FILOGÈNIA: INTERPRETACIÓ, TIPUS D'ARBRES, APLICACIONS - BIOLOGIA - 2025

Una filogènia, en biologia evolutiva, és una representació de la història evolutiva d'un grup d'organismes o d'una espècie, fent èmfasi en la línia de descendent i en les relacions de parentiu entre els grups.

En l'actualitat, els biòlegs han usat dades provinents primordialment de la morfologia i anatomia comparada, i de les seqüències dels gens per reconstruir milers i milers d'arbres.

Font: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Aquests arbres busquen descriure la història evolutiva de les diferents espècies d'animals, plantes, microbis i altres éssers orgànics que habiten a la terra.

L'analogia amb l'arbre de la vida, data de l'època de Charles Darwin. Aquest brillant naturalista britànic plasma en l'obra mestra "L'Origen de les Espècies" una única imatge: un "arbre" que representa la ramificació dels llinatges, partint d'un ancestre en comú.

Què és una filogènia?

A la llum de les ciències biològiques, un dels esdeveniments més sorprenents que ha tingut lloc és l'evolució. Aquest canvi de les formes orgàniques amb el pas el temps, pot ser representat en un arbre filogenètic. Per això, la filogènia expressa la història dels llinatges i com han canviat en el temps.

Una de les implicacions directa d'aquest gràfic és la ancestría comuna. És a dir, que tots els organismes que veiem avui en dia han sorgit com a descendents amb modificacions de formes passades. Aquesta idea ha estat una de les més significatives en la història de la ciència.

Totes les formes de vida que avui podem apreciar - des dels bacteris microscòpiques, fins a les plantes i els vertebrats més grans - es troben connectades i aquesta relació es representa en el vast i intricat arbre de la vida.

Dins de l'analogia de l'arbre, les espècies que avui viuen representarien les fulles i la resta de les branques seria la seva història evolutiva.

Què és un arbre filogenètic?

Es mostra una filogènia simplificada dels metazous. Per a alguns grups s'associa una representació esquemàtica per a alguns dels tipus d'ulls que poden presentar: Copa, Cambra amb orifici d'entrada de llum, Cambra amb lent, Compost per aposició i Compost per superposició. Laura bibiana, from Wikimedia Commons

Un arbre filogenètic és una representació gràfica de la història evolutiva d'un grup d'organismes. Aquest patró de relacions històriques és la filogènia que els investigadors intenten estimar.

Els arbres consisteixen en nodes que connecten a les "branques". Els nodes terminals de cada branca són les taxa terminals i representen les seqüències o els organismes dels quals es conèixer dades - aquests poden ser espècies vivents o ja extintes.

Els nodes interns representen ancestres hipotètics, mentre que l'ancestre que es troba a l'arrel de l'arbre, representa l'ancestre de totes les seqüències representades al graf.

Com s'interpreten els arbres filogenètics?

Hi ha moltes maneres de representar un arbre filogenètic. Per això, és important saber reconèixer si aquestes diferències que s'observen entre dos arbres es deuen a diferents topologies - és a dir, diferències reals corresponents a dues grafies - o simplement són diferències relacionades amb l'estil de la representació.

Per exemple, l'ordre en què apareixen les etiquetes a la part superior pot variar, sense modificar el significat de la representació gràfica, generalment el nom de l'espècie, el gènere, la família, entre altres categories.

Això passa perquè els arbres s'assemblen a un mòbil, on les branques poden rotar sense canviar la relació de les espècies representades.

En aquest sentit, no importen quantes vegades es modifiqui l'ordre o es roten els objectes que estan "penjant", ja que no canvia la manera en què estan connectats - i això és l'important.

Com es reconstrueixen les filogènies?

Les filogènies són hipòtesis que es formulen basant-se en evidència indirecta. Dilucidar una filogenia s'assembla a la feina d'un investigador a resoldre un crim seguint les pistes de l'escena de l'crim.

Els biòlegs solen postular seus filogènies usant el coneixement de diverses branques, com la paleontologia, l'anatomia comparada, l'embriologia comparada i la biologia molecular.

El registre fòssil, encara que incomplet, aporta informació molt valuosa sobre els temps de divergència dels grups d'espècies.

Amb el pas el temps, la biologia molecular ha sobrepassat tots els camps esmentats, i la majoria de les filogènies s'infereixen parint de dades moleculars.

L'objectiu de reconstruir un arbre filogenètic suposa un seguit d'inconvenients de gran magnitud. Ha, aproximadament, unes 1,8 milions d'espècies nomenades i moltíssimes més sense ser descrites.

I, encara que un nombre important de científics s'esforcen diàriament per reconstruir les relacions entre les espècies, encara no es té un arbre.

caràcters homòlegs

Quan els biòlegs volen descriure les similituds entre dues estructures o processos, ho poden fer en termes de la ancestría comuna (homologies), analogies (funció) o homoplàsia (semblança morfològica).

Per reconstruir una filogènia, s'usen exclusivament caràcters homòlegs. La homologia és un concepte clau en l'evolució i en la recreació de les relacions entre espècies, ja que només ella reflecteix adequadament la ancestría comuna dels organismes.

Suposem que volem inferir la filogènia de tres grups: els ocells, els ratpenats i els humans. Per complir amb el nostre objectiu, vam decidir utilitzar les extremitats superiors com a característica que ens ajudi a discernir el patró de relacions.

