81分子系统发生与系统发生树 811分子系统发生分析 系统发生学是进化生物学的一个重要研究领域,系统发生分析早在达尔文时代就已经开 始。从那时起,科学家们就开始寻找物种的源头,分析物种之间的进化关系,给各个物种分 门别类。经典系统发生学研究所涉及的特征主要是生物表型( phenotype).特征,所谓的表型特 征主要指形态学的(结构的)特征,如生物体的大小、颜色、触角个数,也包括某些生理的 生化的以及行为习性的特征。通过表型比较来推断生物体的基因型( genotype),研究物种之 间的进化关系。但是,利用表型特征是有局限性的。有时候关系很远的物种也能进化出相似 的表型,这是由称为趋同进化( convergent evolution)的过程造成的。例如,如果一个生物学 家按照生物体是否有眼睛来构建进化树,那么他可能将人类、两翼昆虫和软体动物放在同- 个进化组中,因为它们都有光探测器官。在这个例子中,很明显这三种生物体并不具有密切 的关系,在其它特征上有天壤之别,就是它们眼睛的构造也大相径庭。这说明表型有时候会 误导我们,表型相似并不总是反映基因相似。用表型来判定进化关系的另一个问题是,对于 许多生物体很难检测到可用来进行比较的表型特征。例如,即使用显微镜检査,也难以发现 细菌的明显特性。当我们试图比较关系较远的生物体的时候,第三个问题又出现了,即什么 样的表型特征能用来比较呢?例如,分析细菌、蠕虫和哺乳动物,它们之间的共同特征实在 是少之又少。 随着人们对生物的认识从宏观发展到微观,科学家对物种分类的依据也从宏观上的形态 发展到了微观上的分子,并且有了突破性的进展,系统发生分析进入分子层次。科学家认为, 现今世界上存在的核酸和蛋白质分子都是从共同的祖先经过不断的进化而形成的,作为生物 遗传物质的核酸和作为生命机器的蛋白质分子中存在着关于生物进化的信息,可用于系统发 生关系的研究。在分子水平上进行分析具有许多表型分析所没有的优势,所得到的结果更加 科学、可靠。分子系统发生分析直接利用从核酸序列或蛋白质分子提取的信息,作为物种的 特征,通过比较生物分子序列,分析序列之间的关系,构造系统发生树,进而阐明各个物种 的进化关系。当然,这些分子不仅在序列上保留进化的痕迹,它们的结构也保留着进化的痕 在分子水平上研究生物之间的关系早在20世纪初就开始了。科学家发现,当把一个生 物体的血液注射到另一个测试生物体中时,产生免疫反应的程度与这两个生物体的进化关系8.1 分子系统发生与系统发生树 8.1.1 分子系统发生分析 系统发生学是进化生物学的一个重要研究领域，系统发生分析早在达尔文时代就已经开 始。从那时起，科学家们就开始寻找物种的源头，分析物种之间的进化关系，给各个物种分 门别类。经典系统发生学研究所涉及的特征主要是生物表型(phenotype)特征，所谓的表型特 征主要指形态学的（结构的）特征，如生物体的大小、颜色、触角个数，也包括某些生理的、 生化的以及行为习性的特征。通过表型比较来推断生物体的基因型(genotype)，研究物种之 间的进化关系。但是，利用表型特征是有局限性的。有时候关系很远的物种也能进化出相似 的表型，这是由称为趋同进化(convergent evolution)的过程造成的。例如，如果一个生物学 家按照生物体是否有眼睛来构建进化树，那么他可能将人类、两翼昆虫和软体动物放在同一 个进化组中，因为它们都有光探测器官。在这个例子中，很明显这三种生物体并不具有密切 的关系，在其它特征上有天壤之别，就是它们眼睛的构造也大相径庭。这说明表型有时候会 误导我们，表型相似并不总是反映基因相似。用表型来判定进化关系的另一个问题是，对于 许多生物体很难检测到可用来进行比较的表型特征。例如，即使用显微镜检查，也难以发现 细菌的明显特性。当我们试图比较关系较远的生物体的时候，第三个问题又出现了，即什么 样的表型特征能用来比较呢？例如，分析细菌、蠕虫和哺乳动物，它们之间的共同特征实在 是少之又少。 随着人们对生物的认识从宏观发展到微观，科学家对物种分类的依据也从宏观上的形态 发展到了微观上的分子，并且有了突破性的进展，系统发生分析进入分子层次。科学家认为， 现今世界上存在的核酸和蛋白质分子都是从共同的祖先经过不断的进化而形成的，作为生物 遗传物质的核酸和作为生命机器的蛋白质分子中存在着关于生物进化的信息，可用于系统发 生关系的研究。在分子水平上进行分析具有许多表型分析所没有的优势，所得到的结果更加 科学、可靠。分子系统发生分析直接利用从核酸序列或蛋白质分子提取的信息，作为物种的 特征，通过比较生物分子序列，分析序列之间的关系，构造系统发生树，进而阐明各个物种 的进化关系。当然，这些分子不仅在序列上保留进化的痕迹，它们的结构也保留着进化的痕 迹。 在分子水平上研究生物之间的关系早在 20 世纪初就开始了。科学家发现，当把一个生 物体的血液注射到另一个测试生物体中时，产生免疫反应的程度与这两个生物体的进化关系