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Die Phylogenetik rekonstruiert die Stammesgeschichte der Lebewesen durch die Analyse von Verwandtschaftsbeziehungen und stellt diese in hierarchischen Stammbäumen dar. Sie unterscheidet sich von der Ontogenese und ordnet alle Lebensformen in die drei Domänen Eukaryoten, Eubakterien und Archaea ein.
Der Begriff Phylogenetik (von griechisch 'phylon' = Stamm und 'genea' = Entstehung) beschäftigt sich mit der Erforschung der evolutionären Verwandtschaft zwischen verschiedenen Gruppen von Organismen (Phylogenese). Davon abzugrenzen ist die Ontogenese, die die Entwicklung eines einzelnen Individuums beschreibt. Ziel der Phylogenetik ist es, den 'Baum des Lebens' zu rekonstruieren, indem sie zeigt, welche Arten wann einen gemeinsamen Vorfahren hatten.
Ein zentrales Werkzeug ist das Kladogramm, eine grafische Darstellung der Verwandtschaftsverhältnisse. Jeder Verzweigungspunkt (Knoten) symbolisiert den letzten gemeinsamen Vorfahren der darauf folgenden Linien. Je näher zwei Arten an einem gemeinsamen Knoten liegen, desto enger sind sie miteinander verwandt.
In der modernen Systematik strebt man nach monophyletischen Gruppen (Monophylum). Ein Monophylum umfasst einen gemeinsamen Vorfahren und *alle* seine Nachkommen. Man kann es sich wie einen Zweig vorstellen, den man mit einem einzigen Schnitt vom Baum entfernen kann, ohne dass Teile davon übrig bleiben oder fremde Äste mit abgeschnitten werden.
Im Gegensatz dazu steht die paraphyletische Gruppe. Diese enthält zwar den gemeinsamen Vorfahren, aber nicht alle seine Nachkommen. Ein bekanntes Beispiel sind die 'Reptilien' im klassischen Sinne, da sie die Vögel ausschließen, obwohl diese direkt von Dinosauriern abstammen. Eine polyphyletische Gruppe hingegen vereint Arten, die keinen unmittelbar gemeinsamen Vorfahren haben, oft aufgrund fälschlich angenommener Ähnlichkeiten.
Um Verwandtschaft nachzuweisen, unterscheidet man zwischen Homologie und Analogie. Homologe Merkmale haben denselben evolutionären Ursprung (z. B. der Knochenbau der Vordergliedmaßen bei Mensch und Wal), auch wenn sie heute unterschiedliche Funktionen erfüllen. Man nutzt drei Kriterien für Homologie: die Lage im Gefügesystem, die spezifische Qualität der Strukturen und die Stetigkeit (Entwicklung über Zwischenformen).
Analoge Merkmale hingegen entstehen durch Konvergenz. Das bedeutet, dass sich verschiedene Arten unabhängig voneinander an ähnliche Umweltbedingungen angepasst haben. Die Flügel von Insekten und Vögeln sind analog: Sie dienen beide dem Fliegen, haben aber keinen gemeinsamen anatomischen Ursprung. Solche Merkmale dürfen nicht für die Bestimmung von Verwandtschaft genutzt werden.
Heutzutage nutzt die Phylogenetik verstärkt die molekulare Uhr. Da Mutationen in bestimmten DNA-Abschnitten über lange Zeiträume mit einer relativ konstanten Rate auftreten, kann man durch den Vergleich von DNA-Sequenzen berechnen, vor wie vielen Millionen Jahren sich zwei Linien voneinander getrennt haben.
Nach moderner Erkenntnis werden alle Lebewesen stammesgeschichtlich in drei große Domänen eingeteilt: Eukaryoten (mit Zellkern) sowie die beiden prokaryotischen Gruppen der Eubakterien (echte Bakterien) und Archaea (Archaebakterien, Urbakterien). Die genauen Verwandtschaftsverhältnisse dieser Domänen sind noch nicht sicher geklärt. Die Taxonomie ordnet jedes Lebewesen gemäß einer festen Hierarchie ein: Domäne → Reich → Unterreich → Abteilung/Stamm → Unterabteilung → Klasse → Unterklasse → Ordnung → Unterordnung → Familie → Unterfamilie → Gattung → Spezies. Je niedriger die gemeinsame taxonomische Ebene, desto näher die Verwandtschaft. Beispiel: Der Mensch (Homo sapiens) gehört zur Familie der Menschenaffen, der Schimpanse zur selben Familie, jedoch einer anderen Gattung.
Die Domäne der Eukaryoten umfasst Tiere, Pilze, Pflanzen sowie Einzeller wie Amöben und Hefen und auch Krankheitserreger wie die Erreger von Malaria und Schlafkrankheit. Der Mensch wird innerhalb der Eukaryoten der Gruppe der Opisthokonta zugeordnet. Molekulargenetische Vergleiche zeigen, dass die ribosomale RNA der Eukaryoten enger mit den Archaea verwandt ist, während andere Gene eine nähere Verwandtschaft zu den Eubakterien nahelegen. Eubakterien sind die uns aus Alltag und Medizin vertrauten Bakterien – sowohl nützliche Besiedler als auch Krankheitserreger. Sie sind gemeinsam mit den Archaea die ältesten Lebewesen. Archaea bewohnen oft extreme Lebensräume (heiße Quellen, Vulkane) mit hohen Temperaturen, Drücken, extremen pH-Werten oder Salzkonzentrationen, kommen jedoch auch in Darm und Zahnflora vor. Im Gegensatz zu Eubakterien sind sie nicht krankheitserregend und unterscheiden sich im Aufbau von Zellwand und Plasmamembran.
