Filogenia

¿Cuál es la definición de filogenia?

Evolución es un cambio gradual y acumulativo en los rasgos hereditarios de una población de organismos. Este cambio se produce a lo largo de muchas generaciones. Los científicos observan patrones de cambios evolutivos para comprender cómo evolucionan las formas de vida y se ramifican en nuevas especies.

La historia evolutiva y las relaciones de una especie o un grupo de especies se denominan filogenia. A menudo se ilustra mediante un diagrama de ramificaciones llamado árbol filogenético. Los árboles filogenéticos muestran cómo los organismos o grupos de cualquier nivel jerárquico están relacionados entre sí a través de antepasados comunes.

Las categorías jerárquicas utilizadas en taxonomía son (de menor a mayor)

• Especie

• Género

• Familia

• Orden

• Clase

• Filo

• Reino

• Dominio

Los taxónomos agrupan organismos que comparten rasgos y características similares 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. Este género incluye a todos los grandes felinos.

Además de estas categorías taxonómicas, la filogenia también puede mostrarse mediante la cladística , en la que los organismos y grupos se clasifican basándose en la ascendencia común. Se agrupan en clados formados por un antepasado común y sus especies descendientes.

Un ejemplo de filogenia animal

Utilicemos la filogenia de los mamíferos como ejemplo de filogenia animal.

Filogenia de los mamíferos

La historia evolutiva y las relaciones de los mamíferos se ilustran mediante un árbol filogenético, como se muestra en la Figura 1.

En este ejemplo, podemos ver cómo Mammalia (una clase que divergió de otros tetrápodos por sus características anatómicas únicas, como mandíbulas específicas y dientes diferenciados) divergió en Monotremata (un orden de mamíferos que ponen huevos) y Theria (una subclase de mamíferos que dan a luz a crías vivas).

A continuación, los mamíferos Theria divergieron en Marsupialia (una infraclase o clado de mamíferos que utilizan bolsas externas para criar a sus crías recién nacidas) y Placentalia (una infraclase o clado de mamíferos que tienen placenta, un órgano temporal que conecta el embrión con el útero de la madre).

Este ejemplo demuestra cómo la ascendencia común puede inferirse a partir de rasgos similares y cómo la divergencia puede inferirse a partir de la aparición de nuevos rasgos.

Figura 1. Este árbol filogenético muestra la historia evolutiva y la relación de los grupos de Mammalia.

Figura 1. Este árbol filogenético muestra la historia evolutiva y la relación de los grupos bajo Mammalia. Fuente: varios, Dominio público, vía Wikimedia Commons.

Las filogenias no son definitivas: son hipótesis que pueden revisarse o actualizarse en función de las pruebas disponibles. También se presentan de distintas formas. Por ejemplo, la Figura 2 es otro árbol filogenético de Mammalia. Esta versión muestra la filogenia de las familias de Mammalia. También muestra otra información, como la distribución geográfica de estos grupos de mamíferos indicada por los puntos de un mapa.

Figura 2. Este árbol filogenético también muestra la historia evolutiva y la relación de los grupos bajo Mammalia, pero a diferencia de la Figura 1, rastrea la divergencia hasta familias concretas.

Figura 2. Este árbol filogenético también muestra la historia evolutiva y la relación de los grupos de Mammalia, pero a diferencia de la Figura 1, sigue la divergencia hasta familias concretas. Fuente: Graphodatsky et al., CC BY 2.0, vía Wikimedia Commons.

¿Qué pruebas se utilizan para determinar la filogenia?

Las filogenias se deducen basándose en distintas líneas de pruebas, como los fósiles, la homología y la biología molecular. Analicemos brevemente cada una de ellas.

Fósiles

Los fósiles son restos o rastros conservados de organismos de una era geológica pasada, que a menudo se encuentran en rocas sedimentarias. El registro fósil documenta la historia de la vida en la Tierra basándose principalmente en la secuencia de fósiles en capas de roca sedimentaria llamadas estratos. La disposición de los fósiles en los estratos nos da una idea de qué organismos existían en una época geológica concreta.

Los científicos utilizan los fósiles para construir la filogenia de grupos extinguidos y existentes. Por ejemplo, el registro fósil muestra que los cetáceos (un orden de mamíferos marinos que incluye ballenas, delfines y marsopas) evolucionaron a partir de mamíferos terrestres similares a los hipopótamos, cerdos y vacas actuales. Los fósiles muestran que la pelvis y los huesos de las extremidades posteriores de los antepasados extintos de los cetáceos se hicieron más pequeños, desapareciendo finalmente por completo y convirtiéndose en aletas.

