Monat: Juni 2023

Kladistik Tutorial 4: Maximum Parsimonie

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Die Logik der Erstellung von Stammbäumen

 

Ein evolutionärer Stammbaum, auch phylogenetischer Baum genannt, ist ein Diagramm, das die Geschichte der Divergenz und des evolutionären Wandels zeigt, die von einer einzigen Vorfahrenlinie zu einer Reihe von Nachkommen führt. Mit anderen Worten, er stellt die verwandtschaftlichen Beziehungen einer Gruppe von Organismen dar, wie sie nach Darwins Theorie der Abstammung mit Modifikation von gemeinsamen Vorfahren verstanden werden.

Wir beginnen bei der Erstellung von Stammbäumen mit der Betrachtung eines Idealfalls. Anschließend gehen wir auf Komplikationen ein, die in der realen Welt auftreten.

Stellen wir uns vor, dass wir die evolutionären Beziehungen zwischen den vier fiktiven Vogelarten ableiten wollen, die wir in Abb. 1 sehen.

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Entstehung des Lebens Teil 7: Panspermie

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Darwin und die Fossilien aus dem All

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Die ältesten Fossilien, die die Existenz von frühem Leben auf der Erde bezeugen, sind etwa 3,4-3,8 Mrd. Jahre alt (Schidlowski et al. 1979, Mojzsis et al. 1996, Nutman et al. 2016). Als Charles Darwin mit seiner Theorie der natürlichen Selektion die Bildung neuer Arten erklärte, waren ihm diese frühen Spuren des Lebens nicht bekannt. Während man in Gesteinsschichten des Kambriums, also im Zeitraum von 541 bis vor 485,4 Mio. Jahren, komplexe Organismen mit Schalen, wie Muscheln und Trilobiten, findet, waren zu Darwins Zeiten aus älteren Gesteinsschichten keine Fossilien bekannt. Dementsprechend stellten sich einige Naturforscher, unwissend über die Fossilbelege aus den älteren Gesteinsschichten, die Frage, wie sich Arten anscheinend aus dem Nichts entwickeln konnten.

Otto Hahn, eigentlich Rechtsanwalt, jedoch mit einem Interesse für Naturkunde und Amateurgeologe, hatte Ende der 1870er Jahre eine Lösung: Das Leben auf der Erde stammt aus dem Weltall.

Erst wenige Jahre vorher hatte der kanadische Staatsgeologe John William Dawson (1820–1899) aus einem präkambrischen Kalkstein, der entlang des Ottawa River gefunden wurde, das Eozöon canadensis (das kanadische Tier der Morgenröte des Lebens Abb. 1) beschrieben. Deutlich grünlich-weiß geschichtete Lagen und Knollen im Kalkstein erinnerten Dawson an die Schalen von Foraminiferen, einzellige Organismen, die aus Kalzit oder Quarz einen ihren weichen Körper umhüllende Schalen bilden können. Bald darauf glaubte der Geologe Carl Wilhelm von Gümbel (1823–1898), Begründer der systematischen geologischen Landesaufnahme in Bayern, mit Eozöon bavaricum (das bayerische Tier der Morgenröte, Abb. 1) die älteste Lebensform der Erde entdeckt zu haben. Gümbel rekonstruierte Eozöon als eine Art beschalte Riesenamöbe. Hahn war von dieser Entdeckung dermaßen begeistert, dass er sich auf die Suche nach ähnlichen Fossilien in vergleichbar alten Gesteinen machte. Bald schon wurde er fündig, und nicht nur in Sedimentgesteinen. Hahn beschreibt organische Strukturen aus metamorph überprägten Gesteinen und sogar magmatischen Gesteinen, die direkt aus einer abgekühlten Schmelze entstehen (Bressan 2023).

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Kladistik-Tutorial 3: Homologie und verschachtelte Hierarchien in Kladogrammen

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Ein Kerngedanke der Evolution ist, dass alle Arten von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen, die jemals auf der Erde gelebt haben, auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. Das heißt, alle Lebewesen sind miteinander verwandt und lassen sich in einem evolutionären Stammbaum darstellen. Ein solcher Stammbaum stellt die verwandtschaftlichen Beziehungen einer Gruppe von Organismen dar, wie sie nach Darwins Theorie der Abstammung mit Modifikation von gemeinsamen Vorfahren verstanden werden.

Im letzten Beitrag befassten wir uns damit, wie man einen evolutionären Stammbaum richtig lesen kann. In diesem Beitrag wollen wir klären, nach welchen Kriterien diese gemeinsame Abstammung überhaupt geschlossen wird.

Die entscheidende Evidenz für die universelle gemeinsame Abstammung ist die Homologie. Als sich in den frühen 1800er Jahren die vergleichende Anatomie und die vergleichende Embryologie entwickelten, war eines der auffälligsten Ergebnisse, dass den offensichtlichen physischen Unterschieden zwischen den Arten grundlegende Ähnlichkeiten zugrunde liegen. Die frühen Forscher nannten dieses Phänomen Homologie – wörtlich: das Studium der Ähnlichkeit.

Richard Owen, der führende britische Anatom, definierte Homologie als „dasselbe Organ bei verschiedenen Tieren in jeder Form und Funktion“.

Wie kommt es zu diesen Ähnlichkeiten im Aufbau trotz der Unterschiede in Form und Funktion? Darwin argumentierte, dass die Abstammung von einem gemeinsamen Vorfahren die logischste Erklärung ist. Mithilfe von Homologien lassen sich evolutionäre Stammbäume rekonstruieren.

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