Slektskapelig Tetris

Hva gjør du når slektskap måles gjennom utseende, og du ikke vet hvordan dyret du studerer ser ut? 

For å forstå verden er det viktig å vite slektskap mellom verdens organismer, ikke bare for å finne vår egen opprinnelse, men for å orden på livets historie. Vi må lappe sammen jordas familietre.  Det har jeg bidratt til i min master og det har ikke bare vært  lett.

Å leke gartner

Fylogeni er et annet ord for familietrær, og handler om å finne ut hvordan ulike dyrearter er i slekt med hverandre. Ved å bruke fylogenetiske metoder kan man finne de nærmeste slektningene til en dyregruppe, for eksempel at flodhest er den nærmeste nålevende slektningen til hval. Fylogeni brukes vanligvis på nålevende organismer, men blir også brukt på fossiler.

Men hvordan lager man egentlig fylogenetiske trær?

Hva er oppskriften? Dette kan gjøres ved å bruke molekylære data fra for eksempel DNA eller forskjeller i anatomi og utseende. Ved hjelp av statistiske undersøkelser lager man da slektskapstrær mellom arter som kalles fylogenetiske analyser. Metoden er en effektiv måte å se hvilke grupper eller arter er mest lik hverandre. Et perfekt fylogenetisk tre har kun to forgreiner på hver delnode i treet, slik som demonstrert på bildet under. Den mest «primitive» arten kommer ut nederst i treet, og forgreiningene fortsetter videre i treet til man kommer til de mest “avanserte” artene. Fylogenetiske analyser er en viktig del av biologien, og brukes hyppig i vitenskapelige artikler.

Figuren viser slektskapet til menneskeapene. Et perfekt oppløst tre; ved at det har kun to forgreininger på hver oppdeling.

Oldschool er in

Siden DNA ikke er bevart i eldgamle fossiler, må man bruke metoder som ble utviklet før DNA ble oppdaget. Da bruker man forskjeller i utseendet på knoklene og tennene til dyrene for å lage slektskapstrær. Man setter opp en liste av anatomiske trekk, og deretter noterer  man seg hvilke arter som har eller mangler de utvalgte trekkene ved å sette opp en datamatrise. En vanlig måte å beskrive om arten har et trekk eller ikke, er å sette inn tallet «0» i datamatrisen hvis arten mangler trekket, og tallet «1» om arten har trekket. Hvis de delene av skjelettet som trekket er på, ikke er funnet hos den spesifikke arten må man sette «?», for manglende data.  At deler av skjelettet mangler, er et typisk problem innenfor vertebrat paleontologi. Sjansen for at et dyr skal bli et fossil og deretter bli utgravd av forskere er omtrent like stor som sannsynligheten for å vinne i lotto flere ganger på rad. Dyret må først begraves raskt slik at det ikke blir spist eller nedbrutt av bakterier for å kunne bli et fossil, så må steinlagene fossilet finnes i komme til overflaten igjen, og til slutt må det bli funnet og utgravd før det blir erodert bort av vær og vann.

Av slike grunner er det sjelden at hele dyret er bevart, og dermed mangler en god del data for en fylogenetisk analyse.

Paleontologisk Tetris

I masteroppgaven min har jeg kjørt en fylogenetisk analyse på anatomisk utseende til en familie av fiskeøgler kalt Ophthalmosauridene. Dette har jeg gjort for å se hvilke arter i denne familien som mitt fossil ligner mest på, noe som er enklere sagt enn gjort. Hovedrota til problemene er at mange av artene i analysen mangler en god del data. De aller fleste av fiskeøglene i denne familien er beskrevet ut i fra ett enkelt eksemplar, og ingen av dem er fullstendige skjeletter. Av den grunn er det mye manglende data i datamatrisen jeg satte opp for å kjøre analysen. Man kan se dette tydelig på bildet under; skikkelig paleontologisk Tetris.

Ufullstendige data gir ikke gode resultater, noe jeg raskt fant ut etter å ha kjørt analysen.

Treet kollapser fullstendig og består kun av polytomier, hvilket ikke gir noen informasjon. Polytomier er når treet har flere enn to forgreiner på et sted, noe som vanligvis forårsakes av manglende data.  Eneste mulighet man har for å forbedre resultatene er å fjerne arter eller taxa som mangler mye data fra matrisen . Dette er heller ikke optimalt, men en nødvendighet for å få noe «nyttig» ut av arbeidet.

Figuren viser hva som skjer med et datasett som mangler mye data.

 

En klype salt eller to

At analysen bunner ut i en busk istedenfor et pent tre skjer dessverre ikke kun fiskeøglene mine, men også de aller fleste dyregrupper som kun finnes som fossiler. Dinosaurer er et fantastisk eksempel på dette problemet: Det er vanlig å få forskjellige resultater ut i fra hva slags anatomisk trekk som er brukt, og hvilke arter som tas med. I en del amerikanske paleontologiske tidsskrifter må man vanligvis ha med en fylogenetisk analyse for å kunne publisere artikkelen. Personlig syns jeg dette er feil, spesielt hvis man ikke har nok data på den aktuelle gruppen. Et slikt “fikset” tre kan gi meningsløse og villedende resultater. Fylogenetiske analyser er ikke og blir sannsynligvis aldri perfekte på fossile grupper, men de kan gi gode indikasjoner på slektskap. Disse analysene burde alltid tas med en klype salt.