Dauer der Aktivität: 30 Minuten
Altersempfehlung: ab 15 Jahren
Paleogenomics
Dinohähnchen
– Jetzt sind Sie dran
Es liegt an Ihnen, herauszufinden, was aus den Nachkommen der Dinosaurier geworden ist!
Hintergrund
Der Zweck dieser Aktivität ist es, die Daten und wissenschaftlichen Ansätze zu entdecken, die verwendet wurden, um die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den Dinosauriern und den heutigen Vögeln zu untersuchen.
Aktivität 1
Um den Verwandtschaftsgrad zu bestimmen, suchen Biologen danach, was Arten gemeinsam haben, aber auch, was sie unterscheidet. Dazu nutzen sie morphologische Daten (zum Beispiel die Form der Knochen) oder molekulare Daten (DNA oder Protein).
Das Protein Kollagen kommt in den Knochen aller Wirbeltiere vor. Es wurde in versteinerten Knochen von Brachylophosaurus canadensis und Tyrannosaurus rex gefunden, zwei Dinosaurierarten, die vor etwa 80 bzw. 68 Millionen Jahren ausgestorben sind.
Aber wie bei allen Proteinen gibt es kleine Unterschiede zwischen den Sequenzen verschiedener Arten. Diese Unterschiede sind eine wahre Goldgrube für die Untersuchung der Evolution und der Verwandtschaftsbeziehungen, die zwischen den verschiedenen Arten bestehen.
Jetzt sind Sie dran
Hier ist die Aminosäuresequenz von Kollagen verschiedener Arten.
>Brachylophosaurus canadensis GATGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPSGAPGPKGSAGPPGATGFPGAAGRGETGPAGPAGP >Tyranosaurus rex GATGAPGIAGAPGFPGARGAPGPQGPSGAPGPKGSAGPPGATGFPGAAGRGVQGPPGPQGP >Python bivittatus GSTGSPGIAGAPGFPGARGPAGPQGPSGAPGPKGNSGEPGAPGNKGDAGAGEPGPVGVQGP >Coturnix japonica (Japanese quail) GATGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPSGAPGPKGNSGEPGAPGNKGDTGAGEPGPAGVQGP >Gallus gallus (Huhn) GATGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPSGAPGPKGNSGEPGAPGNKGDTGAGEPGPAGVQGP >Alligator sinensis GATGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPSGAPGPKGNSGEPGAQGNKGDTGAGVQGPPGPAGE
Achten Sie auf die Anzahl der Unterschiede zwischen der Kollagensequenz von Brachylophosaurus canadensis und der Kollagensequenz anderer Arten.
Sie können dies manuell tun oder das Computerprogramm SIM – Alignment Tool for protein sequences
Füllen Sie die Tabelle aus und überprüfen Sie Ihre Ergebnisse.
| Spezies | Anzahl der Unterschiede |
|---|---|
| Brachylophosaurus canadensis | 0 |
| Tyranosaurus rex | |
| Python bivittatus | |
| Coturnix japonica (Japanese quail) | |
| Gallus gallus (Huhn) | |
| Alligator sinensis |
Aktivität 2
Der Prozess ist etwas langwierig, aber das ist noch nicht alles: einige Sequenzänderungen haben mehr biologische Auswirkungen als andere. Ein bisschen wie in einem Text: manche Rechtschreibfehler ändern die Bedeutung, andere nicht!
Aus diesem Grund verwenden Bioinformatikprogramme, die Sequenzen vergleichen, eine „Substitutionsmatrix“, um den Alignment-Score zu berechnen, wie z. B. die BLOSUM62-Matrix.
Diese Substitutionsmatrizen weisen jedem Aminosäurepaar einen Wert zu (zum Beispiel: A-A: 4; G-G: 6; A-R: – 1). Die Addition dieser Werte ermöglicht es, für jede paarweise Aufreihung zweier Sequenzen (ein sogenanntes Alignment) eine Punktzahl (englisch: Score) zu berechnen.
BLOSUM62
Im Allgemeinen basiert der Substitutionswert auf dem Ähnlichkeitsgrad der beiden Aminosäuren. Wenn sie sehr ähnlich sind (in Bezug auf Form und physikalisch-chemische Eigenschaften), erhält das Aminosäurepaar eine hohe Punktzahl. Wenn die Aminosäuren sehr unterschiedlich sind, erhält das Aminosäurepaar eine niedrige Punktzahl.
Hier ist die Tabelle mit den unter Verwendung der BLOSUM62-Matrix berechneten Scores, die die Kollagensequenz von Brachylophosaurus canadensis mit der Kollagensequenz anderer Arten vergleicht.
Um diese paarweisen Alignment-Punktzahlen (Scores) zu verifizieren, können Sie das Programm SIM – Alignment Tool for protein sequences verwenden. Abhängig von den gewählten Programmen und Einstellungen können die Ergebnisse unterschiedlich sein.
| Spezies | Anzahl der Unterschiede | Punktzahl |
|---|---|---|
| Brachylophosaurus canadensis | 0 | 340 |
| Tyranosaurus rex | 6 | 304 |
| Python bivittatus | 15 | 258 |
| Coturnix japonica (Japanese quail) | 12 | 267 |
| Gallus gallus (Huhn) | 12 | 267 |
| Alligator sinensis | 13 | 262 |
Jetzt sind Sie dran
Wer hat mit wem einen gemeinsamen Vorfahren?
Je ähnlicher die Proteine zweier Arten sind, desto jünger ist ihr gemeinsamer Vorfahre. Ordnen Sie die verschiedenen Arten in Abhängigkeit von den in der obigen Tabelle enthaltenen Daten (Punktzahlen) dem Stammbaum unten zu.
| Brachylophosaurus canadensis | |
| Python bivittatus | |
| Coturnix japonica (Japanese quail) | |
| Alligator sinensis | |
| Gallus gallus (Huhn) | |
| Tyranosaurus rex |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
Durch diese Vorgehensweise und aufwändige statistische Analysen mit Kollagensequenzen von mehr als 30 verschiedenen Arten konnte festgestellt werden, dass Dinosaurier die nächsten Verwandten der Vögel sind.
Die Dinosaurier sind also nicht alle ausgestorben: Eine kleine Gruppe überlebte, darunter die „Vogel“-Dinosaurier, die Vorfahren der Vögel.
Diese Ergebnisse bestätigen die Vorhersagen, die aus den anatomischen Vergleichen der Skelette gemacht wurden. Es ist jedoch der erste molekulare (genetische) Beweis für die evolutionäre Verbindung zwischen modernen Vögeln und Dinosauriern.
