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Phylogenetische Bäume

OberschuleBiologieExhaustive Fitch-Parsimonyanalyse für vier Taxa anhand von sechs editierbaren binären Merkmalen

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Über dieses Experiment

Erstelle eine Baumhypothese anhand gemeinsamer Merkmale statt eines dekorativen Ähnlichkeitsdiagramms. Bearbeite sechs binäre Merkmale, vergleiche die exakten Kosten aller drei ungewurzelten Quartettrees und drehe die dargestellten Äste, ohne die Verwandtschaftsverhältnisse zu ändern.

Lernziele

  • Unterscheide zwischen einer gemeinsamen Merkmalsmatrix und einer Baumhypothese.
  • Vergleiche die minimale Anzahl von Merkmalsänderungen bei alternativen Topologien.
  • Erkenne ungelöste Gleichstände und äquivalente Astrotationen.

Anleitung

  1. 1Untersuche die Ausgangsmatrix und vergleiche die Bewertungen aller drei Topologien.
  2. 2Ändere das Merkmal eines Taxons und beobachte, welche Topologie am parsimonischsten wird.
  3. 3Lösche alle Unterschiede und erkenne den ungelösten Dreifachgleichstand.
  4. 4Wähle eine interne Gruppierung aus und drehe sie um. Überprüfe anschließend, dass Taxa und Bewertung gleich bleiben.

Das Modell

Jede Topologie erhält die kleinstmögliche Gesamtzahl an Änderungen binärer Merkmale.
Gleichstände bleiben erhalten, statt eine unbegründete Sicherheit vorzutäuschen.

Annahmen

  • Vier Taxa A bis D weisen sechs vollständig erfasste binäre Merkmale auf. Die Reihenfolge der Merkmale ist unerheblich, und jede Zustandsänderung hat dieselben Kosten.
  • Das Modell wendet die Fitch-Regeln für Schnittmenge und Vereinigung auf alle drei möglichen ungewurzelten Quartetttopologien an und summiert die minimalen Änderungen über alle Merkmale.
  • Alle gleich sparsamsten Bäume bleiben identifiziert. Der ausgewählte Baum kann zum Vergleich auch eine Alternative mit höheren Kosten sein.
  • Die Darstellung verwendet eine beliebige Anzeigewurzel und gleiche Lay out-Tiefen. Sie leitet weder die Wurzelrichtung noch Zeit oder Astlängen ab.
  • Parsimony ist ein vereinfachtes Inferenzkriterium. Konvergenz, Umkehrungen, unterschiedliche Raten und unsichere Merkmalskodierung können dazu führen, dass die historische Abstammung von der bevorzugten Hypothese abweicht.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum reichen identische Merkmalszeilen nicht aus, um einen eindeutigen Baum zu bestimmen?
  2. Q2Warum bleibt die Baumbeziehung erhalten, wenn eine interne Gruppe gedreht wird?

Häufig gestellte Fragen

Sind lange Äste älter oder stärker verschieden?

Nein. Astlängen und die angezeigte Wurzel ordnen lediglich dieses Diagramm an. Das Modell vergleicht ungewurzelte Verwandtschaftsbeziehungen und Merkmalskosten.

Beweist der bevorzugte Baum die Abstammung?

Nein. Er ist die Hypothese mit den wenigsten Änderungen unter den gewählten Merkmalen und der Annahme gleicher Kosten. Sie kann durch zusätzliche Belege infrage gestellt werden.