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Ein wichtiges Werkzeug zur Bildung einer evolutionären Hypothese ist die Konstruktion eines Kladogramms, einer baumförmigen Tabelle, die verwendet wird, um die hypothetischen genealogischen Beziehungen zwischen den Arten darzustellen. In einem Kladogramm stellen die Spitzen oder Blätter des Diagramms eine bestimmte Art dar, und die Äste des Baumes sind unterschiedlich lang, um den Grad der Veränderung zwischen den einzelnen Arten darzustellen. Der gemeinsame Vorfahre aller Arten, von denen eine bestimmte Linie abzweigt, befindet sich an der Stelle, an der sich die Äste schneiden, und wird als Knoten bezeichnet.
Arten, die sich einen Knoten teilen, werden als Schwestergruppe bezeichnet. In dieser ersten Übung haben Sie eine Kopie dieses Kladogramms erhalten. Wenn Sie sich die Tiergruppen in der Abbildung ansehen, was wäre Ihre Hypothese darüber, wo die Tiere auf dem Baum platziert werden sollten?
Nehmen Sie sich jetzt Zeit, um das Kladogramm mit Ihrer besten Vermutung auszufüllen, wo jedes Tier passt. Schauen Sie sich nun dieses Bild eines versteinerten Tieres an. Basierend auf der Morphologie oder den physikalischen Eigenschaften des Fossils, wo würden Sie dieses Tier auf Ihrem Kladogramm platzieren?
Füge eine neue Linie oder Markierung hinzu, um die vorgeschlagene Position für das Fossil anzugeben. Obwohl Kladogramme historisch gesehen durch den Vergleich morphologischer Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen interessanten Arten erstellt wurden, besteht eine andere Methode zur Erstellung von Kladogrammen darin, die genetischen Sequenzen zwischen den Arten zu vergleichen. Da DNA-Sequenzen in Fossilien normalerweise nicht erhalten sind, werden wir in diesem Experiment die DNA-Sequenzen von lebenden Arten, die eng mit unserem Fossil verwandt sind, mit denen von Tausenden anderer lebender Arten vergleichen, indem wir die BLAST-Datenbank verwenden.
Die Ergebnisse werden es uns ermöglichen, das Fossil auf der Grundlage der DNA-Ähnlichkeit in das Kladogramm einzuordnen. Bevor Sie mit dieser Übung beginnen, hat Ihr Kursleiter die drei erhaltenen Gensequenzen heruntergeladen, die in einem Ordner auf Ihrem Desktop gespeichert werden sollten. Gehen Sie auf die BLAST-Startseite, die Ihr Kursleiter in Ihrem Browser geöffnet gelassen haben sollte, und klicken Sie im Menü oben auf der Seite auf Gespeicherte Strategien.
Klicken Sie unter "Suchstrategie hochladen" auf "Datei auswählen", um Ihren Computer nach den fossilen relativen DNA-Sequenzen zu durchsuchen, die sich in einem Ordner auf dem Desktop befinden sollten. Klicken Sie in der Textdatei Evolutionary_Relationships_Gene1 Punkt auf Öffnen. Klicken Sie auf Ansicht, um zur Suchseite Standard Nucleotide BLAST zu gelangen.
Sie sollten die DNA-Sequenz im Feld Abfragesequenz oben rechts auf dem Bildschirm sehen können. Scrollen Sie zum unteren Bildschirmrand und klicken Sie auf die Schaltfläche BLAST. Die Verarbeitung und Analyse der Daten dauert einige Augenblicke.
Wenn die Daten verarbeitet wurden, erscheint eine grafische Zusammenfassung. Die Abfragesequenz wird durch die blaue Linie am oberen Rand des Felds dargestellt. Jede der darunter liegenden Zeilen stellt eine andere Sequenz in der BLAST-Datenbank dar, die Ihrer Abfrage entspricht.
Die Länge und Position dieser Balken gibt an, wo und wie viele der Sequenzen mit der Abfrage übereinstimmen. Hier stimmen viele der Balken über ihre Länge mit der gesamten Abfragesequenz überein, während einige am Anfang der Sequenz etwas fehlen. Die Farbe des Balkens stellt seine Punktzahl dar oder wie identisch die Sequenzen mit der Abfrage sind.
