryotik hujayraga aylanadi. Eng qizig'i, eukariot-birinchi gipoteza prokariotlar aslida genlar va murakkablikni yo'qotish orqali eukariotlardan paydo bo'lganligini taklif qiladi (20.15c-rasm). Bu farazlarning barchasi tekshirilishi mumkin. Qaysi gipoteza ma'lumotlarini eng yaxshi qo'llab-quvvatlashini faqat vaqt va ko'proq tajriba aniqlaydi.HGT ning, ayniqsa prokaryotlar evolyutsiyasidagi ahamiyatini tan olish, ba'zilarni klassik "hayot daraxti" modelidan voz kechishni taklif qilishiga sabab bo'ldi. 1999 yilda V. Ford Dulitl daraxtdan ko'ra tarmoq yoki tarmoqqa o'xshash filogenetik modelni taklif qildi. Gipoteza shuni ko'rsatadiki, eukariotlar bitta prokaryotik ajdoddan emas, balki HGT mexanizmlari bo'yicha genlarni almashgan ko'plab turlar hovuzidan paydo bo'lgan. 20.16a-rasmda ko'rsatilganidek, ba'zi individual prokariotlar mitoxondriya rivojlanishiga sabab bo'lgan bakteriyalarni yangi eukariotlarga o'tkazish uchun mas'ul bo'lgan, boshqa turlar esa xloroplastlarni keltirib chiqaradigan bakteriyalarni o'tkazishgan. Olimlar ushbu modelni ko'pincha "hayot to'ri" deb atashadi. Daraxt o'xshashligini saqlab qolish uchun ba'zilar foydalanishni taklif qilishdi Fikus daraxt (20.16b-rasm) o'zining bir nechta tanasi bilan HGT uchun pasaygan evolyutsion rolni ifodalashning filogenetik usuli sifatida.
Hayot halqasi modellari
Boshqalar esa, filogeniyaning daraxtga o'xshash har qanday modelidan voz kechib, halqali tuzilma, ya'ni "hayot halqasi" deb atalmish foydasiga taklif qilishdi (20.17-rasm). Bu filogenetik model bo'lib, unda hayotning barcha uch sohasi ibtidoiy prokaryotlar hovuzidan paydo bo'lgan. Leyk yana shartli rekonstruksiya algoritmidan foydalanib, halqaga o'xshash modelni taklif qiladi, unda barcha uchta domen turlari - Arxeyalar, Bakteriyalar va Eukariyalar - genlarni almashtiruvchi prokaryotlarning yagona hovuzidan paydo bo'lgan. Uning laboratoriyasi ushbu tuzilma uning laboratoriyasida o'tkazilgan keng qamrovli DNK tahlillari ma'lumotlari uchun eng mos ekanligini va halqa modeli HGT va genomik sintezni etarli darajada hisobga oladigan yagona model ekanligini taklif qiladi. Biroq, boshqa filogenetiklar ushbu modelga juda shubha bilan qarashadi.
Xulosa qilib aytganda, biz Darvinning "hayot daraxti" modelini HGTni kiritish uchun o'zgartirishimiz kerak. Bu daraxt modelidan butunlay voz kechishni anglatadimi? Hatto Leykning ta'kidlashicha, olimlar daraxt modelini uning ma'lumotlariga to'g'ri mos kelishiga imkon berish uchun o'zgartirishga harakat qilishlari kerak va faqat buni qila olmaslik odamlarni uning uzuk taklifiga jalb qiladi.
Bu daraxt, tarmoq yoki halqa hayotning filogenetik munosabatlarining aniq tavsifiga to'liq mos keladi degani emas. Filogenetik modellar haqidagi yangi fikrlashning natijasi shundaki, Darvinning asl filogenetik daraxt kontseptsiyasi juda oddiy, ammo olimlar o'sha paytda bilgan narsalarga asoslanib mantiqiy edi. Biroq, foydaliroq modelni izlash davom etmoqda: har bir model yangi modellarni ishlab chiqish imkoniyatini sinab ko'rish uchun faraz bo'lib xizmat qiladi. Ilm-fan shunday rivojlanadi. Tadqiqotchilar faraziy evolyutsion munosabatlarni o'rnatish va tahlilni talab qiladigan katta hajmdagi ma'lumotlarni tushunishga yordam berish uchun ushbu modellardan vizualizatsiya sifatida foydalanadilar. Genetik algoritm [2] - bu tabiiy evolyutsiyadan ilhomlangan texnikaga asoslangan evristik qidiruv algoritmi,
irsiyat, mutatsiya, tanlash va krossover kabi. GA kodlangan tasodifiy yechimlar populyatsiyasi bilan boshlanadi. Bunday kodlangan yechimlar odatda xromosomalar deb ataladi va ularning muammoni hal qilish qobiliyati fitnes funksiyasi yordamida tavsiflanadi. Bu odamlar fitnes qiymatiga qarab tabiiy tanlanishdan o'tadilar. Har bir avlodda shaxslar mutatsiyaga va rekombinatsiyaga uchraydilar, bunda muammoning xarakteriga qarab mutatsiya va rekombinatsiya operatorlari aniqlanadi. Keyin yangi populyatsiya algoritmning keyingi iteratsiyasida ishlatiladi. Algoritm odatda natijani beradigan yechim kerakli javobga etarlicha yaqin yoki teng bo'lganda yoki aholi uchun qoniqarli moslik darajasiga erishilganda tugaydi. B bo'limida biz daraxtlarni filogenetik rekonstruksiya qilishda genetik algoritm qanday qo'llanilishini muhokama qilamiz, so'ngra C bo'limida genetik algoritm orqali filogenetik daraxtni qurish uchun bir nechta tadqiqotchilar tomonidan bajarilgan ishlarni tasvirlaymiz.
