Сравнение первичных последовательностей белков и нуклеиновых кислот разных организмов позволяет судить об их эволюционном родстве. Например, если сравнивать последовательности аминокислот гемоглобина человека, лошади и акулы, то оказывается, что из 141 аминокислотного остатка этого белка у человека и лошади отличаются 18, а у человека и акулы - 79 аминокислот.
Ясно, что это свидетельствует о большей близости нашего родства с лошадью, чем с акулой. Таким образом, сравнивая первичные последовательности аминокислот гомологичных белков (т.е. выполняющих одинаковые функции у разных организмов), предполагая, что все они происходят от общего предшественника, и принимая в качестве меры истинного числа эволюционных событий (мутаций) число замен, которое необходимо произвести для того, чтобы превратить одну последовательность в другую, можно строить эволюционные деревья, подробнее изображенному на рис. 23. Для построения эволюционных деревьев можно использовать также сравнение нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК.
В последние годы было накоплено большое количество информации о первичных структурах отдельных белков, генов, а также целых геномов. Однако задача построения эволюционного дерева оказывается неоднозначной из-за неаддитивности мутационных расстояний (числа замен) между разными парами организмов. Это происходит вследствие сочетания прямых, повторных, обратных и параллельных мутаций, которые взаємно компенсируют и маскируют друг друга. Поэтому существует несколько групп методов реконструкции эволюционных деревьев по сравнительно-молекулярным данным. Первая группа основана на методологии традиционного кластерного анализа, но с неизбежностью предполагает равномерность накопления мутаций во всех эволюционных линиях, что, как правило, неверно. Вторая группа методов, объединяемых принципом максимальной экономии, ставит задачей построение такого дерева, в котором расстояния между всеми парами органи змов были не меньше мутационных расстояний между ними, а суммарная длина ветвей дерева была минимальной. Эти методы обладают чрезвычайной вычислительной сложностью при отсутствии разумной биологической основы для требования минимальности длины дерева.
И, наконец, третья группа методов основана на принципе максимального топологического подобия и ставит задачу нахождения такого дерева, топологические свойства котрого максимально близки топологическим свойствам исходной матрицы мутационных расстояний. Эти методы не вводят никаких дополнительных допущений по поводу хода эволюционного процесса и скоростей эволюции и, давая оценку величины локального топологического несовпадения, позволяют выявлять места в эволюционных деревьях, которые требуют более осторожной трактовки. Таким образом, несмотря на свою ценность, эволюционные деревья, построенные по сравнительно-молекулярным данным, не являються более точными, чем деревья, построенные традиционными сравнительно-анатомическими и сравнительно-эмбриологическими методами.