Com les aus i els ratpenats posseeixen estructures modificades per al vol, podríem concloure, erròniament, que els ratpenats i les aus estan més relacionats entre si que els ratpenats amb els humans. Per què hem arribat a una conclusió errada? Perquè hem fet servir un caràcter anàleg i no homòleg.

Per donar amb la relació correcta he de buscar un caràcter homòleg, com la presència de pèl, glàndules mamàries i tres ossets en l'oïda mitjana - només per esmentar alguns. No obstant això, les homologies no són fàcils de diagnosticar.

Tipus d'arbres

No tots els arbres són iguals, hi ha diferents representacions gràfiques i cadascuna aconsegueix incorporar alguna característica peculiar de l'evolució de el grup.

Els arbres més bàsics són els cladogrames. Aquests gràfics exhibeixen les relacions en terme de la ancestría comuna (segons els ancestres en comú més recents).

Els arbres additius contenen informació addicional i es representen en la longitud de les branques.

Els nombres que s'associen a cada branca corresponen a algun atribut en la seqüència - com la quantitat de canvi evolutiu que els organismes han experimentat. A més de "arbres additius", també són coneguts com arbres mètrics o filogramas.

Els arbres ultramétricos, també anomenats dendogramas, són un cas particular dels arbres additius, on les puntes de l'arbre són equidistants de l'arrel a l'arbre.

Aquestes últimes dues variants posseeixen totes les dades que podem trobar en un cladograma, i informació extra. Per això, no són excloents, sinó complementaris.

politomías

Moltes vegades, els nodes dels arbres no estan totalment resolts. Visualment, es diu que hi ha una politomia, quan d'un nou surten més de tres branques (hi ha un sol ancestre per més de dos descendents immediats). Quan un arbre no posseeix politomías, es diu que està totalment resolt.

Hi ha dos tipus de politomías. Les primeres són les politomías "dures". Aquestes són intrínseques de el grup d'estudi, i indiquen que els descendents van evolucionar a el mateix temps. De manera alternativa, les politomías "suaus" indiquen relacions no resoltes causada per la data per se.

classificació evolutiva

llinatges monofiléticos

Els biòlegs evolutius busquen trobar una classificació que s'ajusti a el patró de ramificació de la història filogenètica dels grups. En aquest procés s'ha desenvolupat una sèrie de termes molt usats en biologia evolutiva: monofilètic, parafilético i polifilético.

Un taxó o llinatge monofilètic és aquell que comprèn una espècie ancentral, que es representi en el node, i tots els seus descendents, però no altres espècies. Aquesta agrupació es denomina clado.

Els llinatges monofilètics es defineixen a cada nivell de la jerarquia taxonòmica. Per exemple, la Família Felidae, un llinatge que conté als felins (entre ells els gats domèstics), és considerada monofilètic.

De la mateixa manera, Animalia també és un taxó monofilètic. Com veiem la família Felidae està dins de Animalia, de manera que els grups monofilètics poden ser niats.

Llinatges parafiléticos i polifiléticos

No obstant això, no tots els biòlegs comparteixen el pensament de classificació cladística. En casos on les dades no estan complets o simplement per conveniència, es nomenen certes taxa que inclouen espècies de diferents clados o taxa superiors que no comparteixen un ancestre en comú més recent.

D'aquesta manera, un taxó és polifilético es defineix com un grup que inclou organismes de diferents clados, i aquests no comparteixen un ancestre comú. Per exemple, si volem designar un grup de homeoterms, inclouria les aus i als mamífers.

En contrast, un grup parafilètic no conté a tots els descendents de l'avantpassat comú més recent. En altres paraules, exclou a algun dels integrants de el grup. L'exemple més usat són els rèptils, aquest grup no conté a tots els descendents de l'ancestre comú més recent: les aus.

aplicacions

A més de contribuir a la dura tasca de dilucidar l'arbre de la vida, les filogènies també tenen algunes aplicacions bastant significatives.

En el camp de la medicina, les filogènies s'utilitzen per rastrejar l'origen i les taxes de transmissió de les malalties infeccioses, com la SIDA, el dengue i la influença.

També s'usen en la branca de la biologia de la conservació. El coneixement de la filogènia d'una espècie en perill d'extinció és indispensable per rastrejar els patrons d'encreuament i el nivell d 'hibridació i endogàmia entre els individus.

referències

1. Baum, DA, Smith, SD, & Donovan, SS (2005). The tree-thinking challenge. Science, 310 (5750), 979-980.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation to biology. Macmillan.
3. Hall, BK (Ed.). (2012). Homology: The hierarchial basis of comparative biology. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrated principles of zoology. McGraw-Hill.
5. Hinchliff, CE, Smith, SA, Allman, JF, Burleigh, JG, Chaudhary, R., Coghill, LM, Crandall, KA, Deng, J., Drew, BT, Gazis, R., Gude, K., Hibbett, DS, Katz, LA, Laughinghouse, HD, McTavish, EJ, Midford, PE, Owen, CL, Ree, RH, Rees, JA, Soltis, DE, Williams, T.,… Cranston, KA (2015). Synthesis of Phylogeny and taxonomy into a comprehensive tree of life. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112 (41), 12.764-9.
6. Kardong, KV (2006). Vertebrates: comparative anatomy, function, evolution. McGraw-Hill.
7. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molecular evolution: a Phylogenetic approach. John Wiley & Sons.