ARBRE FILOGENÈTIC: TIPUS I LES SEVES CARACTERÍSTIQUES, EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Un arbre filogenètic és una representació gràfica matemàtica de la història i de les relacions ancestre - descendents de grups, poblacions, espècies, o qualsevol altra categoria taxonòmica. Teòricament, tots els arbres filogenètics poden agrupar-se en l'arbre de la vida, constituint l'arbre universal.

Aquestes representacions gràfiques han revolucionat l'estudi de la biologia evolutiva, ja que permeten establir i definir una espècie, provar diverses hipòtesis evolutives (com la teoria endosimbiòtica), avaluar l'origen de malalties (com el VIH), etc.

Font: John Gould (14.Sep.1804 - 3.Feb.1881)

Els arbres poden reconstruir-se usant caràcters morfològics o moleculars, o tots dos. De la mateixa manera, hi ha diversos mètodes per construir-los, sent el més comú la metodologia cladista. Aquesta busca identificar els caràcters derivats compartits, coneguts com sinapomorfia.

Característiques

Un dels principis desenvolupats per Charles Darwin constitueix la ancestría en comú de tots els organismes vius - és a dir, tots compartim un ancestre remot.

A «L'Origen de les Espècies» Darwin planteja la metàfora de «l'arbre de la vida». De fet, fa servir un arbre gràfic hipotètic per desenvolupar la seva idea (curiosament, és l'única il·lustració de l'Origen).

La representació d'aquesta metàfora és el que coneixem com arbres filogenètics, que ens permeten exhibir de manera gràfica la història i les relacions d'algun grup concret d'organismes.

Anatomia d'un arbre filogenètic

En els arbres filogenètics, podem distingir les següents parts - seguint amb l'analogia botànica:

Branques: es diu "branques" a les línies de l'arbre, i aquestes representen a les poblacions d'estudi en el temps. Depenent de l'tipus d'arbre (veure més endavant), la longitud de la branca pot o no tenir un significat.

A la punta de les branques trobem els organismes que volem avaluar. Aquests poden ser ens que estiguin vius actualment, o bé éssers extints. Les espècies serien les fulles del nostre arbre.

Arrel: l'arrel és la branca més ancestral de l'arbre. Alguns ho tenen i s'anomenen arbres arrelats, mentre que altres no el tenen.

Nodes: els punts de ramificació de les branques en dues o més llinatges s'anomenen nodes. El punt representa l'ancestre en comú més recent dels grups descendents (cal notar que aquests ancestres són hipotètics).

L'existència d'un node implica un esdeveniment d'especiació - creació de noves espècies. Després d'això, cada espècie segueix el seu rumb evolutiu.

terminologia addicional

A més d'aquests tres conceptes bàsics, hi ha altres termes necessaris pel que fa als arbres filogenètics:

Politomia: quan en un arbre filogenètic presenta més de dues branques en un node es diu que hi ha una politomia. En aquests casos, l'arbre filogenètic no està resolt del tot, perquè les relacions entre els organismes implicats no estan clares. Això sol succeir per la falta de dades, i només pot solucionar-se quan un investigador acumuli més.

Grup extern: en els temes filogenètics és comú escoltar el concepte de grup extern - també anomenat outgroup. Aquest grup es selecciona per poder arrelar l'arbre. S'ha d'escollir com un taxó que va divergir amb anterioritat de el grup d'estudi. Per exemple, si estic estudiant equinoderms, pot usar de outgroup a les ascidis.

tipus

Existeixen tres tipus bàsics d'arbres: els cladogrames, els arbres additius i els arbres ultramétricos.

Els cladogrames són els arbres més simples i exhibeixen la relació dels organismes en termes de ancestría comú. La informació d'aquest tipus d'arbre resideix en els patrons de ramificació, ja que la mida de les branques no té cap significat addicional.

El segon tipus d'arbre és l'additiu, també anomenats arbres mètrics o filogramas. La longitud de les branques està relacionada amb la quantitat de canvi evolutiu.

Finalment, tenim els arbres ultramétricos o dendogramas, on totes les puntes dels arbres estan a la mateixa distància (el que no ocorre en el filograma, on una punta pot aparèixer més avall o més amunt que la seva companya). La longitud de la branca està relacionada amb el temps evolutiu.

L'elecció de l'arbre està relacionada directament amb la pregunta evolutiva que vulguem respondre. Per exemple, si ens importen únicament les relacions entre els individus, 1 cladograma serà suficient per a l'estudi.

Errors més comuns a l'llegir els arbres filogenètics

Tot i que els arbres filogenètics solen ser gràfics d'ampli ús en biologia evolutiva (i en la biologia general), hi ha molts estudiants i professionals que malinterpreten el missatge que aquests gràfics - aparentment simples - pretenen lliurar a al lector.

No hi ha un tronc

El primer error és llegir-los de manera lateral, assumint que l'evolució implica progrés. Si entenem correctament el procés evolutiu, no hi ha cap raó per pensar que a l'esquerra es troben les espècies ancestrals ia la dreta les espècies més avançades.

Encara que l'analogia botànica d'arbre és molt útil, arriba un punt on ja no és tan exacta. Hi ha una estructura crucial de l'arbre que no està present en l'arbre: el tronc. En els arbres filogenètics no trobem cap branca principal.

