2.2: Organizar la vida en la Tierra

Objetivos de aprendizaje

• Discutir los componentes y propósito de un árbol filogenético.
• Interpretar las relaciones entre organismos utilizando un árbol filogenético.
• Ordenar correctamente los diferentes niveles de clasificación taxonómica.
• Discutir los beneficios de contar con un sistema de clasificación integral.

La historia evolutiva de un grupo de especies se conoce como filogenia. La filogenia describe las relaciones del grupo dentro del contexto de organismos relacionados. Aunque las relaciones filogenéticas proporcionan información sobre la ascendencia compartida, no necesariamente abordan 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 las plantas y los animales (indicada con una estrella de “estás aquí” en la Figura\(\PageIndex{1}\)) ocupan en este diagrama muestra cuán recientes y minúsculos se comparan estos grupos con otros organismos. Los árboles no enraizados no predicen un ancestro común, pero sí muestran relaciones entre especies.

Figura\(\PageIndex{1}\): 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. 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 (ver Figura\(\PageIndex{2}\)). El punto donde se produce una división, llamado punto de ramificación o nodo, 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.

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. Texto descriptivo: Árbol filogenético que comienza en una raíz, indicando 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 (taxón 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.

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. Comenzando con una sola especie y trazando hacia el “tronco” del árbol, se puede descubrir los antepasados de esa especie, así como dónde 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.

Ejemplos de árboles simples

En Figura\(\PageIndex{3}\) y Figura\(\PageIndex{4}\), se dibujan algunos árboles de ejemplo para mostrar cómo interpretar la estructura de un árbol filogenético.

Figura\(\PageIndex{3}\): Estos diagramas muestran hipótesis para cuatro taxones diferentes: A, B, C y D. Estos taxones podrían representar individuos, especies diferentes o cualquier otro nivel de clasificación. Los árboles 1a y 1b se dibujan de manera diferente pero representan la misma hipótesis: C y D están más estrechamente relacionados (taxones hermanos) y A es el linaje más ancestral. Los árboles 2a y 2b representan una hipótesis ligeramente diferente: C y D son taxones hermanos, pero A y B también son taxones hermanos; ninguno de los linajes se representa como “más antiguo” que el otro. Esta última relación también se representa en el árbol “Unroot”: no hay hipótesis en este árbol para qué grupo es más ancestral (no hay “raíz”). Imágenes dibujadas por Maria Morrow, CC-BY-NC.

Figura\(\PageIndex{4}\). El tejido vascular aparece en la raíz de los árboles como rasgo ancestral. Esto significa que A, B, C y D tienen tejido vascular. Las megafílicas aparecen en ambos árboles como una característica derivada compartida (sinapomorfia) de C y D. Esto significa que C y D tienen megafílicas, pero A y B no. Tanto el árbol 1 como el árbol 2 son igualmente parsimoniosos. En los árboles 3 y 4, se ha agregado un tercer rasgo: la heterosporía. Además de la información de los árboles 1 y 2, ahora vemos que A y B son heterosporosos, mientras que C y D no lo son. En el árbol 3, la heterosporía aparece como un rasgo ancestral el cual se pierde en C y D. En el árbol 4, la heterosporía es una sinapomorfia de A y B. El árbol 3 tiene cuatro cambios, mientras que el árbol 4 solo tiene tres. Esto significa que el árbol 4 es más parsimonioso y por lo tanto más probable (¡aunque no necesariamente correcto!). Imágenes dibujadas por Maria Morrow, CC-BY-NC.

