Genstammbäume oder ebenfalls Phylogenetik sind eine Methode um die Abstammung von Organismen und deren Verwandtschaftsbeziehungen zu rekonstruieren. Dabei werden genetische Informationen, ebenso wie zum Beispiel DNA-Sequenzen, verwendet um die evolutionäre Geschichte zu untersuchen. Ein Genstammbaum zeigt die Verzweigungen der evolutionären Entwicklung und gibt Aufschluss darüber wie spezifische Gene in verschiedenen Arten auftreten und sich im Laufe der Zeit verändert haben.
Ein Beispiel für die Verwendung von Genstammbäumen ist die Untersuchung der Hämoglobingene. Hämoglobin ist ein Protein das für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich ist. Die Hämoglobingene sind evolutionär sehr alt und können bis zu ~circa․ 500 Millionen Jahre zurückverfolgt werden. Der Ursprung der Hämoglobingene liegt in einem sogenannten "Ur-Globin-Gen", das sich im Laufe der Zeit in verschiedene Gene aufgespalten hat.
Bei der Betrachtung des Genstammbaums der Hämoglobingene fällt auf » dass es verschiedene Genfamilien gibt « die zur Verwendung die Bildung der verschiedenen Hämoglobinketten codieren. Beim Menschen bestehen die Hämoglobine aus zwei Alpha- und zwei Beta-Ketten. Es gibt jedoch auch andere Kettennamen wie Gamma ´ Epsilon und Zeta ` die während der Embryonalentwicklung und als Fötus verwendet werden. Dadurch wird eine zeitliche Abfolge verschiedener Genaktivitäten in den Hämoglobin-Genfamilien sichtbar.
Die Trennung von Genfamilien erfolgt durch Verdopplung und Unterbringung auf verschiedenen Chromosomen. Dadurch ausarbeiten sich die Genfamilien unabhängig voneinander weiter und beginnen sich mit der Zeit auseinander zu entwickeln. Es kommt zu Mutationen in den DNA-Sequenzen der Globine, mittels welchem die Globin-Sequenzen voneinander abweichen.
Die Anzahl der Abweichungen in den DNA-Sequenzen zwischen ehemals gleichartigen Genen gibt Aufschluss über den Zeitpunkt ihrer Trennung. Je größer die Anzahl der festgestellten Abweichungen ist, desto weiter zurück liegt der Zeitpunkt der Trennung. Durch Kenntnis der Wahrscheinlichkeit mit der es zu bestimmten Veränderungen in der DNA kommt lässt sich diese Zeitspanne in Millionen Jahren umrechnen.
Die Entwicklung der Hämoglobingene kann dadurch als eine Art "Evolutionsuhr" betrachtet werden. Durch den Vergleich von Hämoglobingenen und ihrer Anordnung im Erbgut verschiedener Tierarten können Verwandtschaftsbeziehungen abgeleitet werden. Je ähnlicher sich die Hämoglobingene zweier Arten sind desto enger ist ihre Verwandtschaft.
Insgesamt ermöglicht die Untersuchung von Genstammbäumen wie im Fall der Hämoglobingene, einen Einblick in die evolutionäre Geschichte von Organismen und ermöglicht es, Verwandtschaftsbeziehungen zwischen verschiedenen Arten zu verstehen und zu rekonstruieren.
Die Evolution der Hämoglobingene - ein Blick in den Genstammbaum
Was versteht man unter Genstammbäumen und wie kann man anhand der Hämoglobingene Verwandtschaftsbeziehungen ableiten?