In molecules we trust

Viz také:

• In molecules we trust: Turtles revisited
• In molecules we trust: morfologie potvrzuje genetickou hypotézu o polyfylii běžců ("Ratitae")

1. Úvod

    Na DML právě probíhá zajímavá debata. Je bezpečnější věřit fylogenezi zrekonstruované z molekulárních, nebo morfologických dat?

    Inspirací pro debatu byli ptáci ze skupiny "běžců" ("Ratitae"). Jason Brougham napsal na svůj blog nový článek o tinamách (jako jsem – s hrdostí konstatuji, že ještě před ním – udělal i já), který je zmínkami o této pochybné skupině doslova prošpikovaný. (Pochybné ve smyslu "pochybně monofyletické". Proti pštrosům, nanduům, emuům, kiviům a kasuárům vůbec nic nemám a neodvážil bych se poškozovat jejich dobré jméno.) Na DML mu pak bylo připomenuto, že nic takového jako "ratiti" neexistuje; to jen několik blízce příbuzných paleognátních ptáků ztratilo schopnost letu nezávisle na sobě. Tak to aspoň – a tady nechtěně prozrazuji něco, co jsem si chtěl schovat do závěrečného dílu své "ratitní" série (kde to aspoň rozeberu podrobněji) – odhalily dva největší molekulární rozbory vůbec: Hackett et al. 2008 (19 jaderných lokusů, 32 kilobází) a Harshman et al. 2008 (20 jaderných lokusů [z toho 18 shodných], 29,5 kilobází). Brougham místo toho spoléhal na morfologickou kladistickou analýzu Dyke'a a van Tuinena (2004), která odhalila (stejně jako všechny morfologické analýzy v uplynulých 30 letech před ní) "ratity" coby monofyletickou sesterskou skupinu tinam. Je ale legitimní argumentovat studií, která rozebírala několik desítek, v nejlepším případě pak několik stovek (je těžké to určit, když se autoři odvolali na nepublikovaná data) morfologických znaků, podléhajících všem možným typům selekčních tlaků, proti gigantickým "genome-wide" molekulárním analýzám?

2. Molekuly verzus morfologie v ptačí systematice 

    Opačný scénář známe: molekulární studie navrhly nějaký podivný příbuzenský vztah, kterému morfologové nevěřili. Jenže další molekulární studie se stále většími a většími datovými matricemi jej konzistentně vykrývaly znovu a znovu, a nakonec to byli morfologové, koho nové důkazy dotlačily k přiznání vlastní chyby. Nejlepším příkladem je klad Mirandornithes, zahrnující potápky (Podicipedidae) a plameňáky (Phoenicopteridae) – šokující kombinaci, kterou poprvé odhalili na základě celkem malého datasetu (kombinujícího jadernou i mitochondriální DNA) van Tuinen et al. (2001).

    Morfologové si ťukali na čelo, jelikož plameňáci byli dosud spojováni se vším možným, od dlouhokřídlých (Olson & Feduccia 1980) přes brodivé (Sibley et al. 1969) až po vrubozobé (Ericson 1997), zatímco potápky byly již od dob Fürbringera spojovány s potáplicemi (Gaviidae). Jenže molekulární důkazy rostly: Cracraft et al. (2004) našli uskupení potápky/plameňáci ve stromcích postavených na jaderných genech RAG-2 a c-myc; stromku, který oba geny kombinoval; a stromku, který kombinoval RAG-2 s mtDNA. Mayr & Clarke (2003) zjistili, že když odstraní z analýzy morfologických znaků potáplice, budou se potápky družit právě s plameňáky; a o rok později už mu analýza vyhodila topologii (potáplice, [potápky, plameňáci]), přičemž klad potápky/plameňáci byl podpořen 11 jednoznačnými synapomorfiemi (Mayr 2004). Manegold (2006) našel dvě další a Sangster (2005) popsal teď už výborně podložený klad fylogeneticky definovaným jménem Mirandornithes (= nejméně obsažný klad zahrnující taxony Phoenicopterus ruber a Podiceps cristatus).

    Někteří morfologové se s tím pochopitelně nevyrovnali. Livezey (2010) např. v překvapivě vitriolickém útoku obvinil obhájce mirandornitů z "nepodložené nadřazenosti přisuzované sekvenčním datům" – inu, neospravedlňuje ji právě fakt, že morfologie časem potvrdila molekuláru a ne naopak? Jak poznamenal Mayr (2011), Livezeyovu oblíbenou topologii potápky/potáplice nepodložila jediná genetická studie (nemluvě o tom, že ji zdiskreditovali i sami morfologové).

Shora dolů: potápka západní (Aechmophorus occidentalis); plameňák karibský (Phoenicopterus ruber) a potáplice lední (Gavia immer). Kteří dva jsou si blíže příbuzní? DNA poskytuje jasnou odpověď. Mimochodem, ne vždy platí, že morfologická hypotéza je ta intuitivní. Blízké příbuzenství člunozobce s pelikánem se např. zdá na první pohled daleko přijatelnější, než jeho blízkost čápům, jakou donedávna předpokládala morfologie. (Modifikováno - v pořadí odshora dolů - z lauraerickson.blogspot.com, zoofood.com a anchoragehomesearch.com)

    Podobný proces se opakuje velice často. Přestože o bazálním postavení paleognátů a galloanseranů (= drůbeže) věděli nejdřív morfologové, první morfologickou synapomorfii kladu Neoaves – tedy všech žijících ptáků vyjma těchto dvou skupin – se povedlo identifikovat až v roce 2007*, kdy už byl léta skvěle podložen odvozenými vlastnostmi jaderných genů (viz např. Groth & Barrowclough 1999). Dva roky poté, co Hackett et al. (2008) podložili genetickými daty existenci kladu odvozených vodních ptáků, zahrnujícího potáplice, pelikány, brodivé, tučňáky a trubkonosé (Aequornithes sensu Mayr 2011), dokázali jej Hieronymus & Witmer (2010) podložit morfologickou synapomorfií v podobě rýh na boční straně zobáku. Není třeba připomínat, že naopak morfologicky vymezená seskupení vodních ptáků, jako je např. klad (tučňáci + potáplice), žádnou molekulární podporu nezískala.

