Gemeenschappelijke voorouders en fylogenetische bomen

Een hagedis lijkt meer op een kikker dan op een muis, maar in de stamboom van de gewervelde dieren zijn de hagedis en de muis de naaste verwanten.

Dezelfde botten, andere taken

De arm van een mens, de voorpoot van een hond, de vleugel van een vogel en de vin van een walvis doen heel verschillende dingen, en toch zijn ze opgebouwd uit dezelfde botten in dezelfde volgorde. Biologen noemen zulke delen homologe structuren: ze lijken op elkaar omdat de dieren ze van een gemeenschappelijke voorouder hebben geërfd, en de evolutie heeft hun vorm en grootte sindsdien veranderd. Sommige structuren lijken helemaal geen nut te hebben, zoals de vleugels van vogels die niet kunnen vliegen of de kleine botjes van de achterpoten bij walvissen. Deze rudimentaire structuren zijn overblijfselen van voorouders bij wie ze wel werkten.

Gelijkend betekent niet altijd verwant. Insecten en vleermuizen vliegen allebei met vleugels, maar die vleugels groeiden uit totaal verschillende beginstukken. Kenmerken zoals deze, die los van elkaar ontstaan in niet-verwante groepen omdat ze voor vergelijkbare problemen staan, zijn analoge structuren, en het proces heet convergente evolutie. De witte wintervacht van de poolvos en het witte winterkleed van de sneeuwhoen zijn een ander geval: beide zijn onzichtbaar in de sneeuw, maar niet omdat ze een recente voorouder delen.

Ander bewijs wijst dezelfde kant op. Embryo’s van gewervelde dieren, ook menselijke, hebben in een vroeg stadium kieuwbogen en een staart. Bij mensen dragen deze bogen bij aan structuren van hoofd en hals, niet aan werkende kieuwen. Alle levende wezens gebruiken DNA met vrijwel dezelfde genetische code, wat je zou verwachten als alle leven één voorouder deelt, en hoe nauwer twee groepen verwant zijn, hoe meer hun DNA-sequenties op elkaar lijken. De plaatsen waar dieren leven passen ook: groepen die evolueerden voordat het supercontinent Pangea ongeveer 200 miljoen jaar geleden uiteenviel, komen wereldwijd voor, terwijl Australië, lang geïsoleerd, vol zit met buideldieren die nergens anders voorkomen.

Hoe je een boom leest

Een fylogenetische boom is een diagram van wie met wie verwant is. Darwin schetste er in 1837 een in een notitieboek, en een vertakkend diagram is de enige afbeelding in On the Origin of Species. In een gewortelde stamboom staat de wortel, links in het lab hieronder, voor de voorouder van alles op de boom. Elk splitsingspunt is een lijn die in tweeën splitst. De namen aan de uiteinden zijn levende groepen. Twee groepen die van hetzelfde splitsingspunt komen, zijn zustertaxa, en een groep die dicht bij de wortel aftakt en alleen blijft, is een basaal taxon. Een splitsingspunt met meer dan twee takken, een polytomie, betekent dat de volgorde van de splitsingen nog niet bekend is.

Om te zien hoe nauw twee groepen verwant zijn, volg je beide terug naar de wortel tot de paden samenkomen. Dat samenkomstpunt is hun meest recente gemeenschappelijke voorouder. Hoe recenter die is, hoe nauwer de verwantschap. Drie gewoonten zetten mensen op het verkeerde been. De volgorde van de namen aan de uiteinden betekent niets, want een splitsingspunt kan als een mobile worden gedraaid zonder te veranderen wie met wie verwant is. Tenzij de boom het zegt, geeft de lengte van een tak geen tijd aan. En geen enkele levende groep op een boom is de voorouder van een andere; zustergroepen delen een voorouder, en geen van beide bracht de ander voort.

In de boom hierboven komen de hagedis en de muis samen bij het splitsingspunt dat is gemarkeerd door het amniotische ei, een ei met vliezen waarin het embryo zich op het droge kan ontwikkelen. De kikker takt eerder af, dus is een verder verwante van beide, ook al lijken kikkers en hagedissen voor ons op elkaar. Krokodillen en vogels komen samen bij een eigen splitsingspunt, waardoor ze elkaars naaste levende verwanten zijn. Bomen worden opgebouwd uit fossielen, anatomie en steeds vaker DNA, en het zijn hypothesen die worden herzien als er nieuwe gegevens komen. Een herziening verbaasde veel mensen: het nijlpaard lijkt meer op een varken, maar het is mogelijk de naaste levende verwant van de walvissen.