Unterhalb der grafischen Zusammenfassung befindet sich die Liste Sequenzen, die signifikante Alignments erzeugen, die Beschreibungen der aus der Datenbank abgerufenen DNA-Sequenzen enthält, die am ehesten mit der Abfragesequenz übereinstimmen. Die Sequenzen werden in absteigender Reihenfolge aufgelistet, von der ähnlichsten oben bis zur am wenigsten ähnlichen am unteren Seite. Auf der rechten Seite befinden sich mehrere Statistiken darüber, wie eng die einzelnen Datenbanksequenzen mit der experimentellen Sequenz verwandt sind.
Je höher die Bewertungen für Max, Gesamt, Abfrageabdeckung und Identität sind, desto ähnlicher sind sich die Abfrage und die abgerufenen Sequenzen. Je niedriger die Zahl des E-Werts ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass die Sequenzübereinstimmung zufällig gefunden wurde, und desto wichtiger ist die Ausrichtung. Hier werden Sie feststellen, dass alle E-Werte Null sind, was bedeutet, dass die Übereinstimmungen alle hochsignifikant sind.
Klicken Sie auf den Namen der Beschreibung der aufgelisteten ähnlichsten Achse. Dadurch gelangen Sie weiter unten auf der Seite zur genauen DNA-Sequenzausrichtung zwischen der abgerufenen Sequenz und der Abfragesequenz. Klicken Sie dann auf die Sequenz-ID-Nummer.
Dadurch wird ein neuer Tab mit spezifischeren Informationen zur abgerufenen Gensequenz geöffnet. Identifizieren und notieren Sie die wissenschaftlichen und gebräuchlichen Namen des Organismus, die neben QUELLE aufgeführt werden sollten, und dann das Protein, für das das Gen kodiert, das neben DEFINITION aufgeführt werden sollte. Schließen Sie dann diese Registerkarte und klicken Sie auf Zurück, um zur Liste der Sequenzen zurückzukehren, die signifikante Ausrichtungen erzeugen, und wiederholen Sie diesen Vorgang, um dieselben Informationen für die nächsten ähnlichsten Sequenzen zu identifizieren und aufzuzeichnen.
Nachdem Sie mehrere Speziesnamen gesammelt haben, kehren Sie zur Liste Sequenzen zurück, die signifikante Ausrichtungen erzeugen, und klicken Sie auf Auswählen:Alle, um alle Kontrollkästchen neben den Namen der einzelnen aufgelisteten Ausrichtungssequenzen zu aktivieren. Klicken Sie auf Entfernungsbaum der Ergebnisse, um ein Phylogram zu erstellen, das auf der Ähnlichkeit aller BLAST-Ergebnisgensequenzen mit der Abfragegensequenz basiert. Die relative Sequenz der fossilen Fossilien wird gelb hervorgehoben.
Notieren Sie die Position Ihrer Sequenz im Verhältnis zu den anderen im Baum angezeigten Taxongruppen. Kehren Sie schließlich zur Registerkarte "Gespeicherte Strategien" zurück, laden Sie die nächste Gensequenz hoch und fragen Sie dann die beiden anderen fossilen relativen DNA-Sequenzen ab, wie gerade gezeigt. Stellen Sie basierend auf den Ergebnissen Ihrer Gensequenz eine zweite Hypothese darüber auf, wo Ihr fossiles Exemplar in das ursprüngliche Kladogramm passt.
Vergleichen Sie diese Platzierung mit der ersten Hypothese. Wie ähnlich sind sich Ihre DNA- und morphologiebasierten Bäume in der Platzierung des fossilen Exemplars? Was sagen Ihre Hypothesen über die relative Bedeutung der Morphologie bei der Vorhersage evolutionärer Beziehungen im Vergleich zu DNA-Sequenzen aus?
Vergleichen Sie Ihren Stammbaum mit dem Ihrer Klassenkameraden. Wie ähnlich sind sich Ihre Bäume? Frag deine Kommilitonen, die das Fossil auf einen anderen Ast gesetzt haben, wie sie zu dieser Entscheidung gekommen sind.