GA ko'p yillar davomida muhandislikning turli xil murakkab muammolariga qo'llanilgan, garchi ulardan biologik ma'lumotlar bilan bog'liq muammolarda qo'llanilishi bir necha yil oldin o'rganilgan bo'lsa-da, GA ning murakkab ma'lumotlar holatida tezda deyarli optimal echimlarni topish qobiliyati ularni qiladi. Filogenetik xulosa chiqarish muammosiga ideal nomzodlar, ayniqsa, ko'plab soliqlar kiritilganida yoki murakkab evolyutsion modellar (maksimal ehtimollik kabi kompyuter intensiv xulosa chiqarish usullarini qo'llashni talab qiladigan) qo'llanilganda. Filogeniya rekonstruksiya qilingan taqdirda, har bir shaxsning yagona xromosomasi bitta filogenetik daraxtni, uning shoxlari uzunligi va ishlatiladigan almashtirish modelini o'z ichiga olgan boshqa parametrlarning qiymatlari bilan kodlash uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin. Mutogenlik va rekombinatsiya operatorlari filogenetik daraxtlar uchun aniqlanishi mumkin va odamning jismoniy tayyorgarligi uning tabiiy balliga teng bo'lishi mumkin. LnL qiymatlari yuqori bo'lgan daraxtlar keyingi avlodga ko'proq avlod qoldirishga moyildirlar va tabiiy tanlanish simulyatsiya qilingan populyatsiyadagi odamlarning o'rtacha miqdorini oshiradi. Aholining jismoniy holati yaxshilanishni to'xtatgandan keyin eng yuqori lNLga ega bo'lgan daraxt, ehtimollik ehtimoli yuqori bo'lgan daraxtning eng yaxshi bahosi hisoblanadi . Genetik algoritmga asoslangan filogenetik daraxtlarni rekonstruksiya qilish
Hideo Matsuda (1996) aminokislotalar ketma -ketligidan filogenetik daraxtlar yaratishni taklif qildi, bu genetik algoritmdan farq qiladi, bu kodlash sxemasi, o'zaro faoliyat va mutatsion operatori asosida oddiy genetik algoritmdan farq qiladi. Dastlabki bosqichda, mavjudlar orasida
muqobil daraxtlar, ularning yaroqliligiga qarab rulet tanlash orqali belgilangan miqdordagi daraxtlar tanlangan. Shundan so'ng daraxtlarning sifatini yaxshilash uchun avloddan -avlodga krossover va mutatsion operatsiyalar qo'llanildi. Har bir avloddagi daraxtlar soni aniqlanganligi sababli, eng yaxshi ball to'plagan daraxtlar ushbu operatorlar tomonidan olib tashlanadi. Algoritm shuningdek, eng yaxshi ball bilan qurilgan daraxt har bir avlod uchun omon qolishi kerakligini tekshiradi. Algoritmning asosiy afzalligi uning tasodifiy hosil bo'lgan daraxtlardan krossover va mutatsiya operatorlari yordamida ko'proq ehtimoliy daraxt qurish qobiliyatidir. Eksperimental natijalar shuni ko'rsatadiki, taklif qilingan algoritmning ishlashi boshqa Maksimal Parsimon Maksimal ehtimoli, UPGMA usullari kabi turli xil daraxt qidirish algoritmlari bilan solishtirish mumkin.Filogeniyani rekonstruktsiya qilish - bu qiyin hisoblash muammosi, chunki ko'p miqdordagi soliqlar (ob'ektlar) ni o'z ichiga olgan holda, mumkin bo'lgan echimlar ham ko'payadi, bu esa optimal bo'lmagan daraxtlarni baholashga sarflanadigan vaqtni oshiradi. Bu muammoni bartaraf etish uchun Paul.et.al (1998) nukleotidlar ketma-ketligi ma'lumotlaridan foydalanib, maksimal ehtimollik filogenezi xulosasi uchun genetik algoritmni taklif qildi. Pavlus genetik algoritmga asoslangan evristik qidiruvni taqdim etadi, bu ko'p sonli taksonlarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar to'plamida maksimal ehtimollik filogenetik xulosa qilish uchun zarur bo'lgan vaqtni kamaytiradi. Algoritm quyidagicha ishlaydi: Birinchidan, har bir shaxs tasodifiy daraxt topologiyasi bilan ishga tushiriladi, unda har bir filialga tasodifiy qiymat beriladi. InL ball asosida har bir zarrachaning yaroqlilik qiymati hisoblanadi. InL balining eng yuqori qiymatiga ega bo'lgan shaxs keyingi avlod uchun nasl berish uchun ishlatiladi. Nihoyat, rekombinatsiya operatsiyasi amalga oshiriladi.

