Hace millones de años, una sola célula inició una evolución que dio origen al árbol de la vida y sus tres dominios principales: Archaea, Bacteria y Eukaryota.
Cada rama es un ejemplo de clado. Un clado representa un grupo que incluye un ancestro común y todas descendientes. Cladística es una forma moderna de taxonomia que coloca a los organismos en un diagrama ramificado llamado cladograma (como un árbol genealógico) basado en rasgos como similitudes de ADN y filogenia.
Historia temprana de los sistemas de clasificación
En el campo de la biología, la cladística es un sistema de taxonomia que implica la clasificación y ordenación de organismos en un árbol filogenético de vida. Antes del análisis de ADN, la clasificación se basaba en gran medida en observaciones de rasgos y comportamientos similares y diferentes.
Las sociedades occidentales han utilizado la clasificación desde los días de Aristóteles en la antigua Grecia, cuando los organismos vivos simplemente se dividían en categorías de plantas y animales con fines de estudio.
En el 1700, Carolus (Carl) Linnaeus desarrolló una taxonomía de biología sistemática basada en la clasificación de organismos por apariencias externas y rasgos compartidos. Desarrolló un esquema para colocar al organismo en un taxón jerárquico (Un grupo; singular) que incluía varios taxones (grupos; plural). Linneo También desarrolló la nomenclatura binomial, un sistema de asignación de nombres científicos como Homo sapiens (humano) a los organismos.
Charles Darwin y Alfred Russel Wallace propuso la idea de selección natural, y Darwin formalizó la teoría de la evolución a mediados del siglo XIX. Darwin En el origen de las especies sacudió a la comunidad científica al sugerir que todos los organismos descendían de un ancestro común y podían clasificarse de acuerdo con sus relaciones evolutivas.
Sistemas de clasificación del siglo XX
Ornitólogo Ernst Mayr fue un biólogo evolutivo preeminente del siglo XX que estudió extensamente la taxonomía de aves mientras viajaba y trabajaba como curador en el Museo Americano de Historia Natural en Nueva York. Su libro pionero Sistemática y origen de las especies fue publicado en 1942 por Columbia University Press.
Mayr es conocido por su trabajo sobre genes, herencia, variación y especiación de poblaciones en áreas aisladas, que pueden usarse para fines de clasificación.
Aparición de la cladística
La cladística es un sistema de clasificación biológica basado en el análisis de rasgos, composición genética o fisiología que fueron compartidos con un ancestro común hasta que ocurrió algún tipo de divergencia, produciendo nuevos especies. Taxonomista alemán Willi Hennig arrancado clasificación cladística en 1950 cuando escribió su libro sobre sistemática filogenética.
El libro fue posteriormente traducido al inglés y ampliamente leído en Estados Unidos después de ser publicado por la University of Illinois Press en 1966.
La teoría de Hennig de la sistemática filogenética desafió los enfoques contemporáneos de taxonomia presentado por Darwin y Wallace.
Argumentó que las especies deben identificarse y clasificarse en función de la genética y las relaciones de clados, en particular los grupos monofiléticos. Hennig se centró en la ascendencia reciente y la identificación de rasgos evolucionados y modificados de organismos que compartieron un linaje directo, incluso si las características derivadas no se parecían en nada a las de los antepasado.
¿Qué es la sistemática filogenética?
Filogenética es el estudio de relaciones evolutivas conocidas o hipotéticas basadas en la filogenia (linaje) de organismos agrupados. El árbol filogenético de la vida ilustra cómo los taxones (grupos de organismos) evolucionaron en un orden específico a medida que la vida se diversificaba y ramificaba a partir de un ancestro común.
El proceso de especiación evolutiva se parece a las ramas de un árbol genealógico. Debido a que no existe una forma segura de saber lo que sucedió hace tanto tiempo, las ciencias deben hacer inferencias sobre cómo evolucionó la vida basándose en registros fósilesanatomía comparada, fisiología, comportamiento, embriología y datos moleculares. La biología evolutiva es un campo dinámico en el que continuamente se realizan nuevos descubrimientos.
Definición de cladística
Los biólogos evolutivos infieren relaciones evolutivas hipotéticas entre taxones sobre la base de una comparación detallada de características similares y diferentes.
El estudio de la descendencia evolutiva ayuda a determinar cuándo surgieron ciertos rasgos y se transmitieron a las generaciones posteriores. El análisis cladístico, como la sistemática filogenética, examina los patrones evolutivos de descendencia que ayudan a juntos la historia evolutiva de las especies al mismo tiempo que explican la diversidad de vida y especies extinciones.
