Związki ewolucyjne

1. Formułowanie hipotezy ewolucyjnej Expand
   • UWAGA: Kladogram jest ważnym narzędziem do formułowania hipotezy ewolucyjnej. Kladogram to wykres w kształcie drzewa używany do zobrazowania hipotetycznych relacji genealogicznych między gatunkami. Końcówki lub liście wykresu reprezentują określone gatunki, a gałęzie drzewa mają różną długość. Różne długości reprezentują stopień zmian między każdym z gatunków. Wspólny przodek wszystkich gatunków, od których odgałęzia się określona linia, znajduje się w węźle, w którym przecinają się gałęzie. Gatunki, które mają wspólny węzeł, nazywane są grupą siostrzaną.
   • Aby rozpocząć, spójrz na dostarczony pusty kladogram i stwórz hipotezę na temat tego, gdzie przypisane zwierzęta powinny zostać umieszczone na drzewie. Jeśli pusty kladogram nie został dostarczony, pobierz go tutaj.
   • Następnie obserwuj obraz skamieniałego zwierzęcia.
   • Korzystając z morfologii lub cech fizycznych skamieniałości, stwórz hipotezę na temat tego, gdzie na twoim kladogramie powinna być umieszczona. Dodaj nową linię lub znak, aby wskazać proponowaną pozycję dla skamieniałości.
2. Porównywanie sekwencji genów za pomocą BLAST Expand
   • UWAGA: Historycznie rzecz biorąc, kladogramy były konstruowane poprzez porównanie morfologii. Teraz sekwencje genetyczne mogą być również porównywane między interesującymi gatunkami w celu skonstruowania kladogramów. Sekwencje DNA zwykle nie są zachowywane w skamieniałościach, więc w tym laboratorium użyjesz bazy danych BLAST, aby porównać sekwencje DNA żyjących gatunków, które są blisko spokrewnione ze skamieniałością, z tysiącami innych żyjących gatunków.
   • Przed rozpoczęciem tego laboratorium instruktor pobierze trzy zachowane sekwencje genów do folderu na pulpicie.
   • Przejdź do strony głównej BLAST, którą instruktor powinien pozostawić otwartą w Twojej przeglądarce, i kliknij na Zapisane strategie w menu na górze strony.
   • Kliknij Otwórz w pliku Evolutionary_Relationships_Gene1.txt.
   • Następnie kliknij Widok, aby przejść do strony wyszukiwania Standard Nucleotide BLAST. Sekwencja DNA powinna być widoczna w polu Sekwencja zapytania w prawym górnym rogu ekranu.
   • Przewiń do dołu ekranu i kliknij przycisk BLAST. Uwaga: Przetworzenie i przeanalizowanie danych zajmie kilka chwil.
   • Gdy dane zostaną przetworzone, pojawi się graficzne podsumowanie. UWAGA: Sekwencja zapytania jest reprezentowana przez niebieską linię w górnej części pola. Każda z linii poniżej niebieskiej linii reprezentuje inną sekwencję w bazie danych BLAST, która pasuje do Twojego zapytania. Długość i położenie tych pasków reprezentują, gdzie i jaka część sekwencji pasuje do zapytania. Kolor paska reprezentuje jego wynik lub to, jak identyczna jest sekwencja z zapytaniem. Poniżej podsumowania graficznego znajduje się lista Sekwencje tworzące znaczące dopasowania, która zawiera opisy sekwencji DNA pobranych z bazy danych, które są najbardziej zgodne ze zdaniem zapytania. Są one wymienione w kolejności malejącej, od najbardziej podobnych na górze do najmniej podobnych na dole. Po prawej stronie znajduje się kilka statystyk dotyczących tego, jak ściśle powiązana jest każda sekwencja bazy danych z sekwencją eksperymentalną. Im wyższe są wyniki Maksymalna, Łączna, Pokrycie zapytań i Tożsamość, tym bardziej zapytanie i pobrane sekwencje są do siebie podobne. Podobnie, im niższa wartość E, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że dopasowanie sekwencji zostało znalezione losowo, a co ważniejsze, wyrównanie jest dokładne. Wartość E równa 0 oznacza bardzo istotne dopasowanie.
   • Kliknij na nazwę opisu najbardziej podobnego wyrównania na liście. Spowoduje to przejście w dół strony do dokładnego wyrównania sekwencji DNA między pobraną sekwencją a sekwencją zapytania.
   • Kliknij numer identyfikacyjny sekwencji. Spowoduje to otwarcie nowej karty z bardziej szczegółowymi informacjami na temat pobranej sekwencji genów.
   • Zidentyfikuj i zapisz nazwy naukowe i zwyczajowe organizmu, które powinny być wymienione obok Źródła.
   • Zidentyfikuj i zapisz białko, które gen koduje, które powinno być wymienione obok Definicji.
   • Zamknij kartę i naciśnij Wstecz, aby powrócić do listy Sekwencje tworzące znaczące wyrównania.
   • Następnie powtórz kroki 7 – 9 dla następnych najbardziej podobnych sekwencji.
   • Po zebraniu kilku nazw gatunków, wróć do listy Sekwencje tworzące znaczące wyrównania i kliknij Wybierz: Wszystkie, aby zaznaczyć wszystkie pola obok nazw każdej z wymienionych sekwencji wyrównania.
   • Kliknij na Wyniki dotyczące odległości drzewa, aby utworzyć filogram oparty na podobieństwie wszystkich sekwencji genów z wynikiem BLAST do sekwencji genu zapytania. Uwaga: Twoje zapytanie o sekwencję względną skamieniałości zostanie podświetlone na żółto.
   • Zapisz lokalizację swojej sekwencji w stosunku do innych grup taksonów pokazanych w drzewie.
   • Na koniec wróć do zakładki Zapisane strategie i prześlij następną zapisaną sekwencję genów.
   • Zapytaj o pozostałe dwie sekwencje skamieniałego krewnego DNA, jak wcześniej pokazano (kroki 1 – 16).
3. Analiza danych Expand
   • Na podstawie wyników sekwencji genów wymyśl drugą hipotezę na temat miejsca Twojego skamieniałości w oryginalnym kladogramie.
   • Porównaj to umiejscowienie ze swoją pierwszą hipotezą.
   • Porównaj swoje drzewo z drzewem swoich kolegów z klasy. Jeśli któryś z twoich kolegów z klasy umieścił skamielinę na innej gałęzi, zapytaj go, jak doszedł do takiej decyzji.