Bu rekombinatsiya operatsiyasi GAni boshqa an'anaviy echimlardan kamroq vaqt ichida yechim olishdan ajratib turadi. Eksperimental natijalar shuni ko'rsatadiki, bir xil Maksimal ehtimollik topologiyasini olish uchun daraxtning ikkiga bo'linishi (TBR) novdalarini almashtirishdan foydalangan holda an'anaviy evristik qidiruv uchun talab qilinadigan hisoblash harakatlarining atigi 6%.

2002 yilda Clare et. al taklif qilgan "Gaphyl: organizmlar o'rtasidagi evolyutsion munosabatlarni o'rganish uchun evolyutsion algoritmlar yondashuvi". Mavjud filogenetik dasturiy paketlar optimal filogenetik daraxtni topish uchun evristik qidiruv usullaridan foydalanadi, Graphyl esa evolyutsion mexanizmlardan foydalanadi, shuning uchun qisqa vaqt ichida to'liqroq yechim topadi. Grafildagi GA qidirish jarayoni filogenetika uchun xuddi shu ish vaqtida Phylip [3] ga qaraganda bir xil darajada ishonchli daraxtlarni topishda katta foyda keltiradi. Bundan tashqari, ma'lumotlar to'plami turlar va atributlar sonining ko'payishi hisobiga kattalashib borgan sari, Gafilning Filip ustidan samaradorligi oshadi, chunki Gafil qidirish jarayoni atributlar (va atributlar-qiymatlar) soniga va qidirishning murakkabligiga bog'liq emas. daraxtdagi barg tugunlari sonini aniqlaydigan turlar soniga qarab o'zgaradi.
Gafil Kler. va boshqalar. al (2003) Gafilning yangi versiyasini taklif qildi, unda Gafil genetik ma'lumotlar bilan ishlash uchun kengaytirilgan. Taklif etilgan algoritmda Gafilning DNK versiyasi tuzilgan va DNK ma'lumotlari asosida Gafil va Filipni qidirish jarayoni solishtirilgan. Eksperimental natijalar shuni ko'rsatadiki, Gafilning ishlashi, ba'zi hollarda, Filipga qaraganda yaxshiroq.
3. Chumolilar koloniyasini optimallashtirish
Chumolilar koloniyasini optimallashtirish (ACO) M. Dorigo tomonidan ishlab chiqilgan evolyutsiya algoritmidir.
va boshqalar. al (1996), haqiqiy chumolilarning ovchilik xatti -harakatlaridan ilhomlangan. Chumoli ovqatni qidirganda, chumoli dastlab uyasi bilan qoplangan joyni tasodifiy ravishda siljitadi. Chumoli oziq -ovqat manbasini topgach, uning sifati va miqdorini tahlil qilib, uning bir qismini uyasiga qaytaradi. Kimyoviy feromon izi chumoli qaytib kelganida erga tushiriladi. Bu boshqa chumolilarga oziq -ovqat manbalariga etib borishiga yordam beradi. Feromon yo'llari orqali chumolilar o'rtasidagi bilvosita aloqa yordamida uya va oziq-ovqat manbai o'rtasidagi eng qisqa yo'lni topishga yordam beradi. Chumolilar koloniyalarining bu xususiyati sun'iy chumolilar koloniyalarida kombinativ optimallashtirish (CO) muammolarini hal qilish uchun ishlatiladi. Umuman olganda, ACO optimallashtirish muammolarini hal qilish uchun ikki bosqichni takrorlaydi.
1) Nomzodlik eritmasi feromonli model yordamida quriladi, ya'ni eritma maydonida ehtimollik taqsimotini parametrlangan holda ishlatish.
2) Nomzod echimlar yaxshi sifatli eritma olishda filtrlash uchun ferom qiymatlarini yangilash yoki o'zgartirish uchun ishlatiladi.
B bo'limida biz filogenetik daraxtlarni rekonstruksiya qilishda chumolilar koloniyasini optimallashtirish (ACO) qanday qo'llanilishini muhokama qilamiz, so'ngra C bo'limida bir qancha tadqiqotchilar chumolilar koloniyasini optimallashtirish orqali filogenetik daraxtni qurish uchun qilgan ishlarini tasvirlab beramiz.
