تبارشاخهشناسی[1]، تبارشاخهبندی، کلادیستیک (کلادشناسی) یا شنکلهبندی[2][3](به انگلیسی:Cladistics) روشی برای طبقهبندی گونههای جانداران در گروههایی به نام کلاد است. برای مثال، پرندگان، دایناسورها، کروکودیلها و تمام نسل آنها (زنده یا منقرض) و نیای مشترکشان یک کلاد را تشکیل میدهند.[4] از لحاظ سامانهشناسی زیستی، یک کلاد یک «شاخه» در درخت زندگی است که یک گروه فراگیر (تکتباری) را تشکیل میدهد.
شاخهبندی با دیگر روشهای آرایهشناسی، مثل فنتیک[5] تفاوت دارد. به این خاطر که تأکید شاخهبندی روی شناسههای مشترک و مشتقشده است. روشهای پیشین از همانندیهای ریختشناختی برای طبقهبندی گونهها در داخل سردهها (جنسها) و دیگر طبقههای آرایهشناختی بالاتر استفاده میکردند. طبقهبندی شاخهبندی معمولاً مبتنی بر ساختارهای درختی به نام کلادوگرام (شاخهنما)[6] است که نزدیکی نیای مشترک یا اشتراک ساختارهای همساخت را نشان میدهد. دیگر وجه تمایز روش شاخهبندی، توجه به صرفهجویی بیشینه|صرفهجویی و آزمونکردن فرضیه (ابطالپذیری) به جای تصمیمگیری سوبژکتیو دیگر سیستمهای آرایهشناختی است.[7] برنامههای کامپیوتری بسیاری در این علم کاربرد دارد، چون طبیعت نسل نمودادهای کلادوگرام بسیار پیچیده است.
روش شاخهبندی از صفات مشترک بین گونهها، صفات اشتقاقیافته را مورد بررسی قرار میدهد، بنابراین در این نوع ردهبندی باید بتوانیم صفات اشتقاقیافته را از دیگر صفات جدا کنیم. در این ردهبندی به عمل بازشناختن صفات اجدادی و صفات اشتقاقی، «جهتیابی»[8] گفته میشود.
در این ردهبندی به ابتداییترین حالت صفتی، نزدیکریختی (پلسیومورفی) و به اشتقاقیافتهترین حالت یک صفت جداریختی (آپومورفی) گفته میشود. برای نمونه ستون مهرهها که در مهرهداران در نیای مشترک آنها وجود داشته و اساساً در نسلهای بعدی برجای مانده ست، یک صفت اجدادی است و پرها در پرندگان که با خزندگان از یک نیای مشترک هستند، یک صفت اشتقاقی است.
با این فرض که یک صفت مانند شکل برگ در طول زمان تغییر یابد، به حالت اجدادی یا ابتدایی صفت مورد نظر حالت نزدیکریخت، و حالت پیشرفته آن صفت را حالت جداریخت میگوییم. اگر صفت پیشرفته، یعنی جداریخت، مورد نظر فقط در یک فرد یا آرایه دیده شود به آن خودجداریخت (آتاپومورف) گفته میشود ولی اگر صفت جداریخت مورد نظر در بین چند آرایه یا یک گروه دیده شود، به آن همجداریخت (سینآپومورف) گفته میشود. برای پی بردن به تغییرهای تکاملی همجداریختیها اهمیت بیشتری دارند، چون خویشاوندی یک گروه با همدیگر را نشان میدهند.[9]
به عبارت دیگر
همنزدیکریخت، صفاتی است که در چند گروه خواهری وجود دارد و در نیای مشترک آنها نیز بوده است.
همجداریخت، صفاتی است که در نزدیکترین نیای دو یا چند آرایه (تاکسون) یافت میشود اما در نیای قدیمیتر آنها وجود نداشته است.
خودجداریخت، صفات اشتقاقیافته در یک یا دو گروه خواهری است.