*Tou synapomorfií je ztráta penisu: viz Montgomerie & Briskie (2007), Livezey & Zusi (2007).

    Když se podíváme na kladogram, který Mayr (2011) vydává za syntézu současné morfologické a molekulární evidence (zkrátka "the best of both worlds"), vidíme v něm v podstatě čistě molekulární stromek Hackett et al. (2008), v němž byly zkolabovány uzly s nízkou podporou. Ten největší odvaz, kterého se autor dopustil, bylo rozpuštění Metaves, pochybného kladu, který se nelíbí rovněž spoustě molekulárních fylogenetiků (viz např. Morgan-Richards et al. 2008). Ve světle těchto faktů se zdá, jako by měl van Tuinen (2002) pravdu, když ve své práci nazvané Relationships of Birds – Molecules versus Morphology stroze píše, že: "[m]olecules generally make a better tool for phylogenetic inference".

3. Proč jsou molekuly lepší

    Důvodů je hned několik. Zaprvé, molekuly nejsou ovlivněny způsobem života zvířete. Příklad opět ze světa ptáků: celým 20. stoletím se jako červená nit táhne obava, že podobnosti ve stavbě zadních končetin a pánevního pletence "ratitů" jsou ve skutečnosti adaptací na jejich nelétavost, a mohly se tedy klidně vyvinout konvergentně. Všichni "běžci" je samozřejmě mohli zdědit od společného předka, jenže selekční tlaky také mohly k typické stavbě nohou dokopat každého z nich zvlášť. Je ale těžko představitelné, že by nutnost rychle běhat způsobila totožné změny v sekvencích DNA, a v případě těch nekódujících je to dokonce zhola nemožné – což je důvod, proč intronům můžeme věřit víc než exonům (Chojnowski et al. 2008). Je pravda, že existují některé oblasti morfologie, které podobné selekční tlaky zasáhnout nemusí: např. mozkovna. Je příznačné, že Elżanowski právě v mozkovně našel morfologické důkazy pro "ratití" polyfylii, ale ani na to jsme nemohli spoléhat. Znaky mozkovny sice tolik nepodléhají biomechanickým tlakům, to ale neznamená, že by nemohly být homoplastické – co hůř, vlastně u nich bude daleko obtížnější homoplazii odhalit! Jak navíc podotkl na DML David Marjanović, když za morfologickou podobností stojí neotenie (což v případě "ratitů" navrhl de Beer), pak nemůžeme věřit vůbec žádné části těla.
    Druhou výhodou je definice znaků: v molekulárním datasetu bude každý jednotlivý pár bází fylogeneticky informativním znakem. Morfologové si ale musí znaky definovat sami, a existuje opodstatněná obava, že jednoduché znaky s velkou náchylností k homoplazii přebíjí znaky komplexní, fylogeneticky informativnější (Mayr 2008). Teoretické řešení existuje: rozložit komplexní znaky na velký počet těch jednoduchých. Je např. extrémně nepravděpodobné, že by se tak složitý znak, jakým je ptačí obrysové pero, vyvinul vícekrát současně. Pokud jej ale budeme v analýze kódovat jako “Peří: chybí (0); přítomno (1)”, dost možná takový výsledek dostaneme. Řešením je rozbít komplexní apomorfii "obrysové peří" na množství dílčích znaků, z nichž každý může být přítomen nebo chybět nezávisle na ostatních (Sereno 1999). Jenže to vytváří problém, který není o nic menší: množství podobných znaků, které spolu tzv. funkčně korelují, zkresluje výsledky analýzy.
    Za třetí, jak opět podotkl Mickey Mortimer, morfolog může přizpůsobit výběr znaků své oblíbené hypotéze; genetik dost těžko. Chceme-li odhalit monofyletické "ratity", stačí položit patřičný důraz na pánev a zadní končetiny. Chceme-li maniraptorní dinosaury v polytomii s krokodýly a longiskvamou, stačí si pár znaků přimyslet, zbytek kódovat chybně a ospravedlnit to dezinterpretovanými citacemi z fyloinformatické literatury (a i tak dostanete jen jednu velkou polytomii, ale to není pointou). Analýzy D. Peterse, vykrývající pterosaury na těch nejšílenějších místech diapsidního kladogramu, a rané Serenovy analýzy s neuvěřitelně vysokými konzistenčními indexy* (viz např. Sereno et al. 1998 s CI rovným 0,98) jsou zřejmě ukázkou úplně stejného problému. Jak napsal Clark (1992) v recenzi mé oblíbené knihy,

Not surprisingly, the book again and again demonstrates that similarity lies in the eye of the beholder, and that the particular hypothesis being advocated strongly colours perceptions of morphological resemblance

