Filogenia y Sistemática

La Filogenia es la historia evolutiva de una especie o de un grupo de especies relacionadas

La Sistemática es la disciplina científica que estudia la diversidad y las relaciones de los seres vivos en un intento de construir un sistema ordenado de clasificación de los organismos, tanto los actuales como los extintos

Los sistemáticos usan información morfológica, bioquímica, molecular, etc. y la que proveen los fósiles

para inferir las relaciones evolutivas

Las clasificaciones como cualquier hipótesis científica son refutables y modificables

Hueso de dinosaurio 90Ma

Árbol petrificado 90Ma

Moldes de Amonites 375Ma

Huellas de dinosaurio de 150Ma

Defensas de un mastodonte de 23.000

años

Insectos preservados en ámbar

Hoja fósil, 40Ma

Willi Hennig (1913 – 1976)

Biólogo alemán que fundó la cladística. Publicó su Teoría de la Sistemática filogenética en 1950. Sus trabajos revolucionaron la forma de ver el orden natural de los seres vivos. Como taxónomo se especializó en dípteros (moscas y mosquitos).

Sistemática Filogenética o Cladística

Que es la cladística?

Cladística vine del griego antiguo κλάδος, klados = rama

Estudia la diversidad orgánica a través del reconocimiento de las relaciones genealógicas de los organismos

reflejándolas en una: clasificación jerárquica de las especies basada en una filogenia o ancestría evolutiva

Sistemática Filogenética o Cladística

Se enmarca en los principios de la teoría de la evolución

Asume que todos los organismos presentan un ancestro común y por lo tanto están relacionados

entre sí

El cladismo o sistemática filogenética es el campo de la Biología que busca entender la historia de la vida por medio de: 1. Proveer un sistema de clasificación (marco conceptual) que sirve para comunicar información acerca de los organismos 2. Generar hipótesis (cladogramas) para la interpretación de la evolución de la vida 3. Estas hipótesis filogéneticas y su correspondiente clasificación nos ayudan a predecir propiedades de organismos nuevos y de aquellos que se conoce muy poco

Cladística para que?

La historia filogenética de los organismos puede ser inferida desde las similitudes morfológicas y moleculares de los organismos vivientes y los fósiles

Los organismos con morfologías muy similares o con secuencias de ADN o ARN similares es muy probable que estén más

relacionados entre sí que con otros organismos que tengan grandes

diferencias morfológicas o moleculares Relación ancestro descendiente

Humano Hongo Planta

Árboles filogenéticos o cladogramas

Para construir una filogenia los sistemáticos necesitan distinguir si esa similitud es el resultado de una

Homología o una Analogía

HOMOLOGÍA es similitud debida a ancestralidad común

ANALOGÍA es similitud debida a convergencia evolutiva

Las similitudes deben codificarse genéticamente, es decir que su expresión no es solo el producto de la variación ambiental

La evolución convergente ocurre cuando existen presiones medioambientales similares y por selección natural se producen adaptaciones similares (análogas)

en organismos de diferentes linajes evolutivos

Mamífero Roedor con hábitos cavadores

Mamífero Insectívoro con hábitos cavadores

Similitudes causadas por evolución convergente

Insecto Grillo topo Con hábitos cavadores

En cladística las estructuras (morfológicas, secuencias moleculares, etc.) análogas que evolucionan independientemente son llamadas:

Los OJOS son estructuras ANALOGAS

Ave Insecto

Humano Cefalópodo

HOMOPLASIAS

ALAS

Insecto

Ave Mamífero

Otros ejemplos de analogías Convergencia biológica: las alas (de insectos, aves, murciélagos)

Convergencias culturales: la agricultura, la escritura, etc.

Estructuras Homólogas

Miembro anterior de los tetrápodos

Similitudes heredadas de un ancestro común

Análisis moleculares:

Alineamiento de dos secuencias de proteínas

Comparación de segmentos de ADN de diferentes organismos

La sistemática filogenética conecta la clasificación con la historia evolutiva de los organismos

La Taxonomía es la división ordenada de los organismos en categorías basadas en características usadas para evidenciar

similitudes y diferencias

En 1748, Carolus Linnaeus publicó un sistema de taxonomía basado en semejanzas o similitudes

Dos características de este sistema son usadas hasta hoy:

•El nombre de las especies consta de dos partes = Nomenclatura Binominal

•La clasificación de los organismos es jerárquica

NOMENCLATURA BINOMINAL

•La primera parte del nombre de la especie es el género

•La segunda parte, llamada el epíteto específico, es único para cada especie dentro del género

•La primera letra del género es con mayúsculas

•Todo el nombre de la especie es latinizado

•Ambas partes juntas son el nombre de la especie (no únicamente el epíteto específico)

•El nombre de género y especie debe ir resaltado (subrayado o en cursiva)

Ejemplo del nombre de una especie: Homo sapiens

CLASIFICACIÓN JERARQUICA Linnaeus propuso un sistema para agrupar las especies en

categorías más grandes o inclusivas

Panthera pardus especie

Género Panthera

Familia Felidae

Orden Carnivora

Clase Mammalia

Eukaria Dominio

Phyllum Cordata

Reino Animal

Unidades del análisis cladístico

Taxones: conjunto de entidades en estudio (organismos, especies, géneros, etc.)