روشهای اصلی استفادهشده در تحلیلهای شاخهبندی و علم ردهبندی از کارهای ویلی هنیگ
نشات گرفته است. او که یک حشرهشناس آلمانی بود، در کتابی که در سال ۱۹۶۶ نوشت این علم را فیلوژنتیک سیستمی نامید؛ اصطلاحات «کلاد» و «شاخهبندی» توسط سایر محققان رواج پیدا کرد. شاخهبندی در حالت کلی به مجموعهٔ خاصی از روشهای مورداستفاده در تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک اشاره دارد گرچه امروزه گاهی برای اشاره به کل این حوزه استفاده میشود. [10]
آنچه که امروزه به عنوان روش شاخهبندی شناخته میشود، در سال ۱۹۰۱ توسط پیتر چالمرز میچل برای پرندگان،[11][12] در سال ۱۹۲۱ آن توسط رابرت جان تیلیار برای حشرات[13] و در سال ۱۹۴۳ توسط و. زیمرمن برای گیاهان انجام شد.[14] واژه «کلاد» در سال ۱۹۵۸ توسط جولیان هاکسلی مطرح شد.[15] امروزه شاخهبندی محبوبترین روش برای ساخت فیلوژنی از دادههای مورفولوژیکی است.
در دههٔ ۱۹۹۰ با توسعهٔ روشهای واکنش پلیمراز زنجیرهای، شاخهبندی در ژنتیک مولکولی و بیوشیمیایی کاربرد پیدا کرد. همچنین این توسعه سبب گسترش شدید دادههای موجود برای فیلوژنتیک شد. در همان زمان شاخهبندی به سرعت در زیستشناسی تکاملی محبوب شد چرا که پردازش مقادیر زیادی از دادهها دربارهٔ جانداران زنده و ویژگیهای آنها توسط رایانهها ممکن شد.
شاخهبندی، تغییر وضعیت حالت هر راس با توجه به توزیع حالتهای مشترک بین برگهای درخت (یا سایر پایانهها) را به عنوان یک مدرک برای گروهبندی تفسیر میکند. خروجی تحلیل شاخهبندی یک کلادوگرام است - نمودار درختی که بهترین فرضیات برای روابط تبارزایی را نشان میدهد.[16] اگرچه در گذشته این کلادوگرامها عمدتاً براساس ویژگیهای مربوط به ریختشناسی با دست کشیده میشدند، امروزه تبارزایی محاسباتی و توالییابی دادههای ژنتیکی بهطور عمده در تحلیلهای تبارزایی مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین معیار پارسیمونی کمتر از دیگر معیارهای پیچیدهٔ تکامل جانداران در تبارزایی مورد استفاده قرار میگیرد.
هر کلادوگرام بر پایهٔ یک مجموعه داده خاص است که با روش خاص خودش تحلیل میشود. مجموعهدادهها شامل جدولهایی متشکل از ویژگیهای مولکولی، ظاهری یا رفتاری و فهرستی از واحدهای طبقهبندی عملیاتی (OTU) است.[17] این واحدها ممکن است ژنها، نمونههای جامعه، جمعیتها، گونهها و ردههای بزرگ باشند که باهم تشکیل یک شاخه (کلاد) بدهند. تحلیل تبارزایی الگوی انشعاب این شاخه را تحلیل میکند. دادهها و روشهای گوناگون معمولاً کلادوگرامهای مختلفی ایجاد میکنند. فقط تحقیقات علمی میتواند نشان دهد که کدام یک به واقعیت نزدیکتر است.
برای مثال، تاکنون کلادوگرام زیر به عنوان نمایش دقیق روابط اجدادی بین لاکپشتها، مارمولکها، تمساحها و پرندگان پذیرفته شده بود:[18]
اگر این فرضیه تبارزایی درست باشد، آخرین جد مشترک لاکپشت و پرندگان پیش از آخرین جد مارمولکها و پرندگان زندگی میکرده است. با این حال اغلب دادههای مولکولی کلادوگرامهایی مشابه زیر را تولید میکنند:[19]
حال اگر این کلادوگرام درست باشد، آخرین جد مشترک لاکپشت و پرندگان پس از آخرین جد مشترک مارمولک و پرندگان زندگی میکرده است. از آن جا که کلادوگرامها حالتهای مختلف حوادث واقعی را شرح میدهند، حداکثر یکی از آنها میتواند درست باشد.
شاخهبندی از ابتدا در کاربردهای خاص یا بهطور کلی مورد انتقاد قرار گرفته است. تعیین این که شخصیتهای گوناگون همساخت هستند به علت داشتن استدلال دوری و قضاوتهای ذهنی به چالش کشیده شده است. شاخهبندی تغییریافته در اواخر دههٔ ۱۹۷۰ بههدف حذف فیلوژنی از تحلیلهای شاخهبندی پدید آمد اما رواج زیادی پیدا نکرد.
