ต้นไม้สายวิวัฒนาการทำได้ง่าย
คู่มือวิธีการสำหรับนักชีววิทยาระดับโมเลกุล
Barry G. Hall
ซีเนาเออร์: 2001. 192 หน้า. 24.95 ดอลลาร์, 18.99 ปอนด์ (pbk)
เมื่อ เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์10 กว่าปีที่แล้ว เมื่อผมเข้าสู่สนามสายวิวัฒนาการด้วยตัวเอง การสร้างต้นไม้วิวัฒนาการมักเป็นงานที่น่ากลัว ในยุคนั้น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น มีโปรแกรมไม่กี่โปรแกรมสำหรับสร้างต้นไม้ และต้องใช้เวลาสองหรือสามวันในการเล่นซอกับไม้บรรทัด หมึกจีน และเครื่องพิมพ์ดีดเพื่อสร้างต้นไม้ที่เผยแพร่ได้น้อยกว่า 100 ลำดับ มีการเปลี่ยนแปลงมากมายตั้งแต่นั้นมา — ปัจจุบันมีเครื่องมือซอฟต์แวร์ประมาณ 200 ชนิดที่พร้อมใช้เพื่อสร้างและวาดต้นไม้ อย่างไรก็ตาม เราต้องรอเป็นเวลานานสำหรับหนังสือแบบนี้ ในขณะที่หนังสือหรือหนังสือบทอื่นๆ จำนวนมากมุ่งเน้นไปที่แง่มุมทางทฤษฎีของวิธีการหรือเทคนิคบางอย่าง สำหรับความรู้ของฉัน Barry Hall’s เป็นหนังสือเล่มแรกที่อธิบายทีละขั้นตอนถึงวิธีการสร้างต้นไม้
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจำเป็นต้องมีหนังสือ ‘กวดวิชา’ สำหรับผู้ใช้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ การก่อสร้างต้นไม้เป็นธุรกิจที่ซับซ้อน และสำหรับผู้ที่ไม่มีประสบการณ์ในเรื่องนี้ การอนุมานเกี่ยวกับสายวิวัฒนาการอาจสร้างความผิดหวังได้อย่างมาก และการเลือกโปรแกรมและตัวเลือกต่างๆ ทำให้เกิดความสับสน การก่อสร้างต้นไม้เป็นเวลานาน ส่วนใหญ่เป็นธุรกิจของนักชีววิทยาที่ศึกษาความสัมพันธ์วิวัฒนาการระหว่างสิ่งมีชีวิต ในยุคของจีโนมเปรียบเทียบ การวิเคราะห์เชิงวิวัฒนาการมีความสำคัญในการวิจัยใหม่ๆ มากมาย Phylogenies ใช้เพื่ออนุมานความสัมพันธ์ – เกิดขึ้นจากทั้ง speciation และ duplication – ระหว่างยีนในตระกูลยีนขนาดใหญ่ในสายพันธุ์ต่างๆ Phylogenomics หมายถึงระเบียบวินัยที่พยายามปรับปรุงการทำนายการทำงานสำหรับยีนที่ไม่มีลักษณะเฉพาะโดยการวางฟังก์ชันที่เป็นที่รู้จักของยีนไว้บนต้นไม้วิวัฒนาการที่มี homologues ทั้งหมด หน้าที่ของยีนที่ไม่มีลักษณะเฉพาะจะถูกทำนายโดยตำแหน่งสายวิวัฒนาการที่สัมพันธ์กับยีนที่มีลักษณะเฉพาะ มีการใช้หลักการสายวิวัฒนาการมากขึ้นเรื่อยๆ ในการตีความ และวันที่ การทำซ้ำของยีนและจีโนม
โดยทั่วไป มีวิธีการหลักสามวิธีในการอนุมานต้นไม้สายวิวัฒนาการ: parsimony สูงสุด วิธีระยะทางเป็นคู่ และโอกาสสูงสุด parsimony สูงสุดจะสร้างสถานะของลักษณะของบรรพบุรุษขึ้นใหม่ (นิวคลีโอไทด์หรือกรดอะมิโน) ที่จุดแตกแขนงของต้นไม้ และ ‘เลือก’ โทโพโลยีที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดเพื่ออธิบายลำดับที่ปลายต้นไม้ วิธีคำนวณระยะทางสำหรับลำดับทุกคู่ ระยะห่างทางพันธุกรรม — เศษส่วนของไซต์ที่แตกต่างกันระหว่างสองลำดับ แก้ไขสำหรับการแทนที่หลายตัว ต้นไม้จะถูกอนุมานโดยพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างค่าระยะทางเหล่านี้ วิธีความเป็นไปได้สูงสุดคือวิธีการทางสถิติที่พยายามค้นหาโทโพโลยีแบบต้นไม้ที่เพิ่มความน่าจะเป็นสูงสุดในการสังเกตข้อมูล โดยเป็นลำดับที่ปลายต้นไม้อีกครั้ง เช่นเดียวกับวิธีการทางไกล วิธีความน่าจะเป็นขึ้นอยู่กับแบบจำลองวิวัฒนาการที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน แบบจำลองนี้ใช้เพื่อคำนวณความน่าจะเป็นหรือความน่าจะเป็นของการมีสถานะของบรรพบุรุษที่จุดแยกในสายวิวัฒนาการที่กำหนด