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. Como viste en Figura\(\PageIndex{1}\), los científicos dividen a los organismos en tres grandes categorías llamadas dominios: Bacterias, Archaea y Eukarya. Dentro de cada dominio hay una segunda categoría llamada reino. Cada dominio podría abarcar muchos reinos. Por ejemplo, el reino Plantae, el reino Animalia y el reino Hongos representan tres de los muchos reinos contenidos dentro del dominio Eukarya. Después de los reinos, las categorías subsiguientes de especificidad creciente son: filo, clase, orden, familia, género y especie (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): El sistema de clasificación taxonómica utiliza un modelo jerárquico para organizar los organismos vivos en categorías cada vez más específicas. Dentro de lo que actualmente hemos descrito como vida, hay tres dominios. Dentro de cada dominio, hay reinos. Dentro de cada reino, hay phyla. Dentro de phyla hay clases, dentro de clases hay órdenes, dentro de órdenes hay familias, dentro de familias hay géneros, y dentro de géneros hay especies. Diagrama por Pengo, Dominio público, vía Wikimedia Commons.

El reino Plantae proviene del dominio Eukarya. Para el pino costero (Pinus contorta var. contorta), los niveles de clasificación serían los que se muestran en la Figura\(\PageIndex{6}\). Por lo tanto, el nombre completo de un organismo técnicamente tiene múltiples términos asociados. Para el pino de orilla, es: Eukarya, Plantae, Pin ophyta, Pin opsida, Pin ales, Pin aceae, Pinus, Pinus contorta, y var. contorta. Observe que cada nombre está en mayúscula excepto el epíteto específico (contorta), y los nombres de género y especies están en cursiva. Observe también las terminaciones subrayadas de las palabras. En la taxonomía de plantas, la porción subrayada siempre se usa para esos niveles taxonómicos: el filo termina en -phyta, las clases terminan en -opsida, los órdenes terminan en -ales y las familias terminan en -aceae.

El nombre científico de un organismo suele referirse al nombre de la especie, un nombre científico de dos palabras que incluye el nombre del género (por ejemplo, Pinus) y epíteto específico (por ejemplo, contorta). Este sistema de nomenclatura de dos palabras se llama nomenclatura binomial. El nombre en cada nivel también se llama taxón. Es decir, los pinos están en orden Pinales. Pinales es el nombre del taxón a nivel de orden; Pinaceae es el taxón a nivel familiar, y así sucesivamente. Los organismos también tienen un nombre común que la gente suele usar, en este caso, pino costero. Nótese que el pino costero es adicionalmente una subespecie o variedad: la segunda “contorta” en Pinus contorta var. contorta. 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. Los pinos costeros son costeros (de ahí el nombre común) y tienden a crecer en formas escurridas y retorcidas (de ahí el nombre científico). Pinos Lodgepole (Pinus contorta var. latifolia) suelen tener un tronco recto y crecen en las montañas.

La figura\(\PageIndex{6}\) muestra cómo los niveles se mueven hacia la especificidad con otros organismos. Observe cómo el pino costero (imagen más a la izquierda) comparte un dominio con la más amplia diversidad de organismos, incluyendo plantas, hongos, algas y animales. En cada subnivel, los organismos se vuelven más similares porque están más estrechamente relacionados. Históricamente, los científicos agruparon organismos similares usando características, pero a medida que se desarrolló la tecnología del ADN, se han determinado relaciones más precisas.

Figura\(\PageIndex{6}\): En cada subnivel del sistema de clasificación taxonómica, los organismos se vuelven más similares. Nota del autor: La reducción es ligeramente artificial en este diagrama, ya que Pinales es el único orden dentro de Pinopsida. Figura e imágenes de Maria Morrow, CC-BY-NC, excepto: el pino lodgepole, que proviene del dominio público en Wikimedia Commons, recuperado de la siguiente página [1] de los archivos de Slide Digital de Yellowstone; la imagen de Pinus contorta var contorta, por Janice S, CC-BY-NC.

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.

Colaboradores y Atribuciones

Comisariada y autoría de Maria Morrow utilizando las siguientes fuentes:

• 20.1 Organizar la vida en la Tierra desde la Biología por OpenStax (licenciado CC-BY). Accede gratis en openstax.org.