Конструктор кладограмм

Что такое кладограмма?

Кладограмма — это ветвящаяся схема родства группы организмов по происхождению. Каждая вершина — таксон, каждая точка ветвления (узел) — ближайший общий предок всего, что расположено выше, а любой узел вместе со всеми потомками образует кладу. На ветвях обычно отмечают производные признаки, впервые появляющиеся именно там, — синапоморфии. Именно это делает дерево аргументом, а не просто рисунком: вложенность общих признаков и есть доказательство вложенности групп.

Кладограмма показывает только порядок ветвления; длины ветвей в ней ничего не значат. Этим она отличается от филограммы, где длина пропорциональна генетическим изменениям, и от хронограммы, где длина — это время. Наш конструктор берёт на себя саму иллюстрацию: опишите группу обычными словами или вставьте таблицу признаков — ИИ разберёт топологию и нарисует её готовой для рабочего листа, лекционного слайда, диссертации или статьи.

Коротко

• Кладограмма задаёт только порядок ветвления: длина её ветвей ничего не значит, поэтому длинная ветвь не означает ни большего изменения, ни большего времени.
• Клада — это узел вместе со всеми его потомками; назвать кладу значит указать на узел, а не на участок рисунка.
• На ветвях отмечают синапоморфии — производные признаки, впервые появляющиеся в этом узле и общие для всего, что расположено выше.
• Именно внешняя группа показывает, где находится корень; без неё та же картина ветвления не имеет направления.
• Поворот ветвей в любом узле даёт иначе выглядящий рисунок ровно того же дерева.
• Конструктор кладограмм следует тем же правилам: только порядок ветвления, признак у того узла, где он впервые появился, и внешняя группа, задающая корень.

Как работает генератор кладограмм

Запросы, которые работают в конструкторе кладограмм

Конструктор кладограмм принимает те же виды исходных данных, что даёт учебное задание. Вот шесть, покрывающих большинство случаев, и что получится в каждом.

От таблицы признаков к кладограмме: как её читает конструктор кладограмм

Классическое школьное задание — таблица 0/1 и указание «постройте кладограмму». Вот что конструктор кладограмм делает с такой таблицей на примере пяти позвоночных и четырёх признаков.

	Челюсти	Четыре конечности	Амниотическое яйцо	Шерсть
Минога	0	0	0	0
Акула	1	0	0	0
Лягушка	1	1	0	0
Ящерица	1	1	1	0
Мышь	1	1	1	1

1. 1

   Найдите внешнюю группу

   Меньше всего производных признаков у миноги — во всех ячейках 0, поэтому конструктор кладограмм укореняет дерево на ней, а остальные четыре таксона считает внутренней группой.

2. 2

   Упорядочьте признаки

   Посчитайте, у скольких таксонов есть каждый признак: челюсти — у четырёх, четыре конечности — у трёх, амниотическое яйцо — у двух, шерсть — у одного. Конструктор кладограмм делает этот подсчёт за вас; каждое значение — один уровень вложенности.

3. 3

   Поставьте каждый признак у одного узла

   Челюсти встают на ветвь после отделения миноги, четыре конечности — после акулы, амниотическое яйцо — после лягушки, шерсть — на собственную ветвь мыши. Два признака с одинаковым счётом пришлись бы на один узел.

4. 4

   Проверьте на противоречия

   Если бы признак был у акулы и мыши, но не у лягушки и ящерицы, никакая вложенность бы не подошла. Конструктор кладограмм не подгоняет дерево насильно: он отмечает такой признак в пояснении рабочей области, чтобы вы решили, возник ли он дважды или был закодирован ошибочно.

5. 5

   Прочитайте результат

   Ящерица и мышь сходятся в самом недавнем узле, значит, они ближайшая пара. Акула — более близкий родственник мыши, чем минога, как бы ни были напечатаны вершины. Так же читается и любое дерево, которое вернёт конструктор кладограмм.

Выберите стиль Дерево + матрица признаков, и конструктор кладограмм напечатает таблицу рядом с деревом, чтобы читатель мог сверить каждую отметку с данными. На рисунке — именно такой результат для этой таблицы.

Вложенные группы и дерево говорят одно и то же

Кладограмма — это набор вложенных групп, нарисованный сбоку, и именно так конструктор кладограмм хранит дерево, прежде чем его нарисовать. Каждый узел — это рамка, каждая рамка внутри рамки — ветвь внутри ветви, а таксон, стоящий в рамке в одиночку, — это линия, отделившаяся в этом узле. Экзаменационные задания, где даны вложенные рамки или диаграмма Венна общих признаков и нужно построить дерево, просят перерисовать ту же информацию.

