El árbol genealógico de las especies

Todas las formas de vida que hemos encontrado en nuestro planeta, tanto las actuales como las extinguidas, están relacionadas entre sí. Para entender cómo están relacionadas se ha creado el concepto del árbol de la vida: el árbol genealógico en el cual todas las especies tienen su lugar, con un organismo ancestral – de cuya naturaleza sólo podemos hacer conjeturas – del que todas las especies serían los descendientes.

En el post del 28 de febrero se habló del origen de nuevas especies, mostrando cómo a partir de una especie pueden desarrollarse otras. En pocas palabras, si existen distintas poblaciones de una misma especie, cada una separada de las demás por alguna barrera reproductiva (por ejemplo una barrera geográfica, o una diferencia en conducta), estas poblaciones pueden cambiar de maneras distintas, acumulando variaciones hasta punto tal que ya no se trata de poblaciones de una sola especie, sino de dos especies distintas, aunque obviamente relacionadas entre sí.

Este conocimiento nos permite reconstruir el árbol genealógico de las especies. Si sabemos que dos especies se parecen mucho, podemos suponer que pertenecen a ramas de este árbol recién separadas. Por otro lado, dos especies muy distintas seguramente se ubican en ramas del árbol genealógico  que se separaron hace mucho tiempo. La suposición básica que nos permite razonar de esta manera, es que todos los organismos vivientes en la tierra descienden de un organismo que vivió en la tierra en tiempos remotos.

Blog 150330 - Árbol genealógico - Fig. 1

La figura 1 sirve como ilustración de este principio. Consideremos tres especies, llamadas “A”, “B” y “C”, y analicemos en qué se parecen y en qué no. Las características que revisaremos pueden ser morfológicas (o sea, la forma del organismo y de las partes que lo componen) o genéticas. Si al final de nuestro análisis concluimos que “A” y “B” se parecen bastante, mientras que ni “A” ni “B” se parecen mucho a “C”, podemos elaborar el árbol genealógico mostrado en la figura. Se concluye que las especies “A” y “B” se separaron hace relativamente poco tiempo, cuando su ancestro común, al cual llamaremos “AB”, dio origen a dos ramas nuevas del árbol genealógico, una de las cuales condujo a la especie “A” y la otra a “B”. La especie “C”, por otro lado, se separó de “A” y “B” hace más tiempo, así que debe haber existido algún ancestro común entre “C” y “AB”. Esto es lo que ilustra la figura 1.

El término científico para un árbol genealógico de especies, es árbol filogenético. Un árbol filogenético es un árbol que muestra las relaciones evolutivas entre varias especies (o, en general, grupos) que se cree que tienen una ascendencia común[1]. El concepto del árbol filogenético proviene de Charles Darwin, quien – tal como vimos en los posts anteriores – puede ser considerado el padre de la teoría de la evolución; la única figura en su obra El origen de las especies es la de un árbol filogenético conceptual[2].

El árbol filogenético descrito arriba, es del tipo que se llama un dendrograma, o sea que tiene forma de árbol. Existen múltiples variantes sobre este tema. Una variante utilizada mucho en los estudios genéticos en los cuales se cuantifican las diferencias entre especies, es el fenograma: un árbol que muestra la diferencia entre especies: mientras que más parecidas son, más cerca se encuentran en el fenograma. Las que más se parecen están conectadas mediante una línea en forma de U. La figura 2 es un ejemplo de un fenograma, que muestra las relaciones entre los principales reinos y grupos de los tres dominios de la vida (bacterias, arqueas y eucariotes[3]). Allí se puede ver que el reino de los animales está más relacionado con el de los hongos, y que ambos tienen menos afinidad con, por ejemplo, las plantas.

Blog 150330 - Árbol genealógico - Fig. 2

Complicaciones

Aunque el método básico de cómo construir un árbol genealógico de las especies sea sencillo, a la hora de aplicarlo aparecen varias complicaciones. Por ejemplo, si decidimos hacer nuestro árbol basándonos en ciertas características morfológicas de las especies, ¿cuáles utilizar? Dos especies se pueden parecer en unos respectos, mas no en otros. Las aves, las mariposas y los murciélagos tienen alas, pero esa característica es derivada, apareció por separado en estos tres linajes. Por lo tanto, no es una buena idea utilizar la presencia de alas en un organismo como criterio para construir el árbol genealógico. Lo correcto es utilizar rasgos que se pueden considerar con cierta seguridad como ancestrales: si los humanos tenemos cinco dedos en cada pie y los simios también, es probable que nuestro ancestro común también tenía cinco dedos.

Hoy día, los árboles genealógicos de las especies vivas se suelen hacer utilizando su material genético. Esto requiere comparar grandes cantidades de genes de representantes de las especies bajo consideración, utilizando programas específicos para tal fin. Para simplificar el trabajo, se suele suponer que todos los genes en un mismo individuo tienen la misma historia evolutiva. Esta suposición no siempre es correcta, puesto que unos genes pueden haber sido modificados más, o de otra manera, o tener otras orígenes, que otros genes en el mismo ejemplar. Esto puede causar resultados incorrectos, o por lo menos, distintos a los de otros investigadores[4].

