Neue DNA-Technologie bringt die Zweige des Evolutionsbaums durcheinander

Ein Teil von Ernst Haeckels Skizze „Lebensbaum“. (Ernst Haeckel)

Wenn Sie anders aussehen als Ihre nahen Verwandten, haben Sie sich möglicherweise von Ihrer Familie getrennt gefühlt. Als Kind haben Sie bei besonders stürmischen Auseinandersetzungen vielleicht sogar gehofft, dass dies ein Zeichen dafür sei, dass Sie adoptiert wurden.

Wie unsere neue Forschung zeigt, kann der Schein trügen, wenn es um die Familie geht. Neue DNA-Technologie bringt die Stammbäume vieler Pflanzen und Tiere durcheinander.

Die Primaten, zu denen der Mensch gehört, galten aufgrund einiger Ähnlichkeiten in unserem einst als nahe Verwandte der Fledermäuse Skelette Und Gehirne . DNA-Daten ordnen uns jedoch mittlerweile einer Gruppe zu, zu der auch Nagetiere (Ratten und Mäuse) und Kaninchen gehören. Erstaunlicherweise sind Fledermäuse näher mit Kühen verwandt, Pferde und sogar Nashörner, als sie für uns sind.

Wissenschaftler zu Darwins Zeiten und während des größten Teils des 20. Jahrhunderts konnten die Zweige des Evolutionsbaums des Lebens nur durch die Betrachtung der Struktur und des Aussehens von Tieren und Pflanzen erschließen. Lebensformen wurden nach gruppiert Ähnlichkeiten, von denen man annimmt, dass sie sich gemeinsam entwickelt haben .

Vor etwa drei Jahrzehnten begannen Wissenschaftler, DNA-Daten zum Aufbau „molekularer Bäume“ zu nutzen. Viele der ersten Bäume, die auf DNA-Daten basierten, standen im Widerspruch zu den klassischen Bäumen.

Man ging früher davon aus, dass Faultiere und Ameisenbären, Gürteltiere, Schuppentiere (schuppige Ameisenbären) und Erdferkel in einer Gruppe namens „Edentaten“ („keine Zähne“) zusammengehören, da sie Aspekte ihrer Anatomie gemeinsam haben.

Molekulare Bäume zeigten, dass sich diese Merkmale unabhängig voneinander in verschiedenen Zweigen des Säugetierbaums entwickelten. Es stellt sich heraus, dass Erdferkel eher mit Elefanten verwandt sind, während Schuppentiere eher mit Katzen und Hunden verwandt sind.

Zusammenkommen

Es gibt noch eine weitere wichtige Beweislinie, die Darwin und seinen Zeitgenossen bekannt war. Darwin bemerkte dass Tiere und Pflanzen, die die engsten gemeinsamen Vorfahren zu haben schienen, oft geografisch nahe beieinander gefunden wurden. Der Standort der Arten ist ein weiterer starker Indikator dafür, dass sie miteinander verwandt sind: Arten, die nahe beieinander leben, haben mit größerer Wahrscheinlichkeit einen gemeinsamen Stammbaum.

Zum ersten Mal unser Aktuelles Papier Querverweise zum Standort, zu DNA-Daten und zum Erscheinungsbild einer Reihe von Tieren und Pflanzen. Wir untersuchten evolutionäre Bäume anhand ihres Aussehens oder ihrer Moleküle für 48 Tier- und Pflanzengruppen, darunter Fledermäuse, Hunde, Affen, Eidechsen und Kiefern.

Auf DNA-Daten basierende Evolutionsbäume stimmten im Vergleich zu herkömmlichen Evolutionskarten mit einer um zwei Drittel höheren Wahrscheinlichkeit mit dem Standort der Art überein. Mit anderen Worten: Frühere Bäume zeigten, dass mehrere Arten aufgrund ihres Aussehens miteinander verwandt waren.

Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sie nahe beieinander leben, weitaus geringer ist als bei Arten, die durch DNA-Daten miteinander verbunden sind.

Es mag den Anschein haben, dass sich diese Entwicklung entwickelt hat erfindet ständig neue Lösungen , fast ohne Grenzen. Aber es hat weniger Tricks im Ärmel, als Sie vielleicht denken.

Tiere können sich verblüffend ähnlich sehen, weil sie es haben entwickelt, um eine ähnliche Aufgabe zu erfüllen oder ähnlich leben. Vögel, Fledermäuse und die ausgestorbenen Flugsaurier haben oder hatten knöcherne Flügel zum Fliegen , aber ihre Vorfahren hatten stattdessen alle Vorderbeine, um auf dem Boden gehen zu können.

( Oyston et al., Kommunikationsbiologie, 2022 )

Über: Die Farbräder und der Schlüssel zeigen an, wo die Mitglieder jedes Ordens geografisch zu finden sind. Im molekularen Baum sind diese Farben besser gruppiert als im morphologischen Baum, was auf eine engere Übereinstimmung der Moleküle mit der Biogeographie hinweist.

Ähnliche Flügelformen und Muskeln haben sich in verschiedenen Gruppen entwickelt, da die Physik zur Erzeugung von Schub und Auftrieb in der Luft immer gleich ist. Es ist Ähnlich verhält es sich mit den Augen , welche kann sich bei Tieren 40 Mal entwickelt haben und mit nur wenigen grundlegenden „Designs“.

Unsere Augen ähneln Tintenfischaugen mit einer Augenlinse, einer Iris, einer Netzhaut und Sehpigmenten. Tintenfische sind näher mit Schnecken und Muscheln verwandt als wir. Doch viele ihrer Molluskenverwandten haben nur ganz einfache Augen.

Maulwürfe entwickelten sich als blinde, wühlende Kreaturen mindestens viermal auf verschiedenen Kontinenten und auf verschiedenen Zweigen des Säugetierbaums. Die australischen Beutelmaulwürfe (eher verwandt mit Kängurus), die afrikanischen Goldmaulwürfe (eher verwandt mit Erdferkeln), die afrikanischen Maulwürfe (Nagetiere) und die eurasischen und nordamerikanischen Talpidenmaulwürfe (beliebt bei Gärtnern und näher verwandt mit Igeln). als diese anderen „Maulwürfe“) haben sich alle auf einen ähnlichen Weg entwickelt.

Die Wurzeln der Evolution

Bis zum Aufkommen der kostengünstigen und effizienten Gensequenzierungstechnologie im 21. Jahrhundert war es für Evolutionsbiologen normalerweise alles, worauf sie sich verlassen mussten.

Während Darwin (1859) zeigte, dass alles Leben auf der Erde in einem einzigen Evolutionsbaum zusammenhängt, unternahm er wenig, um seine Zweige zu kartieren. Der Anatom Ernst Haeckel (1834-1919) war einer der ersten Menschen, der Evolutionsbäume zeichnete, um zu zeigen, wie große Gruppen von Lebensformen miteinander verbunden sind.

( Ernst Haeckel )

Haeckels Zeichnungen lieferten brillante Beobachtungen von Lebewesen, die Kunst und Design im 19. und 20. Jahrhundert beeinflussten. Seine Stammbäume basierten fast ausschließlich darauf, wie diese Organismen aussahen und sich als Embryonen entwickelten. Viele seiner Ideen über evolutionäre Beziehungen wurden bis vor kurzem beibehalten.

Da es einfacher und kostengünstiger wird, große Mengen molekularer Daten zu erhalten und zu analysieren, wird es noch viele weitere Überraschungen geben.

Matthew Wills , Professor für Evolutionäre Paläobiologie am Milner Center for Evolution, Universität Bath .

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