Обратный путь столь же механичен: начните с корня, нарисуйте самую внешнюю рамку и шагайте внутрь по одному узлу. Если рамки у вас есть, а дерева нет, опишите их конструктору кладограмм как группы: «Hominoidea включает гиббона и Hominidae; Hominidae включает орангутана и Homininae», и он построит дерево по вложенности.

Из чего состоит кладограмма

Кладограммы одинаково читаются и в учебнике, и в журнале, потому что все они собраны из одного небольшого набора элементов. Вот термины, которые встретятся при чтении, и те части, которые конструктор кладограмм может подписать за вас:

Одно и то же дерево можно нарисовать по-разному. Кладограмма бывает прямоугольной, наклонной или в виде «лесенки», а ветви в любом узле можно свободно поворачивать — ничто из этого не меняет заявленных отношений родства. Две совсем непохожие схемы могут быть одним и тем же деревом. Какую бы раскладку вы ни попросили у конструктора кладограмм, вложенность групп на рисунке останется той же.

Как читать кладограмму и не ошибиться

Почти все ошибки с этими схемами возникают оттого, что в рисунок вчитывают то, чего дерево не утверждает, и никакой конструктор кладограмм не помешает читателю это сделать. Три случая стоит назвать прямо:

Пять вопросов, которые задаёт любой рабочий лист по кладограммам

Тренировочные задания по кладограммам повторяют одни и те же пять типов вопросов, какие бы организмы там ни были. На каждый есть механический ответ, если знать, куда смотреть, а научившись отвечать на них, вы сможете проверить и дерево, которое нарисовал для вас конструктор кладограмм.

Три проверки перед экспортом из конструктора кладограмм

Конструктор кладограмм рисует то, что вы просите, в том числе неверное дерево. Прежде чем рисунок попадёт в раздаточный материал или диссертацию, стоит взглянуть на три вещи. Каждая исправляется в конструкторе кладограмм одним дополнительным предложением.

Конструктор кладограмм или филогенетическая программа?

Конструктор кладограмм и филогенетические программы берут для разных задач, и быстрее всего выбрать, спросив себя, с чего вы начинаете. Если у вас есть выравнивание последовательностей и нужно оценить по нему дерево, вам нужна программа для филогенетического анализа. Если отношения родства уже известны или есть таблица признаков, а нужен сам рисунок, короче путь через конструктор кладограмм.

Если нужно и то и другое, используйте оба. Оцените дерево в IQ-TREE, затем передайте топологию конструктору кладограмм строкой Newick, и он нарисует учебный вариант с отмеченными признаками и силуэтом у каждой вершины.

Кладограмма, филограмма и хронограмма

Кладограмма — это филогенетическое дерево, и притом такое, которое показывает только порядок ветвления. У филограммы длина ветви пропорциональна количеству генетических изменений, у хронограммы длина — это время. Все три утверждают одни и те же родственные связи, но лишь кладограмма ничего не говорит о том, насколько и как давно. Вопрос «кладограмма это или филогенетическое дерево» на самом деле спрашивает, значит ли что-нибудь длина её ветвей.

Кладограмма никогда не бывает «менее точной», чем филограмма — она просто утверждает меньше. Если данные поддерживают порядок ветвления, но не скорости, честнее нарисовать кладограмму. И это единственный вид дерева, который рисует конструктор кладограмм.

Гомоплазия, принцип парсимонии и политомии

Настоящие таблицы признаков редко бывают такими же аккуратными, как в рабочем листе. Почти все случаи, когда данные не укладываются во вложенность, покрывают три понятия, и у каждого есть своё правило изображения.

Таблица, в которой каждый признак ложится ровно на один узел, полностью согласована, и учебные задания нарочно составляют именно так. Реальные данные не таковы, поэтому филогенетические программы сообщают индекс согласованности, а конструктор кладограмм отмечает противоречие, а не скрывает его.

Где применяют кладограммы?

Из конструктора кладограмм — на страницу

По умолчанию конструктор кладограмм экспортирует в 1K: этого хватает для журнального рисунка в одну колонку при 300 dpi, рабочего листа формата A4 и любого слайда. Переходите на 2K, если у дерева больше десяти вершин или оно занимает две колонки, и на 4K для блока постера.

Частые вопросы о конструкторе кладограмм