分子进化与系统树

为什么是这样

生物在进化中不断分支，这种由共同祖先分化而来的亲缘关系叫系统（系統），画成树状就是系统树（系統樹）。分类（分類）按系统把生物归组，从小到大是种、属、科、目、纲、门、界，最上层是域（ドメイン）。种是基本单位，一般指能相互交配并产生有生殖能力后代的个体群。每个种有一个国际通用的学名，按二名法用拉丁文写成「属名＋种小名」，例如人是 Homo sapiens。

传统的系统树按形态来画，依据的是起源相同的结构，即同源器官（相同器官）：人的手臂、鲸的胸鳍、鸟的翅膀骨骼排列一致。但不同类群适应相似环境时会出现外形相似、起源不同的相似器官（相似器官），如鸟翼与昆虫的翅，单看外形可能分错组。DNA 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列也会因突变而逐渐改变，这叫分子进化（分子進化）。分开越久差异越多，据此画出的是分子系统树，它对形态特征很少的细菌同样适用。

如果某个分子上的置换在长时间里大致以恒定速度积累，差异数就像时钟一样记录分歧时间，这叫分子钟（分子時計）。速度因分子和部位而异：对功能影响小的部位（如许多不改变氨基酸的密码子第三位置换）变化快，功能上要紧的部位变化慢，因为改变它的突变多数被淘汰。比较远缘生物选变化慢的分子，比较近缘生物选变化快的。

定量表达

分子钟的用法是一个正比关系：已知一对物种的分歧时间 T₁ 和差异数 d₁，另一对的差异数为 d₂，则 T₂=T₁×d₂⁄d₁。注意差异数是两条谱系各自积累之和；若要求「每条谱系每年的置换速度」，要先把差异数除以 2 再除以时间。

脊椎动物的系统树可以用几个关键特征逐级切开：没有颌的圆口类（ヤツメウナギ等）最先分出；有颌的鱼类再分为软骨鱼类与硬骨鱼类；具有四肢的四足动物起源于硬骨鱼类中的一支，两栖类是其中最早分出的；爬行类、鸟类、哺乳类共同具有羊膜卵，胚胎在羊膜包裹的水环境中发育，因而能在陆地上产卵。某个分叉点新获得的特征，在它下游的所有类群中都能找到。分子系统树大体支持这一结果，并显示鸟类与鳄类亲缘最近。