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20.1: Organizar la vida en la Tierra

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    Habilidades para Desarrollar

    • Discutir la necesidad de un sistema de clasificación integral
    • Enumerar los diferentes niveles del sistema de clasificación taxonómica
    • Describir cómo la sistemática y la taxonomía se relacionan con la filogenia
    • Discutir los componentes y el propósito de un árbol filogenético

    En términos científicos, la historia evolutiva y la relación de un organismo o grupo de organismos se llama filogenia. La filogenia describe las relaciones de un organismo, como a partir de qué organismos se cree que ha evolucionado, con qué especies está más estrechamente relacionado, y así sucesivamente. Las relaciones filogenéticas proporcionan información sobre la ascendencia compartida pero no necesariamente sobre cómo los organismos son similares o diferentes.

    Árboles filogenéticos

    Los científicos utilizan una herramienta llamada árbol filogenético para mostrar las vías evolutivas y las conexiones entre los organismos. Un árbol filogenético es un diagrama utilizado para reflejar las relaciones evolutivas entre organismos o grupos de organismos. Los científicos consideran que los árboles filogenéticos son una hipótesis del pasado evolutivo ya que no se puede volver atrás para confirmar las relaciones propuestas. En otras palabras, se puede construir un “árbol de la vida” para ilustrar cuándo evolucionaron diferentes organismos y para mostrar las relaciones entre diferentes organismos (Figura\(\PageIndex{1}\)).

    A diferencia de un diagrama de clasificación taxonómica, un árbol filogenético se puede leer como un mapa de la historia evolutiva. Muchos árboles filogenéticos tienen un solo linaje en la base que representa un ancestro común. Los científicos llaman a tales árboles enraizados, lo que significa que hay un solo linaje ancestral (típicamente dibujado desde la parte inferior o izquierda) con el que se relacionan todos los organismos representados en el diagrama. Observe en el árbol filogenético enraizado que los tres dominios, Bacterias, Archaea y Eucarya, divergen de un solo punto y se ramifican. La pequeña rama que ocupan las plantas y los animales (incluidos los humanos) en este diagrama muestra cuán recientes y minúsculos se comparan estos grupos con otros organismos. Los árboles no enraizados no muestran un ancestro común pero sí muestran relaciones entre especies.

    El árbol filogenético en la parte a está enraizado y se asemeja a un árbol vivo, con un ancestro común indicado como la base del tronco. A partir del tronco se forman dos ramas. La rama izquierda conduce al dominio Bacterias. El ramal derecho se ramifica de nuevo, dando lugar a Archaea y Eukarya. Las ramas más pequeñas dentro de cada dominio indican los grupos presentes en ese dominio. El árbol filogenético de la parte B no está enraizado. No se parece a un árbol vivo; más bien, grupos de organismos dentro de los dominios Archaea, Eukarya y Bacteria están dispuestos en un círculo. Las líneas conectan los grupos dentro de cada dominio. Los grupos dentro de Archaea y Eukarya se conectan entonces entre sí. Una línea de los dominios Archaea/ Eukarya, y otra de las Bacterias se encuentran en el centro del círculo. No hay raíz, y por lo tanto no hay indicación de qué dominio surgió primero.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Ambos árboles filogenéticos muestran la relación de los tres dominios de la vida —bacterias, Archaea y Eucarya— pero el (a) árbol enraizado intenta identificar cuando diversas especies divergieron de un ancestro común mientras que el (b) árbol no enraizado no lo hace. (crédito a: modificación de obra de Eric Gaba)

    En un árbol enraizado, la ramificación indica relaciones evolutivas (Figura\(\PageIndex{2}\)). El punto donde ocurre una división, llamado punto de ramificación, representa donde un solo linaje evolucionó hasta convertirse en uno nuevo distinto. Un linaje que evolucionó temprano desde la raíz y permanece sin ramificar se llama taxón basal. Cuando dos linajes provienen del mismo punto de ramificación, se les llama taxones hermanos. Una rama con más de dos linajes se llama politomía y sirve para ilustrar dónde los científicos no han determinado definitivamente todas las relaciones. Es importante señalar que aunque los taxones hermanos y la politomía sí comparten un antepasado, no significa que los grupos de organismos se separen o evolucionen entre sí. Los organismos en dos taxones pueden haberse separado en un punto de ramificación específico, pero ninguno de los taxones dio origen al otro.

