кафедра энтомологии СПбГУ отделение кариосистематики Зоологического института РАН Тел. +7(960) 2758672 lukhtanov@mail.ru
University of Florida: curator at the Lepidoptera collection ( Palearctic butterflies ) http://www.flmnh.ufl.edu/mcguire/profiles/lukhtanov.htm Harvard University: associated researcher at Museum of Comparative Zoology http://www.mcz.harvard.edu/Departments/Entomology/people.html
http://www.entomology.bio.pu.ru/lukhtanov_front.htm http://www.bio.spbu.ru/staff/id110_val.php
Прогресс в науке связан с появлением и развитием новых методов научного анализа Сравнительный метод (XVIII и XIX век)
Gregor Mendel (1822-1884)
генетические связи существуют не только между особями и популяциями, они есть и между видами и эволюционными линиями Но как эти связи выявить, если скрещивания между отдаленно родственными организмами невозможны?
Поваренные книги ( cookbooks) Серьезные монографии
http://www.tok.ro/toksite/downloads/Bioinformatika/Konyvek/konyvek%20bioinfo%20fejezetekkel%20+%20bioinfo%20konyvek/halado/Molecular%20Evolution%20A%20Phylogenetic%20Approach.pdf
Лекции Практические занятия по освоению программ филогенетического анализа Самостоятельная работа: филогенетический анализ собственных (или самостоятельно извлеченных из ГенБанка) молекулярных данных Зачет: обсуждение самостоятельной работы + вопросы по курсу
ДНК хранит информацию о плане строения организма, и эту информацию организм использует для построения самого себя. Прочесть ее не очень трудно – есть буквы (нуклеотиды), и есть генетический год, который однозначно определяет связь между ДНК и белком Хотя в реальности все сложнее, но суть остается прежней: мы читаем эту запись в ДНК как книгу.
Но эта не единственная информация, хранящаяся в ДНК и других макромолекулах, есть еще информация об истории организмов, об их прошлом. Но извлечь ее гораздо труднее, более того – извлечь ее можно только при сравнении нескольких объектов В курсах генетики и молекулярной биологии говорилось об информации первого типа (кодирование белков) В филогенетике – расшифровка информации второго типа – об истории.
Документы (ДНК) Документы ( ДНК ) Материальные свидетельства (ископаемые формы) + + Реконструкция истории Эволюционная биология – историческая наука. Общая методология всех исторических наук: использованием вещественных свидетельств (археология, палеонтология) + документы (записи). В биологии до недавнего времени документов не было, пока нее научились читать ДНК
- Что можно делать с использованием ДНК? – Расшифровывать эволюционную историю организмов!
( по : Клюге, 2000, с изменениями) Представление о филогении членистоногих, которое недавно считалось классическим: насекомые ( Hexapoda) и многоножки (Myriapoda) – сестринские группы
даман
Прыгунчики Златокроты Даманы Трубкозуб Сирены Клада Afrotheria выделяется на основании молекулярных данных
Происхождение человека До появления молекулярных данных После появления первых молекулярных данных
Истрия История одной ВИЧ- инфекции (история флоридского стоматолога) ( Science, 1992, 256:1165-1171)
В систематике В молекулярной биологии В эволюционной биологии Систематика – молекулярная филогенетика ее естественная часть Молекулярная биология - молекулярная филогенетика также ее естественная часть, если говорить об эволюции макромолекул Эволюционная биология - молекулярная филогенетика также ее естественная часть, костяк для любой эволюционной идеи
Но и Экология, этология… да и все остальные разделы биологии Медицина, ветеринария, криминалистика и многое другое
«…великое Дерево Жизни заполняет земную кору своими мертвыми и сломанными ветвями и покрывает поверхность вечно ветвящимися и прекрасными побегами» Ч. Дарвин
Математическая задача – задача комбинаторной оптимизации: на основе [ биологических ] данных получить дерево, возможно лучше согласованное с этими данными. Биологические задачи : сравнение 3-х и более объектов ( кто на кого более похож.... ) реконструкция эволюции ( кто от кого, как и когда произошел… )
эволюция в природе или в например, древовидный граф, лаборатории, а.к. последо- вычисленный на основе компьютерная симуляция вательности или данных, может количество отражать или не щетинок отражать реальные события >Seq4 GCGCTGFKI ..... >Seq1 ASGCTAFKL ... >Seq3 GCGCTLFKI ACGCTAFKI GCGCTAFKI ACGCTAFKL A -> G I -> L
В ходе филогенеза возникают и меняются признаки. Признаки – это следы филогенеза, которые мы можем использовать для реконструкции филогении
Носители нового признака могут погибнуть, и эволюционная траектория признака останется в виде точки
Это приводит к разным реконструкциям одной филогении
Поскольку траектории отдельных признаков не выходят за пределы филогении, то они конгруэнтны, и восстановлении филогении по их совокупности возможно
Что такое “ частично разрешенная филогения? ”
Политомия бывает “ жесткая ” и “ мягкая ”
Представление филогении в виде дерева Графические и буквенное представления одного и того же дерева
Топология дерева — только листья, узлы, (корень) и связывающие их ветви (топология не зависит от способа изображения дерева) A B C D E A B C C D E Два изображения одной и той же топологии
Филограмма: длина ветвей пропорциональна эволюционному расстоянию между узлами Кладограмма : представлена только топология, длина ветвей игнорируется Arabidopsis Caenorhabditis Drosophila Anopheles Tenebrio Trout Mus 0.1 substitutions per site Arabidopsis Caenorhabditis Drosophila Anopheles Tenebrio Trout Mus Как измерить расстояние?
Укорененное дерево Неукорененное дерево
Число таксонов (сиквенсов) и число топологий, которые можно получить на их основе Если число таксонов равно n, существует (2 n -3)!! разных бинарных укоренных деревьев. (2 n -3)!! – это нечто вроде факториала, но учитываются только четные числа. Сколько из них правильных ?
Предковый таксон и ВСЕ его потомки
Монофилетический таксон = клада = ветвь = ветка = линия
Произвольное объединение двух и более терминальных таксонов
Парафилия: из явно монофилетической группы вычитаем один или более таксонов Одни считают, что это частный случай полифилии Другие – неполноценная монофилия Ветка – это естественная часть дерева Обламанная ветка не вполне естественна
Sauropsida
H – human; C – chimpanzee ; G – gorilla; O – orangutan; B - gibbon
H – human; C – chimpanzee ; G – gorilla; O – orangutan; B - gibbon Строгий консенсус и консенсус по правилу большинства
Укорененная сеть Неукорененная сеть