Supuestos básicos de la clasificación cladística
La cladística trabaja sobre la premisa central de que la vida en la Tierra se originó solo una vez, lo que significa que toda la vida se remonta a ese primer organismo ancestral. El siguiente supuesto es que las especies existentes se dividen en dos grupos delimitados por un nodo en la rama de un árbol. Por último, los organismos presumiblemente cambian, se adaptan y evolucionan.
La punto de divergencia representa el comienzo de dos nuevos linajes que se ramifican y forman dos nuevas especies.
¿Qué es un cladograma?
Los cladogramas se utilizan para hacer comparaciones significativas entre grupos.
En biología, un cladograma es un representación visual de características relacionadas en varios organismos. Por lo general, la agrupación se realiza de acuerdo con ciertos rasgos de interés específicos. Sin embargo, se pueden combinar diferentes puntos de datos para crear un árbol evolutivo más preciso que explique relaciones complejas.
Se puede hacer una distinción entre un cladograma y un árbol filogenético, pero los términos también se usan indistintamente a veces. Los cladogramas se enfocan en características a nivel macro y molecular que indican relación. Un cladograma sugiere relaciones evolutivas probables entre grupos de organismos o taxones que pueden ser pequeños o grandes en número:
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Taxón monofilético. Un clado de organismos que incluye su antepasado común más reciente y todas los vivos y extintos descendientes. Por ejemplo, hay tres clados de mamíferos: monotremas, marsupiales y euterios. Los mamíferos comparten muchas características pero difieren en la forma en que se reproducen.
- Taxón parafilético. Un grupo de organismos que incluye el antepasado más común de todos los miembros pero deja fuera a algunos de los descendientes que se remontan a ese mismo antepasado común. Bryophyta son parafiléticos porque el grupo incluye hornworts, hepáticas y musgos pero excluye las plantas vasculares.
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Taxón polifilético. Un grupo de organismos que no tienen mucho en común más que algunos rasgos similares. En un momento, los paquidermos como los elefantes y los hipopótamos se agruparon debido a su tipo de piel, aunque en realidad pertenecen a diferentes familias de mamíferos.
Ejemplos de cladística
Multicelular eucariotas dio lugar a una abundancia de organismos cada vez más complejos.
Por ejemplo, los peces y los humanos se remontan a un ancestro común hace millones de años. Esa complicada relación se puede representar en un simple cladograma que ilustra las relaciones cladísticas. Comience imaginando un eucariota ancestral en la base del árbol.
A medida que evolucionó el antepasado común, un nodo del árbol se ramificó en vertebrados acuáticos como peces sin mandíbulas. En el siguiente nodo, la rama divergió en tetrápodos de cuatro patas.
El siguiente nodo muestra una divergencia cuando los animales desarrollaron huevos amnióticos, seguida de una división cuando los animales desarrollaron pelaje o pelo. Mucho más tarde, los humanos y los primates divergieron y evolucionaron por caminos separados.
Terminología de clasificación cladística
La clasificación cladística examina ciertas características de los organismos que influyen directamente en los estados ancestrales de la biología evolutiva. Hennig desarrolló muchos términos científicos para describir su enfoque de la categorización, que fueron fundamentales para sus ideas y teorías. Los términos describen grupos de organismos en relación con un nodo específico en un árbol filogenético o cladograma:
- Plesiomorfia. Este es un rasgo ancestral transmitido y retenido de especies ancestrales a especies descendientes durante la evolución entre uno o varios taxones.
- Apomorfia. Este es un rasgo derivado que describe un clado específico.
- Autapomorphy. Este es un rasgo derivado que solo se encuentra en uno de los grupos que se comparan.
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Sinapomorfia. Este es un rasgo derivado compartido por dos o más grupos de organismos descendientes de un ancestro común.
Estados de carácter de los organismos
Estados de carácter son rasgos derivados del proceso de selección natural, adaptación y varianza heredada que conducen a la biodiversidad en la vida. Como tal, solo sinapomorfias son relevantes a la hora de discernir las relaciones evolutivas. Múltiples sinapomorfias en organismos con un ancestro compartido son monofilético:
- Autapomorfias son rasgos que se encuentran en una sola especie o grupo que proviene de un ancestro común, como los taxones de serpientes que no tienen patas funcionales, mientras que los siguientes taxones más cercanos tienen dos o más patas.