    La ilustración muestra un árbol filogenético que comienza en una raíz, lo que indica que todos los organismos del árbol comparten un ancestro común. Poco después de la raíz, el árbol se ramifica. Una rama da origen a un solo linaje basal, y la otra da lugar a todos los demás organismos del árbol. La siguiente rama se bifurca en un punto en cuatro linajes diferentes, un ejemplo de politomía. La rama final da lugar a dos linajes, un ejemplo de taxones hermanos.
    Figura\(\PageIndex{2}\): La raíz de un árbol filogenético indica que un linaje ancestral dio origen a todos los organismos del árbol. Un punto de ramificación indica dónde divergieron dos linajes. Un linaje que evolucionó temprano y permanece sin ramificar es un taxón basal. Cuando dos linajes provienen del mismo punto de ramificación, son taxones hermanos. Una rama con más de dos linajes es una politomía.

    Los diagramas anteriores pueden servir como un camino para comprender la historia evolutiva. El camino se puede rastrear desde el origen de la vida hasta cualquier especie individual navegando a través de las ramas evolutivas entre los dos puntos. También, comenzando por una sola especie y trazando de nuevo hacia el “tronco” del árbol, se puede descubrir los antepasados de esa especie, así como donde los linajes comparten una ascendencia común. Además, el árbol puede ser utilizado para estudiar grupos enteros de organismos.

    Otro punto a mencionar sobre la estructura filogenética del árbol es que la rotación en los puntos de ramificación no cambia la información. Por ejemplo, si se rotaba un punto de ramificación y cambiaba el orden del taxón, esto no alteraría la información porque la evolución de cada taxón desde el punto de ramificación era independiente del otro.

    Muchas disciplinas dentro del estudio de la biología contribuyen a comprender cómo la vida pasada y presente evolucionó con el tiempo; estas disciplinas en conjunto contribuyen a construir, actualizar y mantener el “árbol de la vida”. La información se utiliza para organizar y clasificar organismos basados en relaciones evolutivas en un campo científico llamado sistemática. Los datos pueden ser recolectados de fósiles, del estudio de la estructura de partes del cuerpo o moléculas utilizadas por un organismo, y por análisis de ADN. Al combinar datos de muchas fuentes, los científicos pueden armar la filogenia de un organismo; dado que los árboles filogenéticos son hipótesis, seguirán cambiando a medida que se descubran nuevos tipos de vida y se aprenda nueva información.

    Limitaciones de los árboles filogenéticos

    Puede ser fácil suponer que los organismos más estrechamente relacionados se parecen más, y aunque este suele ser el caso, no siempre es cierto. Si dos linajes estrechamente relacionados evolucionaron bajo un entorno significativamente variado o después de la evolución de una nueva adaptación importante, es posible que los dos grupos aparezcan más diferentes que otros grupos que no están tan estrechamente relacionados. Por ejemplo, el árbol filogenético de la Figura\(\PageIndex{3}\) muestra que tanto lagartos como conejos tienen huevos amnióticos, mientras que las ranas no; sin embargo, lagartos y ranas parecen más similares que lagartos y conejos.

    El árbol filogenético en forma de escalera comienza con un tronco a la izquierda. Una pregunta al lado del tronco plantea si hay una columna vertebral presente. Si la respuesta es no, una rama conduce hacia abajo a lanceleta. Si la respuesta es sí, una rama lleva hacia arriba a otra pregunta: ¿está presente una mandíbula articulada? Si la respuesta es no, una rama conduce hacia abajo hacia la lamprea. Si la respuesta es sí, una rama lleva hacia arriba a otra pregunta: ¿están presentes las piernas? Si la respuesta es no, una rama conduce hacia abajo hacia los peces. Si la respuesta es sí, una rama lleva hacia arriba a otra pregunta: ¿el óvulo tiene amnios? Si la respuesta es no, la rama conduce hacia abajo a rana. Si la respuesta es sí, la rama lleva hacia arriba a otra pregunta: ¿está presente el cabello? Si la respuesta es no, la rama conduce hacia abajo a lagarto. Si la respuesta es sí, la rama lleva hacia arriba a conejo.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Este árbol filogenético escalerado de vertebrados está enraizado por un organismo que carecía de columna vertebral. En cada punto de ramificación, los organismos con diferentes caracteres se colocan en diferentes grupos en función de las características que comparten.

    Otro aspecto de los árboles filogenéticos es que, a menos que se indique lo contrario, las ramas no tienen en cuenta el tiempo, solo el orden evolutivo. En otras palabras, la longitud de una rama no suele significar más tiempo transcurrido, ni una rama corta significa menos tiempo transcurrido, a menos que se especifique en el diagrama. Por ejemplo, en la Figura\(\PageIndex{3}\), el árbol no indica cuánto tiempo pasó entre la evolución de los huevos amnióticos y el pelo. Lo que sí muestra el árbol es el orden en que ocurrieron las cosas. Nuevamente usando Figura\(\PageIndex{3}\), el árbol muestra que el rasgo más antiguo es la columna vertebral, seguida de mandíbulas articuladas, y así sucesivamente. Recuerda que cualquier árbol filogenético es parte del todo mayor, y como un árbol real, no crece en una sola dirección después de que se desarrolla una nueva rama. Entonces, para los organismos en Figura\(\PageIndex{3}\), el hecho de que una columna vertebral evolucionara no significa que cesara la evolución de invertebrados, solo significa que se formó una nueva rama. Además, los grupos que no están estrechamente relacionados, pero evolucionan en condiciones similares, pueden parecer más fenotípicamente similares entre sí que a un pariente cercano.