Ważnym narzędziem w formułowaniu hipotezy ewolucyjnej jest konstrukcja kladogramu, wykresu w kształcie drzewa, służącego do zobrazowania hipotetycznych powiązań genealogicznych między gatunkami. W kladogramie końcówki lub liście wykresu reprezentują określone gatunki, a gałęzie drzewa mają różną długość, aby reprezentować stopień zmian między poszczególnymi gatunkami. Wspólny przodek wszystkich gatunków, od których odgałęzia się określona linia, znajduje się w punkcie, w którym przecinają się gałęzie, i nazywa się węzłem.

Gatunki, które mają wspólny węzeł, nazywane są grupą siostrzaną. W tym pierwszym ćwiczeniu otrzymałeś kopię tego kladogramu. Patrząc na grupy zwierząt na rysunku, jaka byłaby twoja hipoteza na temat tego, gdzie zwierzęta powinny być umieszczone na drzewie?

Poświęć teraz trochę czasu na wypełnienie kladogramu swoim najlepszym przypuszczeniem, gdzie pasuje każde zwierzę. Spójrzcie teraz na ten obraz skamieniałego zwierzęcia. Opierając się na morfologii lub cechach fizycznych skamieniałości, gdzie umieściłbyś to zwierzę na swoim kladogramie?

Dodaj nową linię lub znak, aby wskazać proponowaną pozycję dla skamieniałości. Chociaż historycznie kladogramy były konstruowane poprzez porównanie podobieństw morfologicznych i różnic między interesującymi gatunkami, inną metodą tworzenia kladogramów jest porównanie sekwencji genetycznych między gatunkami. Ponieważ sekwencje DNA zwykle nie są zachowywane w skamieniałościach, w tym eksperymencie porównamy sekwencje DNA żyjących gatunków blisko spokrewnionych z naszą skamieniałością z sekwencjami tysięcy innych żyjących gatunków, korzystając z bazy danych BLAST.

Wyniki pozwolą nam umieścić skamieniałość w kladogramie na podstawie podobieństwa DNA. Przed rozpoczęciem tego laboratorium instruktor pobierze trzy zachowane sekwencje genów, które powinny być przechowywane w folderze na pulpicie. Przejdź do strony głównej BLAST, którą Twój instruktor powinien pozostawić otwartą w Twojej przeglądarce, i kliknij Zapisane Strategie w menu u góry strony.

W sekcji Prześlij strategię wyszukiwania kliknij Wybierz plik, aby przeglądać komputer w poszukiwaniu skamieniałych sekwencji krewnego DNA, które powinny znajdować się w folderze na pulpicie. Kliknij przycisk Otwórz w pliku tekstowym z Evolutionary_Relationships_Gene1 kropkami. Kliknij przycisk Widok, aby przejść do strony wyszukiwania Standard Nucleotide BLAST.

