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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
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.
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.
Aplicación de la cladística en Antropología y arqueología - “Un método biológico aplicado a la gramática descubre vínculos entre lenguas antiguas