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33.1:

Phylogenetische Bäume

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Phylogenetic Trees

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Phylogenetische Stammbäume stellen die evolutionären Beziehungen zwischen Organismen dar. Diese Beziehungen finden in Form von Stammbäumen mit Spitzen, Zweigen und Wurzeln. Insbesondere stellen die Spitzen des Stammbaums vorhandene oder lebende Taxa dar. Und die Zweige kennzeichnen evolutionäre Veränderungen zwischen Vorfahren und Abkommen, wie beispielsweise die Veränderung der DNA-Sequenz, oder die Evolution eines Merkmales wie beispielsweise Federn. Gruppen, die einen gemeinsamen Vorfahren, Schwester Taxa, teilen, sind ihre nächsten Verwandten und teilen sich Nodi, Punkte an denen sich die Zweige treffen, wie Eidechsen und Vögel, und Nagetiere und Menschen. Ein Basalnodus entspricht dem letzten gemeinsamen Vorfahren aller Organismen im Baum. Phylogenetische Bäume gruppieren Organismen, die Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren sind. Wenn eine Gruppe den letzten gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachkommen enthält, spricht man von einer Klade oder von einer monophyletischen Gruppe. Beispielsweise gelten alle lebenden Wirbeltiere mit Federn als Vögel. Eine paraphyletische Gruppe umfasst eine gemeinsame Ahnenart und einige ihrer Nachkommen. Zum Beispiel sind alle schuppigen Tiere mit vier Beinen Reptilien, mit Ausnahme von Säugetieren und Vögeln. Historisch stuften Biologen auch einige Organismen als polyphyletisch ein. Diese eingestellte Bezeichnung gruppierte Organismen, die keinen unmittelbaren gemeinsamen Vorfahren haben. Zum Beispiel sind Instectivora zahnlose, insektenfressende Säugetiere. Die evolutionären Beziehungen zwischen Organismen können durch das Vergleichen von morphologischen oder genetischen Merkmalen bestimmt werden. Um akkurate phylogenetische Stammbäume zu konstruieren, verwendeten die Wissenschaftler Methoden wie maximale Sparsamkeit und maximale Wahrscheinlichkeit. Bei maximaler Sparsamkeit wird die geringste Veränderung zwischen den Organismen angenommen. Betrachten Sie die Anordnung von Elch, Lachs und Wal auf einem phylogenetischen Stammbaum. Sowohl der Lachs als auch der Wal sind Meerestiere. Es scheint die einfachste Erklärung zu sein, dass Lachse und Wale eine monophyletische Gruppierung sind. Ein genauerer Blick auf ihre Anatomie zeigt jedoch, dass der Wal und der Elch enger miteinander verwandt sind. Das Zusammenfügen von Elch und Wal setzt weniger evolutionäre Veränderungen voraus, ein weniger kompliziertes Szenario, das das Ziel einer maximalen Sparsamkeitsanalyse ist. Ein alternativer Ansatz, die maximale Wahrscheinlichkeit, berücksichtigt, dass nicht alle Änderungen gleich wahrscheinlich sind. Auf diese Weise kann ein Stammbaum erstellt werden, der auf dem wahrscheinlichsten Szenario basiert, das zu den beobachteten Organismen führt. Zum Beispiel könnten die Wissenschaftler, die den Stammbaum aus DNA-Sequenzen konstruieren, berücksichtigen, dass Adenin leichter durch Guanin als durch Thiamin ersetzt wird. Ausgefeilte Computeralgorithmen helfen bei der Konstruktion der sparsamsten und wahrscheinlichsten phylogenetischen Stammbäume.

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Phylogenetische Bäume

Phylogenetische Bäume gibt es in vielen Formen. Die Reihenfolge, in der die Organismen von unten nach oben im Baum angeordnet sind, ist entscheidend, während die Verzweigungen an den Knoten wechseln können ohne die Information zu verändern. Die Linien, die die einzelnen Knoten verbinden, können gerade, gewinkelt oder sogar gekrümmt sein.

Die Länge der Äste kann die Zeit oder das relative Ausmaß der Veränderung zwischen den Organismen widerspiegeln. Die Länge der Äste kann zum Beispiel die Anzahl der Änderungen in einer Aminosäuresequenz anzeigen, die dem phylogenetischen Stammbaum zugrunde liegt. Die genaue Bedeutung muss in einer Erklärung, die den phylogenetischen Baum begleitet, klar angegeben werden. Wenn eine solche Erklärung nicht vorhanden ist, ist die Astlänge als willkürlich anzusehen und der Leser sollte keine Informationen daraus ableiten.

Bäume können eine Wurzel haben oder nicht. Der Baum ist entwurzelt, wenn der jüngste gemeinsame Vorfahre aller betreffenden Organismen nicht bekannt ist. In diesem Fall ähnelt die Darstellung der phylogenetischen Beziehungen einer Schneeflocke und nicht einem Baum. Der Wissenschaftler kann den Baum verwurzeln, indem er eine Außengruppe in die Analyse einbezieht. Eine Nebengruppe ist ein Organismus, der mit keinem der Organismen, die der Wissenschaftler in dem Baum anordnen wollte, eng verwandt ist.

Suggested Reading

Gregory, T. Ryan. “Understanding Evolutionary Trees.” Evolution: Education and Outreach 1, no. 2 (April 2008): 121. [Source]

Sober, Elliott. “The Contest Between Parsimony and Likelihood.” Systematic Biology 53, no. 4 (August 1, 2004): 644–53. [Source]