Sekwencja DNA powinna być widoczna w polu Sekwencja zapytania w prawym górnym rogu ekranu. Przewiń do dołu ekranu i kliknij przycisk BLAST. Przetworzenie i przeanalizowanie danych zajmie kilka chwil.

Po przetworzeniu danych pojawi się graficzne podsumowanie. Sekwencja zapytań jest reprezentowana przez niebieską linię w górnej części pola. Każdy z wierszy poniżej reprezentuje inną sekwencję w bazie danych BLAST, która pasuje do Twojego zapytania.

Długość i położenie tych pasków reprezentują, gdzie i ile sekwencji pasuje do zapytania. W tym przypadku wiele pasków pasuje do całej sekwencji zapytania na całej jej długości, podczas gdy niektórym brakuje trochę na początku sekwencji. Kolor paska reprezentuje jego wynik lub to, jak identyczne są sekwencje z zapytaniem.

Poniżej podsumowania graficznego znajduje się lista Sekwencje tworzące znaczące dopasowania, która zawiera opisy sekwencji DNA pobranych z bazy danych, które są najbardziej zgodne z sekwencją zapytania. Sekwencje są wymienione w porządku malejącym, od najbardziej podobnej na górze do najmniej podobnej na dole. Po prawej stronie znajduje się kilka statystyk pokazujących, jak blisko powiązana jest każda sekwencja bazy danych z sekwencją eksperymentalną.

Im wyższe są wyniki Maksymalna, Łączna, Pokrycie zapytania i Tożsamość, tym bardziej podobne są do siebie zapytanie i pobrane sekwencje. Podobnie, im niższa wartość E, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że dopasowanie sekwencji zostało znalezione losowo i tym bardziej dokładne jest wyrównanie. Tutaj zauważysz, że wszystkie wartości E wynoszą zero, co oznacza, że wszystkie dopasowania są bardzo istotne.

Kliknij nazwę opisu najbardziej podobnego wyrównania na liście. Spowoduje to przejście w dół strony do dokładnego wyrównania sekwencji DNA między pobraną sekwencją a sekwencją zapytania. Następnie kliknij numer identyfikacyjny sekwencji.

Spowoduje to otwarcie nowej karty z bardziej szczegółowymi informacjami na temat pobranej sekwencji genów. Zidentyfikuj i zapisz nazwę naukową i zwyczajową organizmu, które powinny być wymienione obok ŹRÓDŁA, a następnie białko, które gen koduje, które powinno być wymienione obok DEFINICJI. Następnie zamknij tę kartę i naciśnij Wstecz, aby powrócić do listy Sekwencje tworzące znaczące wyrównania, a następnie powtórz ten proces, aby zidentyfikować i zapisać te same informacje dla kilku następnych najbardziej podobnych sekwencji.

Po zebraniu kilku nazw gatunków wróć do listy Sekwencje tworzące znaczące wyrównania i kliknij Wybierz:Wszystko, aby zaznaczyć wszystkie pola obok nazw każdej wymienionej sekwencji wyrównania. Kliknij Drzewo odległości wyników, aby utworzyć filogram na podstawie podobieństwa wszystkich sekwencji genów wyniku BLAST do sekwencji genu zapytania. Twoje zapytanie o sekwencję względną skamieniałości zostanie podświetlone na żółto.

Zapisz położenie swojej sekwencji w stosunku do innych grup taksonów pokazanych w drzewie. Na koniec wróć do zakładki Zapisane strategie i prześlij następną sekwencję genu, a następnie odpytaj pozostałe dwie skamieniałe sekwencje krewnego DNA, jak właśnie pokazano. Na podstawie wyników sekwencji genów wymyśl drugą hipotezę dotyczącą miejsca miejsca skamieniałości w oryginalnym kladogramie.

Porównaj to umiejscowienie z pierwszą hipotezą. Jak bardzo podobne są twoje drzewa oparte na DNA i morfologii w rozmieszczeniu skamieniałości? Co mówią twoje hipotezy na temat względnego znaczenia morfologii w przewidywaniu powiązań ewolucyjnych w porównaniu z sekwencjami DNA?

Porównaj swoje drzewo z kolegami z klasy. Jak bardzo podobne są twoje drzewa? Zapytaj swoich kolegów z klasy, którzy umieścili skamielinę na innej gałęzi, jak doszli do takiej decyzji.