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.

진화적 관계

Concepts Instructor Prep Student Protocol

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인간은 수천 년 동안 생물학적 유기체를 분류하고 조직화했습니다. 원래는 주로 생존에 필요한 물체를 정렬합니다. 인류 역사가 진행됨에 따라 이러한 분류의 기술과 세부 사항도 발전했습니다. 기원전 4세기에 아리스토텔레스는 식물과 동물을 서로 다른 그룹으로 묘사한 다음 그들이 차지하는 서식지와 같은 신체적 특성과 특성에 따라 더 나누는 공식적인 분류를 개척했습니다. 그 후, 1700년대 중반에 린네는 아리스토텔레스의 체계를 기반으로 구축했습니다. 그는 자신의 최고 수준의 왕국 그룹화를 불렀고, 거기에서 가지를 나누는 물리적 특징을 정의하는 시나포모피를 사용하여 그룹을 나누었습니다. 예를 들어, 동물이 척추 또는 이와 유사한 구조를 가지고 있다면 척삭문에 배치해야 합니다. 그렇지 않다면, 척추가없는 동물은 곤충을 포함한 큰 그룹 인 절지 동물을 포함하여 나눌 수있는 다른 많은 phyla가 있습니다. Linneaus는 일반적으로 종이라는 최종 명칭에 도달할 때까지 클래스, 목, 가족 및 속을 통해 후속 수준에서 시나포모피에 따라 유기체 그룹을 계속 분할했습니다. 우리는 Linnaeus의 분류 유형을 cladistics라고 부르며, 이는 물리적 특성의 차이에 기초한 유기체의 분류입니다.

오늘날 과학자들은 일반적으로 이러한 분할과 그룹을 시각적으로 표현하기 위해 덴드로그램(dendrogram)이라고 하는 나무를 만듭니다. 이 특별한 형태의 덴드로그램(dendrogram)인 클라도그램(cladogram)은 종 간의 클래디스틱 관계를 시각화하여 나무의 끝이 종을 나타내고 가지가 서로 어떻게 관련되어 있는지 보여주도록 합니다. 예를 들어, 여기서 침팬지와 곰은 서로 더 밀접한 관련이 있으며 개복치보다 더 공통된 특성을 공유합니다. 가지가 만나는 곳을 노드라고 하며 다음 종의 공통 조상을 나타냅니다. 두 번째 주요 덴드로그램 유형은 계통 발생입니다. 이것들은 종 사이의 분기 길이가 다양하기 때문에 cladograms와 다르며 이는 종 간의 변화 정도를 나타냅니다. 따라서 가지가 길수록 종이 마지막 공통 조상에서 갈라진 지 더 많은 시간이 흘렀습니다.

덴드로그램은 단순히 유기체의 형태를 분석하여 구성되었습니다. 현대 기술의 출현으로 DNA를 비교하는 것도 나무를 만드는 일반적인 방법이 되었습니다. DNA는 4개의 서로 다른 염기 중 하나와 관련된 뉴클레오티드로 구성됩니다. 아데닌, 구아닌, 시토신 또는 티민. 이러한 염기의 순서는 DNA 코드입니다. 이 코드는 부모에서 자손으로 전달됩니다. 결과적으로, 인간과 같은 단일 종을 살펴보면, 우리의 유전자 코드에는 약 99.9%라는 매우 높은 수준의 유사성이 있습니다. 우리는 또한 침팬지나 생쥐와 같은 다른 종과 우리의 DNA 코드 중 일부를 공유하지만, 우리의 DNA와 그들의 DNA 사이의 전반적인 유사성의 정도는 크게 다릅니다. 이것은 우리가 나무를 만들 수 있다는 것을 의미하며, 나무는 유전 코드 간의 유사성 또는 차이점에 따라 종을 그룹화합니다. 통계학, 수학적 모델링 및 컴퓨터 과학을 결합한 이 분석 분야를 생물정보학이라고 합니다. DNA 염기서열을 비교하기 위해 연구자들은 종종 미국 국립생명공학정보센터(National Center for Biotechnology Information)에서 만들고 유지 관리하는 BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)라고 하는 생물정보학 도구를 사용합니다.

이 실험실에서는 먼저 형태학적 정보를 사용하여 동물의 cladogram을 만든 다음 형태에 따라 이 cladogram에 화석 종을 배치합니다. 그런 다음 화석의 여러 현대 친척의 DNA 염기서열과 BLAST 데이터베이스를 사용하여 화석이 나무에 위치하는지 확인합니다.

At the end of this lab, students should know...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

시나포모피란 무엇입니까?

Synapomorphies는 살아있는 유기체의 그룹을 구별하고 분할하는 데 사용할 수있는 측정 가능하거나 정량화 가능한 물리적 특징입니다.

덴드로그램이란 무엇입니까?

덴드로그램(dendrogram)은 유기체 그룹 간의 진화적 또는 집단적 관계를 나타내는 트리 다이어그램입니다.

덴드로그램의 두 가지 주요 유형은 무엇이며 어떻게 다릅니까?

쇄골 그램(Cladograms)과 계통 도(phylograms)는 덴드로그램의 두 가지 주요 유형입니다. cladogram에서 가지의 끝은 종을 나타내고 가지는 단순히 서로 어떻게 관련되어 있는지 보여줍니다. 노드는 마지막 공통 조상을 나타냅니다. 계통 발생에서 가지의 길이는 다양하며, 길이는 마지막 공통 조상으로부터 갈라진 이후 경과한 시간을 나타냅니다.