Филогенетика — область биологической систематики, которая занимается прояснением эволюционных взаимоотношений среди разных видов жизни на Земле. Эволюционная теория утверждает, что сходство среди индивидуумов или видов часто указывает на общее происхождение или общего предка.
Единицей рассмотрения в филогенетике является, так называемая оперативная таксономическая единица или таксон (ОТЕ, OTU), т.е. уровень детализации, выбранный исследователем для работы, например индивидумы, популяции, виды, роды или линии бактерий.
В молекулярной филогенетике исследуются макромолекулярные данные, под которыми имеется в виду последовательности ДНК молекул. Каждый живущий организм имеет геном (совокупность генов), состоящий из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Молекула ДНК обеспечивает хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Последовательность ДНК молекул в геномах обычно представляется как последовательность из 4 букв {A,C,G,T}, каждая из которых называется базой. Эти базы в молекуле ДНК соответствуют нуклеотидам:
A – аденин, C – цитозин, G – гуанин, T – Тимин. Нуклеотиды делятся на две группы: пурины(A и G) и пиримидины(C и T). Каждая база молекулы ДНК в двойной спирали соединена с дополняющей её базой на противоположной спирали. A соединена с T, C с G. Таким образом, чтобы описать геном достаточно описать только одну половинку двойной спирали.
Существует правило Чаргаффа, согласно которому в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количества #A, #C, #G и #T баз разных типов (#A = #T, #G = #C).
В филогенетике наиболее удобный путь визуального представления эволюционных взаимоотношений среди групп таксонов осуществляется посредствам графов, которые называются филогенетическими деревьями. Деревья „растут“ из отдельного узла называемого корнем и ветвятся в более низких узлах.
Филогенетическое дерево состоит из следующих элементов:
Узел – представляет таксономическую единицу. Он может быть или существующей группой или предком.
Ветвь – определяет взаимоотношение между таксонами в терминах потомков и предков.
Корень – общий предок всех рассматриваемых таксонов.
Группа двух или более таксонов или последовательностей ДНК, которая включает как своего общего предка, так и всех потомков называется кладой.
Элементы филогенетического дерева соединены по определенному правилу и имееют характеристики:
Длина ветви – представляет число изменений, которые произошли между таксонами.
Масштаб расстояний – масштаб, который отражает число отличий между последовательностями генома.
Правило, по которому разветвляется дерево называется топологией филогенетических деревьев.