Monophylie und Stammbaum

Präsentation zum Thema: "Monophylie und Stammbaum"—  Präsentation transkript:

1 Monophylie und Stammbaum
Kapitel 9: Monophylie und Stammbaum

2 Gliederung des Kapitels 9:
Was sind Monophylie und Paraphylie? die Entstehung genetischer Vielfalt ist nicht dasselbe wie die Entstehung getrennter Taxa Gen-Stammbäume sind nicht dasselbe wie Taxon-Stammbäume Stammbäume sind oft nicht verzweigt, sondern retikulär

3 Monophylie und Paraphylie
alle Lebewesen sind monophyletisch was ist Monophylie vs. Paraphylie? Monophylie des gesamten Lebens

4 aus 6526 aus 6582

5 ein Monophylum ist das:
B C Alle Abkömmlinge eines gemeinsamen Vorfahren müssen in der Gruppe drin sein ein Paraphylum ist das: A B C nicht alle Abkömmlinge eines gemeinsamen Vorfahren sind in der Gruppe drin

6 Antwort: B und C sind weniger miteinander verwandt als A und B Was ist falsch an der Paraphylie? A B C Wenn ich nach Verwandtschaft gruppieren will, dann kann ich doch nicht Vettern zu einer Gruppe vereinigen und Brüder rausschmeißen Lösung des Problems: Ich vereinige A+B und (eine hierarchische taxonomische Stufe höher) A+B+C A B C Das ist sehr logisch; in der Praxis aber macht man das oft nicht (wie die folgenden Beispiele zeigen):

7 gibt es eine „Klasse der Reptilien“ neben der Klasse der Vögel ?????
C Brüder Vettern eine eigene „Klasse der Reptilien“ ist ein Paraphylum (ein klarer Verstoß gegen die Verwandtschafts-Regel), weil die Vögel mit den Krokodilen näher verwandt sind als die Krokodile mit den Schildkröten

8 das Prinzip der Monophylie lässt nur zwei Lösungen zu:
Klasse der Sauropsiden: Unter-Klasse der „Krögel“: A B C

9 Familie der Hominiden:
2. Beispiel: gibt es eine „Familie der Pongiden“ (Menschenaffen) neben der Familie der Hominiden ????? Familie der Hominiden: A B C eine eigene „Familie der Pongiden“ ist ein Paraphylum (ein klarer Verstoß gegen die Verwandtschafts-Regel), weil die Menschen mit den Schimpansen näher verwandt sind als die Schimpansen mit den Gorillas

10 das Prinzip der Monophylie lässt nur zwei Lösungen zu:
Familie der Homonidae: Unter-Familie „Homopaninae“: A B C

11 Die sexuelle Vermischung zerstört jeden Stammbaum:
Kinder A B C dies ist der Stammbaum bei uniparentaler Vermehrung: Zeitachse A B C Kind Eltern Vorfahr (Elter) die sexuelle Vermischung macht aus dem sich verzweigenden Stammbaum ein Netzwerk Die Nachkommenschaft eines Individuums wird sozusagen von seinem Geschlechtspartner kontaminiert! Zeitachse Unsere Kinder sind nur zur Hälfte wir, unsere Enkel nur zu einem Viertel

12 Vorfahren (Groß-Eltern)
Enkel das sieht man auch daran, dass jeder Human-Genetiker den Stammbaum anders darstellt als jeder Biologe Zeitachse Vorfahren (Groß-Eltern) wie verbinde ich den Stammbaum des Human-Genetikers mit dem Stammbaum des Biologen, um zu einem Taxon-Stammbaum zu kommen? Kinder A B C Zeitachse Vorfahr (Elter)

13 Tochter-Spezies A Tochter-Spezies B Antwort: Das vernetzte (retikuläre) System spaltet sich in dem Augenblick in zwei Tochter-Zweige auf, wenn die sexuelle Vermischung aufhört. Z.B. wenn nach der Dobzhansky-Hybrid-Inkompatibilität keine Verpaarung mehr möglich ist. keine Verpaarung mehr Stamm-Spezies Verpaarung

14 Wichtig für Bio-Informatiker:
Gen-Stammbäume sind nicht dieselben Stammbäume wie Art-Stammbäume (!!!!!) Erst nach vielen Millionen Jahren wird der Gen-Stammbaum mit dem Art-Stammbaum deckungsgleich Daher können DNA-Sequenz-Vergleiche nicht benutzt werden, um die Entstehung junger Arten zu erkennen (!!!!)

