Grundstrukturen molekularer Stammbäume

Zunächst befasst sich die Molekularbiologie mit den Strukturen, Biosynthesen und Funktionen von DNA und RNA untereinander sowie im Zusammenhang mit Proteinen auf molekularer Ebene.

Im Hinblick auf Stammbäume spielt sie dabei insbesondere bei phylogenetischen und evolutionären Stammbäumen sowie bei der molekularen Stammbaumanalyse eine wichtige Rolle.

• Phylogenetischer Baum

Ein phylogenetischer Baum stellt die im Zuge der Evolution entstandenen Beziehungen zwischen Arten oder anderen Einheiten dar, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie von gemeinsamen Vorfahren abstammen. Innerhalb eines solchen Baumes steht jeder Knoten mit Vorfahren für den nächsten gemeinsamen Verwandten, wobei ein solcher Knoten als taxonomische Einheit bezeichnet wird.

Die Kantenlänge, also die Länge einer Linie, entspricht dabei entweder der Zeit, die vermutlich für die Entwicklung der jeweiligen Arten benötigt wurde, oder der Anzahl der in dieser Zeit erfolgten Mutationen. Die Absicht von phylogenetischen Bäume besteht darin, möglichst genau zu erklären, in welcher Form sich die vererbbaren Merkmale der jeweiligen Einheiten von Generation zu Generation verändert haben.

Da die Entwicklung bestimmter Gene jedoch nicht immer in gleichem Maße erfolgte, können sich durch die Analyse von unterschiedlichen Genen einer Art verschiedene Bäume ergeben, wobei jeder dieser Bäume für sich betrachtet richtig ist.

• Evolutionärer Stammbaum

Ein evolutionärer Stammbaum stellt die vollständigen Verwandtschaftsbeziehungen bestimmter Teile der Tier- oder Pflanzenwelt dar. Aus dem vertikalen Abstand zu ihrem Verzweigungspunkt, an dem ihre Linien zu einem Ast verschmelzen, ergibt sich der Verwandtschaftsgrad zweier Gruppen.

Eine moderne Variante solcher Stammbäume sind Dendrogramme, die sich dadurch kennzeichnen, dass sich auf jeder Stufe immer zwei Äste abzweigen. Dies erklärt sich dadurch, dass ein Gen immer eine Vorlage und ein Duplikat hinterlässt.

• Molekulare Stammbaumanalyse

Die molekulare Stammbaumanalyse dient letztlich dazu, stammesgeschichtliche Verwandtschaftsbeziehungen von verschiedenen Organismen zu untersuchen. Dies geschieht anhand der Aminosäuresequenz von Proteinen, durch die auch das Erstellen von molekularen Stammbäumen möglich wird.

Im Regelfall wird die Sequenz eines Proteins über die Nukleinsäuresequenz bestimmt, wozu mRNA aus Zellen und Geweben isoliert, in die komplementäre DNA umgeschrieben und erst anschließend im eigentlichen Sinne sequenziert wird.

Thema: Grundstrukturen molekularer Stammbäume

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