Rasmus Nielsen und Ziheng Yang

Durch ihre gemeinsamen und komplementären Arbeiten haben Rasmus Nielsen und Ziheng Yang die molekulare Evolution revolutioniert, indem sie statistische Methoden und computergestützte Werkzeuge entwickelt haben, die aufzeigen, wie sich Genome im Laufe der Zeit verändern. Ihre Beiträge haben es ermöglicht, die Auswirkungen der natürlichen Selektion von denen der Demografie und der genetischen Drift zu unterscheiden und so die rasch wachsende Menge an Genomdaten für Rückschlüsse auf evolutionäre Anpassung zu nutzen. Gemeinsam haben sie dazu beigetragen, einen präzisen quantitativen Rahmen für die Untersuchung von Anpassung, Demografie und Artbildung zu etablieren. Ihre Methoden finden mittlerweile in der Evolutionsbiologie, der Humangenetik und der vergleichenden Genomik breite Anwendung unter Forschern, um Hypothesen zu überprüfen – die zuvor nur durch qualitative Interpretationen zugänglich waren – und um Unsicherheiten explizit zu bewerten. Yang und Nielsen entwickelten gemeinsam Likelihood-basierte Codon-Modelle zum Nachweis molekularer Anpassung. Diese Modelle beschreiben, wie Veränderungen zwischen den aus drei Nukleotiden bestehenden Codons, die Aminosäuren kodieren, auftreten, und berücksichtigen dabei die Struktur des genetischen Codes sowie Unterschiede in den Evolutionsraten zwischen unterschiedlichen Positionen im Genom und in verschiedenen Abstammungslinien. Sie ermöglichen es Forschern, neutrale oder negative Selektion von positiver Selektion an bestimmten Positionen in einem Protein und entlang bestimmter evolutionärer Linien zu unterscheiden. Diese Methoden sind zu Standardwerkzeugen für die Identifizierung adaptiver molekularer Veränderungen bei einer Vielzahl von Organismen geworden. Nielsen und Yang trugen zudem zu statistischen Rahmenwerken bei, die die Auswirkungen von Populationsstruktur, Migration und gemeinsamer Abstammung von denen der natürlichen Selektion trennen.

Ziheng Yang schuf wichtige theoretische und computer-orientierte Grundlagen für die moderne phylogenetische Analyse. Er ist der Hauptentwickler von PAML, einem der am häufigsten verwendeten Softwarepakete zur Analyse der molekularen Evolution mittels Maximum-Likelihood-Verfahren. Er leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung von Modellen, die die Variation der Evolutionsraten an unterschiedlichen Genorten berücksichtigen. Er entwickelte Methoden auf der Grundlage der Multispezies-Koaleszenztheorie, um Unterschiede zwischen Genbäumen und Artenbäumen zu erklären, und entwarf Algorithmen zur Schätzung von Stammbäumen und Divergenzzeiten, wenn Evolutionsraten zwischen Abstammungslinien variieren. Seine Arbeit verschaffte der statistischen Inferenz molekularer Evolutionsprozesse eine solide und breit anwendbare Grundlage und machte fortgeschrittene Evolutionsanalysen für Forscher aller Lebenswissenschaften zugänglich.

Rasmus Nielsen erweiterte statistische Methoden der Sequenzanalyse auf die Populationsgenomik und wandte sie auf wichtige empirische Fragestellungen an. Er entwickelte leistungsstarke Ansätze zum Nachweis selektiver Sweeps, bei denen eine vorteilhafte Mutation rasch an Häufigkeit zunimmt und die Muster der genetischen Variation in der umgebenden Region verändert. Mit solchen Methoden deckte er wichtige Beispiele menschlicher Anpassung auf, darunter die Rolle einer von den Denisovanern stammenden EPAS1-Variante bei der Höhenanpassung der Tibeter sowie genetische Veränderungen im Zusammenhang mit dem Fettsäurestoffwechsel bei den grönländischen Inuit. Gemeinsam haben Yang und Nielsen Evolutionstheorie, statistische Inferenz und Genomdaten auf einzigartig fruchtbare Weise miteinander verknüpft. Ihre Arbeit hat sowohl die konzeptionellen Grundlagen als auch die praktischen Werkzeuge geliefert, die erforderlich sind, um die molekularen Grundlagen der Anpassung zu identifizieren, die Evolutionsgeschichte von Arten und Populationen zu rekonstruieren und zu verstehen, wie die Selektion die Biodiversität im gesamten Stammbaum des Lebens und in unserer eigenen Spezies geprägt hat.