در ارگانیسمهایی که دارای تولیدمثل جنسی هستند، مرتبسازی ناقص نسلها میتواند بسته به این که کدام ژنها ارزیابی میشوند، سبب ایجاد درختان تبارزایی نامتناسب شود.[20] همچنین در حالتی که پیوند بیننژادی بهطور عمده رخ دهد، ممکن است چندین نسل باقیمانده تولید شوند. پیوند بیننژادی دو دورههای حدود ۱۰ میلیون سال امکانپذیر است.[21][22]
سیستم مقایسه و طبقهبندی بر اساس کلادوگرامها مختص موضوعات زیستشناسی نیست.[23] هر گروهی از اشخاص یا اجسام که دارای طبقه باشند، نیای مشترک فرضی داشته باشند، و مجموعهای از ویژگیهای مشترک بهارثرسیده از نیای مشترک داشته باشند میتوانند به این طریق دستهبندی شوند. تنها ملزومات آن داشتن خصیصههایی قابل شناسایی و اندازهگیری است.
تلاشهای اخیر برای استفاده از شاخهبندی در رشتههای خارج از زیستشناسی بدین قرارند:
انسانشناسی فرهنگی و باستانشناسی، برای مقایسه فرهنگها و مصنوعات بر طبق گروههبندی روندهای فرهنگی و ویژگیهای دستساختهای بشر.
زبانشناسی تاریخی، برای مقایسه زبانهای مختلف بر اساس گروهبندی ویژگیهای زبانشناختی.
رفتارشناسی جانوری، برای مقایسه گونههای جانوری از طریق خصائص رفتاری که ارثیاند.
نقد ادبی متون، جهت مقایسه نوشتههای یک کار یکسان با استفاده از گروهبندی اشکالهای مرسوم کپیبردای.
Schuh, Randall. 2000. Biological Systematics: Principles and Applications, p.7 (citing Nelson and Platnick, 1981). Cornell University Press (books.google)
Craw, RC (1992). "Margins of cladistics: Identity, differences and place in the emergence of phylogenetic systematics". In Griffiths, PE (ed.). Trees of life: Essays in the philosophy of biology. Dordrecht: Kluwer Academic. pp.65–107. ISBN978-94-015-8038-0.
Baron, C. & Høeg, J.T. (2005), "Gould, Scharm and the paleontologocal perspective in evolutionary biology", in Koenemann, S. & Jenner, R.A. (eds.), Crustacea and Arthropod Relationships, CRC Press, pp.3–14, ISBN978-0-8493-3498-6, retrieved 2008-10-15
Benton, M. J. (2004), Vertebrate Palaeontology (3rded.), Oxford: Blackwell Science, ISBN978-0-632-05637-8
Brinkman, Fiona S.L. & Leipe, Detlef D. (2001), "Phylogenetic analysis"(PDF), in Baxevanis, Andreas D. & Ouellette, B.F. Francis (eds.), Bioinformatics: a practical guide to the analysis of genes and proteins (2nded.), pp.323–358, archived from the original(PDF) on 20 October 2013, retrieved 2013-10-19
Cain, A. J.; Harrison, G. A. (1960), "Phyletic weighting", Proceedings of the Zoological Society of London, 35: 1–31
Cuénot, Lucien (1940), "Remarques sur un essai d'arbre généalogique du règne animal", Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris, 210: 23–27. Available free online at Gallica (No direct URL). This is the paper credited by (Hennig 1979) for the first use of the term 'clade'.
Farris, James S. (1977), "On the phenetic approach to vertebrate classification", in Hecht, M. K.; Goody, P. C.; Hecht, B. M. (eds.), Major Patterns in Vertebrate Evolution, Plenum, New York, pp.823–850
Farris, James S. (1979a), "On the naturalness of phylogenetic classification", Systematic Zoology, 28 (2): 200–214, doi:10.2307/2412523, JSTOR2412523
Farris, James S. (1979b), "The information content of the phylogenetic system", Systematic Zoology, 28 (4): 483–519, doi:10.2307/2412562, JSTOR2412562
Farris, James S. (1980), "The efficient diagnoses of the phylogenetic system", Systematic Zoology, 29 (4): 386–401, doi:10.2307/2992344, JSTOR2992344
Farris, James S. (1983), "The logical basis of phylogenetic analysis", in Platnick, Norman I.; Funk, Vicki A. (eds.), Advances in Cladistics, vol. 2, Columbia University Press, New York, pp.7–36
Hennig, Willi (1966), Phylogenetic systematics (tr. D. Dwight Davis and Rainer Zangerl), Urbana, IL: Univ. of Illinois Press (reprinted 1979 and 1999), ISBN978-0-252-06814-0
Hennig, Willi (1999), Phylogenetic systematics (3rd edition of 1966 book), Urbana: University of Illinois Press, ISBN978-0-252-06814-0 Translated from manuscript in German eventually published in 1982 (Phylogenetische Systematik, Verlag Paul Parey, Berlin).