Clark 1992:533

    Argumenty pro nadřazenost molekul předložili také Scotland et al. (2003). Podle nich je hlavní výhodou fylogenomiky obrovské množství dostupných znaků. Je pravda, že i největší dosud provedená morfologická analýza vůbec, týkající se shodou okolností opět žijících ptáků (Livezey & Zusi 2007), se svými 2954 znaky bledne ve srovnání s nedávným total-evidence rozborem sudokopytníků (Spaulding et al. 2009), jenž se opíral o 46 587 znaků pocházejících z 31 lokusů jaderného genomu (morfologické znaky v to nepočítaje). Na jinak obdivuhodné a bezprecedentní úsilí Livezeye a Zusiho také vrhá stín závěr Scotlanda a kolektivu, podle nějž jsou v případě morfologických dat vhodnější spíše malé než velké matrice (ideálně kombinované s množstvím dat molekulárních). Některé mimořádně nevěrohodné výsledky Livezeye a Zusiho jako by mu dávaly za pravdu (potápky/potáplice, ještě jednou), a i Mayr – paleontolog a autor několika výše citovaných morfologických analýz – v souvislosti s nimi píše:

Regarding the analysis of very large data sets, molecular data may indeed be superior to morphological ones, which are prone to unfavourable signal-to-noise ratios[.]

Mayr 2011:72

Nebo úplně totéž v jasnějším jazyku Mickeyho Mortimera, hlavního zástupce "molekulárníků" na DML:

I trust molecular data over morphological any day, since even huge analyses like Livezey and Zusi's seem doomed by convergence.

— M. Mortimer, 27.6.2011

    Pravdou je, že postup navrhovaný Scotlandem a kolektivem se zdá být ideální. I když nám může připadat, že v analýzách typu té Spauldingovy (46 587 molekulárních znaků na 661 znaků morfologických) by případný signál morfologických dat neměl žádnou šanci přebít molekulární šum, na DML citovaná total-evidence studie lepidosaurů (Wiens et al. 2010) ukázala, že to není pravda. Stačilo, aby se k bezmála 16 000 genetických znaků přidalo 363 těch fenotypických, a analýza najednou vyhodila monofyletické dvouplazy (Amphisbaenia). To je ovšem dvousečná zbraň. Měl-li pravdu John Harshman (jeden z předních systematických ornitologů; viz Harshman et al. 2008) v komentáři na TetZoo, když napsal, že dnes molekulární a total-evidence analýzy zpravidla odhalují stejné topologie, vyplývá z toho pro morfologická data docela nepříhodný závěr. Pokud morfologie nepřevrací výsledky molekulárních rozborů, přestože je toho technicky vzato schopna, neznamená to náhodou, že nám nemá k fylogenezi co říct?

    Komentáře v diskuzi, do níž přispíval Harshman, jsou vůbec velmi zajímavé. Je v ní např. zmíněna M. A. O'Leary, paleontoložka studující evoluci velryb, která obhajovala na základě total-evidence analýz příbuzenství mezi kytovci a mezonychidy ještě dlouho potom, co se molekulární analýzy jednoznačně shodly na sesterském vztahu s hrochy. V total-evidence rozboru dokázala O'Leary [2001] odkrýt 33 nejúspornějších stromů, jejichž striktním konsenzem byla polytomie mezi kytovci, mezonychidy a sudokopytníky. [Autorka potom aplikovala kritérium, podle nějž byla mezonychidní hypotéza lepší.] Jenže v tomhle případě větší váha morfologických dat vůbec nezachránila situaci; právě naopak. Geisler & Uhen [2003] zahrnuli nová data získaná z koster bazálních kytovců do čistě morfologické kladistické analýzy a  k velkému překvapení nalezli klad hroši/kytovci [nazývaný roztomilým, ale všeobecně nenáviděným jménem Whippomorpha]. Morfologie dala za pravdu molekulám, ale ne v total-evidence analýze.

4. A jsou vůbec lepší?

    Některé morfology možná víra genetiků ve větší spolehlivost molekulárních dat provokuje, jen málo z nich ale jde tak daleko, aby naopak prohlásili za spolehlivější morfologii.
    Wägele & Wetzel (1994) obhajovali právě takový pohled, jenže rok 1994 je z hlediska molekulární fylogenetiky pravěk. Analýzy desítek jaderných lokusů současně, které se provádějí dnes, byly tehdy ještě fantazií. Později se Wägele angažoval ve sporu ohledně příbuzenských vztahů prvoústých, když favorizoval tradiční, morfologickou hypotézu Articulata nad dobře podloženou molekulární hypotézou Ecdysozoa. Podřadnost genetické evidence už, je-li mi známo, explicitně nenavrhl a naopak se (neúspěšně) pokusil ukázat, že Ecdysozoa zas takovou molekulární podporu nemá.