Específicament, algunes persones podrien considerar a l'home com la "meta" última de l'evolució, i per tant l'espècie Homo sapiens sempre hauria de situar com a ens final.

No obstant això, aquesta visió no és congruent amb els principis evolutius. Si entenem que els arbres filogenètics són elements mòbils, podrem situar a l'Homo en qualsevol posició terminal de l'arbre, ja que aquesta funció no és rellevant en la representació.

Els nodes poden rotar

Una característica vital que hem d'entendre dels arbres filogenètics és que representen gràfics no estàtics.

En ells, totes aquestes branques poden rotar - de la mateixa manera que un mòbil pot fer-ho. No volem dir que les branques les podem moure al nostre gust, perquè alguns moviments implicarien el canvi de el patró o topologia de l'arbre. El que podem rotar són els nodes.

Per interpretar el missatge d'un arbre, no hem enfocar-nos en la punta de les branques, ho hem de fer en els punts de ramificació, que són l'aspecte més important de l'gràfic.

A més, hem de tenir en compte que hi ha diverses maneres per dibuixar un arbre. Moltes vegades depèn de l'estil de el llibre o de la revista i els canvis en la forma i posició de les branques no afecten la informació que ens volen transmetre.

No podem deduir l'existència d'espècies actuals ancestrals o "velles"

Quan anem a referir-nos a les espècies actuals no hem aplicar-connotacions de ancestrals. Per exemple, quan pensem en les relacions que hi ha entre els ximpanzés i els humans, podríem entendre erròniament que els ximpanzés són ancestrals que fa al nostre llinatge.

No obstant això, l'ancestre en comú dels ximpanzés i els humans no era cap dels dos. Pensar que el ximpanzé és ancestral seria assumir que la seva evolució es va aturar una vegada que tots dos llinatges es van separar.

Seguint la mateixa lògica d'aquestes idees, un arbre filogenètic tampoc ens indica si hi ha espècies joves. Com les freqüències al·lèliques estan en canvi constant i hi ha nous caràcters canviant en el temps, és difícil determinar l'edat d'una espècie i, certament, un arbre no ens atorga aquesta dada.

El "canvi de les freqüències al·lèliques en el temps" és la manera en què la genètica de poblacions defineix a l'evolució.

són inalterables

A l'observar un arbre filogenètic hem de comprendre que aquest gràfic és simplement una hipòtesi generada a partir d'una evidència concreta. Potser si afegim més caràcters a l'arbre, aquest modifiqui la seva topologia.

La perícia dels científics a l'escollir els millors caràcters que permetin dilucidar les relacions dels organismes en qüestió és clau. A més, hi ha eines estadístiques molt poderoses que permeten als investigadors avaluar els arbres i triar el més plausible.

exemples

Els tres dominis de la vida: Archaea, Bacteri i Eukarya

L'any 1977, l'investigador Carl Woese va proposar agrupar els organismes vius en tres dominis: Archaea, Bacteri i Eukarya. Aquest nou sistema de classificació (anteriorment eren només dues categories, Eukaryota i Prokaryota) es va basar en el marcador molecular ARN ribosomal.

Els bacteris i els eucariotes són organismes àmpliament coneguts. Les arqueobacteris solen confondre amb els bacteris. No obstant això, aquestes difereixen profundament en l'estructura dels seus components cel·lulars.

Per això, encara són organismes microscòpics com els bacteris, els integrants de l'domini Archaea estan més relacionats amb els eucariotes - perquè comparteixen un ancestre en comú més proper.

Font: Elaborat per Mariana Gelambí.

Filogenia dels primats

Dins de la biologia evolutiva, un dels temes més controvertits és l'evolució de l'home. Per als oponents d'aquesta teoria, no té lògica una evolució partint d'un ancestre simiesc que va donar origen a l'home actual.

Un concepte clau és entendre que no evolucionem de simis actuals, sinó que compartim un ancestre en comú amb ells. En l'arbre dels simis i els humans ressalta que el que coneixem com a "simi" no és un grup monofilètic vàlid, ja que exclou l'humà.

Font: Elaborat per Mariana Gelambí.

Filogenia dels cetartiodáctilos (Cetartiodactyla)

Evolutivament parlant, els cetacis representaven un grup de vertebrats les relacions amb la resta dels seus companys mamífers no estava molt clara. Morfològicament, les balenes, dofins i altres membres tenen poques semblances amb la resta dels mamífers.

Actualment, gràcies a l'estudi de diferents caràcters morfològics i moleculars s'ha pogut concloure que el grup germà dels grans cetacis està format pels artiodàctils - ungulats amb peülles parells.

Font: Elaborat per Mariana Gelambí.

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 hierarchical 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. Kardong, KV (2006). Vertebrates: comparative anatomy, function, evolution. McGraw-Hill.
6. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
7. Losos, JB (2013). The Princeton guide to evolution. Princeton University Press.
8. Page, RD, & Holmes, EC (2009). Molecular evolution: a Phylogenetic approach. John Wiley & Sons.
9. Rice, SA (2009). Encyclopedia of evolution. Infobase Publishing.
10. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biology: concepts and applications without physiology. Cengage Learning.