Stammbaum der Evolution

Direkte Linie oder nur entfernter Cousin? Münstersche Forscher haben ein Online-Tool entwickelt, das dabei hilft, Verwandtschaftsverhältnisse in der Natur besser zu verstehen. Das Programm ermöglicht Wissenschaftlern weltweit die Überprüfung evolutionärer Stammbäume.

Um herauszufinden, wie sich Lebewesen vom ersten Urbakterium bis zu den heutigen Arten – ob Apfelbaum oder Zebra, Darmbakterium Escherichia coli oder Mensch – entwickelt haben, schauen Wissenschaftler ins Erbgut: Durch den Vergleich der DNA lassen sich die Abzweigungen im Stammbaum nachvollziehen. Solche Vergleiche auf genetischer Ebene bestätigen beispielsweise, dass wir Menschen viel enger mit Schimpansen als mit Gorillas verwandt sind.

Beim DNA-Vergleich sind springende Gene besonders nützlich – das sind DNA-Abschnitte die sich selbst kopieren und neue Positionen im Erbgut einnehmen können. Allerdings führt die Analyse solcher springender Gene nicht immer zu eindeutigen Ergebnissen. Um die Zuverlässigkeit von Stammbaumrekonstruktionen zu prüfen, benötigen Wissenschaftler deshalb Unterstützung durch statistische Methoden.

Ein Team um Jürgen Schmitz und Gennady Churakov von der Medizinischen Fakultät der Universität Münster hat mit Unterstützung aus dem Sankt Petersburger Institut für Technologie zunächst ein mathematisches Modell entworfen, mit dem Konflikte bei der Stammbaumrekonstruktion mit springenden Genen aufgespürt und die Ursachen aufgedeckt werden können. Solche Konflikte sind ganz natürlich: Sie lassen sich zum Beispiel auf Fortpflanzungen zwischen zwei Populationen zurückführen, die sich genetisch bereits voneinander entfernen und schließlich zu unterschiedlichen Arten entwickeln. Auch Artbildungen in – nach evolutionsbiologischem Maßstab – rascher Abfolge können zu Unklarheiten und Widersprüchen führen. Ein in Münster programmiertes Online-Tool hilft Wissenschaftlern bei der Prüfung, wie zuverlässig im Stammbaum aufgespürte Abzweigungen sind.

Ein Fachartikel zur Entwicklung des mathematischen Modells und des Online-Tools ist jetzt in der Fachzeitschrift PLoS Computational Biology erschienen. Die Publikation – die vom Verlag sogar zur Titelgeschichte des Heftes gemacht wurde – kann kostenfrei online gelesen werden:

Kuritzin A, Kischka T, Schmitz J, Churakov G (2016): Incomplete Lineage Sorting and Hybridization Statistics for Large-Scale Retroposon Insertion Data. PLoS Computational Biology 12:e1004812. Online unter: http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1004812

Das Online-Tool kann hier aufgerufen werden: http://retrogenomics.uni-muenster.de:3838/KKSC_significance_test/