Ve fylogenezi dvoustranně souměrných zvířat toho opravdu není moc, na čem by se fenotypové znaky a molekulára shodly. Kladogram z roku 2003 proti sobě staví jednu z nejlepších tehdy dostupných molekulárních studií a Nielsenův morfologický rozbor s ostudně malou matricí (pro plné citace obou prací viz původní studii). Nielsenovo jméno "Euarticulata" má stejný rozsah jako častější Articulata. (A) Bryozoa, (B) Parenchymia, (C) Gnathifera, (D) Schizocoelia, (E) Aiolopoda. (Zdroj: Nielsen 2003: Figure 1)

    Na první pohled by i některé pasáže z Livezeye a Zusiho (2007) mohly vyznít jako argument pro nadřazenost morfologie, důkladnější čtení ale odhalí, že autoři pouze upozorňují na to, že molekulární i morfologická data disponují vlastními sadami výhod a problémů. S tím nelze polemizovat a právě tento fakt je asi nejsilnějším argumentem pro total-evidence analýzy. Nesou-li opravdu všechen signál molekuly, zahrnutí morfologie nemůže tolik uškodit, a když už uškodí (jako v O'Leary 2001), přidání více genů, fenotypových znaků a/nebo taxonů to časem napraví (jako v Geisler & Uhen 2003).
    Jedinou ukázkou "morfologického supremacizmu", kterou znám, je nakonec studie Grehana a Schwartze (2009) o původu lidí a v ní citované dřívější články obou autorů. Autoři argumentují, že z žijících zvířat jsou nejbližšími příbuznými lidí orangutani, nikoli šimpanzi. Tím se postavili do docela těžké situace, protože zrovna genomy těchto tří taxonů jsou přečtené kompletní a nikdo z nich ještě sesterský vztah mezi lidmi a orangutany nevyčetl. Takže je něco špatně s genomy! Grehan a Schwartz nejprve podniknou ohraný útok na straw mana, když konstatují, že genetické podobnosti mohou být taky homoplastické. Odkud se bere potřeba do kouta zahnaných morfologů tohle pořád opakovat? Tvrdil někdy někdo něco jiného? A pokud ano, bylo to po roce 2000? Poté dlouze argumentují, že fylogenetickou hypotézu nám dá jen kladistická analýza, která rozlišuje mezi odvozenými (apomorfickými) a primitivními (pleziomorfickými) podobnostmi; ne fenetika, která prostě měří celkovou podobnost. V tom se s nimi nedá nijak polemizovat, mají naprostou pravdu. To jen předpoklad, že molekulární data podporující klad šimpanz/člověk nebyla nikdy analyzována kladisticky, vyznívá trochu šíleně. Recenze druhé edice Schwartzovy knihy The Red Ape o vztahu lidí a orangutanů (Schwartz 2005) na Amazonu od J. A. Ludtkeho odhaluje ještě daleko šílenější tvrzení, podle nějž molekulární analýzy prostě být kladistické nemohou, jelikož není předem stanoveno, jaká báze (A, T, C, G) bude odpovídat jakému stavu znaku (0, 1, ...).
    Hlavní problém je asi v tom, že Grehan a Schwartz mají rádi orangutany. Hodně. Ne, že by touha, aby naším nejbližším příbuzným byl spíš oranžový sympaťák orangutan než "nějaký patriarchální opičí hrdlořez šimpanz" (Dawkins 2008:148), nebyla pochopitelná. Jenže Schwartz se pro tuhle možnost rozhodl už v 80. letech (Schwartz 1984, 1987), kdy jedinou molekulární evidenci, která mu stála v cestě, představovaly hybridizační studie Sibleyho a Ahlquista. (Ano, jmen, která dobře známe z ptačí systematiky.) Ty skutečně byly fenetické a tím pádem toho o fylogenezi nic moc neříkaly; jenže v následujících 25 letech se objevily poněkud sofistikovanější metody. Vzhledem k tomu, že ve své knize z roku 2005 věnoval desítky stránek právě vyvracení dvacet let staré fenetiky, že v jeho publikačním záznamu objevíme tak zajímavé kousky jako "Tikají vůbec molekulární hodiny?" (Schwartz & Maresca 2007) a že zdůrazňuje nutnost kladistických metod v době, kdy matrice molekulárních analýz pracují s o dva řády větším množstvím znaků než matrice morfologické***, nezdá se, že by si z toho autor dělal těžkou hlavu.

5. Jsou místa, kde se molekulám nedá věřit?

    Mirandornithes, Whippomorpha, Ecdysozoa – až dosud byl scénář pořád stejný. Molekulára navrhla něco podivného a morfologie to časem potvrdila. Jestliže ale morfologie reprezentuje (přinejmenším) stejně kvalitní zdroj dat, měly by existovat i situace přesně opačné. Slovy Mickeyho Mortimera:

Has there ever been a case where a well established molecular-based relationship was discarded due to morphology? There have been molecular-based relationships that were later changed by better molecular data which matched morphological ideas (e.g. guinea pigs aren't rodents), but I don't know of any molecular-based relationship which is consistantly found and which workers believe is wrong.

— M. Mortimer, 27.6.2011

    Že pozdější molekulární analýzy nepotvrdí výsledky těch dřívějších a místo toho podpoří spíš morfologickou hypotézu, je skutečně poměrně časté. V 90. letech tak např. analýzy mitochondriální DNA spojily ptakořitné (Monotremata) s vačnatci (Marsupalia) do jediného kladu, který vylučoval placentály (zvaného Marsupionta). Je pravda, že tenhle extrémně nedůvěryhodný výsledek nemůžeme dávat plně za vinu molekulám, jelikož morfologové jej navrhli už o padesát let dříve (Gregory 1947). Analýzy jaderné DNA (viz např. Killian et al. 2001) se ale připojily k morfologické většině, rozeznávající misto marsupiontů klad Theria (= Marsupalia + Placentalia).
    Ještě méně pravděpodobná hypotéza, navrhující nikoli paleognáty, ale pěvce (Passeriformes) jako sesterskou skupinu vůči všem ostatním žijícím ptákům, se zdá být čistě metodologickým artefaktem a po roce 2001 zmizela z dějin systematické ornitologie beze stopy. Použití tak vzdálené outgroup, jakou jsou krokodýli (a žádná bližší prostě k dispozici není), jednoduše přitáhlo kořen k nejdelší větvi; a s ingroup sestávající zpravidla z méně než 10 taxonů zkrátka nebylo možné dlouhou větev pěvců zlomit.

