Evolutionaire relaties

Mensen hebben biologische organismen al duizenden jaren geclassificeerd en georganiseerd. Oorspronkelijk, voornamelijk objecten die noodzakelijk waren voor overleven. Naarmate de menselijke geschiedenis vorderde, zo deed ook de vaardigheid en het detail in deze classificaties. In de vierde eeuw voor Christus, was Aristoteles een pionier in formele classificaties, waarbij hij planten en dieren in verschillende groepen onderscheidde en deze vervolgens verder verdeelde op basis van hun fysieke kenmerken en eigenschappen zoals de habitats die ze bezetten. Later, in het midden van de 1700s, bouwde Linnaeus voort op het systeem van Aristoteles. Hij noemde zijn hoogste niveau van groepering de koninkrijken en verdeelde van daaruit de groepen met behulp van synapomorfieën, een definiërend fysiek kenmerk dat een tak splitst. Als een dier bijvoorbeeld een ruggengraat of een soortgelijke structuur bezit, moet het in het phylum chordata worden geplaatst. Als het dat niet doet, dan zijn er veel andere phyla, waarin dieren zonder ruggengraat kunnen worden opgesplitst, inclusief de arthropoda, een grote groep inclusief insecten. Linneaus bleef groepen organismen splitsen op basis van hun synapomorfieën op volgende niveaus door de klasse, orde, familie en geslacht, tot hij de laatste aanduiding bereikte, over het algemeen de soort. We verwijzen naar Linnaeus' type classificatie als cladistiek, de classificatie van organismen op basis van verschillen in fysieke kenmerken.

Tegenwoordig construeren wetenschappers vaak bomen genaamd dendrogrammen om visuele representaties van deze splitsingen en groepen te geven. Deze specifieke vorm van dendrogram, het cladogram, visualiseert de cladistische relaties tussen de soorten zodat de toppen van de boom de soorten vertegenwoordigen en de takken laten zien hoe ze met elkaar zijn verwant. Bijvoorbeeld, hier zijn de chimpansee en de beer nauwer verwant aan elkaar en delen meer gemeenschappelijke kenmerken dan een van hen met de zonnevink. De plaatsen waar de takken elkaar ontmoeten worden knooppunten genoemd en geven gemeenschappelijke voorouders aan voor de soorten die volgen. Een tweede belangrijke dendrogram-type is het fylograam. Deze zijn anders dan cladogrammen omdat de lengte van de takken tussen soorten varieert, wat de mate van verandering tussen hen vertegenwoordigt. Dus hoe langer de tak, hoe meer tijd er is verstreken sinds de soorten zich afsplitsten van hun laatste gemeenschappelijke voorouder.

Dendrogrammen werden geconstrueerd door simpelweg de morfologie van organismen te analyseren. Met de komst van moderne technologie is het vergelijken van DNA ook een veelgebruikte manier geworden om bomen te bouwen. DNA bestaat uit nucleotiden die geassocieerd zijn met een van de vier verschillende basen. Adenine, guanine, cytosine of thymine. De volgorde van deze basen is de DNA-code. Deze code wordt doorgegeven van ouder op kind. Bijgevolg, als je kijkt naar een enkele soort zoals mensen, is er een zeer hoge mate van overeenkomst in onze genetische code, ongeveer 99,9%. We delen ook een deel van onze DNA-code met andere soorten, zoals chimpansees en muizen, maar de mate van algehele overeenkomst tussen ons DNA en die van hen is enorm verschillend. Dit betekent dat we bomen kunnen maken, die soorten groeperen op basis van de overeenkomsten of verschillen tussen hun genetische codes. Dit veld van analyse, dat statistiek, wiskundig modelleren en computerwetenschap combineert, wordt bioinformatica genoemd. Om DNA-sequenties te vergelijken, gebruiken onderzoekers vaak een bioinformatica-tool genaamd de Basic Local Alignment Search Tool, of BLAST, die werd gemaakt en wordt onderhouden door het National Center for Biotechnology Information.

In dit laboratorium zul je eerst een cladogram van dieren maken met behulp van morfologische informatie, en vervolgens een fossiele soort op dit cladogram plaatsen op basis van zijn morfologie. Je zult dan DNA-sequenties van verschillende moderne verwanten van het fossiel en de BLAST-database gebruiken om je positionering van het fossiel op de boom te verifiëren.