יחסים אבולוציוניים

בני האדם סיווגו וארגנו אורגניזמים ביולוגיים במשך אלפי שנים. במקור, בעיקר הזמנת חפצים הדרושים להישרדות. ככל שההיסטוריה האנושית התקדמה, כך גדלו גם המיומנות והפרטים בסיווגים אלה. במאה הרביעית לפני הספירה, אריסטו היה חלוץ הסיווגים הפורמליים, תיחם צמחים ובעלי חיים לקבוצות שונות ולאחר מכן חילק אותם עוד יותר על סמך המאפיינים הפיזיים שלהם ותכונות כמו בתי הגידול שהם מאכלסים. מאוחר יותר, באמצע המאה ה-17, בנה ליניאוס על שיטתו של אריסטו. הוא כינה את הרמה הגבוהה ביותר שלו של קיבוץ הממלכות, ומשם חילק את הקבוצות באמצעות סינאפומורפיות, תכונה פיזיקלית מגדירה המפצלת ענף. לדוגמה, אם בעל חיים הוא בעל עמוד שדרה או מבנה דומה, יש למקם אותו בכורדאטה פילום. אם לא, אז יש פילות רבות אחרות, שחיות ללא עמוד שדרה יכולות להתפצל אליהן, כולל הארתרופודה, קבוצה גדולה הכוללת חרקים. ליניאוס המשיך לפצל קבוצות של אורגניזמים בהתבסס על הסינאפומורפיות שלהם ברמות הבאות דרך המחלקה, הסדר, המשפחה והסוג, עד שהגיע לייעוד הסופי, בדרך כלל, של המין. אנו מתייחסים לסוג הסיווג של ליניאוס כקלדיסטיקה (cladistics), סיווג אורגניזמים המבוסס על הבדלים במאפיינים פיזיים.

כיום, מדענים בדרך כלל בונים עצים הנקראים דנדרוגרמות כדי לתת ייצוגים חזותיים של הפיצולים והקבוצות האלה. צורה מסוימת זו של דנדרוגרמה, הקלדוגרמה, מדמיינת את היחסים הקלאדיסטיים בין המינים כך שקצות העץ מייצגים את המין והענפים מראים כיצד הם קשורים זה לזה. לדוגמה, כאן השימפנזה והדוב קרובים יותר זה לזה וחולקים מאפיינים משותפים יותר מאשר כל אחד מהם עם דג השמש. המקומות שבהם נפגשים הענפים מכונים צמתים ומציינים אבות קדמונים משותפים למינים הבאים. סוג דנדרוגרמה עיקרי שני הוא פילוגרמה. אלה שונים מקלדוגרמות משום שאורך הענפים בין המינים משתנה, ומייצג את מידת השינוי ביניהם. לכן, ככל שהענף ארוך יותר, כך עבר יותר זמן מאז שהמין התפצל מהאב הקדמון המשותף האחרון שלו.

דנדרוגרמות נבנו פשוט על ידי ניתוח המורפולוגיה של אורגניזמים. עם הופעת הטכנולוגיה המודרנית, השוואת דנ"א הפכה גם לדרך נפוצה לבניית עצים. דנ"א מורכב מנוקלאוטידים הקשורים לאחד מארבעה בסיסים שונים. אדנין, גואנין, ציטוזין או תימין. הסדר של בסיסים אלה הוא קוד הדנ"א. קוד זה מועבר מהורה לצאצא. כתוצאה מכך, אם מסתכלים על מין בודד כמו בני אדם, יש רמה גבוהה מאוד של דמיון בקוד הגנטי שלנו, סביב 99.9%. אנחנו גם חולקים חלק מקוד הדנ"א שלנו עם מינים אחרים, כמו שימפנזים ועכברים, אבל מידת הדמיון הכוללת בין הדנ"א שלנו לשלהם שונה בתכלית. משמעות הדבר היא שאנו יכולים ליצור עצים, אשר מקבצים מינים בהתבסס על הדמיון או ההבדל בין הקודים הגנטיים שלהם. תחום זה של אנליזה, המשלב סטטיסטיקה, מודלים מתמטיים ומדעי המחשב, מכונה ביואינפורמטיקה. כדי להשוות רצפי דנ"א, חוקרים משתמשים לעתים קרובות בכלי ביואינפורמטיקה שנקרא Basic Local Alignment Search Tool, או BLAST, שנוצר ומתוחזק על ידי המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי.

במעבדה זו, תחילה תיצור קלדוגרמה של בעלי חיים באמצעות מידע מורפולוגי, ולאחר מכן תציב מין מאובן על קלדוגרמה זו בהתבסס על המורפולוגיה שלה. לאחר מכן תשתמשו ברצפי דנ"א מכמה קרובי משפחה מודרניים שונים של המאובן ובמסד הנתונים של BLAST כדי לאמת את מיקום המאובן על העץ.