Filogenetik daraxt qurilishi muammosi standart TSP (sayohatchi sotuvchi muammosi) ga juda o'xshash. Har bir taksiga bitta xayoliy shaharni bog'lash mumkin va bu mos keladigan taksilar juftligi uchun ma'lumotlar matritsasidan olingan ma'lumotlar ikki shahar orasidagi masofa sifatida belgilanadi. Muammoning bunday tuzilishi ACO kabi evristik algoritmlarni qo'llashga yo'l ochadi, vositachi tugun chumolilar tizimi tomonidan ilgari tanlangan ikkitasi orasidan tanlanadi. Vositachilik tuguniga asoslanib, qolgan tugunlarga (turlarga) bo'lgan masofalar qayta hisoblab chiqiladi. Ushbu protsedura, tashrif buyurilgan tugunlarga tegishli bo'lmagan barcha tugunlar yo'l qurilgunga qadar takrorlanadi. Yo'lning qo'shni tugunlarining o'tish ehtimoli yig'indisi feromon izini yangilashda foydalanilgan yo'lning balli deb ataladi. Amalga oshirish tsikli davomida hech bo'lmaganda bitta yo'lga tegishli bo'lgan barcha tugunlar feromon izini oshirishga yordam beradi. Bu asosiy nuqta mahalliy maksimal tuzoqqa tushmaslikka yordam beradi. Shunday qilib, TSPni echish uchun chumolilar koloniyasi algoritmiga ruhiy jihatdan yaqin bo'lgan algoritmga amal qilib, filogenetik daraxtlarni samarali rekonstruksiya qilish mumkin .Chumolilar koloniyasini optimallashtirish asosida daraxtning filogenetik rekonstruksiyasi
Shin Ando.et.al (2002) Evolyutsion daraxt qurilishi uchun chumolilar algoritmini taklif qildi. Algoritm NP muammolarida metaevristik qidiruvni o'rganish uchun ACO algoritmini qo'llaydi. Muallif ikkita yangi mexanizmni taqdim etadi: qo'shimchani ifodalash va tepalik tanlash mexanizmi, bu chumolilar koloniyasini o'rganish qobiliyatini takomillashtirish strategiyasini qo'llashda yordam beradi. Algoritm mumkin bo'lgan daraxtlar to'plamidan daraxt tanlaydi, bu ma'lum bir DNK ketma -ketligi uchun balni kamaytiradi. Taklif etilgan algoritm simulyatsiya qilingan eksperimentda va 15 turdan oqsil ketma -ketligini moslashtirishda qoniqarli natijalarni ko'rsatadi.
Pist Kumnorkaew.et.al (2004) Chumolilar koloniyasiga asoslangan yangi algoritmni taklif qildi, unda evolyutsion daraxt daraxt konstruktsiyasi, novdalar uzunligini hisoblash, filial nuqtasini tanlash, yangi ACO parametri va masofani tortish parametri. Algoritm chumolilarni turli filial nuqtalariga joylashtirishdan boshlanadi va har bir chekkada feromon izining boshlang'ich qiymatini o'rnatadi. Tarmoq nuqtasi tanlash vektoridagi har bir chumolining filial nuqtasi tartiblangandan so'ng, har bir chumoli feromon izi va masofasidan kelib chiqib, keyingi bosqichga o'tish uchun shaharlarni tanlaydi. Algoritm shaharni tanlash va har bir chumolining harakatini barcha chumolilar sayohatlari va filiallarini tugatmaguncha takrorlaydi.
har bir chumolining uzunligi hisoblab chiqiladi va feromonning qiymati yangilanadi. Tarmoq nuqtasi tanlash vektorini bo'shatishdan oldin, eng qisqa umumiy tarmoq uzunligi saqlanadi. Bu jarayon tugatish shartiga erishilgunga qadar davom etadi. Algoritmning qobiliyatini yanada kuchaytirish uchun kichik uzunlikdagi manfiy qabul qilingan, chunki n ning katta qiymatlari bo'lsa (n - evolyutsion daraxt muammosidagi turlar soni), musbat novdalar uzunligini qabul qilish konvergentsiyani cheklaydi. Olingan natija chumolining eng qisqa yo'li bo'lib, evolyutsiya daraxtini qurish uchun etarli bo'lgan novdalar yorliqlari va uzunliklarini o'z ichiga oladi. Eksperimental natijalar shuni ko'rsatadiki, algoritm polinomli vaqtda evolyutsion daraxt muammosining eksponent vaqt murakkabligini ancha kamaytiradi.
