Macrosystematics of Didymodon sensu lato (Pottiaceae, Bryophyta) using an analytic key and information theory

Abstract

Evolutionary trees (caulograms) and phylogenetic cladograms for both morphological and molecular analyses of certain species in the moss genus Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta) were compared. A new two-step macrosystematic (macroevolutionary systematics) method of calculating statistical support for both linear order and lineage direction of evolution is introduced. This involves clustering of taxa in sets by minimization of redundancy using cladograms and minimum parsimony, then building an often-branched linear model by maximization of information on gradual evolution by ordering species through adding informational bits for advanced traits and subtracting them for reversals. Cladistic analysis is considered to be similar to cryptographic code-breaking, with that code key then used for modelbuilding following theory. Very high Bayesian support was computed for lineages in the morphological analyses, which stand up well to high support for past molecular studies. The caulogram allowed for predictions not possible with cladograms. The importance of using information on both shared and serial descent is discussed.

Проведене порівняння еволюційних дерев (каулограм) та філогенетичних кладограм як для морфологічних, так і молекулярних аналізів деяких видів мохоподібних роду Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta). Запропонований новий двоступеневий макротаксономічний метод (метод макроеволюційної систематики) розрахунку статистичної підтримки як лінійного порядку, так і напрямку еволюції певної філогенетичної лінії. Метод включає кластеризацию таксонів у наборах шляхом мінімізації повторності (надмірності) з використанням кладограм та мінімальної парсимонії, з наступною побудовою часто розгалуженої лінійної моделі через максимізацію інформації про поступову (градуалістичну) еволюцію шляхом упорядкування видів через додавання інформаційних бітів для просунутих ознак і віднімання їх для еволюційних реверсій. Кладистичний аналіз розглядається як аналог криптографічної операції злому коду, при цьому кодовий ключ потім використовується для побудови наступної теоретичної моделі. Дуже висока байесівська підтримка обчислена для еволюційних ліній при морфологічному аналізі, що добре корелює з високою підтримкою попередніх молекулярних досліджень. Каулограма дозволила здійснити передбачення (прогнози), які були неможливими за допомогою кладограм. Обговорюється важливість використання інформації щодо як походження від спільного предка шляхом дивергенції (кладогенез), так і походження внаслідок «відбруньковування» нових таксонів та лінійних послідовних змін (анагенез).

Проведено сравнение эволюционных деревьев (каулограмм) и филогенетических кладограмм как для морфологических, так и молекулярных анализов некоторых видов мохообразных рода Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta). Предложен новый двухступенчатый макротаксономический метод (метод макроэволюционной систематики) расчета статистической поддержки как линейного порядка, так и направления эволюции определенной филогенетической линии. Метод включает кластеризацию таксонов в наборах путем минимизации повторности (избыточности) с использованием кладограмм и минимальной парсимонии, с последующим построением часто разветвленной линейной модели путем максимизации информации о постепенной (градуалистической) эволюции посредством упорядочивания видов через добавление информационных битов для продвинутых признаков и вычитание их для эволюционных реверсий. Кладистический анализ рассматривается как аналог криптографической операции взлома кода, при этом кодовый ключ впоследствии используется для построения следующей теоретической модели. Очень высокая байесовская поддержка вычислена для эволюционных линий при морфологическом анализе, что хорошо коррелирует с высокой поддержкой предыдущих молекулярных исследований. Каулограмма позволила осуществить прогнозы, которые были невозможными при помощи кладограмм. Обсуждается важность использования информации относительно как происхождения от общего предка путем дивергенции (кладогенез), так и происхождения вследствие «отпочковывания» новых таксонов и линейных последовательных изменений (анагенез).