Relazioni evolutive

Gli esseri umani hanno classificato e organizzato gli organismi biologici per migliaia di anni. Originariamente, ordinava principalmente gli oggetti necessari per la sopravvivenza. Con il progredire della storia umana, sono progredite anche l'abilità e il dettaglio di queste classificazioni. Nel IV secolo a.C., Aristotele fu il pioniere delle classificazioni formali, delineando piante e animali in diversi gruppi e poi dividendoli ulteriormente in base alle loro caratteristiche fisiche e ai tratti come gli habitat che occupano. Più tardi, a metà del 1700, Linneo costruì il sistema di Aristotele. Ha chiamato il suo livello più alto di raggruppamento dei regni e, da lì, ha diviso i gruppi usando le sinapomorfie, una caratteristica fisica distintiva che divide un ramo. Ad esempio, se un animale possiede una spina dorsale o una struttura simile, dovrebbe essere inserito nel phylum chordata. Se non lo fa, allora ci sono molti altri phyla, in cui gli animali senza spina dorsale possono essere divisi, inclusi gli artropodi, un grande gruppo che include gli insetti. Linneo continuò a dividere gruppi di organismi in base alle loro sinapomorfie ai livelli successivi attraverso la classe, l'ordine, la famiglia e il genere, fino a raggiungere la designazione finale, in generale, della specie. Ci riferiamo al tipo di classificazione di Linneo come cladistica, la classificazione degli organismi basata sulle differenze nelle caratteristiche fisiche.

Oggi, gli scienziati costruiscono comunemente alberi chiamati dendrogrammi per fornire rappresentazioni visive di queste divisioni e gruppi. Questa particolare forma di dendrogramma, il cladogramma, visualizza le relazioni cladistiche tra le specie in modo che le punte dell'albero rappresentino le specie e i rami mostrino come sono correlate tra loro. Ad esempio, qui lo scimpanzé e l'orso sono più strettamente imparentati tra loro e condividono caratteristiche più comuni di quanto non facciano entrambi con il pesce luna. I luoghi in cui i rami si incontrano sono indicati come nodi e denotano antenati comuni per le specie che seguono. Un secondo tipo di dendrogramma principale è il filogramma. Questi sono diversi dai cladogrammi perché la lunghezza dei rami tra le specie varia, rappresentando il grado di cambiamento tra di loro. Quindi più lungo è il ramo, più tempo è passato da quando la specie si è separata dal loro ultimo antenato comune.

I dendrogrammi sono stati costruiti semplicemente analizzando la morfologia degli organismi. Con l'avvento della tecnologia moderna, anche il confronto del DNA è diventato un modo comune per costruire alberi. Il DNA è costituito da nucleotidi associati a una delle quattro diverse basi. Adenina, guanina, citosina o timina. L'ordine di queste basi è il codice del DNA. Questo codice viene passato dal genitore alla prole. Di conseguenza, se si guarda a una singola specie come gli esseri umani, c'è un grado molto alto di somiglianza nel nostro codice genetico, circa il 99,9%. Condividiamo anche parte del nostro codice DNA con altre specie, come scimpanzé e topi, ma il grado di somiglianza complessiva tra il nostro DNA e il loro è molto diverso. Ciò significa che possiamo creare alberi, che raggruppano le specie in base alle somiglianze o alle differenze tra i loro codici genetici. Questo campo di analisi, che combina statistica, modellazione matematica e informatica, è indicato come bioinformatica. Per confrontare le sequenze di DNA, i ricercatori utilizzano spesso uno strumento bioinformatico chiamato Basic Local Alignment Search Tool, o BLAST, che è stato creato ed è gestito dal National Center for Biotechnology Information.

In questo laboratorio, creerai prima un cladogramma di animali utilizzando le informazioni morfologiche, quindi posizionerai una specie fossile su questo cladogramma in base alla sua morfologia. Utilizzerai quindi le sequenze di DNA di diversi parenti moderni del fossile e il database BLAST per verificare il posizionamento del fossile sull'albero.