    Ale jaké příbuzenství soustavně vykrývané molekulárními analýzami bývá odmítáno na základě morfologie? Z ptačí systematiky přichází na mysl snad jen dělení Neoaves na Metaves/Coronaves, ale to odhalily zatím jen 3 analýzy, takže mluvit o "soustavnosti" by bylo trochu předčasné. Víme, že ani 18 dalších genů nestačí k tomu, aby přebily signál beta-fibrinogenu, ale kdo ví – 25 už třeba stačit bude.
    Tim Williams navrhl dva možné příklady: Whippomorpha a archosauromorfní želvy. Jak mu ale na DML odpověděli ostatní a jak je uvedeno výše, whippomorfové dnes už mají morfologickou podporu. Když už, problémem je spíše jejich vztah k přežvýkavcům (Ruminantia), který tvoří další oblast molekulo-fenotypového konfliktu. (D. Marjanović navíc namítá, že žádnou mimořádně dobře podloženou pozici pro přežvýkavce současná morfologie nepředkládá.)
    Pozice želv je mnohem zajímavější problém, dlouhodobě rozeznávaný jako jediný zbývající velký otazník ve fylogenezi amniot. Ani morfologie, ani molekulára zde nedávají žádné jednoznačné výsledky. V případě morfologie jsou "k dispozici" následující hypotézy (omezené pro zjednodušení jen na vztahy vůči žijícím taxonům, byť většina z nich se opírá právě o fosilie):

1. Želvy jsou sesterskou skupinou lepidosaurů (šupinatých + hatérií) a tím pádem lepidosauromorfy: Rieppel & deBraga 1996; Rieppel & Reisz 1999
2. Želvy jsou sesterskou skupinou saurů (lepidosauromorfů + archosauromorfů) a tím pádem bazálními sauropsidy: Gauthier et al. 1988; Lee 2001; Lee et al. 2008

Molekulární hypotézy:

1. Želvy jsou sesterskou skupinou krokodýlů a tím pádem krurotarzy: Hedges & Poling 1999
2. Želvy jsou sesterskou skupinou archosaurů (krokodýlů + ptáků) a tím pádem archosauromorfy: Zardoya & Meyer 1998; Kumazawa & Nishida 1999; Hugall et al. 2007
3. Želvy jsou sesterskou skupinou saurů (lepidosauromorfů + archosauromorfů) a tím pádem bazálními sauropsidy: Frost et al. 2006

    První molekulární hypotéza je tak absurdní, že ignorovat jí by mělo být bezpečné; u těch ostatních si ale člověk nemůže být jistý. Situaci pěkně popisuje Zrzavý (2006):

Hlavním zdrojem sporů tu jsou želvy [...]. Stejně jako prvohorní Parareptilia, sesterská skupina všech ostatních plazů (včetně ptáků), i želvy mají tzv. anapsidní lebku bez spánkových jam, ovšem detailní uspořádání kostí v této oblasti podporuje podezření, že spánkové jámy byly u želv druhotně redukovány. Molekulární studie jednomyslně ukazují [to spíš ne; viz výše], že želvy patří do příbuzenstva krokodýlů a ptáků (Archosauria), což ovšem není podloženo žádným věrohodným morfologickým znakem. Zatím těžko říci, co to znamená. K obecné víře, že tu molekulární fylogenetika tu zase jednou dokázala, jak morfologii nelze věřit, není obtížné předložit stejně oprávněný názor opačný. Podrobnější analýza výsledků totiž naznačuje, že v molekulárních stromech jsou možná želvy vlastně tam, kde mají být, zatímco ještěři (Squamata) jsou umístěni příliš bazálně. Protože dnes víme, že molekulární evoluce je právě u ještěrů rychlejší než u ostatních amniot, může to být artefakt.

Zrzavý 2006:227

    Jenže smiřování molekul a morfologie v tomhle případě probíhá neočekávaně oběma směry. Je sice pravda, (jak bychom se vzápětí dozvěděli z úryvku, kdybych nechal Zrzavého ještě chvíli mluvit), že total-evidence rozbory také podpořily bazální pozici želv (viz např. Lee et al. 2008), ale nijak silně. Mickey Mortimer otestoval zatím poslední morfologickou analýzu pozice želv (Lyson et al. 2010) a zjistil, že donutit je ke "vklouznutí" mezi diapsidy by stálo jen 7 dalších kroků oproti nejúspornějším 483, což skutečně není zrovna nejpůsobivější zamítnutí, jehož se hypotéza mohla dočkat. Bhullar & Bever (2009) navíc našli u kmenové linie želv laterosfenoid, považovaný tradičně za jedinečný znak archosauriformů. Jako by to nestačilo, opět se potvrzuje stará dobrá moudrost, že při pohledu do dostatečně staré literaturu lze najít podporu pro jakékoli radikální nové tvrzení, takže Kumazawa & Nishida (1999) odkazují na některé pasáže z de Beera (1937) jako na důkaz pro archosauří "afinitu" želv.

