Was ist Phylogenie?

Phylogenie ist die Darstellung der Evolutionsgeschichte und der Beziehungen zwischen Gruppen von Organismen.

Die Ergebnisse werden in einem phylogenetischen Baum dargestellt, der eine visuelle Ausgabe der Beziehungen basierend auf gemeinsamen oder divergenten physischen und genetischen Merkmalen bietet.

Die phylogenetische Analyse ist abhängig von der Art der eingegebenen Daten, der Anzahl der Arten und dem Bereich der interpretierten evolutionären Beziehungen.

Taxonomie und Phylogenie

Taxonomie ist die Wissenschaft der Klassifizierung, bei der biologische Organismen auf der Grundlage gemeinsamer Merkmale gruppiert und benannt werden. Sie ermöglicht eine rationale Kommunikation zwischen Wissenschaftlern, einschließlich Biologen und Mikrobiologen. Die Phylogenie ist ein nützliches Werkzeug für Taxonomen, da sie zur Untersuchung der evolutionären Entwicklung verwendet werden kann. Die Taxonomie führte zur Untersuchung der Phylogenie durch den Rahmen der Einteilung von Organismen in eine Hierarchie von taxonomischen Kategorien wie Familie, Gattung und Art.

Das von Linnaeus im 18. Jahrhundert entwickelte Klassifikationsschema wurde später als Grundlage für die Ableitung der Phylogenie verwendet, indem die evolutionären Beziehungen zwischen taxonomischen Kategorien interpretiert wurden. Sowohl die Taxonomie als auch die Phylogenie erfordern den Vergleich von Merkmalen zwischen Organismen, wobei Studien zunächst morphologische Merkmale verwenden und dann zu molekularen Daten übergehen.

Verwurzelte und unverwurzelte phylogenetische Bäume

Phylogenetische Bäume können verwurzelt oder unverwurzelt sein. Verwurzelte phylogenetische Bäume treffen sich an einem Punkt auf einem einzigen Knoten, der einen hypothetischen gemeinsamen Vorfahren darstellt. Es gibt verschiedene Methoden, um einen verwurzelten phylogenetischen Baum zu erstellen, aber die gängigsten verwenden eine Außengruppe, die aus einem entfernten Verwandten für alle anderen Arten innerhalb der Analyse besteht. Verwurzelte Bäume bieten eine Darstellung der evolutionären Beziehungen im Laufe der Zeit, wobei die längsten Wege zwischen einer Art und einem Vorfahren den größten evolutionären Abstand zwischen ihnen widerspiegeln. Unverwurzelte Bäume zeigen die Verbindungen zwischen Organismen ohne Angabe der Abstammung und erfordern keinen bekannten oder abgeleiteten Vorfahren.

Molekulare Phylogenetik

Phylogenetische Ansätze erfordern große Datensätze, die durch strenge mathematische Modellierung analysiert werden. Molekulare Daten können eine größere Anzahl von Merkmalen im Vergleich zu morphologischen Merkmalen liefern. Nukleotide in der DNA sind eindeutig mit den Merkmalsausprägungen A, C, G und T, die klar definiert werden können. Morphologische Merkmale hingegen basieren auf Form und Struktur, die sich überschneiden und schwer zu unterscheiden sein können. Die einfache Umwandlung molekularer Informationen in numerische Form bedeutet, dass diese Art von Daten besonders für phylogenetische Analysen geeignet ist.

Eine weitere Komplikation von Phylogenien, die durch morphologische Daten erstellt werden, ist phänotypische Plastizität. Dies ist der Fall, wenn sich ein Verhalten oder ein morphologisches Merkmal als Reaktion auf eine bestimmte Umgebung weniger stark verändern muss. Phänotypische Plastizität kann daher phylogenetische Signale trüben. Eine Reihe überraschender evolutionärer Beziehungen wurden durch die molekulare Phylogenetik entdeckt, die von früheren Phylogenien, die durch morphologische Merkmale erstellt wurden, nicht hervorgehoben wurden.

Molekulare phylogenetische Bäume werden durch den Vergleich von Nukleotidsequenzen erhalten. Homologe Sequenzen zeigen an, dass sie von einer gemeinsamen Vorgängersequenz abstammen. Die DNA-Sequenzen werden dann ausgerichtet, so dass die homologen Nukleotide verglichen werden können, wobei jede Divergenz durch Anhäufung von Indels und Punktmutationen vermerkt wird. Die bewerteten Nukleotidunterschiede werden dann verwendet, um den phylogenetischen Baum zu rekonstruieren, wobei häufig eine Bootstrap-Analyse durchgeführt wird, um Konfidenzgrenzen zu ermitteln.

Schätzung der Speziation anhand von Phylogenien

Die Phylogenie kann auch verwendet werden, um die Dauer der Speziation abzuschätzen und zu erklären, wie lange es dauert, bis sich eine neue Art bildet, und welche Faktoren diese Zeitspanne beeinflussen. Simulationen haben ergeben, dass Phylogenien oft nicht genug Informationen enthalten, um unvoreingenommene Vorhersagen über die Artbildung und Aussterberaten zu machen, aber es gibt Modellierungsmethoden, die die Verzerrung reduzieren. Das Modell der protrahierten Speziation geht davon aus, dass die Speziation ein allmählicher Prozess ist, bei dem kontinuierlich neue Arten entstehen, die einen langwierigen Weg durchlaufen, der schließlich zur Entwicklung einer neuen Art führen kann.

Eine einzelne Art wird innerhalb des Modells als ein Komplex aller Linien definiert, die noch nicht durch ein Artbildungsereignis getrennt worden sind. Das Modell der protrahierten Speziation kann reduzierte Raten der Linienakkumulation im Laufe der Zeit erklären und die Analyse von Phylogenien, kombiniert mit dem Modell der protrahierten Speziation, ergibt einen neuen Ansatz zur Abschätzung der Speziationsdauer.

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Letzte Aktualisierung am 26. Februar 2019

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