Maurisio Perretto. va boshqalar. al (2005) chumolilar koloniyasini optimallashtirish paradigmasi yordamida filogenetik daraxtni rekonstruksiya qilishni taklif qildi. Taklif etilgan algoritmda filogenetik daraxtlarni rekonstruksiya qilish
turlar orasidagi masofa matritsasi yordamida to'liq bog'langan grafik tuzish orqali amalga oshiriladi. Ushbu grafikada turlar orasidagi masofa va tugunlar turni ifodalaydi. Dastlab chumolilar tasodifiy tugunni tanlaydilar, keyin har bir tugunda yo'nalish o'tish funktsiyasidan kelib chiqib belgilanadi. Bu chumolining asosiy maqsadi o'tish ehtimolini maksimal darajada oshiradigan yo'lni topishdir, natijada eng kichik evolyutsion masofani hosil qiladigan turlar ketma -ketligi olingan. Taklif etilayotgan algoritm NEIGHBOR va FITCH dasturlari yordamida yaxshi ma'lum bo'lgan PHYLIP to'plami bilan taqqoslanadi. Taqqoslash ularning tuzilishi va tugunlar orasidagi umumiy masofani tahlil qilishga asoslangan. Umuman olganda, ushbu maqolada keltirilgan tajriba natijalari juda istiqbolli edi.
Ling. va boshqalar. al [18] (2006) daraxtlarning filogenetik qurilishiga stoxastik, optimallashtirish va klaster yordamida yangi yondashuvni taklif qildi, bunda chumolilar koloniyasi algoritmi ham klasterlash usuli, ham aglobal optimallashtirish texnikasi yordamida qo'llaniladi, shunda daraxtlar topologiyasi yomon bo'lsa ham optimal daraxt topiladi. . Taklif etilayotgan usul uchta komponentdan iborat, ya'ni boshlash, klasterlash va filogenetik daraxtlarni optimallashtirish orqali filogenetik daraxtlarni qurish. Boshlash bosqichida og'irlikdagi digraf quriladi, uning tepasi klasterlangan ma'lumotlarni, cheti esa ikkita ob'ekt o'rtasidagi qabul qilish tezligini ifodalaydi. Keyin chumoli digrafda sayohat qiladi va yo'lda feromonni yangilaydi va nihoyat chumolilar koloniyasi va uning feromonlari bilan aloqa tizimi ishlatiladi, bu daraxtning optimal topologiyasini olish uchun global optimallashtirish usuli sifatida ishlaydi. Taklif etilgan algoritm Genetik algoritm bilan taqqoslanadi va natijalar shuni ko'rsatadiki, u tezroq birlashadi va yuqori sifatga erishadi.
Jing Juo. va boshqalar. al (2006) Filogenetik daraxt qurish uchun o'z-o'zidan moslashuvchi chumolilar koloniyasi algoritmini taklif qildi, unda filogenetik daraxt taqsimlanish muvozanati asosida qurilgan. Taklif etilayotgan usul 3 bosqichni o'z ichiga oladi, ishga tushirish, chumolilar tomonidan topilgan optimal yo'l bo'yicha filogenetik daraxtlarni qurish va optimallashtirish. Birinchi to'liq bog'langan grafik turlar orasidagi masofa matritsasi yordamida tuziladi. Filogenetik daraxtni qayta qurishni boshlash uchun chumolilar tasodifiy tugunni tanlash bilan boshlanadi. Ular tuzilgan grafik bo'ylab sayohat qilishadi va har bir tugunda chumolilar ehtimollik funktsiyasiga asoslanib o'z yo'nalishini topadi. Algoritm iz ma'lumotlarini to'g'rilaydi va yo'l tanlash taqsimotining muvozanati asosida har bir yo'lning ehtimoli aniqlanadi. Har bir chumoli protsedurani barcha tugunlar bir marta bosib o'tmaguncha takrorlaydi, ya'ni barcha tugunlar allaqachon tashrif buyurilgan tugunlar ro'yxatiga kiritiladi. Ushbu yo'lning balli yo'lda qo'shni tugunlarning ehtimollik funksiyasi yig'indisi bilan beriladi. Konvergentsiyani tezlashtirish va mahalliy konvergentsiyani oldini olish uchun algoritm har bir yo'l bo'yicha ma'lumotlarning tanlash ehtimoli va strategiyasini, olingan echimlarning sifati va taqsimlanishiga qarab sozlaydi. Taklif etilayotgan algoritm PHYLIP dasturiy ta'minot paketi va TSP-yondashuvidagi Neighbor Joining (NJ) dasturlari bilan taqqoslanadi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, taklif qilingan algoritmni amalga oshirish va boshqa algoritmlarga qaraganda yuqori sifatli natijalarni olish osonroq.
Ling Chen.et. al (2009) Chumolilar koloniyasini qismlarga ajratishga asoslangan filogenetik daraxt qurish uchun yangi algoritmni taklif qildi. Dastlab daraxtning ildizi aniqlanadi, bu genlar ketma-ketligi to'plamiga mos keladi. Keyin algoritm genlar ketma -ketligini ikkiga ajratadi, shunda bitta kichik to'plam o'xshash xususiyatga ega bo'ladi va har xil kichik guruhlar orasidagi genlar ketma -ketligi har xil xususiyatga ega. Bu jarayon barcha kichik guruhlar faqat bitta gen ketma -ketligini o'z ichiga olmaguncha takrorlanadi. Ushbu kichik to'plamlar yordamida filogenetik daraxt asta -sekin quriladi, unda barglar genlar ketma -ketligi. Bissektsiyaning har bir darajasi chumolilar koloniyasini sayohatchilar muammosini optimallashtirishga asoslangan. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, tavsiya etilgan algoritmni amalga oshirish oson, samaraliroq, tez birlashtiriladi va boshqa usullarga qaraganda yuqori sifatli natijalar olinadi.