15 Das hat 2 Gründe: 1. trotz Hybrid-Inkompatibilität kommt es immer noch zu Ver-Bastardierung verschiedenen Arten und damit zur Introgression von DNA in einer fremde Art Graugans Kanadagans „Granadagans“

16 Spezies 1 Spezies 3 Spezies 2
Infolgedessen gibt es auch zwischen längst getrennten Arten immer noch Introgression artfremder DNA; zwischen einzelnen Arten viel, zwischen anderen Arten weniger Die Folge ist, dass die Gene weniger verwandter Arten (Spezies 1 und 2) einander ähnlicher sein können als die Gene zwischen näher verwandten Arten (Spezies 2 und 3) aus 6562

17 Spezies 1 Spezies 3 Spezies 2 Spezies 1 Spezies 3 Spezies 2
Das führt zur Falsch-Interpretation, wenn ich von der Verwandtschaft der Gene auf die Verwandtschaft der Arten schließe Spezies-Stammbaum: Spezies 2 und 3 sind näher miteinander verwandt als Spezies 1 und 2 aus 6562 Spezies 1 Spezies 3 Spezies 2 Genom-Stammbaum: viele Gene der Spezies 1 und 2 sind näher miteinander verwandt die Gene der Spezies 2 und 3 Während die Spezies 2 und 3 im Spezies-Stammbaum ein klares Monophylum sind, sind sie im Genom-Stammbaum ein eindeutiges Paraphylum

18 1. Introgression von war der 1
1. Introgression von war der 1. Grund dafür, dass Gen-Stammbäume nicht dieselben Stammbäume sind wie Art-Stammbäume 2. jetzt kommt der 2. Grund: eine Art-Aufspaltung in 2 Tochterarten ist keine Aufspaltung zweier haploider Genome, sondern die Aufspaltung einer großen Population von Individuen mit längst existierender (prä-existierender) multipler Allelie der Gene: Also sind Gen-Stammbäume nicht dieselben Stammbäume wie Art-Stammbäume

19 Spezies 1 Spezies 3 Spezies 4 a3 a4 a1 Spezies 2 spaltet sich auf in Tochter-Spezies 3 und 4 Spezies 1 Spezies 2 Allel a2 spaltet sich auf in a3 und a4 Ur-Spezies spaltet sich auf in Tochter-Spezies 1 und 2 a2 a1 Die Allele weniger verwandter Arten (Spezies 1 und 3) sind einander ähnlicher (a3 und a4) als die Allele a4 und a1 zwischen den näher verwandten Arten Spezies 3 und 4) Ur-Gen a spaltet sich auf in a1 und a2 Ur-Gen a Ur-Spezies

20 Ur-Gen a a2 a1 a3 a4 Ur-Spezies Spezies 1 Spezies 3 Spezies 4 Während die Spezies 3 und 4 im Spezies-Stammbaum ein klares Monophylum sind, sind sie im Allel-Stammbaum (a4 und a1) ein eindeutiges Paraphylum

21 1.) die genetische Introgression
Wer also später mal über DNA-Stammbäume arbeitet (und das tun fast alle Bio-Informatiker heute), der muss wissen, dass er von DNA-Stammbäumen oft nicht auf Art-Stammbäume schließen kann. Und das hat 2 Gründe: 1.) die genetische Introgression 2.) die bereits prä-existierende multiple Allelie bei der Art-Aufspaltung Viele wissen das nicht. Eine Untersuchung hat ergeben, dass 24 % der wissenschaftlichen Publikationen über DNA-Stammbäume sich dieser Fehlerquelle nicht bewusst sind. aus 6562