Eine kurze Geschichte phylogenetischer Bäume

Wer ist mit wem verwandt und wie? Wenn Sie jemals mit Ihrer Familie herumgesessen und versucht haben herauszufinden, wer ein Cousin zweiten Grades ist, wenn er einmal entfernt wurde, und wer ein Cousin ersten Grades, der zweimal entfernt wurde, haben Sie sich ein wenig mit der Mechanik phylogenetischer Bäume beschäftigt. Laut Dr. David Baum von der University of Wisconsin, Madison, ist ein phylogenetischer Baum ein Diagramm, das die Linien der evolutionären Abstammung verschiedener Arten , Organismen oder Gene eines gemeinsamen Vorfahren darstellt. Im Wesentlichen organisiert ein phylogenetischer Baum die natürliche Welt in familiäre und evolutionäre Beziehungen.

Charles Darwin wird der Urheber der ersten phylogenetischen Bäume zugeschrieben zum Verständnis der Evolution. Wissenschaftler vor ihm bauten Bäume entsprechend ihren Beobachtungen der anatomischen Merkmale von Arten. Ohne Verständnis der Evolution und des Konzepts eines gemeinsamen Vorfahren waren ihre Bäume jedoch fehlerhaft. Darwin zeichnete in seinen Notizbüchern viele Bäume, darunter auch den rechts abgebildeten. Bei seinen Bäumen handelt es sich um schnelle, oft gekritzelte Skizzen, die ihm dabei halfen, seine Gedanken über die Evolution zu ordnen ( American Museum of Natural History ). Die Wurzel eines phylogenetischen Baums repräsentiert die älteste oder angestammte Linie und die Zweige die jüngste. Verzweigung weist auf Artbildung hin, das heißt auf die Aufspaltung einer Vorfahrenlinie in mehrere Nachkommenlinien. Die Rückverfolgung zweier Zweige bis zu dem Knoten, der sie verbindet, identifiziert den evolutionären Zeitpunkt, als die beiden einen gemeinsamen Vorfahren hatten. Ein phylogenetischer Baum kann nur wenige Arten, Proteine ​​oder andere Merkmale repräsentieren, oder er kann die gesamte natürliche Welt repräsentieren; in diesem Fall wird er als „Baum des Lebens“ bezeichnet.

Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts waren Morphologie und Stoffwechseleigenschaften (Chemotaxonomie) weiterhin die treibende Kraft für den phylogenetischen Baumbau. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts wurden jedoch präzisere molekulare Techniken verwendet, die auf DNA-Unterschieden zwischen Arten basierten, um den Baum des Lebens völlig neu zu zeichnen. Carl Woese wird die mittlerweile standardmäßige Methode zum Vergleich von Arten zugeschrieben, die auf der DNA-Sequenz ihrer kleinen ribosomalen Untereinheit (SSU rRNA) basiert. Da alle Lebensformen Proteine ​​synthetisieren müssen, verfügen alle über Ribosomen und alle über SSU-rRNA. Diese Analysen haben drei Hauptzweige des Lebensbaums enthüllt: Bakterien, Archaeen und Eukarya. Vor Woeses Arbeit zur molekularen Taxonomie galten die Archaeen als Teil des Bakterienreichs. Die Sequenzanalyse ergab jedoch, dass sich Archaeen trotz ihrer morphologischen Ähnlichkeit mit Bakterien so stark von Bakterien unterscheiden, dass sie korrekt zu einem separaten Königreich gehören.

Im Jahr 2016 veröffentlichte die Gruppe von Jillian Banfield an der UC Berkeley den bisher umfassendsten phylogenetischen Baum (A new view of the tree of life, Nature Microbiology 1:16048) . Ihr Baum verwendet nicht nur über 30.000 öffentlich verfügbare sequenzierte Genome, sondern enthält auch Daten von über 1.000 neuen Genomen, die von ihrer Gruppe rekonstruiert wurden. Viele ihrer prokaryotischen DNA-Daten stammen aus ungewöhnlichen Quellen, z. B. aus einem flachen Grundwasserleitersystem, einem tiefen unterirdischen Forschungsstandort in Japan, einer Salzkruste in der Atacama-Wüste in Chile, Grasland-Wiesenboden in Nordkalifornien und einem CO ₂ -reichen Geysir System und zwei Delfinmäuler. Ihr Baum ist als Starburst-Diagramm dargestellt. Da nicht bekannt ist, welche Abstammungslinie die älteste ist, hat ein Starburst-Evolutionsbaum keine Wurzel. Darüber hinaus entspricht die Länge der Zweige dem Ausmaß der evolutionären Veränderung in dieser Abstammungslinie, basierend auf dem Ausmaß der Unterschiede in den DNA-Sequenzen. Weitere Informationen zu den verschiedenen Formen phylogenetischer Bäume finden Sie im Field Guide to Evolutionary Trees . Die Website „Understanding Evolution“ des University of California Museum of Paleontology ist eine reichhaltige Informationsquelle über Evolution und phylogenetische Bäume.

Ich bin auf Banfields neuen Lebensbaum gestoßen, als ich beschloss, meinen Sammlungen ein phylogenetisches Baumdesign hinzuzufügen. Ich war sofort von der Form und den Farben begeistert. Für mich ähnelt es einem tropischen Vogel im Flug. Wenn Sie sich die Schwanzfedern des Vogels ansehen, stellen die langen grünen Federn auf der rechten Seite des Schwanzes im Banfield-Diagramm die Eukarya dar (Sie, Ihre Katze, Ihre Zimmerpflanze, der Pilz, der auf Ihrem Brot wächst). Der Rest des Baumes repräsentiert Bakterien- und Archaeenarten. Ich habe die Form von Jillian Banfields Baum als Anhängerdesign nachgebildet: Phylogenetischer Baumanhänger . Ich denke, es ist derzeit der genaueste phylogenetische Baumschmuck, den es gibt.