进化关系

数千年来，人类一直在对生物有机体进行分类和归类。最初，这种分类主要针对生存所必需的物体。随着人类历史的发展，这些分类的技巧和精细程度也不断提高。公元前四世纪，亚里士多德开创了正式的分类体系，将植物和动物划分为不同的类群，然后根据它们的形态特征以及所占据的栖息地等性状进一步细分。后来，在18世纪中期，林奈（Linnaeus）在亚里士多德体系的基础上加以发展。他将其最高级别的分类单元称为“界”（kingdoms），并在此基础上依据共源性状（synapomorphies）——即能够划分分支的定义性形态特征——逐级细分。例如，若一种动物具有脊椎或类似结构，则应归入脊索动物门（phylum chordata）；若没有，则可将其归入其他多个无脊椎动物门类，例如节肢动物门（arthropoda），这是一个包含昆虫在内的庞大类群。林奈继续依据共源性状，在纲、目、科和属等逐级分类层级上对生物类群进行划分，直至最终的分类单元，通常是物种。我们将林奈这种基于形态特征差异的分类方式称为分支分类学（cladistics），即根据生物形态特征的差异对有机体进行分类。

如今，科学家通常构建一种称为树状图（dendrogram）的图形，以直观展示这些物种的分化与归类关系。这种特定形式的树状图，即分支图（cladogram），用于呈现物种之间的分支关系，其中树的末端代表物种，分支则显示它们之间的亲缘关系。例如，此处黑猩猩与熊之间的亲缘关系更近，它们共有的共同特征多于它们各自与翻车鱼之间的共同特征。分支交汇的位置称为节点（nodes），代表其后续物种的共同祖先。另一类主要的树状图类型是系统发育图（phylogram）。这类图与分支图不同之处在于，物种之间的分支长度各不相同，用以表示它们之间演化改变的程度。因此，分支越长，表明该物种自其最近共同祖先分化以来所经历的时间越久。

通过简单分析生物体的形态特征可构建系统发育树。随着现代技术的发展，比较DNA也已成为构建系统发育树的常用方法。DNA由核苷酸组成，每个核苷酸含有四种不同碱基之一：腺嘌呤（adenine）、鸟嘌呤（guanine）、胞嘧啶（cytosine）或胸腺嘧啶（thymine）。这些碱基的排列顺序构成了DNA编码。该编码由亲代传递给子代。因此，若观察同一物种（如人类），我们的遗传编码具有极高的相似性，约为99.9%。我们还与其它物种（如黑猩猩和小鼠）共享部分DNA序列，但我们的DNA与这些物种之间的总体相似程度存在显著差异。这意味着我们可以构建系统发育树，根据物种间遗传编码的相似性或差异性对物种进行归类。这一结合统计学、数学建模和计算机科学的分析领域被称为生物信息学。为了比较DNA序列，研究人员常使用一种名为“基本局部比对搜索工具”（Basic Local Alignment Search Tool，简称BLAST）的生物信息学工具，该工具由美国国家生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information）开发并维护。

在本实验中，您将首先利用形态学信息构建动物的系统发育树（分支图），然后根据化石物种的形态特征将其放置在该系统发育树上。接着，您将使用该化石若干现代近缘物种的 DNA 序列，并结合 BLAST 数据库，验证化石在进化树上的位置。