What is BLAST and how does it help test evolutionary hypotheses?

BLAST is a bioinformatics tool that compares DNA sequences to identify similarities between organisms. By analyzing gene sequences from living relatives like chickens, alligators, and zebra finches, students can determine evolutionary relationships and test hypotheses about how organisms are related through common ancestry.

Where do students access the gene sequences needed for the BLAST analysis?

Gene sequences for the chicken, alligator, and zebra finch are available through a GitHub repository at https://github.com/EvolutionGenes/Evolutionary-Relationships-Genes. Students download the ZIP file containing these living relative DNA samples, which serve as reference sequences for comparing against mystery fossil genetic data in the analysis.

How should instructors prepare the BLAST website and materials for students?

Open the BLAST website (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) on each computer students will use. Download gene sequence files from the GitHub repository and save them to the desktop for easy access. Print blank cladograms for each student, with extra copies recommended for practice or errors.

What role do cladograms play in analyzing evolutionary relationships?

Cladograms are branching diagrams that visually represent evolutionary relationships between organisms based on shared characteristics and genetic data. Students use blank cladograms to map how organisms like chickens, alligators, and zebra finches diverged from common ancestors, organizing their BLAST findings into a phylogenetic framework.

How do gene sequences from living organisms help identify mystery fossils?

By comparing mystery fossil DNA sequences against known gene sequences from living relatives using BLAST, students can determine which modern organism the fossil is most closely related to. Sequence similarity scores reveal evolutionary distance, allowing students to place the fossil accurately on a cladogram.

Why is it important to use multiple living relatives when testing evolutionary hypotheses?

Using multiple living relatives like chickens, alligators, and zebra finches provides diverse reference sequences for comparison. This approach strengthens evolutionary hypotheses by revealing patterns of genetic similarity across different lineages, making conclusions about fossil relationships more robust and scientifically valid.

What should students do after familiarizing themselves with the first gene sequence?

After examining the first sequence on the BLAST website, students return to the main page and click the green Clone or download button, then select Download ZIP. This process is repeated on each computer to ensure all students have access to the complete set of gene sequences needed for analysis.

進化的関係

Concepts Instructor Prep Student Protocol

0 views05:21 min

人間は何千年もの間、生物を分類し、組織化してきました。もともとは、主に生存に必要なオブジェクトを順序付けていました。人類の歴史が進むにつれて、これらの分類のスキルと詳細も進歩しました。紀元前4世紀、アリストテレスは正式な分類を開拓し、植物や動物をさまざまなグループに分類し、それらを物理的特性やそれらが占める生息地などの特性に基づいてさらに分類しました。その後、1700年代半ばに、リンネはアリストテレスのシステムに基づいて構築しました。彼は自分の最高レベルを王国のグループ化と呼び、そこから、枝を分割する決定的な物理的特徴であるシナポモルフィアを使用してグループを分割しました。たとえば、動物が背骨または同様の構造を持っている場合、それは脊索動物門に配置する必要があります。そうでない場合は、他にも多くの門があり、背骨のない動物は、昆虫を含む大きなグループである節足動物など、分割できます。リノーは、生物のグループをシナポモルフィアに基づいて、その後のレベルでクラス、目、科、属を通じて分割し続け、最終的な指定、一般的には種に到達しました。リンネの分類のタイプをクラディスティックスと呼び、物理的特性の違いに基づく生物の分類です。

今日、科学者は一般的に、これらの分割とグループを視覚的に表現するために、樹状図と呼ばれる木を構築します。この特定の形式の樹形図であるクラドグラムは、種間の系統的関係を視覚化するため、木の先端は種を表し、枝はそれらが互いにどのように関連しているかを示します。例えば、ここではチンパンジーとクマは、マンボウよりも互いに密接に関連しており、共通の特徴を共有しています。枝が出会う場所はノードと呼ばれ、後続の種に共通の祖先を示します。2番目の主要な樹形図タイプは系統です。これらはクラドグラムとは異なり、種間の枝の長さは異なり、それらの間の変化の程度を表します。したがって、分岐が長ければ長いほど、種が最後の共通の祖先から分岐してから経過した時間が長くなります。

樹木図は、生物の形態を単純に解析することによって構築されました。現代の技術の出現により、DNAの比較もツリーを構築する一般的な方法になりました。DNAは、4つの異なる塩基のいずれかに関連付けられたヌクレオチドで構成されています。アデニン、グアニン、シトシン、またはチミン。これらの塩基の順序がDNAコードです。このコードは親から子孫に渡されます。したがって、人間のように単一の種全体を見ると、私たちの遺伝暗号には非常に高い類似性があり、約99.9%です。また、私たちはチンパンジーやマウスなどの他の種とDNAコードの一部を共有していますが、私たちのDNAと彼らのDNAの全体的な類似性の程度は大きく異なります。これは、遺伝暗号間の類似性または相違点に基づいて種をグループ化する樹木を作成できることを意味します。統計学、数理モデリング、コンピュータサイエンスを組み合わせたこの分析分野は、バイオインフォマティクスと呼ばれています。DNA配列を比較するために、研究者は、National Center for Biotechnology Informationが作成し、維持しているBasic Local Alignment Search Tool(BLAST)と呼ばれるバイオインフォマティクスツールをよく使用します。

本研究室では、まず形態情報を用いて動物のクラドグラムを作成し、その形態に基づいてこのクラドグラム上に化石種を配置します。次に、化石とBLASTデータベースに関連する現代のいくつかの異なる親戚からのDNA配列を使用して、化石が樹木に位置付けていることを確認します。