    Enlace al aprendizaje

    Dirígete a este sitio web para ver ejercicios interactivos que te permiten explorar las relaciones evolutivas entre las especies.

    Los niveles de clasificación

    La taxonomía (que literalmente significa “ley de arreglo”) es la ciencia de clasificar organismos para construir sistemas de clasificación compartidos internacionalmente con cada organismo colocado en agrupaciones cada vez más inclusivas. Piensa en cómo se organiza una tienda de abarrotes. Un gran espacio se divide en departamentos, como productos, lácteos y carnes. Entonces cada departamento se divide aún más en pasillos, luego cada pasillo en categorías y marcas, y luego finalmente un solo producto. Esta organización de categorías más grandes a más pequeñas, más específicas se denomina sistema jerárquico.

    El sistema de clasificación taxonómica (también llamado sistema linneo después de su inventor, Carl Linnaeus, botánico, zoólogo y médico sueco) utiliza un modelo jerárquico. Moviéndose desde el punto de origen, los grupos se vuelven más específicos, hasta que una rama termina como una sola especie. Por ejemplo, después del comienzo común de toda la vida, los científicos dividen a los organismos en tres grandes categorías llamadas dominio: Bacterias, Archaea y Eukarya. Dentro de cada dominio hay una segunda categoría llamada reino. Después de los reinos, las categorías subsiguientes de especificidad creciente son: filo, clase, orden, familia, género y especie (Figura\(\PageIndex{4}\)).

    La ilustración muestra la clasificación de un perro, el cual pertenece al dominio Eukarya, reino Animalia, phylum Chordata, clase Mammalia, orden Carnívoro, familia Canidae, género Canis, especie Canis lupus, y la subespecie es Canis lupus familiaris.
    Figura\(\PageIndex{4}\): El sistema de clasificación taxonómica utiliza un modelo jerárquico para organizar los organismos vivos en categorías cada vez más específicas. El perro común, Canis lupus familiaris, es una subespecie de Canis lupus, que también incluye al lobo y al dingo. (crédito “perro”: modificación de obra por Janneke Vreugdenhil)

    El reino Animalia proviene del dominio Eukarya. Para el perro común, los niveles de clasificación serían como se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\). Por lo tanto, el nombre completo de un organismo técnicamente tiene ocho términos. Para el perro, es: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, y lupus. Observe que cada nombre está en mayúscula excepto las especies, y los nombres de género y especies están en cursiva. Los científicos generalmente se refieren a un organismo sólo por su género y especie, que es su nombre científico de dos palabras, en lo que se denomina nomenclatura binomial. Por lo tanto, el nombre científico del perro es Canis lupus. El nombre en cada nivel también se llama taxón. Es decir, los perros están en orden Carnivora. Carnivora es el nombre del taxón a nivel de orden; Canidae es el taxón a nivel familiar, y así sucesivamente. Los organismos también tienen un nombre común que la gente suele usar, en este caso, perro. Tenga en cuenta que el perro es adicionalmente una subespecie: la “familiaris” en Canis lupus familiaris. Las subespecies son miembros de la misma especie que son capaces de aparearse y reproducir crías viables, pero se consideran subespecies separadas debido al aislamiento geográfico o conductual u otros factores.

    La figura\(\PageIndex{5}\) muestra cómo los niveles se mueven hacia la especificidad con otros organismos. Observe cómo el perro comparte un dominio con la más amplia diversidad de organismos, incluyendo plantas y mariposas. En cada subnivel, los organismos se vuelven más similares porque están más estrechamente relacionados. Históricamente, los científicos clasificaban organismos usando características, pero a medida que se desarrollaba la tecnología del ADN, se han determinado filogenias más precisas.