เมื่อเร็ว ๆ นี้ เป็นแนวทางที่สี่
การอนุมานแบบเบย์ได้ถูกนำไปใช้กับการสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการ ซึ่งแตกต่างจากความเป็นไปได้สูงสุดที่มันขึ้นอยู่กับ ‘ความน่าจะเป็นภายหลัง’ ความน่าจะเป็นส่วนหลังของต้นไม้ขึ้นอยู่กับความน่าจะเป็นร่วมของต้นไม้ ความยาวของกิ่งและรูปแบบของการแทนที่ และถูกประมาณโดยการสุ่มตัวอย่างจากการกระจายความน่าจะเป็นส่วนหลังทั้งหมด (ที่เรียกว่า ‘พื้นที่ต้นไม้’ หรือการรวบรวมต้นไม้ที่เป็นไปได้ทั้งหมด โทโพโลยี) การอนุมานสายวิวัฒนาการแบบเบย์นั้นได้รับความนิยมอย่างรวดเร็ว ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความเป็นไปได้ที่จะรวมข้อมูลก่อนหน้า เช่น ต้นกำเนิดเดียวของกลุ่มลำดับ และเห็นได้ชัดว่าเป็นวิธีที่ฮอลล์ชอบ
Hall อธิบายวิธีสร้างต้นไม้จากการจัดแนวของลำดับโดยใช้วิธีการที่แตกต่างกันทั้งสี่นี้ แผนผังที่เผยแพร่ได้จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ชุดซอฟต์แวร์ยอดนิยมที่มีให้ใช้งาน เช่น PAUP* และ TREE-PUZZLE ในลักษณะทีละขั้นตอน
หนังสือเล่มนี้ได้จุดแข็งมาจากตัวอย่างที่ชัดเจน (ซึ่งมีชุดข้อมูลอยู่บนอินเทอร์เน็ต) โดยใช้ซอฟต์แวร์ และนี่อาจเป็นข้อเสียที่สำคัญเช่นกัน ในขณะที่ PAUP* พร้อมใช้งานสำหรับพีซี และเวอร์ชัน Windows ทำงานเป็นแอปพลิเคชัน ‘GUI’ ตัวเลือกส่วนใหญ่ไม่เหมือนกับเวอร์ชัน Macintosh ที่ขับเคลื่อนด้วยบรรทัดคำสั่ง สำหรับผู้ที่ซื้อหนังสือแต่มีพีซี การทำเช่นนี้อาจสร้างความหงุดหงิดใจได้บ้าง เนื่องจากขั้นตอนทีละขั้นตอนที่แสดงโดยการแสดงตัวเลือกเมนูและการเลือกต่างๆ จะทำได้ยากในสภาพแวดล้อมที่ขับเคลื่อนด้วยบรรทัดคำสั่ง หนังสือเล่มนี้อาจได้รับประโยชน์จากการรวมคำสั่งที่เกี่ยวข้องสำหรับเวอร์ชันพีซี ในด้านบวก ฮอลล์อภิปรายในรายละเอียดในแง่มุมที่อาจดูเหมือนเล็กน้อย แต่มักจะไม่เป็นเช่นนั้น เช่น การหยั่งรากและการนำเสนอของต้นไม้ นอกจากนี้,
สำหรับนักชีววิทยาหลายคน ไม่มีอะไรน่าตื่นเต้นไปกว่าการได้เห็นลำดับขั้นในต้นไม้สายวิวัฒนาการหลังจากสัปดาห์หรือหลายเดือนของการทำงานหนักในห้องทดลอง คู่มือเล่มนี้ช่วยให้นักเรียนและนักวิจัยกังวลที่จะเริ่มสร้างต้นไม้เพื่อให้งานเสร็จภายในไม่กี่นาที และจะได้รับการชื่นชมอย่างสูงอย่างไม่ต้องสงสัย สามเณรสายวิวัฒนาการต่างจากผู้บุกเบิกในปัจจุบัน สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ ซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมได้โดยตรง และตอนนี้แม้แต่คู่มือการสอนที่สามารถเริ่มต้นพวกเขาในสาขาชีววิทยาที่สำคัญนี้ได้เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์
