Evolutionsbeziehungen durch Genomvergleiche

Linnés traditionelle Klassifikation von Organismen wird als Kladistik bezeichnet und basiert auf den Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften der Organismen, und Wissenschaftler haben üblicherweise Bäume, sogenannte Dendrogramme, konstruiert, um diese Spaltungen und Gruppen visuell darzustellen.

Mit dem Aufkommen moderner Technologie ist der Vergleich der DNA jedoch zu einer gängigen Methode geworden, um solche Bäume zu bauen. Wenn Sequenzdaten für eine einzelne Spezies, wie den Menschen, untersucht werden, gibt es einen sehr hohen Grad an Ähnlichkeit im genetischen Code, etwa 99,9 %, da der genetische Code eines Organismus von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben wird.

Der Mensch teilt auch einen Großteil dieses DNA-Codes mit anderen Spezies wie Schimpansen und Mäusen, aber der Grad der Ähnlichkeit zwischen der menschlichen DNA und ihrer DNA ist deutlich unterschiedlich. Das bedeutet, dass Bäume für Gruppen von Arten auf der Grundlage der Ähnlichkeiten oder Unterschiede zwischen ihren genetischen Codes erstellt werden können. Dieses Gebiet der Analyse, das Statistik, mathematische Modellierung und Informatik kombiniert, ist Teil eines Gebiets, das als Bioinformatik bekannt ist.

Die genetischen Daten, die zur Erstellung dieser Bäume verwendet werden, können viele Formen annehmen. In der molekularen Phylogenie werden beispielsweise ein oder zwei wichtige genetische Loci sequenziert und dann über die interessierenden Spezies hinweg verglichen.

Da sich jedoch einzelne Gene oder genetische Regionen bei verschiedenen Arten sehr unterschiedlich schnell entwickeln oder sogar durch horizontalen Gentransfer zwischen verschiedenen Arten ausgetauscht werden können, liefern diese kleinräumigen genetischen Untersuchungen möglicherweise nicht immer genaue Phylogenien.

In der bakteriellen Phylogenerie wird häufig eine Technik namens Multi-Locus-Sequenztypisierung (MLST) verwendet. Diese Methode erzeugt Sequenzen über mehrere genetische Regionen hinweg - typischerweise Haushaltsgene, die für die zelluläre Funktion unerlässlich sind und daher über Spezies hinweg konserviert sind.

Die Housekeeping-Gene können sich jedoch langsam entwickeln, daher ist es bei MLST schwierig, eine Auflösung auf Stammebene zu erhalten.

Schließlich kann die Ganzgenomsequenzierung (WGS) zur Aufklärung evolutionärer Zusammenhänge eingesetzt werden. Bei dieser Methode wird das gesamte Genom eines Organismus sequenziert, einschließlich der mitochondrialen DNA in Eukaryoten und sogar der Chloroplasten-DNA in Pflanzen.

WGS gleicht das gesamte Genom mit feinskaliger Auflösung ab und kann Mutationen oder artspezifische Marker, Verzweigungspunkte und sogar Stämme oder Populationen einer einzelnen Art identifizieren. Solche feinen Details können bei einer gezielteren Sequenzierung übersehen werden.