    Conexión de arte

    La ilustración muestra los grupos taxonómicos compartidos por diversas especies. Todos los organismos mostrados están en el dominio Eukarya: plantas, insectos, peces, conejos, gatos, zorros, chacales, lobos y perros. De estas, insectos, peces, conejos, gatos, zorros, chacales, lobos y perros están en el reino Animalia. Dentro del reino Animalia, peces, conejos, gatos, zorros, chacales, lobos y perros se encuentran en el filo Chordata. Conejos, gatos, zorros, chacales, lobos y perros están en la clase Mammalia. Gatos, zorros, chacales, lobos y perros están en el orden Carnivora. Zorros, chacales, lobos y perros pertenecen a la familia Canidae. Chacales, lobos y perros pertenecen al género Canis. Lobos y Perros y tienen el nombre de la especie Canis lupus. Los perros tienen el nombre de la subespecie Canis lupus familiaris.
    Figura\(\PageIndex{5}\): En cada subnivel del sistema de clasificación taxonómica, los organismos se vuelven más similares. Los perros y lobos son la misma especie porque pueden reproducirse y producir crías viables, pero son lo suficientemente diferentes como para ser clasificados como diferentes subespecies. (crédito “planta”: modificación de obra por “berduchwal”/Flickr; crédito “insecto”: modificación de obra de Jon Sullivan; crédito “pez”: modificación de obra de Christian Mehlführer; crédito “conejo”: modificación de obra de Aidan Wojtas; crédito “gato”: modificación de obra de Jonathan Lidbeck; crédito “zorro”: modificación de obra de Kevin Bacher, NPS; crédito “chacal”: modificación de obra de Thomas A. Hermann, NBII, USGS; crédito “lobo”: modificación de obra de Robert Dewar; crédito “perro”: modificación de obra por “digital_image_fan” /Flickr)

    ¿En qué niveles se considera que los gatos y los perros forman parte del mismo grupo?

    Análisis genéticos recientes y otros avances han encontrado que algunas clasificaciones filogenéticas anteriores no se alinean con el pasado evolutivo; por lo tanto, se deben hacer cambios y actualizaciones a medida que ocurren nuevos descubrimientos. Recordemos que los árboles filogenéticos son hipótesis y se modifican a medida que se dispone de datos. Además, la clasificación históricamente se ha centrado en agrupar organismos principalmente por características compartidas y no necesariamente ilustra cómo los diversos grupos se relacionan entre sí desde una perspectiva evolutiva. Por ejemplo, a pesar de que un hipopótamo se parece más a un cerdo que a una ballena, el hipopótamo puede ser el pariente vivo más cercano de la ballena.

    Resumen

    Los científicos obtienen continuamente nueva información que ayuda a comprender la historia evolutiva de la vida en la Tierra. Cada grupo de organismos atravesó su propio viaje evolutivo, llamado su filogenia. Cada organismo comparte relación con otros, y basándose en evidencia morfológica y genética, los científicos intentan mapear las vías evolutivas de toda la vida en la Tierra. Históricamente, los organismos se organizaron en un sistema de clasificación taxonómica. Sin embargo, hoy en día muchos científicos construyen árboles filogenéticos para ilustrar las relaciones evolutivas.

    Conexiones de arte

    Figura\(\PageIndex{5}\): ¿A qué niveles se considera que los gatos y los perros forman parte del mismo grupo?

    Contestar

    Los gatos y los perros forman parte del mismo grupo en cinco niveles: ambos están en el dominio Eukarya, el reino Animalia, el filo Chordata, la clase Mammalia, y el orden Carnivora.

    Glosario

    taxón basal
    rama en un árbol filogenético que no ha divergido significativamente del ancestro raíz
    Nomenclatura binomial
    sistema de nombres científicos de dos partes para un organismo, que incluye nombres de género y especie
    punto de bifurcación
    nodo en un árbol filogenético donde un solo linaje se divide en otros nuevos distintos
    clase
    división del filo en el sistema de clasificación taxonómica
    familia
    división del orden en el sistema de clasificación taxonómica
    género
    división de la familia en el sistema de clasificación taxonómica; la primera parte del nombre científico binomial
    reino
    división de dominio en el sistema de clasificación taxonómica
    ordenar
    división de clases en el sistema de clasificación taxonómica
    árbol filogenético
    diagrama utilizado para reflejar las relaciones evolutivas entre organismos o grupos de organismos
    filogenia
    historia evolutiva y relación de un organismo o grupo de organismos
    filo
    (plural: phyla) división del reino en el sistema de clasificación taxonómica
    politomía
    rama en un árbol filogenético con más de dos grupos o taxones
    enraizado
    linaje ancestral único en un árbol filogenético al que se relacionan todos los organismos representados en el diagrama
    taxones hermanas
    dos linajes que divergieron del mismo punto de ramificación
    sistemática
    campo de organización y clasificación de organismos basados en relaciones evolutivas
    taxón
    (plural: taxones) nivel único en el sistema de clasificación taxonómica
    taxonomía
    ciencia de la clasificación de organismos

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