Caracteres: atributos observables de los taxones

Estados de carácter: diferentes manifestaciones de los caracteres

Caracteres binarios: dos estados de carácter Caracteres multiestado o polimórficos: más de dos estados de carácter

Morfológicos: son atributos que se determinan por medio de estudios de anatomía comparada o de morfometría Moleculares: son características que se expresan en forma de secuencias de ADN o proteínas. Ecológicos, etológicos, biogeográficos, etc.

Pasos de un estudio sistemático aplicando la metodología cladística:

1.Seleccionar los taxones

2.Seleccionar los caracteres

3.Elaborar matrices

4.Producir cladogramas

5. Interpretar relaciones genealógicas y traducirlas en una clasificación formal

MATRIZ = Tabla de taxones/caracteres y estados

Caracteres Taxones

Vértebras 4 Patas Pelos Placenta

Tiburón 1 0 0 0

Rana 1 1 0 0

Canguro 1 1 1 0

Humano 1 1 1 1

Estados de los caracteres: Ausente = 0

Presente = 1

Las matrices se analizan mediante programas de computación que realizan las búsquedas de árboles

filogenéticos

Tiburón

Rana

Canguro

Humano

Vértebras

4 patas

Pelos

Placenta

El método de obtención de árboles en la cladística se basa en el criterio de parsimonia:

Se prefiere y selecciona la hipótesis mas simple (la que tenga el menor número de pasos)

Árbol de 4 pasos

En un análisis cladístico los clados son identificados por sus novedades evolutivas = apomorfías

Un carácter primitivo es un carácter que está compartido por todo el taxón y que no sirve para definirlo = plesiomorfía

Un carácter derivado compartido es una novedad evolutiva para un clado en particular = sinapomorfía

Sinapomorfías

Plesiomorfía

del clado mamíferos

Mamíferos Peces Anfibios

Todos estos términos son relativos, ya que cuando un estado surge en una especie es una autapomorfía, si luego se produce un evento de especiación, cambia a otro estado diferente (otra autapomorfía), pero el estado original de todo el grupo pasa a ser plesiomórfico.

Partes de un Cladograma Árbol o cladograma, representa la hipótesis de la relaciones

filogenéticas entre los organismos estudiados, incluyendo el grupo de interés (ingroup) y el grupo externo (outgroup).

ABCDEF= Grupo interno es el Grupo en estudio

Grupo externo, de comparación

Un Grupo externo (outgroup) es un taxón (especie o grupo de especies) que está estrechamente relacionado al grupo en estudio (ingroup)

taxón

raíz

Rama interna

Rama terminal

nodo

sinapomorfías

homoplasias

Números=caracteres Letras=taxones

Uniendo Sistemática y Filogenética Los sistemáticos representan las relaciones evolutivas

en las ramas de los árboles filogenéticos

Panthera pardus (leopardo) Mephitis mephitis

(zorrino)

Lutra lutra (nutria)

Canis familiaris (perro)

Canis lupus (lobo)

Panthera Mephitis Lutra Canis

Canidae Felidae Mustelidae

Carnivora

Espe

cie

Gén

ero

Ord

en

Fam

ilia

Arbol filogenético: Hipótesis de relaciones de parentesco entre los organismos

Cada punto de ramificación representa la divergencia de dos taxones

Leopardo Gato doméstico

Leopardo

Ancestro común

Lobo

Ancestro común

Gato doméstico

Cada divergencia plantea una relación de grupos hermanos = Taxones hermanos

Lobo: grupo hermano de leopardo + gato

Leopardo: grupo hermano de gato doméstico

Un cladograma representa los patrones de características compartidas entre los taxones (=taxa)

Un clado es un grupo de especies que incluye un ancestro y sus descendientes

Los clados pueden estar anidados en clados más grandes, pero no todas las agrupaciones de organismos son clados

válidos

Agrupaciones del cladograma

Un clado válido es monofilético, quiere decir que incluye a la especie ancestral y todos sus descendientes y se conoce como

GRUPO MONOFILETICO Agrupamiento 1

Monofilético

Un GRUPO PARAFILETICO consiste en una especie ancestral y algunas, pero no todas sus descendientes

Agrupamiento 2

Parafilético

Un GRUPO POLIFILETICO consiste en varias especies que no tienen un ancestro común inmediato, se agrupan por

homoplasias

Agrupamiento 3

Polifilético

La mejor hipótesis de filogenias son las que reúnen datos morfológicos, moleculares, de fósiles, etc.

Algunas de las mejores hipótesis no son las más parsimoniosas

Clado mamíferos-aves

Clado reptiles-aves Corazón con cuatro cámaras

Corazón con cuatro cámaras

Corazón con cuatro cámaras

El método cladístico es aplicable a cualquier clase de reconstrucciones históricas empíricas. Se utilizó en lingüística y análisis de textos (semántica). Se evalúa la divergencia evolutiva en el tiempo. La genealogía del lenguaje establece que pueblos hoy distantes compartieron territorio hace más de 10.000 años.

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