Vypadá takhle potvrzená molekulární hypotéza? Na obrázcích levý laterosfenoid pan-želvy (= zástupce želví kmenové linie) Proganochelys quenstedti (A), pravý laterosfenoid bazálního archosauriforma Proterosuchus fergusi (B) a chondrokranium moderního archosaura Crocodylus porosus (C). Popisky: (BS) kost spodní klínová, (EP) epipterygoid, (FR) kost čelní, (LS) laterosfenoid = kost boční klínová, (OP) kost záušní, (PA) kost temenní, (PF) kost zadní čelní, (PO) kost zaočnicová, (PR) kost předušní, (Q) kost čtvercová. Obrázky zachycují pohled z levé strany a nemají jednotné měřítko. (Zdroj: Bhullar & Bever 2009: Figure 1)

    "Želví problém" je tedy zajímavý a stále otevřený – a právě proto by bylo vydávat jej za selhání molekul přinejmenším předčasné.

6. Implikace pro paleontologii

    Když paleontologové molekuly k dispozici nemají a i morfologická data, s nimiž pracují, jsou většinu času poměrně ubohá, znamená to, že mají neontologové pravdu, když tvrdí, že "paleontologové nikdy nemají dost znaků na hodnověrnou fylogenetickou analýzu svého materiálu"?
    Překvapivě ne. Z nějakého důvodu je daleko jednodušší dobrat se fylogenetických vztahů mezi žijícími ptáky, hesperornity, protiptáky, konfuciusornitidy a archeopterygem než mezi pěvci, srostloprstými, sokolovitými a sovami, přestože pro první sadu taxonů nemáme k dispozici ani mitochondriální, ani jadernou DNA (a ani údaje z měkkých tkání či behaviorální znaky). Tento fakt je v literatuře poměrně široce rozeznávaný (viz např. Mayr & Clarke 2003). Mohli bychom sice namítnout, že vztahy mezi fosilními taxony jsou natolik stabilní právě proto, že je odvozujeme z jediného typu dat, ale takový argument neobstojí: čistě morfologické analýzy žijících ptáků spolu dovedou nesouhlasit právě tak vehementně, jako morfologická analýza s molekulární (srovnej např. Mayr & Clarke 2003 s Livezey & Zusi 2007). Total-evidence rozbory dále umožňují do jisté míry zužitkovat molekulární data také k rozřešení vztahů mezi fosilními taxony. S tím, zda je Yaverlandia teropod nebo pachycefalosaur; nám sice pomoct nemohou, ale s příbuzenstvím pelagornitidů nebo messelastura už by pohnout mohly. Pokud total-evidence analýzám z nějakého důvodu nevěříme, pořád je možné vynutit si čistě molekulární topologii a potom do ní nechat analýzu dosadit fosilní taxony na základě morfologie.
    Pokud už se navíc jednou dělá morfologická analýza, je vynechání fosilií naprosto neospravedlnitelné (pochopitelně kromě případů, kdy žádné relevantní fosilie neexistují). Ať už totiž molekuly nějakou výhodu nad fenotypickými znaky mají nebo ne, nejabsurdnější výsledky ze všech poskytly morfologické analýzy, které ignorovaly fosilie na základě předpokladu, že nám toho o fylogenezi stejně moc neřeknou (Gardiner a Haematothermia).


*Konzistenční index (CI) je měřítkem, které ukazuje, do jaké míry stromek, který analýza vyprodukovala, odpovídá datům, s nimiž analýza pracovala. Tato data sestávají z jistého počtu znaků. Označíme-li každý přechod z jednoho stavu znaku (např. 0) do druhého (např.1) za "krok", pak konzistenční index lze spočítat jako (nejmenší myslitelný počet kroků)/(délka stromu). Abnormálně vysoké CI signalizuje, že matrice je už předem sestavená tak, aby vyprodukovala žádoucí hypotézu. U Serena je způsobeno tím, že se autor rozhodl vyřadit z matrice znaky apriorně považované za "náchylné k homoplazii". Čím je matrice rozsáhlejší, tím nižší CI stačí k tomu, aby bylo "abnormálně vysoké".

**V tradiční systematice založené na morfologii mají členovci a drápkovci nejblíže ke kroužkovcům, s nimiž formují "klad" Articulata. Ke konci 90. let ale analýza 18S rRNA (Aguinaldo et al. 1997) ukázala, že klad tvořený členovci, drápkovci a želvuškami (Aiolopoda) má blíž k hlísticím a strunovcům, a všichni dohromady spolu s hlavatci a rypečkami tvoří jediný monofyl nezahrnující kroužkovce a charakteristický svlékáním kutikuly. (Oproti jiným neočekávaným molekulárním uskupením zde tedy byla od začátku k dispozici morfologická apomorfie.) Jak už bývá zvykem, časem se našla i nějaká ta morfologická a paleontologická podpora (Edgecombe 2009).

***Je pravda, že fenetické metody (UPGMA, neighbor-joining) se v molekulární biologii stále vyskytují častěji než v morfologii, což ale nic nemění na tom, že i zde kladistická revoluce už dávno proběhla.

