Árboles filogenéticos

¿Cómo se clasifican los organismos?

Los científicos utilizan un enfoque analítico denominado sistemática para clasificar los organismos y determinar sus relaciones evolutivas. La taxonomía , un enfoque de la sistemática, se refiere a cómo se nombran y clasifican los organismos y los grupos.

La taxonomía utiliza una clasificación jerárquica en la que las especies que comparten rasgos y características similares se agrupan en categorías cada vez más amplias. Por ejemplo, el leopardo(Panthera pardus), el jaguar(P. onca), el león africano(P. leo) y el tigre(P. tigris) son especies que pertenecen a Panthera, un género que incluye a todos los verdaderos "grandes felinos".

Estas categorías son (de menor a mayor inclusión):

• Especies

• Género (plural: géneros)

• Familia

• Orden

• Clase

• Filo

• Reino

• Dominio

Una unidad de cualquier nivel jerárquico se denomina taxón. Por ejemplo, Panthera es un taxón a nivel de género, mientras que Felidae es un taxón a nivel de familia.

Una especie se nombra utilizando la nomenclatura binomial, un formato de dos partes que consiste en el género y el epíteto específico. Por ejemplo, la nomenclatura binomial del leopardo es Panthera pardus: Panthera es el género al que pertenece, y pardus es el epíteto específico (especie) que lo distingue de otros miembros del género.

Las especies suelen colocarse en la misma categoría taxonómica debido a sus similitudes, pero el nombre y la clasificación de las especies pueden cambiar si no reflejan su relación evolutiva y su historia reales.

¿Qué es un árbol filogenético?

Partes de un árbol filogenético

Las partes de un árbol filogenético son las siguientes:

• Cada rama representa un linaje (línea de descendencia única).

• Cadapunto de ramificación de (llamado nodo) representa la divergencia de dos o más linajes evolutivos a partir de un ancestro común.

• Cada hoja (llamada nodo terminal) representa un taxón (plural: taxa) que puede ser una especie o un grupo de cualquier nivel jerárquico.

  • Los taxoneshermanos son parejas de taxones que se ramifican a partir de un nodo común. Representan especies que comparten un antepasado común reciente que no comparten otros grupos. Los miembros de los taxones hermanos están más estrechamente relacionados entre sí.

  • Taxonesbasales son taxones cercanos a la raíz. Representan especies o grupos que divergen de los demás miembros del grupo al principio de su historia evolutiva.

• La raíz indica el antepasado común más reciente de todos los taxones del árbol. No todos los árboles filogenéticos tienen raíz.

Ejemplo de árbol filogenético

Utilicemos un árbol filogenético de animales para explicarlo. El árbol filogenético siguiente (Fig. 1) muestra la historia evolutiva y las relaciones de los miembros de la familia Felidae. Las ramas indican los distintos linajes que divergieron de una especie ancestral común. Los taxones representan los distintos géneros de la familia Felidae que evolucionaron a partir de un ancestro común.

Figura 1. La historia evolutiva y las relaciones de los Felidae se ilustran en este árbol filogenético. Fuente: Varios, Dominio público, vía Wikimedia Commons.

La primera rama desde arriba representa el linaje Panthera, el más antiguo que divergió de un antepasado común. Los descendientes evolucionaron hasta convertirse en las especies pertenecientes al género Neofelis (que incluye varias especies de leopardos nublados) y al género Panthera (que incluye leones y tigres). Dado que Neofelis y Panthera se ramifican a partir de un nodo común, se consideran taxones hermanos, lo que significa que estos géneros están estrechamente relacionados entre sí.

La segunda rama desde arriba representa el linaje del gato de la bahía, el segundo linaje más antiguo en divergir, que evolucionó hasta el género Pardofelis , que incluye al gato jaspeado. La tercera rama desde arriba representa el linaje del Caracal, el tercer linaje más antiguo en divergir. Los linajes sucesivos pueden interpretarse en consecuencia.

Algunas cosas importantes a tener en cuenta:

1. Los árboles filogenéticos pretenden reflejar patrones de descendencia y no muestran necesariamente la similitud fenotípica o las edades absolutas de los organismos o grupos.

2. Un taxón de un árbol filogenético no evolucionó a partir del taxón que tiene al lado, sino que ambos evolucionaron a partir de un antepasado común.

3. Las filogenias y los árboles filogenéticos no son definitivos: son hipótesis que pueden revisarse o actualizarse en función de las pruebas disponibles.

Diferentes tipos de árboles filogenéticos

Los árboles filogenéticos también pueden tener diferentes formas. Las figuras 2-5 son ejemplos de árboles filogenéticos que tienen un aspecto muy diferente entre sí.

• La Figura 2 (arriba a la izquierda) es un árbol filogenético de Mammalia resumido a nivel de familia. Algunos de los nodos de este árbol corresponden a una ubicación en un mapa de la Tierra, lo que indica el origen del grupo.

