한 생물의 생물학에 관한 여러 측면의 진화는 계통학적 방법을 사용하여 연구한다. 이 정보는 생물의 구조, 기능 및 행동을 이해하는 생물학의 모든 분야에서 활용된다.
진화는 실제이고 더 넓은 이론의 토대이다
진화(evolution)는 시간에 따른 집단에서 유전적 변화이다. 일생에 걸쳐 한 개체에서 일어나는 발생적 변화는 진화적 변화의 결과가 아니다. 진화는 살아있는 집단뿐만 아니라 생명의 화석기록에서 직접 관찰할 수 있다.
진화론(evolutionary theory)은 진화적 변화의 기작에 대한 이해와 응용을 말한다.
찰스 다윈은 분기된 종의 공통조상과 진화의 기작으로서 자연선택(natural selection)에 관한 개념으로 가장 잘 알려져 있다. 다윈 시대 이후 많은 생물학자들이 진화론의 발전에 기여하였고, 지금도 계속 발전하고 있다. 1970년대 후반에 몇몇 기술이 개발되어 DNA의 빠른 서열결정이 가능하게 되었고, 이는 단백질의 아미노산 서열을 확인시켜 주었다. 이로 인하여 오늘날 유전자와 단백질의 구조를 탐색하고 과거에 불가능하였던 방식으로 종 사이에 및 내에서 진화적 변화를 입증하고 있다.
돌연변이, 선택, 유전자 확산, 유전적 부동 그리고 선택적 교배는 진화로 이어진다
돌연변이는 새로운 유전적 변이형, 즉 대립유전자(allele)를 생성한다.
집단 내 중립적 선택은 유익한 대립유전자의 빈도를 증가시키고 해로운 대립유전자의 빈도를 감소시키는 작용을 한다.
적응(adaptation)은 중립적 선택을 통해 진화하는 형질과 이러한 형질을 만드는 과정 모두를 말한다.
집단 사이에 개체의 이주나 교배는 유전자 확산(gene flow)을 초래한다. • 작은 집단에서 유전적 부동은 세대 사이에서 대립유전자 빈도의 큰 변화를 야기하며 유전적 변이를 크게 감소시킨다.
집단 병목현상은 소수의 개체만이 생존하였을 때 일어나며, 그 결과로 집단 내 대립유전자 빈도는 급격하게 변하고 집단은 유전적 변이를 상실한다.
선택적 교배는 하디바인베르그 평형에서 벗어난 유전자형 빈도를 가져온다.
성선택(sexual selection)은 생존보다 번식 성공에 주로 영향을 준다.
진화는 대립유전자의 변화로 측정된다.
대립유전자 빈도는 집단 내 유전적 변이의 양을 측정하며, 유전자형 빈도는 집단의 유전적 변이가 구성원들 사이에 어떻게 분포하는지를 보여준다. 대립유전자와 유전자형의 빈도는 다함께 집단의 유전적 구조를 설명한다.
하디바인베르그 평형(Hardy-Weinberg equilibrium)은 진화 없이 집단의 대립유전자 빈도를 예측한다. 이 빈도에서 벗어남은 진화기작의 작용을 의미한다.
종은 계통수에서 생식적으로 격리된 계통이다
종분화(speciation)는 한 종이 분기하여 둘 또는 그 이상의 자손 종이 되는 과정이고, 그 후에 이들은 별도의 계통으로 진화한다.
형태적 종개념은 형태적 유사성에 기초하여 종을 구별한다. 이 개념은 종은 유사하게 생긴 개체들로 구성되어 있다고 가정하고 서로 닮지 않은 개체는 다른 종에 속한다고 보았다.
생물학적 종개념은 생식적 격리(reproductive isolation)에 기초하여 종을 구별한다.
계통적 종개념(lineage species concept)에 따르면 한 종은 둘 또는 그 이상의 자손종으로 쪼개지고 그 후에 각각은 별도의 계통으로 진화한다. 개통 개념은 생물학자들이 진화적 시간의 흐름에서 종을 고려하게 한다. 진화적으로 독립적 계통을 종으로 인식하여, 생물학자들이 시간의 축에서 종을 고찰할 수 있게 해주었다.
모든 생물은 진화역사를 통해 연결된다
계통발생(phylogeny)은 공통조상에서 유래한 생물 후손의 역사이다. 진화적으로 유연관계가 있는 종의 집단은 계통수(phylogenetic tree)에서 관련된 가지로 표시된다.
공통조상의 모든 후손으로 구성된 종의 집단은 분기군(clade)이라 부른다. 명명된 분기군과 종은 분류군(taxa)이라 한다.
상동형질(homology)은 공통조상에서 물려받은 비슷한 형질이다. 상동 특성은 DNA 염기서열, 단백질 구조, 해부학적 구조 그리고 심지어는 행동 양식을 비롯한 유전되는 모든 형질을 포함한다.
둘 또는 그 이상의 분류군이 공유하고 공통조상에서 진화를 통해 유래된 형질은 공유파생형(synapomorphy)이라 부른다. 비슷한 형질은 공통조상에서 유래하지 않은 종들 사이에서도 나타난다.
상사형질(homoplasy)이라 부르는 이러한 형질은 수렴진화와 진화역전(evolutionary reversal)에 의해 생겨날 수 있다.
계통발생은 생물분류의 토대이다
분류학자들은 진화역사에 근거하여 생물다양성을 체계적으로 정리한다. 현대 분류에서 분류군은 단계통(monophyletic)군이다. 측계통(paraphyletic)군과 다계통(polyphyletic)군은 분류 단위로 적절하지 않다.
여러 항목으로 구성된 규약이 학명의 이용을 강제하며, 이 규약의 목적은 생물분류군에 대해 유일하고 보편적인 명칭을 제공하는 것이다.