Zdroje:

• http://dml.cmnh.org/2011Jun/msg00208.html
• http://dml.cmnh.org/2011Jun/msg00211.html
• http://scienceblogs.com/tetrapodzoology/.../luis_chiappes_glorified_dinosaurs...
• http://www.amazon.com/Red-Ape-Orangutans-Origins-Revised/dp/0813340640
• http://dml.cmnh.org/2011Jun/msg00209.html
• http://dml.cmnh.org/2011Jun/msg00231.html
• http://dml.cmnh.org/2011Jun/msg00211.html
• Aguinaldo AMA, Turbeville JM, Lindford LS, Rivera MC, Garey JR, Raff RA, Lake JA 1997 Evidence for a clade of nematodes, arthropods and other moulting animals. Nature 387(6632): 489–93
• Bhullar B-AS, Bever GS 2009 An archosaur-like laterosphenoid in early turtles (Reptilia: Pantestudines). Breviora 518: 1–11
• Chojnowski JL, Kimball RT, Braun EL 2008 Introns outperform exons in analyses of basal avian phylogeny using clathrin heavy chain genes. Gene 410(1): 89–96
• Clark JM 1992 What good are fossils? J Vert Paleont 12: 532–6
• Cracraft J, Barker FK, Braun M, Harshman J, Dyke GJ, Feinstein J, Stanley S, Cibois A, Schikler P, Beresford P, García-Moreno J, Sorenson MD, Yuri T, Mindell DP 2004 Phylogenetic relationships among modern birds (Neornithes): toward an avian tree of life. 468–89 in Cracraft J, Donoghue MJ, eds. Assembling the tree of life. New York, NA: Oxford Univ Press
• Dawkins R 2004[2008] [Příběh předka: pouť k úsvitu života.] Prague: Academia [Transl. by Gabajová Z]
• de Beer GR 1937[1971] The development of the vertebrate skull. Oxford: Clarendon Press
• Dyke GJ, van Tuinen M 2004 The evolutionary radiation of modern birds (Neornithes): reconciling molecules, morphology and the fossil record. Zool J Linn Soc 141: 153–77
• Edgecombe GD 2009 Palaeontological and molecular evidence linking arthropods, onychophorans, and other Ecdysozoa. Evo Edu Outreach 2: 178–90
• Ericson PGP 1997 Systematic relationships of the Paleogene family Presbyornithidae (Aves: Anseriformes). Zool J Linn Soc 121: 429–83
• Frost DR, Grant T, Faivovich J, Bain RH, Haas A, Haddad CFB, de Sá RO, Channing A, Wilkinson M, Donnellan SC, Raxworthy CJ, Campbell JA, Blotto BL, Moler P, Drewes RC, Nussbaum RA, Lynch JD, Green DM, Wheeler WC 2006 The amphibian tree of life. Bull Am Mus Nat Hist 297: 1– 370
• Gauthier JA, Kluge AG, Rowe T 1988 Amniote phylogeny and the importance of fossils. Cladistics 4: 105–209 
• Geisler JH, Uhen MD 2003 Morphological support for a close relationship between hippos and whales. J Vert Paleont 23(4): 991–6
• Gregory WK 1947 The monotremes and the palimpsest theory. Bull Am Mus Nat Hist 88: 1–52 
• Grehan JR, Schwartz JH 2009 Evolution of the second orangutan: phylogeny and biogeography of hominid origins. J Biogeogr 36: 1823–44
• Groth JG, Barrowclough GF 1999 Basal divergences in birds and the phylogenetic utility of the nuclear RAG-1 gene. Mol Phylogenet Evol 12(2): 115–23
• Hackett SJ, Kimball RT, Reddy S, Bowie RC, Braun EL, Braun MJ, Chojnowski JL, Cox WA, Han K, Harshman J, Huddleston CJ, Marks BD, Miglia KJ, Moore WS, Sheldon FH, Steadman DW, Witt CC, Yuri T 2008 A phylogenomic study of birds reveals their evolutionary history. Science 320(5884): 1763–8
• Harshman J, Braun EL, Braun MJ, Huddleston CJ, Bowie RCK, Chojnwoski JL, Hackett SJ, Han K-L, Kimball RT, Marks BD, Miglia KJ, Moore WS, Reddy S, Sheldon FH, Steadman DW, Steppan SJ, Witt CC, Yuri T 2008 Phylogenomic evidence for multiple losses of flight in ratite birds. Proc Nat Acad Sci USA 105(36): 13462–7
• Hedges SB, Poling LL 1999 A molecular phylogeny of reptiles. Science 283: 998–1001
• Hieronymus TL, Witmer LM 2010 Homology and evolution of avian compound rhamphothecae. Auk 127(3): 590–604
• Hugall AF, Foster R, Lee MS 2007 Calibration choice, rate smoothing, and the pattern of tetrapod diversification according to the long nuclear gene RAG-1. Syst Biol 56(4): 543–63
• Killian JK, Buckley TR, Stewart N, Munday BL, Jirtle RL 2001 Marsupials and Eutherians reunited: genetic evidence for the Theria hypothesis of mammalian evolution. Mamm Genome 12: 513–7
• Kumazawa Y, Nishida M 1999 Complete mitochondrial DNA sequences of the green turtle and blue-tailed mole skink: statistical evidence for archosaurian affinity of turtles. Mol Biol Evol 16(6): 784–92
• Lee MSY 2001 Molecules, morphology, and the monophyly of diapsid reptiles. Contrib Zool 70: 121–38
• Lee MSY, Reeder TW, Slowinski JB, Lawson R 2008 Resolving reptile relationships: molecular and morphological markers. 451–467 in Cracraft J, Donoghue MJ, eds. Assembling the tree of life. New York, NY: Oxford Univ Press 