Shuying.et.al (2000) Bayes usuliga asoslangan Markov zanjiri filogenetik rekonstruksiya usulini ishlab chiqdi. Usul Markov zanjiri Monte -Karlo (MCMC) texnikasi yordamida filogenetik daraxtlar ketma -ketligini hosil qiladi.Markov zanjiri metropol algoritmiga asoslangan bo'lib, uning statsionar taqsimoti filogenetik daraxtning kuzatilgan ketma -ketligini hisobga olgan holda shartli taqsimlanishi hisoblanadi. Algoritm butun dunyo bo'ylab filogeniyalar bo'ylab harakat qilish istagi va yuqori ehtimollik zonasida amalga oshirilishi mumkin bo'lgan harakatlar o'rtasidagi muvozanatni saqlaydi. Taklif etilayotgan algoritm har bir iteratsiya uchun tezdir, chunki maqsadli tugunni hisoblash mahalliy darajada saqlanadi va katta ma'lumotlar to'plami potentsial ravishda almashtirilganligi sababli, daraxtlardagi o'zgarishlar eng kam harakat bilan mumkin.
Filogenetik xulosa chiqarish uchun mavjud bo'lgan yondashuvlarning aksariyati bir nechta hizalama ketma -ketligidan foydalanadi. Ammo genlarni qayta tartibga solish, subversiya darajasida inversiya, transpozitsiya va translokatsiya, ketma -ketliklarning teng bo'lmagan uzunligi va boshqalar tufayli ko'p ketma -ketlik hizalanishi samarasiz. To'liq genomga asoslangan filogenetik tahlil jozibador, chunki bitta genlar ketma -ketligi organizmlarning evolyutsion tarixini tuzish uchun etarli ma'lumotga ega emas. Hasan bunday muammoni hal qilish uchun. va boshqalar. al (2003) filogenetik daraxt qurilishi uchun yangi ketma -ketlik masofa o'lchovini taklif qildi, bunda filogenetik daraxt LZ murakkabligi yordamida cheklangan ketma -ketliklar orasidagi o'lchangan masofaga asoslangan holda quriladi. S sonli ketma -ketlikning LZ murakkabligi S ni qurgan ishlab chiqarish jarayoni uchun zarur bo'lgan qadamlar soni sifatida aniqlanadi. Olingan masofa matritsasi filogenetik daraxtlarni qurish uchun ishlatiladi. Taklif etilayotgan yondashuvning asosiy afzalligi shundaki, u hech qanday ketma-ketlikni tekislash strategiyasini talab qilmaydi va butunlay avtomatikdir. Eksperiment natijalari shuni ko'rsatadiki, taklif qilingan algoritm real va simulyatsiya qilingan ma'lumotlar to'plamlari uchun samarali va izchil filogenezni muvaffaqiyatli qurdi.
Hui-Ying. va boshqalar. al [14] (2004) Filogenetik daraxtni qayta tiklash uchun yangi algoritmni taklif qildi, unda populyatsiyadan eng yaxshi daraxtni tanlash uchun Diskret zarrachalar to'dasini optimallashtirish (DPSO) qo'llaniladi. Taklif etilgan algoritmda dastlab har bir zarrachaning yaroqlilik qiymati populyatsiyada hisoblab chiqiladi va undan keyin filogenetik daraxt qurilishida maksimal yaroqlilik qiymatiga ega bo'lgan odam ishlatiladi. Daraxt qurilgandan so'ng, populyatsiyani yangilash va filiallarni sozlash amalga oshiriladi. Populyatsiyani yangilashda pozitsiya va tezlik DPSO [4] pozitsiyasi va tezligini yangilash tenglamalari yordamida yangilanadi. Daraxt shoxini sozlashning keyingi bosqichida taqqoslash amalga oshiriladi. Agar ikkita tugun orasidagi masofa 2D dan katta yoki teng bo'lsa (D ikki ketma -ketlik orasidagi masofani bildiradi), shoxni ajratib oling, aks holda filialni birlashtiring. Ushbu yangilanish filogenetik daraxt optimallashtirilmaguncha davom etadi. DPSO algoritmi boshlang'ich populyatsiya o'zgartirilsa ham optimallashtirilgan natijalar beradi. DPSO algoritmi turli xil yashil o'simliklardan rbcL xloroplast genining ketma-ketligini o'z ichiga olgan 25 ta ketma-ketlik masalasida qo'llaniladi va Eksperimental natijalar boshqa an'anaviy algoritmlarga nisbatan qoniqarli natijani ko'rsatadi.
