【生物科教學尋疑團隊工作坊】支序分類學（Cladograms or cladistic classifications）

【生物科教學尋疑團隊工作坊】支序分類學（Cladograms or cladistic classifications）
新竹高中生物科許家榕代理老師/長庚大學生命醫學系周成功教授責任編輯

2010/12/06 第3次研習活動–學科內容整理2
主題：演化及生物多樣性–生命樹

支序分類學簡介

支序分類學（Cladograms or cladistic classifications）又稱親緣分支分類學，是一種將生物分類成群，每一群就是一「支(clade)」，就是演化樹（生命樹）上的一個分支(branch)。有別於其他分類系統，支序分類目的在於反映出共同祖先的相對接近程度或同源特徵的共有性。此一相對客觀的分類學起源於德國昆蟲學家Willi Hennig，也命名為「phylogenetic systematics」。

單系群、並系群、多系群

在一個「分支圖(cladograms)」中，所有的生物體都如同一片樹葉。每個節點理想上都是有兩條分歧的，在此分歧點的任一端即為「單系群Monophyly」。一個單系群會包含一個共同的祖先和所有後代。分節點兩端的分類群即互為「旁系分類群」或「旁系群」、「並系群(paraphyly)」。以下圖解釋。

黃色是一個單系群：包括爬蟲類和鳥類，包含一個共同祖先和所有後代。 藍色是一個並系群：包括爬蟲類，包含最近的共同祖先，但是不包含該祖先的所有後代。紅色是一個多系群：包括恆溫動物，皆不包含最近的共同祖先。

祖徵、衍徵和共同衍徵

◎祖徵（Plesiomorphy）(“close form”)or ancestral state, also symplesiomorphy
在分支系統學裡，當三個或更多個單系群被相比較時，若到最後，除了其中的一個之外，其他所有的類群之間的關係都比和其之間的關係要來得接近的話，此一類群便被稱之為外類群(outgroup)。這在演化上的意義是，外類群從母群分支出去的時間要早於其他類群相互分支出去的時間。一個特徵狀態若是同時表現在其外類群和其祖先身上時，稱之為「祖徵」。祖徵並不適合用來判斷生命樹中的關係，例如「變溫」是爬蟲類、鳥類的祖徵，但是鳥類並無該特徵而爬蟲類有。

◎衍徵(Apomorphy) (“separate form”)or derived state
只出現在其之後的後代的特徵，稱為「衍徵」。例如：捲曲的幼芽舒展成葉子則是蕨類植物的衍徵。衍徵可以用來區別其與生命樹中其他的物種。

◎共衍徵(Synapomorphies)，共有的衍徵。
一群體(group)內也可能有相同的衍徵，稱為共衍徵。例如：脊椎動物中，所有「具有四肢」這個衍徵的物種，可以被分類在一群。假若有物種A及B，牠們的共同祖先是C，而C的祖先則是D。若A及B都有共同的特徵X，而C也有，但D卻沒有，則特徵X就是一種源自A及B最後共同祖先C的共衍徵。

◎同質性(Homopalsy)
趨同性是指生命樹中的不同支有相同的特徵，但是不存在她們的共同祖先中。例如：哺乳類和鳥類都是恆溫動物，但是他們的共同祖先並沒有此一特徵。所以此一特徵應該是獨立演化出來的。所以不適合以此特徵將哺乳類和鳥類歸為同一群。

（左上）Apomprphy是衍徵，Plesiomorphy是祖徵；（右上）Autapomorphy是獨有的衍徵；（左下）Synapomorphy是共衍徵；（右下）具有同質性。

周成功教授的小建議：

親緣分支分類也是人為的分類法，畫法個自不同，但基本概念只有兩個：一是分叉點代表過去共同的祖先；二是第一列是現存的生物，而第一列以下所有的圈圈代表的都是已經不存在的生物，最多只有化石形態的証據。

上面所有的專有名辭都是演化生物學家在從事學術探討時發明的，目的在簡單而精準的描述一些複雜的親緣関係。我想高中生不需要知道這些！高中生要瞭解親緣分支分類的原理，同時可以正確的應用在判斷生物的親緣関係上。例如把第一列的四點從左到右命名作1到4，那麼請問1和3的親緣近？還是3和4的親緣近？

參考資料：
1. WIKIPEDIA- Synapomorphy – http://en.wikipedia.org/wiki/Synapomorphy
2. WIKIPEDIA- Phylogenetics – http://en.wikipedia.org/wiki/Phylogenetics
3. News of the Death of the Tree of Life Has Been Greatly Exaggerated http://www.texscience.org/reports/sboe-tree-life-2009feb7.htm
4. 維基百科-支序分類學 – http://zh.wikipedia.org/zh-tw/支序分類學