系統發育樹

高中生物基於六個可編輯二元性狀的四分類群 Fitch 簡約法窮舉分析

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關於此實驗

根據共享性狀建立系統樹假說,而不是繪製裝飾性的相似性示意圖。編輯六個二元性狀,比較全部三種無根四分支樹的精確成本,並在不改變親緣關係的情況下旋轉顯示的分支。

學習目標

  • 區分共享性狀矩陣與系統樹假說。
  • 比較不同拓撲結構所需的最少性狀變化次數。
  • 辨識尚未解決的平手,以及等價的分支旋轉。

使用方法

  1. 1檢視初始矩陣,並比較全部三種拓撲結構的分數。
  2. 2切換一個分類群的性狀,觀察哪種拓撲結構最簡約。
  3. 3消除所有差異,並找出三種拓撲結構無法區分的平手。
  4. 4選取並翻轉一個內部分組,然後確認其中的分類群及分數維持不變。

模型

每種拓樸都採用二元性狀變化次數總和的可能最小值。
保留所有平手結果,而不暗示缺乏根據的確定性。

假設

  • 分類群 A 至 D 共四個,各有六個完整的二元性狀。性狀順序無關,每次狀態變化的成本都相同。
  • 模型將菲奇集合交集與聯集規則套用於所有三種可能的無根四分體拓樸,並加總各性狀的最小變化次數。
  • 所有同樣簡約的樹都會保留下來。也可以選擇成本較高的替代樹,以供比較。
  • 圖示採用任意設定的顯示根,以及相同的配置深度;不推斷根的方向、時間或分支長度。
  • 簡約法是一種簡化的推論準則。趨同、逆轉、不同的變化速率,以及不確定的性狀編碼,都可能使實際的歷史祖先關係偏離其優選假設。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼性狀列完全相同,卻無法確定唯一的樹?
  2. Q2為什麼旋轉內部群組不會改變樹的關係?

常見問題

較長的分支代表年代較久或差異較大嗎?

不。枝長和顯示根節點只用來排列此圖。模型比較的是無根關係和性狀成本。

首選樹能證明祖先關係嗎?

不能。這是在所選性狀和成本相同的假設下變化最少的假說,可能會受到更多證據的質疑。