Ushbu maqolada biz bir necha tadqiqotchilar tomonidan Filogenetik daraxtni yaratish bo'yicha yaqinda qilingan ba'zi sa'y-harakatlarni ko'rib chiqdik. Daraxtlarni filogenetik rekonstruksiya qilish muammosiga qisqacha ma'lumot berganimizdan so'ng, biz GA, PSO va ACO tomonidan filogenetik daraxtlarni qayta tiklash uchun bir nechta tadqiqotchilar tomonidan qo'llanilishi va qilgan ishlarini muhokama qildik. An'anaviy usullarning bir nechtasi e'tiroz va e'tibor bilan ko'rib chiqiladi, lekin ular eng maqbul echimga erisha olmaydi va katta hisob -kitob xarajatlaridan aziyat chekadi. Ushbu muammolarni bartaraf etish uchun GA boshqa usullar bilan birlashtirilgan. Natijalar an'anaviy usullarga qaraganda qoniqarli natijalarni ko'rsatmoqda. Biroq, SI vositalari ham istiqbolli ko'rinadi, chunki bioinformatikaning bir nechta vazifalari turli mezonlarni optimallashtirishni o'z ichiga oladi va shu bilan SI vositalarini (ACO va PSO kabi) filogenetik daraxtlarni qayta tiklash muammosini hal qilishda yanada aniqroq va mos ravishda qo'llashni o'z ichiga oladi. GA bilan solishtirganda, turli tadqiqotchilar tomonidan taklif qilingan SI asosidagi algoritm yaxshi natijalar beradi. Shu nuqtai nazardan chop etilgan maqolalar kichik hajmda bo'lishi mumkin, lekin ertangi kun tadqiqotchilari uchun juda katta ahamiyatga ega, chunki bu soha keng va hali ko'p tadqiqotlar olib borilishi kerak.
Mualliflar anonim sharhlovchilarga batafsil, qimmatli sharhlari va konstruktiv takliflari uchun minnatdorchilik bildiradilar.

Chumolilar bir-biriga duch kelganda yoki o'z hamkasblarini qidirish jarayonida feromon deb ataladigan kimyoviy hidni uchitishi mumkin. Bunday hidga asoslanib, chumolilar o'ziga xos xususiyatlarga ega bo'lganlarni o'ziga jalb qiladi va boshqasini qaytaradi. Ushbu maqolada sun'iy chumolilar grafika bo'ylab sayohat qilishlari va ular o'tayotgan chekkalarga feromon yotqizishgan. ​ -rasmda ko'rsatilgandek. 1 -rasmda va 2 -rasmda, 2 -rasmda, sun'iy chumoli digagrafdagi qabul og'irligiga va ba'zi evristik ma'lumotlarga ko'ra keyingi tepalikni tanlaydi. Digrafning har bir chetidagi feromon sun'iy chumolilarning moslashuvchan harakatlari bilan yangilanadi, shuningdek, klasterlash jarayonini tezlashtirish uchun ba'zi adaptiv strategiyalar taqdim etiladi.

Kuchli komponentlar tahlili
Ob'ektlar qanchalik o'xshash bo'lsa, feromon miqdori shuncha yuqori bo'lishi mumkin. Har bir chekkadagi feromon miqdoridan to'liq foydalanish uchun biz feromon qiymati ma'lum bir chegaradan past bo'lgan ba'zi ulanishlarni o'tkazib yuboramiz va yangi digrafning kuchli bog'langan komponentlari finial klasterlarni hosil qiladi. Shunday qilib, boshlang'ich ob'ektlar chumolilar koloniyasi orqali bir nechta guruhlarga bo'linadi. Nihoyat, chumolilar tomonidan olingan bu klasterlar filogenetik daraxtlarni bosqichma -bosqich qurish uchun ishlatiladi.
Felogenetik daraxtlarni optimallashtirish
Xuddi shu kichik koloniyadagi sun'iy chumolilar o'zlarining hamkorliklari orqali muammoni hal qilish uchun mustaqil filogenetik daraxt qurishga harakat qiladilar va turli subkoloniyalar nomzodlarning xilma-xilligini saqlab qolish uchun turli xil daraxtlarni qurishadi. Ushbu daraxtlarni optimallashtirishdan so'ng, bu echimlarning ishlashi yaxshilanadi. Shu bilan birga, chumolilarning klasterlash jarayonini kuchaytirish uchun yuqori yaroqli daraxtlar chetidagi feromonlar ko'payadi.
Ushbu maqolada ko'rsatilgan filogenetik daraxtlarni qurish usuli, uning natijalarini GA bilan solishtirish uchun sinovdan o'tkazildi, tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, bizning algoritmni amalga oshirish osonroq va samaraliroq. GA bilan solishtirganda, u tezroq birlashishi va yuqori sifatli echimga ega bo'lishi mumkin.
