Phylogenetischer Stammbaum: richtig lesen

Ein Stammbaum zeigt Entwicklungslinien als Äste und Verzweigungen als Knoten. Prüfe zuerst die Zeitrichtung: Die Wurzel weist zur älteren Vergangenheit, die Spitzen zur jüngeren Zeit oder Gegenwart. Heute lebende Arten stehen meist an den Spitzen; zwei solche Arten stammen nicht unmittelbar voneinander ab. Sie teilen einen Vorfahren.

Um zwei Gruppen zu vergleichen, suche ihre Spitzen und folge beiden Ästen zur Wurzel zurück. Der erste Knoten, an dem ihre Wege zusammentreffen, steht für ihren jüngsten gemeinsamen Vorfahren. Vergleiche dessen Lage in der Verzweigungsfolge mit dem Knoten einer dritten Gruppe. Zwei Linien, die unmittelbar aus demselben Knoten hervorgehen, heißen Schwestergruppen; bei einzelnen Arten auch Schwesterarten. In einem Katzenstammbaum können Kanadaluchs und Rotluchs einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren teilen als mit anderen dort gezeigten Katzen. Dann sind sie in diesem Baum Schwesterarten.

Die grafische Reihenfolge der Spitzen ist kein Verwandtschaftsmaß. Du kannst Äste an einem Knoten drehen, ohne die Verzweigungsfolge zu ändern; auch Kanadaluchs und Rotluchs bleiben nach einer solchen Drehung Schwesterarten. Das Weglassen einer dargestellten Gruppe ändert die Beziehungen der übrigen nicht von selbst. Astlängen sind nur dann als Zeit oder Veränderung lesbar, wenn der Baum sie entsprechend kennzeichnet.

Äußere Ähnlichkeit allein reicht für eine Verwandtschaftsgruppe nicht aus. Ein ursprüngliches Merkmal war schon bei einem älteren Vorfahren vorhanden; es grenzt die untersuchte Teilgruppe für sich nicht ab. Ein abgeleitetes Merkmal entstand gegenüber diesem Zustand neu. Teilen mehrere Gruppen denselben abgeleiteten Zustand, kann er als Synapomorphie ihre gemeinsame Abstammung stützen. Eine monophyletische Gruppe umfasst einen gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachkommen.

Ob ein Zustand ursprünglich oder abgeleitet ist, hängt vom Vergleich ab. Beim Außengruppenvergleich wird eine entfernter verwandte Gruppe herangezogen, um die Merkmalszustände einzuordnen. In einer Merkmalsmatrix werden Mensch, Zauneidechse, Nilkrokodil und Storch mit dem Feuersalamander als Außengruppe verglichen. In dieser Auswahl fehlt bei den vier Erstgenannten ein aquatisches Larvenstadium; beim Feuersalamander ist es vorhanden. Der Wegfall wird hier als gemeinsames abgeleitetes Merkmal behandelt. Ein Voraugenloch war bei frühen Archosauriern vorhanden. Bei heutigen Krokodilen ist es äußerlich geschlossen, bei Vögeln blieb die Öffnung erhalten. Ein gemeinsamer abgeleiteter Zustand kann also in einer späteren Linie wieder verändert werden. Federn kennzeichnen in dieser Auswahl nur die Linie des Storchs. Entscheidend sind die Auswahl der Gruppen und die geprüften Merkmale.

Eine Baumhypothese entsteht aus ausgewählten Daten. Forschende vergleichen etwa Knochenmerkmale, Basenfolgen bestimmter Gene oder Aminosäurefolgen von Proteinen. Für eine vereinfachte kladistische Auswertung trägst du Gruppen und Merkmalszustände in eine Matrix ein. Mit einer Außengruppe schätzt du ursprüngliche und abgeleitete Zustände ein. Suche dann gemeinsame abgeleitete Merkmale und ordne damit Schwestergruppen sowie ineinander liegende monophyletische Gruppen. Prüfe schließlich, was zusätzliche Merkmale oder Gruppen an der Hypothese ändern.

Molekulare Vergleiche ausgewählter Gene oder Proteine können Hinweise auf Verwandtschaft und die relative Abfolge gemeinsamer Vorfahren geben. Ein Ergebnis betrifft zunächst die untersuchten Sequenzen. Bei widersprüchlichen Stammbäumen prüfst du weitere Gene, Merkmale und Verfahren. Jede Rekonstruktion hängt von Taxa, Daten und Methode ab; zusätzliche Belege können sie bestätigen, genauer auflösen oder verändern.

Ein Stammbaum enthält ausgewählte Informationen. Fehlt auf einem Ast eine Markierung für Merkmalsänderung, folgt daraus keine fehlende Evolution. Die Position einer Markierung zeigt meist nur eine Veränderung zwischen benachbarten Knoten und keinen genauen Zeitpunkt.

Eine Polytomie ist eine Verzweigung mit mehr als zwei Ästen. Sie kann eine noch nicht aufgelöste Beziehung anzeigen; sie beweist keine exakt gleichzeitige Aufspaltung. Ebenso ist der Baum keine Leiter zu einer „höheren“ heutigen Art. Alle heute lebenden Linien haben bis zur Gegenwart Evolution durchlaufen. Ein Pferdestammbaum kann wie eine gerade Linie zum heutigen Pferd erscheinen, wenn ausgestorbene Seitenzweige fehlen oder wenig auffallen. Die Geschichte bleibt verzweigt und ohne vorgegebenes Ziel.