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Sinapomorfias se refiere a un rasgo visto en un clado completo, como pulgares oponibles en humanos y primates.
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Homoplastia es un rasgo compartido por múltiples grupos, especies y taxones que no se deriva de un ancestro común compartido. Las aves y los mamíferos son de sangre caliente, pero no tienen un antepasado directamente compartido que tuviera ese rasgo, que es un ejemplo de evolución convergente.
Métodos de cladística
Los científicos llamados cladistas ordenan los taxones en un árbol filogenético que puede revelar nuevas relaciones evolutivas. Los agrupamientos se realizan en base a características físicas, moleculares, genéticas y de comportamiento.
Un diagrama llamado cladograma muestra parentesco, siempre que las especies se ramificaron de un ancestro común en varios puntos de la historia evolutiva.
Los cladogramas son diagramas de ramificación de datos cladísticos que organizan ciertas características utilizando conjuntos de datos físicos comparativos o datos moleculares, por ejemplo. Los investigadores de hoy en día a menudo usan programas de computadora para combinar conjuntos de datos para crear cladogramas más precisos que muestran relaciones cohesivas y completas entre organismos.
La metodología básica no es difícil, pero cada paso debe hacerse meticulosamente:
- Elija taxones para estudiar, como varias especies de aves.
- Elija y grabe las características que desea estudiar.
- Determine si las similitudes son homólogas o el producto de una evolución convergente.
- Analice si las características compartidas se derivan de un antepasado común o se derivan más tarde.
- Agrupe las sinapomorfias (rasgos homólogos derivados compartidos).
- Construye un cladograma organizando grupos de organismos en un diagrama en forma de árbol.
- Use nodos en las ramas para representar puntos donde dos especies divergieron.
- Coloque los taxones en los extremos de las ramas, no en los nodos.
Clasificación evolutiva tradicional
Los orígenes de métodos evolutivos tradicionales de clasificación se remontan a la antigüedad. Se suponía que todos los organismos vivos eran plantas o animales. Los métodos clásicos no distinguen entre si los rasgos observados se heredaron de un antepasado lejano o uno más reciente.
El objetivo era diseñar un mapa de cómo la vida en la Tierra pudo haber evolucionado a partir del mar.
Las características utilizadas para la clasificación las determinan expertos que observan diferencias obvias como el pelaje, las escamas o las plumas. El enfoque funcionó mejor para clasificar vertebrados que invertebrados. Clasificación evolutiva coloca a los organismos en grupos de tamaño decreciente en tres dominios que se dividen a su vez en reino, filo / división, clase, orden, familia, género y especie.
Los métodos cladísticos no están vinculados al sistema de clasificación de Linne, y sondean más profundamente la conectividad.
La sistemática tradicional organiza los organismos en un árbol evolutivo de acuerdo con cuándo y cómo cambió una especie como una adaptación a un nuevo estilo de vida o hábitat, por ejemplo. El árbol muestra dirección de la evolución a tiempo. Las evaluaciones subjetivas de rasgos y características en los métodos tradicionales pueden potencialmente sesgar los resultados y hacer que un estudio sea difícil o imposible de replicar.
Clasificación cladística moderna
Los métodos cladísticos y filogenéticos de clasificación se prefieren hoy en día sobre los métodos tradicionales de clasificación en las ciencias naturales. El enfoque más nuevo es más científico, basado en evidencias e irrefutable. Por ejemplo, la secuenciación de ADN y ARN se está utilizando para estudiar organismos a nivel molecular para su ubicación matizada en un cladograma.
Los organismos se organizan de acuerdo con su características derivadas compartidas.
Direcciones futuras en cladística
La cladística en el campo de la biología permite a los científicos identificar patrones, formar hipótesis, probar hipótesis y hacer predicciones.
"La cladística, entonces, se trata de descubrimiento", como lo describen los cladistas contemporáneos, David M. Williams y Malte C. Ebach, en 2018. Williams y Ebach conciben la cladística como un proceso de clasificación natural que no requiere una base en la teoría evolutiva.
La tecnología agrega un nivel de precisión y sofisticación a los métodos cladísticos. En particular, la secuenciación del ADN de los genes indica un grado de parentesco y ascendencia compartida con un alto grado de confianza. Las diferencias en el ADN pueden proporcionar información sobre cuánto tiempo hace que las especies compartieron un ancestro común.
Los nuevos hallazgos pueden corroborar o corregir suposiciones anteriores sobre cómo evolucionaron los organismos y ayudar a clasificar nuevas especies a medida que se descubren.