• Livezey BC 2010 Grebes and flamingos: standards of evidence, adjudication of disputes, and societal politics in avian systematics. Cladistics doi:10.1111/j.1096-0031.2010.00339.x
• Livezey BC, Zusi RL 2007 Higher-order phylogeny of modern birds (Theropoda, Aves: Neornithes) based on comparative anatomy: II. – Analysis and discussion. Zool J Linn Soc 149(1): 1–95
• Lyson TR, Bever GS, Bhullar BA, Joyce WG, Gauthier JA 2010 Transitional fossils and the origin of turtles. Biol Lett 6(6): 830–3
• Manegold A 2006 Two additional synapomorphies of grebes Podicipedidae and flamingos Phoenicopteridae. Acta Ornithol 41(1): 79–82 
• Mayr G 2004 Morphological evidence for sister group relationship between flamingos (Aves: Phoenicopteridae) and grebes (Podicipedidae). Zool J Linn Soc 140(2): 157–69
• Mayr G 2008 Avian higher-level phylogeny: well-supported clades and what we can learn from a phylogenetic analysis of 2954 morphological characters. J Zool Syst Evol Res 46(1): 63–72
• Mayr G 2011 Metaves, Mirandornithes, Strisores and other novelties – a critical review of the higher-level phylogeny of neornithine birds. J Zool Syst Evol Res 49(1): 58–76
• Mayr G, Clarke J 2003 The deep divergences of neornithine birds: a phylogenetic analysis of morphological characters. Cladistics 19: 527–53
• Montgomerie R, Briskie JV 2007 Anatomy and evolution of copulatory structures.115–148 in Jamieson BGM, ed. Reproductive Biology and Phylogeny of Birds. Enfield (NH): Science Publishers Inc.
• Morgan-Richards M, Trewick SA, Bartosch-Härlid A, Kardailsky O, Phillips MJ, McLenachan PA, Penny D 2008 Bird evolution: testing the Metaves clade with six new mitochondrial genomes. BMC Evol Biol 8: 20
• Nielsen C 2003 Proposing a solution to the Articulata−Ecdysozoa controversy. Zool Scripta 32(5): 475–82
• O'Leary MA 2001 The phylogenetic position of cetaceans: further combined data analyses, comparisons with the stratigraphic record and a discussion of character optimization. Amer Zool 41(3): 487–506
• Olson SL, Feduccia A 1980 Relationships and evolution of flamingos (Aves: Phoenicopteridae). Smithson Contrib Zool 316: 1–73
• Rieppel O, deBragga M 1996 Turtles as diapsid reptiles. Nature 384(6608): 453–5
• Rieppel O, Reisz R 1999 The origin and evolution of turtles. Ann Rev Ecol Syst 30: 1–22
• Sangster G 2005 A name for the flamingo-grebe clade. Ibis 147: 612–5
• Schwartz JH 1984 The evolutionary relationships of man and orang-utans. Nature 308(5959): 501–5 
• Schwartz JH 1987 The red ape: orangutans and human origins. Boston: Houghton Mifflin Co
• Schwartz JH 2005 The red ape: orangutans and human origins, revised and updated. (2nd ed). Boulder, CO: Westview Press
• Schwartz JH, Maresca B 2007 Do molecular clocks run at all? A critique of molecular systematics. Biol Theor 1(4): 357–71 
• Scotland RW, Olmstead RG, Bennett JR 2003 Phylogeny reconstruction: the role of morphology. Syst Biol 52(4): 539–48
• Sereno PC 1999 Definitions in phylogenetic taxonomy: critique and rationale. Syst Biol 48(2): 329–51
• Sereno PC, Beck AL, Dutheil DB, Gado B, Larsson HCE, Lyon GH, Marcot JD, Rauhut OWM, Sadleir RW, Sidor CA, Varricchio DD, Wilson GP, Wilson JA 1998 A long-snouted predatory dinosaur from Africa and the evolution of spinosaurids. Science 282(5392): 1298–302
• Sibley CG, Corbin KW, Haavie JH 1969 The relationship of the flamingos as indicated by the egg-white proteins and hemoglobins. Condor 71: 155–79
• Spaulding M, O'Leary MA, Gatesy J 2009 Relationships of Cetacea (Artiodactyla) among mammals: increased taxon sampling alters interpretations of key fossils and character evolution. PLoS ONE 4(9): e7062
• van Tuinen M 2002 Relationships of birds – molecules versus morphology. Encyclopedia of life sciences. London: Nature Publishing Group
• van Tuinen M, Butvill DB, Kirsch JAW, Hedges SB 2001 Convergence and divergence in the evolution of aquatic birds. Proc R Soc Lond B 268(1474): 1345–50
• Wägele JW, Wetzel R 1994 Nucleic acid sequence data are not per se reliable for the inference of phylogenies. J Nat Hist 28: 749–61   
• Wiens JJ, Kuczynski CA, Townsend T, Reeder TW, Mulcahy DG, Sites JW Jr 2010 Combining phylogenomics and fossils in higher-level squamate reptile phylogeny: molecular data change the placement of fossil taxa. Syst Biol 59(6): 674–88
• Zardoya R, Meyer A 1998 Complete mitochondrial genome suggests diapsid affinities of turtles. Proc Nat Acad Sci USA 95(24): 14226–31
• Zrzavý J 2006 Fylogeneze živočišné říše. Prague: Nakladatelství Scientia. 255 p