Filogenia: qué es, árbol filogenético, tipos de árboles, aplicaciones
¿Qué es la filogenia?
Una filogenia es una representación de la historia de la relación de parentesco de una especie o población y entre ellas. En la actualidad, los biólogos han usado datos provenientes primordialmente de la morfología y anatomía comparada, y de las secuencias de los genes para reconstruir miles y miles de árboles.
Estos árboles buscan describir la historia evolutiva de las distintas especies de animales, plantas, microbios y demás seres orgánicos que habitan en la Tierra.
La analogía con el árbol de la vida data de la época de Charles Darwin. Este brillante naturalista británico plasmó en su obra El origen de las especies una única imagen: un “árbol” que representa la ramificación de los linajes, partiendo de un ancestro en común.
A la luz de las ciencias biológicas, uno de los eventos más asombrosos que ha tenido lugar es la evolución. Dicho cambio de las formas orgánicas con el paso del tiempo, puede ser representado en un árbol filogenético. Por ello, la filogenia expresa la historia de los linajes y cómo han cambiado en el tiempo.
Una de las implicaciones directas de este gráfico es la ancestría común. Es decir, que todos los organismos que vemos hoy en día han surgido como descendientes con modificaciones de formas pasadas. Esta idea ha sido una de las más significativas en la historia de la ciencia.
Todas las formas de vida que hoy podemos apreciar –desde las bacterias microscópicas, hasta las plantas y los vertebrados más grandes– se encuentran conectadas, y dicha relación se representa en el vasto e intrincado árbol de la vida.
Dentro de la analogía del árbol, las especies que hoy viven representarían las hojas y el resto de las ramas sería su historia evolutiva.
¿Qué es un árbol filogenético?
Un árbol filogenético es una representación gráfica de la historia evolutiva de un grupo de organismos. Este patrón de relaciones históricas es la filogenia que los investigadores intentan calcular.
Los árboles consisten en nodos que conectan a las “ramas”. Los nodos terminales de cada rama son las taxa terminales y representan las secuencias o los organismos de los que se conocen datos –estos pueden ser especies vivientes o ya extintas–.
Los nodos internos representan ancestros hipotéticos, mientras que el ancestro que está en la raíz del árbol, representa al ancestro de todas las secuencias representadas en el grafo.
¿Cómo se interpretan los árboles filogenéticos?
Existen muchas maneras de representar un árbol filogenético. Por ello, es importante saber reconocer si estas diferencias que se observan entre dos árboles se deben a diferentes topologías –es decir, diferencias reales correspondientes a dos grafías–, o simplemente son diferencias relacionadas con el estilo de la representación.
Por ejemplo, el orden en el que aparecen las etiquetas en la parte superior puede variar, sin modificar el significado de la representación gráfica, generalmente el nombre de la especie, el género, la familia, entre otras categorías.
Esto ocurre porque los árboles se asemejan a un móvil, donde las ramas pueden rotar sin cambiar la relación de las especies representadas.
En este sentido, no importa cuántas veces se modifique el orden o se roten los objetos que están “colgando”, ya que no cambia la manera en que están conectados, que es lo importante.
¿Cómo se reconstruyen las filogenias?
Las filogenias son hipótesis que se formulan basándose en evidencia indirecta. Dilucidar una filogenia se asemeja al trabajo de un investigador en resolver un crimen siguiendo las pistas de la escena del crimen.
Los biólogos suelen postular sus filogenias usando el conocimiento de varias disciplinas, como la paleontología, la anatomía comparada, la embriología comparada y la biología molecular.
El registro fósil, aunque incompleto, aporta información muy valiosa sobre los tiempos de divergencia de los grupos de especies.
Con el paso del tiempo, la biología molecular ha sobrepasado todos los campos mencionados, y la mayoría de las filogenias se infieren partiendo de datos moleculares.
La meta de reconstruir un árbol filogenético supone una serie de inconvenientes de gran magnitud. Existen, aproximadamente, unas 1.8 millones de especies nombradas y muchísimas más sin ser descritas.
Y, aunque un número importante de científicos se esfuerzan a diario para reconstruir las relaciones entre las especies, aún no se tiene un árbol completo.
Tipos de árboles filogenéticos
No todos los árboles son iguales, existen diferentes representaciones gráficas y cada una logra incorporar alguna característica peculiar de la evolución del grupo.
– Los árboles más básicos son los cladogramas. Estos gráficos exhiben las relaciones en términos de la ancestría común (según los ancestros en común más recientes).
– Los árboles aditivos contienen información adicional y se representan en la longitud de las ramas.
Los números que se asocian a cada rama corresponden a algún atributo en la secuencia –como la cantidad de cambio evolutivo que los organismos han experimentado. Además de “árboles aditivos”, también son conocidos como árboles métricos o filogramas.
– Los árboles ultramétricos, también denominados dendogramas, son un caso particular de los árboles aditivos, donde las puntas del árbol son equidistantes de la raíz al árbol.
Estas últimas dos variantes poseen todos los datos que podemos encontrar en un cladograma, e información extra. Por ello no son excluyentes, sino complementarios.
Aplicaciones de la filogenia
Además de contribuir en la dura tarea de dilucidar el árbol de la vida, las filogenias también tienen algunas aplicaciones bastante significativas.
En el campo de la medicina, las filogenias se utilizan para rastrear el origen y las tasas de trasmisión de las enfermedades infecciosas, como el SIDA, el dengue y la influenza.
También se usan en la rama de la biología de la conservación. El conocimiento de la filogenia de una especie en peligro de extinción es indispensable para rastrear los patrones de cruzamiento y el nivel de hibridización y endogamia entre los individuos.
Referencias
- Baum, D. A., Smith, S. D., & Donovan, S. S. The tree-thinking challenge. Science.
- Hall, B. K. (Ed.). Homology: The hierarchial basis of comparative biology. Academic Press.
- Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W. C., & Garrison, C. Integrated principles of zoology. McGraw–Hill.