Redes, no árboles

En el post anterior vimos que la hibridación es un proceso que puede resultar en la aparición de nuevas especies. Se habla de hibridación cuando un ejemplar tiene un padre de una especie, y una madre de otra. Este ejemplar es entonces un híbrido, fruto del cruce de dos especies distintas. Entre las bacterias la hibridación es muy frecuente[5], entre las plantas es bastante común, y en el caso de los animales ocurre más raramente.

A la hora de elaborar un árbol genealógico de las especies, la hibridación causa complicaciones. Un ejemplo de un árbol en el que aparece una especie híbrida se muestra en la figura 3, en la que la especie “B” se originó de dos especies ancestrales, no de una sola. Como se puede apreciar, eso ya no se parece mucho a un árbol; más bien, se parece a una red. Por lo tanto, la historia evolutiva de organismos híbridos se denomina reticular.

Blog 150330 - Árbol genealógico - Fig. 3

Para reconstruir las relaciones evolutivas basadas en datos genéticos, se utilizan programas especiales. Ahora empiezan a aparecer los primeros programas capaces de identificar en cuáles casos puede haber ocurrido hibridación[6].

Aplicaciones en otros campos

Los organismos vivos no son los únicos que evolucionan y de quienes podemos construir árboles genealógicos. Los idiomas humanos también evolucionan y se bifurcan[7]. Además, así como los organismos vivos, pueden formar híbridos (los idiomas llamados criollos, tales como el papiamento hablado en algunas islas del Caribe, que se originaron como mezclas de distintos idiomas) y, en general, modificarse por la influencia de otras culturas. De las culturas humanas y los idiomas volveremos a hablar en su momento, pero en este lugar cabe destacar lo que Charles Darwin ya observó en su libro The descent of Man (1871): que los idiomas evolucionan y también tienen su árbol genealógico. Para un ejemplo os remito a la figura 4, en la cual se muestra parte del árbol filogenético de los idiomas indoeuropeos: muestra como los idiomas latinos, entre ellos el castellano y las demás lenguas que se hablan en la península ibérica, se derivan del indoeuropeo, un idioma hablado hace unos 6000-9000 años, bien sea en Anatolia, en la actual Turquía[8], bien sea en las estepas al norte del Mar Negro[9].

Blog 150330 - Árbol genealógico - Fig. 4a

Conclusión

Los árboles genealógicos son útiles para entender la relación entre distintos grupos de animales (o idiomas), y sirven para determinar su historia evolutiva.

En este post hemos hablado un poco de la metodología de cómo se hacen los árboles genealógicos. El post no tuvo como propósito presentar y comentar algún árbol filogenético de las especies. Para tales árboles os remito a otras publicaciones[10].

En los posts futuros veremos a menudo ejemplos de tales árboles, referentes no sólo a las especies animales en general, sino también al género humano en particular.

Nota: partes de este post fueron publicadas originalmente en mi blog – ahora cerrado – “Tiempos de Cambio”. Los dibujos en el post fueron elaboradas por el autor. La imagen que acompaña al título es de un árbol de la vida elaborado por Ernst Haeckel en 1879, con el hombre en la cúspide (fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tree_of_life_by_Haeckel.jpg ).

[1].    Ver: http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rbol_filogen%C3%A9tico.

[2].    Darwin, Ch., 1859/1968. The origin of species by means of natural selection. Penguin Books, Londres. La figura del árbol filogenético se encuentra en el cap. 4.

[3].    Ver: http://es.wikipedia.org/wiki/Dominio_(biolog%C3%ADa).

[4].    Song, S., Liu, L., Edwards, S.V. y Wu, S., 2012. Resolving conlict in eutherian mammal phylogeny using phylogenomics and the multispecies coalescent model. Proceedings National Academy of Sciences, 109 (37), 14942-14947. www.pnas.org.

[5].    Margulis, L. y Sagan, D., 2002. Acquiring genomes. A theory of the origins of species. Basic Books, Perseus Books Group. www.basicbooks.com.

[6].    Yu, Y., Dong, J., Liu, K.J. y Nakhleh, L., 2014. Maximum likelihood inference of reticulate evolutionary histories. Proceedings National Academy of Sciences, 111 (46), 16448-16453. www.pnas.org/content/111/46/16448.abstract. Ver también: Nakhleh, L., 2011. Phylogenetic networks.  Unversity of Houston. http://nsmn1.uh.edu/dgraur/BioInfo2011/PhylogeneticNetworks.pdf.

[7].    Atkinson, Q.D. y Gray, R.D., 2005. Curious parallels and curious connections – Phylogenetic thinking in biology and historical linguistics. Systematic Biology, 54 (4), 513-526. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16051587.

[8].    Gray, R.D. y Atkinson, Q.D., 2003. Language-tree divergence times support the Anatolian theory of Indo-European origin. Nature, 426, 435-439.

[9].    Chang, W., Cathcart, C., Hall, D. y Garrett, A., 2015. Ancestry-constrained phylogenetic analysis supports the Indo-European steppe hypothesis. Language, 91(1), 194-244. http://www.linguisticsociety.org/files/news/ChangEtAlPreprint.pdf.

[10]. Por ejemplo: Telford, M.J., 2006. Animal phylogeny. Current Biology, 16 (23), R981-R985. www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982206023864.

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