Tekst na podstawie kursu przeprowadzonego w Instytucie Zoologicznym Uniwersytetu Wrocławskiego we Wrocławiu w dniu 11 maja 2002.

Przedmiotem tej prezentacji jest najpierw określenia poznawczego statusu rekonstrukcji genealogii organizmów czyli rekonstrukcji filogenetycznych (RF) czyli ich miejsca w ogólnym schemacie biologii ewolucyjnej, a następnie zastosowanie RF do rekonstrukcji historii organizmów wraz z ich biologicznymi atrybutami, co z kolei jest warunkiem przyczynowego wyjaśniania przebiegu ewolucji.
Problematyka ta jest nowa i metodologia rekonstrukcji historii organizmów rozpracowana jest w małym stopniu w porównaniu z metodologią RF.

Ostatnie dekady przyniosły bezprecedensowy wpływ filozofii (metodologii) nauki na dyscyplinę myślenia w naukach przyrodniczych, szczególnie dążenie do sprawdzalności hipotez i ograniczenie spekulacji.

Filozofia nauki (szczególnie Karl Popper i jego falsyfikacjonizm) wyrosła na gruncie neopozytywizmu, rozwinęła się jako filozofia fizyki i konsekwentnie stworzyła hipotetyczno-dedukcyjny (nomologiczno-dedukcyjny) schemat wyjaśniania, w którym zdanie opisujące stan wyjaśniany, czyli eksplanandum wynika logicznie z eksplanansu będącego koniunkcją zdań formułujących prawa L1, L2, L3... i warunki początkowe: C1, C2, C3....
Wyjaśnianie takie określane jest jako syntaktyczne ponieważ zdanie eksplanandum wynika tu logicznie z koniunkcji zdań eksplanansu.
Taki schemat wyjaśniania nie działa w biologii ewolucyjnej.

Wyjaśnianie w biologii polega na modelowaniu (interpretacji) wyjaśnianego obiektu czyli tworzenie konstruktów izomorficznych z tym obiektem (tzn. takich, których struktura logiczna odpowiada jego strukturze materialnej). Dlatego wyjaśnianie w biologii określane jest jako semantyczne (Thompson 1989; Lloyd 1994), w nawiązaniu do nadawania znaczenia obiektowi przez jego interpretację (modelowanie).
W biologii ewolucyjnej (historycznej) model wyjaśnia każde stadium organizmalne jako wynik przekształcenia poprzedniego stadium. Takie wyjaśnianie nazywa się wyjaśnianiem historycznym i wymaga przynajmniej częściowej rekonstrukcji stadium poprzedzającego.

Pomijając ich rolę jako podstawy klasyfikacji, RF są prostymi, częściowymi modelami ewolucji, które pozwalają na częściową rekonstrukcję stadiów poprzedzających poprzez filogenetyczne mapowanie i optymalizację cech. Filogenetyczne mapowanie polega po prostu na nanoszeniu cech, np. heterochronii, na RF, dzięki czemu nieuporządkowane różnice mogą być odczytane jako zmiany (które następnie mogą być wyjaśniane przyczynowo).
Ponadto naniesione cechy mogą być optymalizowane.

Optymalizacja cech

Optymalizacja cech (character optimization, Kitching et al. 1998) polega na znalezieniu najbardziej oszczędnego (most parsimonious) schematu zmian tych cech dla danej RF.
OC jest zabiegiem logicznie odwrotnym w stosunku do tworzenia RF, które polega na znalezieniu najprawdopodobniejszej genealogii przy danych cechach każdego z taksonów.
OC polega na przyporządkowywaniu stanów cech na węzłach kladogramu, postępując najpierw od końcowych gałęzi do korzenia kladogramu, a potem, w niektórych sposobach OC, jeszcze na odwrót, od korzenia do gałęzi.
Różne sposoby OC oparte są na różnych założeniach o ewolucji cech, np. optymalizcja Camina-Sokala (Camin-Sokal optimization) zakłada nieodwarcalność zmian (ryc. 1).

Ryc. 1. Optymalizacja cech (OC) na przykładzie optymalizacji Camin'a-Sokal'a, która zakłada nieodwracalność zmian, a więc jeżeli pochodne stany cech są różne, to węzłowi (u, y, x) przypisuje się niższą wartość (wg. Kitching i in. 1998).
Ten sposób OC nadaje się na przykład do odtworzenia filogenezy opieki rodzicielskiej.

Dzięki mapowaniu i optymalizacji, RF mają podwójną rolę poznawczą.
Po pierwsze, RF wyjaśniają pewne podobieństwa organizmów jako podobieństwa odziedziczone po przodkach czyli podobieństwa homologiczne.
Po drugie RF jest podstawowym, pierwszym krokiem do całościowej rekonstrukcji historii organizmów, w tym rekonstrukcji ich funkcjonowania.