Garchi ko'plab biologlar gibridizatsiya, gorizontal gen o'tkazish, rekombinatsiya va reassortment kabi retikulyar hodisalar evolyutsiyada muhim rol o'ynaydi, deb hisoblashsa-da, ko'pchilik nashr etilgan tadqiqotlar o'rganilayotgan turlar to'plamining evolyutsiya tarixini aks ettirish uchun daraxtlardan foydalanadi. Buning sabablaridan biri, daraxt bo'lmagan tarixlar yoki filogenetik tarmoqlarni aniqlashning ishonchli va qabul qilingan usullarining yo'qligi. So‘nggi yillarda ushbu muammoni bartaraf etish bo‘yicha ko‘plab ishlar amalga oshirildi. Bizning bu sohadagi ishimiz dastlab ildizsiz filogenetik tarmoqlarni aniqlash usullarini ishlab chiqishga qaratilgan edi va bizning kompyuter dasturimiz SplitsTree hozirda filogenetik tarmoqlarni qurishda eng ko'p ishlatiladigan dastur hisoblanadi. Yaqinda biz ildiz otgan filogenetik tarmoqlar uchun usullarni ishlab chiqishga e'tibor qaratdik, ularni daraxt va tarmoq chizish dasturimiz Dendroscope orqali taqdim etamiz. 

Xulosa
Filogenetik tarmoqlar 2007 yilda Kembrij universitetining Nyuton institutida Filogenetika bo'yicha to'rt oylik tadqiqot dasturining asosiy mavzularidan biri bo'ldi. U erda biz filogenetik tarmoqlar sohasi shu darajaga yetgan, degan taassurot paydo bo'ldiki, buning uchun yetarli materiallar mavjud edi. bu sohaga kirishni va turli savollar va yondashuvlarni yagona tarzda taqdim etishga harakat qiladigan kitob. Bizning maqsadimiz bioinformatika, usullar va algoritmlarga qiziquvchi biologlar va evolyutsiyaga qiziquvchi kompyuter olimlari uchun ochiq uslubda ushbu sohani qamrab oladigan kitob yozish edi. Bu kitob SplitsTree4 va Dendroskop dasturlarining ideal hamrohi.
"Daraxtlar emas, balki tarmoqlar - tez evolyutsiya murakkabligini va genom ma'lumotlarida ziddiyatli signallarni tushunishning asosiy vositasiga aylanmoqda. Filogenetik tarmoqlar tarmoqqa asoslangan usullar, ulardan foydalanish mumkin bo'lgan va amaliy dasturiy ta'minot bo'yicha batafsil ma'lumotni uzoq vaqtdan beri taqdim etadi. Tarmoqlarning ko'p turlarini batafsil va birlashtirilgan ko'rib chiqish asosiy nazariyaning aniq konspekti bilan to'ldiriladi. Ko'p sonli misollar va rasmlar matnni bajarishni osonlashtiradi. Bu kitob biologlarning evolyutsiyani o'rganish uchun genom ma'lumotlaridan foydalanish usulini yanada o'zgartiradi. Tubingen guruhi filogenetik tarmoq algoritmlarini ishlab chiqishga rahbarlik qildi va bu kitobda so'nggi usullarning ko'pligidan hayratga tushgan biologlar, shuningdek, bu sohani yanada rivojlantirishni maqsad qilgan bioinformatistlar uchun aniq ko'rsatma berilgan. Genomik ma'lumotlarning "hayot to'rini" ifodalash va o'rganish uchun qanday ishlatilishini tushunishni istagan har bir olim yoki talaba uchun bu o'qish juda muhim. " Mayk Stil, Kenterberi universiteti.
“Bu soha yetakchilaridan biri (Daniel Huson) va uning hammualliflari tomonidan tayyorlangan ushbu darslik hisoblash biologiyasining eng qiziqarli va goʻzal tadqiqot yoʻnalishlaridan biri: filogenetik tarmoqlarga matematik jihatdan jiddiy kirishni taqdim etadi. Matn aniq va barcha zarur biologik ma'lumotlarga ega bo'lib, u matematika, informatika yoki statistikaning aspirantlari (yoki yuqori kurs talabalari) uchun ochiq bo'lishi kerak. Tandi Varnov, Texas universiteti.
"Bu ajoyib kitob-filogenetik tarmoqlarni davolashning eng puxta va dolzarb kitobidir. Tabiatdagi ko'plab evolyutsion jarayonlar filogenetik daraxtlarning oddiy modeliga mos kelmaydi, masalan, duragaylar, simbiozlar va genlarning lateral o'tkazilishi. Tabiatni genomika bilan qanchalik ko'p o'rgansak, bu misollar shunchalik ahamiyatli va ko'p bo'ladi, shuning uchun filogenetikada tarmoqlardan foydalanishga haqiqiy ehtiyoj bor. Bu jild filogenetik tarmoqlar bilan ishlaydigan tadqiqotchilar uchun majburiydir. Bu ilg'or kollej auditoriyasi uchun. Chiroyli tashkil etilgan va aniq yozilgan, bu bo'shliqni to'ldiradi. Bill Martin, Dyusseldorf universiteti.