Homología

La homología es útil para determinar la relación evolutiva entre distintos organismos. Los organismos que comparten más rasgos y características tienden a estar más estrechamente relacionados. Hay tres tipos de homología:

• Lahomología morfológica se da cuando distintas especies tienen estructuras similares con la misma forma básica debido a una ascendencia común. Por ejemplo, los mamíferos se clasifican en monotremas, placentarios y marsupiales en función de cómo producen descendencia.

• Lahomología molecular se da cuando distintas especies tienen genes o secuencias de ADN similares heredados de un antepasado común. Esto se desarrollará en la siguiente sección.

• Lahomología ontológica o del desarrollo se da cuando distintas especies tienen estructuras similares en distintas fases del desarrollo. Por ejemplo, todos los embriones de vertebrados (¡incluso los humanos!) tienen hendiduras branquiales y cola, pero éstas desaparecen cuando nacen.

Al inferir filogenias, los científicos distinguen entre rasgos análogos y homólogos. La analogía significa tener estructuras similares, no debidas a una ascendencia común, sino a presiones de selección comunes. Sólo los rasgos homólogos muestran las relaciones evolutivas entre estos organismos.

¿Cómo se utilizan el ADN y el ARNr en la filogenia?

Aunque muchas filogenias se han construido utilizando pruebas morfológicas y fósiles, las pruebas moleculares han ayudado a los científicos a construir árboles filogenéticos más precisos. El ADN y el ARNr (ARN ribosómico) son útiles para estudiar la relación evolutiva de los organismos porque todos los organismos vivos -desde las bacterias hasta los humanos- los tienen.

Las moléculas de ADN y ARNr están formadas por cuatro bases químicas que se emparejan de la siguiente manera:

• La adenina (A) se empareja con la timina (T)

• La citosina (C) siempre se empareja con la guanina (G).

La secuenciacióndel ADN es el proceso de determinar el orden de estas bases químicas. Los científicos utilizan la secuenciación del ADN para determinar la relación evolutiva de los organismos alineando secuencias comparables.

• Si las secuencias sólo son diferentes en uno o unos pocos sitios, es probable que las especies estén muy estrechamente relacionadas.

• Si hay bases diferentes de varias longitudes en muchos sitios, es probable que las especies estén emparentadas a distancia.

Alineación de secuencias de ADN

Las inserciones y deleciones cambian la secuencia del ADN. Una inserción añade uno o más pares de bases químicas, mientras que una deleción elimina uno o más pares de bases químicas. Estas inserciones y deleciones se acumulan con el tiempo, lo que dificulta la alineación de las secuencias.

Para solucionar esto, los científicos han desarrollado programas informáticos y herramientas estadísticas para determinar la mejor forma de alinear las secuencias de ADN y determinar si la alineación de las secuencias de ADN se debe a la homología o a la coincidencia.

Las pruebas moleculares como el ADN y el ARNr también pueden utilizarse en la datación, al igual que los fósiles y las rocas.

• El ADN mitocondrial tiene altas tasas de mutación, por lo que puede utilizarse para determinar las relaciones de la historia evolutiva entre especies estrechamente emparentadas.

• El ARN ribosómico tiene tasas de mutación bajas, por lo que su secuencia y estructura pueden alinearse con mayor facilidad y precisión, incluso en el caso de especies emparentadas lejanamente.

¿Qué significa "la ontogenia recapitula la filogenia"?

La ontogenia se refiere al desarrollo o a cualquier etapa del desarrollo de un organismo. La frase "la ontogenia recapitula la filogenia" encierra la teoría de la recapitulación de Ernst Haeckel en 1866. La teoría de la recapitulación afirma que el desarrollo de los organismos individuales (ontogenia) reproduce (recapitula) el desarrollo evolutivo de la especie a partir de sus especies ancestrales (filogenia).

Aunque la afirmación "la ontogenia recapitula la filogenia" no es del todo cierta, podemos aprender de la teoría de la recapitulación que las similitudes compartidas por organismos en diversas fases de desarrollo podrían significar que evolucionaron a partir de un antepasado común. Por eso todos los vertebrados, en algún momento de su desarrollo, tienen hendiduras branquiales y cola.