• La figura 3 (abajo a la izquierda) es un árbol filogenético de Hexapoda. Algunas de sus ramas están curvadas, lo que hace que este árbol parezca circular.

• La figura 4 (arriba a la derecha) es un árbol filogenético que traza la historia evolutiva y la relación de siete razas de perros(Canis lupus familiaris) con su antepasado común el lobo(C. lupus).

• La figura 5 (abajo a la derecha) es un árbol filogenético que muestra la relación evolutiva de los tres dominios con el Último Antepasado Común Universal, el antepasado común de todas las formas de vida.

Figuras 2-5. Los árboles filogenéticos tienen diferentes tipos y formas. Figura 2 (arriba a la izquierda) fuente: Graphodatsky et al., CC BY 2.0, vía Wikimedia Commons. Figura 3 (abajo a la izquierda) fuente: James L. Rainford , Michael Hofreiter, David B. Nicholson, Peter J. Mayhew, CC BY 2.5, vía Wikimedia Commons. Figura 4 (arriba a la derecha) fuente: Roy E. Plotnick, Jessica M. Theodor & Thomas R. Holtz Jr., CC BY 4.0, vía Wikimedia Commons. Figura 5 (abajo a la derecha) fuente: Maulucioni, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons.

Al interpretar árboles filogenéticos, la forma y la posición de las ramas no importan. Es tan válido dibujar la raíz en el extremo izquierdo (Figura 4) como dibujar la raíz en el centro (Figura 3). Del mismo modo, no importa si las líneas están dobladas o curvadas. Lo importante es cómo se conectan las ramas. Doblar, torcer o girar las ramas no debería cambiar la interpretación del árbol.

¿Qué es un cladograma?

Otro enfoque de la sistemática es la cladística, en la que los organismos y grupos se clasifican en clados, que constan de un antepasado común y sus especies descendientes. La figura 6 es un cladograma, una ilustración que muestra la relación entre los organismos y su antepasado común.

Figura 6. Este cladograma muestra la relación evolutiva entre los primates. Fuente: Petter Bøckman, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons.

Los clados que tienen la especie ancestral y todas sus especies descendientes se denominan monofiléticos. Cuando la información es incompleta, los clados pueden ser parafiléticos o polifiléticos:

• Los clados que no incluyen todas las especies descendientes son parafiléticos.

• Los clados que no incluyen un antepasado común son polifiléticos.

Las especies que evolucionan comparten algunos rasgos con sus antepasados, pero no todos. Para establecer la filogenia, los científicos deben distinguir los caracteres derivados compartidos de los caracteres ancestrales compartidos.

• Los caracteres derivados compartidos son exclusivos de un clado concreto.

• Los caracteresancestrales compartidos se encuentran tanto en el clado estudiado como en clados más antiguos.

Por ejemplo, el pelo es un carácter derivado compartido de los mamíferos. Puede utilizarse para distinguir a los mamíferos de otros vertebrados. Por otra parte, la columna vertebral es un carácter ancestral compartido porque es un rasgo que se encuentra en el ancestro común compartido por todos los vertebrados.

Los caracteres derivados compartidos pueden utilizarse para establecer la filogenia, mientras que los caracteres ancestrales compartidos no, pero que un rasgo sea un carácter derivado compartido o un carácter ancestral compartido puede depender del nivel que se esté analizando.

¿Cómo se utiliza un outgroup en la construcción de un cladograma?

Lacomparación de out groups puede utilizarse para distinguir entre caracteres derivados compartidos y caracteres ancestrales compartidos. Un outgroup es una especie o grupo de especies estrechamente relacionadas, pero que no forman parte del grupo de especies que se está clasificando. Las especies que se clasifican son el ingrupo. En la figura 7 se muestran el outgroup y el ingroup de un cladograma simple.

Figura 7. Este diagrama muestra el outgroup y el ingroup en un cladograma simple. Fuente: Ngilbert202, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons.

Se supone que las homologías presentes tanto en el ingrupo como en el outgroup son caracteres ancestrales que proceden de un ancestro común compartido tanto por el ingrupo como por el outgroup. Las homologías presentes en parte o en la totalidad del ingrupo se suponen caracteres derivados que surgieron con la divergencia del ingrupo y el outgroup.

Cladograma frente a árbol filogenético

Cladograma y árbol filogenético suelen utilizarse indistintamente, pero tienen algunas diferencias.

• Los cladogramas muestran cómo se relacionan distintos organismos a través de un antepasado común, sin mostrar los cambios evolutivos que se han producido a lo largo del tiempo.

• Los árbolesfilogenéticos muestran cómo se relacionan los distintos organismos a través de los cambios evolutivos que se han producido entre un antepasado y su especie o grupo de especies descendientes.