Hull, David (1988), Science as a Process, University of Chicago Press, ISBN978-0-226-36051-5
d'Huy, Julien (2012b), "Le motif de Pygmalion: origine afrasienne et diffusion en Afrique". Sahara, 23: 49-59 .
d'Huy, Julien (2013a), "Polyphemus (Aa. Th. 1137)." "A phylogenetic reconstruction of a prehistoric tale". Nouvelle Mythologie Comparée / New Comparative Mythology 1,
d'Huy, Julien (2013c) "Les mythes évolueraient par ponctuations". Mythologie française, 252, 2013c: 8-12.
d'Huy, Julien (2013d) "A Cosmic Hunt in the Berber sky: a phylogenetic reconstruction of Palaeolithic mythology". Les Cahiers de l'AARS, 15, 2013d: 93-106.
Jerison, Harry J. (2003), "On Theory in Comparative Psychology", in Sternberg, Robert J.; Kaufman, James C. (eds.), The Evolution of Intelligence, Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, Inc., ISBN978-0-12-385250-2
Lipo, Carl; O'Brien, Michael J.; Collard, Mark; etal., eds. (2006), Mapping Our Ancestors: Phylogenetic Approaches in Anthropology and Prehistory, Piscataway: Transaction Publishers, ISBN978-0-202-30751-0
Maas, Philipp (2010–2011), Jürgen, Hanneder; Maas, Philipp (eds.), "Computer Aided Stemmatics – The Case of Fifty-Two Text Versions of Carakasasaṃhitā Vimānasthāna 8.67-157", Wiener Zeitschrift für die Kunde Südasiens, 52–53: 63–120, doi:10.1553/wzks2009-2010s63
Mace, Ruth; Clare, Clare J.; Shennan, Stephen, eds. (2005), The Evolution of Cultural Diversity: A Phylogenetic Approach, Portland: Cavendish Press, ISBN978-1-84472-099-6
Mayr, Ernst (1976), Evolution and the diversity of life (Selected essays), Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, ISBN978-0-674-27105-0{{citation}}: نگهداری CS1: پیشفرض تکرار ref (link) Reissued 1997 in paperback. Includes a reprint of Mayr's 1974 anti-cladistics paper at pp. 433–476, "Cladistic analysis or cladistic classification." This is the paper to which (Hennig 1975) is a response.
Mayr, Ernst (1978), "Origin and history of some terms in systematic and evolutionary biology", Systematic Zoology, 27 (1): 83–88, doi:10.2307/2412818, JSTOR2412818.{{citation}}: نگهداری CS1: پیشفرض تکرار ref (link)
Mayr, Ernst (1982), The growth of biological thought: diversity, evolution and inheritance, Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, ISBN978-0-674-36446-2{{citation}}: نگهداری CS1: پیشفرض تکرار ref (link)
Patterson, Colin (1982), "Morphological characters and homology", in Joysey, Kenneth A; Friday, A. E. (eds.), Problems in Phylogenetic Reconstruction, Systematics Association Special Volume 21, London: Academic Press, ISBN978-0-12-391250-3{{citation}}: نگهداری CS1: پیشفرض تکرار ref (link).
Schuh, Randall T. & Brower, Andrew V.Z. (2009), Biological Systematics: Principles and Applications (2nded.), Cornell University Press, ISBN978-0-8014-4799-0
Weygoldt, P. (February 1998), "Evolution and systematics of the Chelicerata", Experimental and Applied Acarology, 22 (2): 63–79, doi:10.1023/A:1006037525704, S2CID35595726
Wheeler, Quentin (2000), Species Concepts and Phylogenetic Theory: A Debate, Columbia University Press, ISBN978-0-231-10143-1
Cladistics (scholarly journal of the Willi Hennig Society)
Collins, Allen G.; Guralnick, Rob; Smith, Dave (1994–2005). "Journey into Phylogenetic Systematics". University of California Museum of Paleontology. Retrieved 2010-01-21.
Felsenstein, Joe. "Phylogeny Programs". Seattle: University of Washington. Retrieved 2010-01-21.