Cladogramas y árboles filogenéticos

Pregunta esencial

¿Cómo representan los científicos el parentesco entre las especies?

Los científicos usan evidencia de la anatomía, los fósiles y el ADN para averiguar cómo están emparentadas las especies, y muestran los resultados en diagramas con ramas. En esta lección aprenderás a leer un cladograma, a construir uno a partir de una tabla de características y a usar las diferencias en el ADN como un reloj molecular para estimar cuándo se separaron las especies.

Partes de un cladograma

• Un cladograma es un modelo con ramas de las relaciones de parentesco
• Cada nodo es un ancestro común
• Un clado es un ancestro y todos sus descendientes
• La raíz es el ancestro común de todo el árbol

Un cladograma es un diagrama con ramas que muestra cómo están emparentados los grupos de organismos. La base del árbol, la raíz, es el ancestro común de todos los grupos del árbol. Cada punto donde se divide una línea es un nodo, que representa el ancestro común más reciente de los grupos que quedan después de él. Un clado es un nodo junto con todos sus descendientes. Para saber qué tan emparentados están dos grupos, busca el nodo donde se unen sus líneas. Mientras más reciente sea ese nodo, más emparentados están. El orden de las puntas de arriba hacia abajo no importa, porque puedes intercambiar las ramas de cualquier nodo sin cambiar lo que dice el árbol.

Construir un cladograma a partir de características

• Usa características derivadas compartidas, características nuevas en un linaje
• Los grupos con más características derivadas compartidas son parientes más cercanos
• El grupo con menos características se separa primero
• Ese grupo es el grupo externo

Grupo	Columna vertebral	Mandíbulas	Cuatro extremidades	Huevo amniótico	Pelo
Lamprea	Sí	No	No	No	No
Trucha	Sí	Sí	No	No	No
Rana	Sí	Sí	Sí	No	No
Lagartija	Sí	Sí	Sí	Sí	No
Conejo	Sí	Sí	Sí	Sí	Sí

Para construir un cladograma, los científicos hacen una tabla de características y buscan las características derivadas, que son las que aparecieron en un linaje y que comparten sus descendientes. En la tabla, todos los grupos tienen columna vertebral, pero solo la trucha, la rana, la lagartija y el conejo tienen mandíbulas, solo la rana, la lagartija y el conejo tienen cuatro extremidades, y así sucesivamente. La lamprea tiene la menor cantidad de estas características, así que se separa primero y es el grupo externo. Cada característica nueva marca una rama nueva, y el conejo, que tiene las cinco características, se separa al final.

Cómo leer un cladograma de vertebrados

• Cada barra marca dónde aparece por primera vez una característica
• Todos los grupos a la derecha de una barra comparten esa característica
• La lagartija y el conejo comparten un ancestro más reciente
• Las ranas no tienen huevo amniótico

El cladograma construido a partir de la tabla tiene una barra en el punto donde apareció por primera vez cada característica. Todo lo que está a la derecha de una barra heredó esa característica del ancestro común. La lagartija y el conejo tienen huevo amniótico, así que comparten entre sí un ancestro común más reciente que el que cualquiera de los dos comparte con la rana. La rana, la lagartija y el conejo tienen cuatro extremidades, lo que nos dice que el ancestro común de estos tres tenía cuatro extremidades. Ten en cuenta que un cladograma no dice que un grupo vivo evolucionó a partir de otro grupo vivo. Muestra ancestros comunes.

Árboles filogenéticos y tiempo

• Un árbol filogenético puede incluir una escala de tiempo
• Los puntos de ramificación muestran cuándo se separaron los grupos
• Los chimpancés son los parientes vivos más cercanos de los humanos
• El orangután fue el primero en separarse

Un árbol filogenético es un árbol parecido a un cladograma, que muchas veces se dibuja con una escala de tiempo. En este árbol, la línea del orangután se separa primero, hace unos 15 millones de años. El gorila se separa hace unos 8 millones de años, y los linajes del chimpancé y del humano se separan hace unos 6 millones de años. Como los humanos y los chimpancés comparten el ancestro común más reciente, los chimpancés son nuestros parientes vivos más cercanos. Las fechas son aproximadas y se corrigen cuando se encuentra evidencia nueva.

Relojes moleculares

• Las mutaciones se acumulan en el ADN a un ritmo bastante constante
• Más diferencias en el ADN significan más tiempo desde la separación
• Ritmo = diferencia en el ADN ÷ tiempo desde la separación
• Tiempo desde la separación = diferencia en el ADN ÷ ritmo

Las mutaciones agregan diferencias al ADN de los linajes separados a un ritmo bastante constante, como el tictac de un reloj. Esto es un reloj molecular. Si los científicos conocen la fecha de una separación por los fósiles, pueden calcular el ritmo. En la gráfica, la diferencia en el ADN crece 0.2% por cada millón de años, que es 3.0% ÷ 15 millones de años. Una vez que se conoce el ritmo, la diferencia entre otras dos especies sirve para estimar cuándo se separaron, aunque no haya fósiles. Los números de la gráfica son un modelo simplificado.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Construye un cladograma de plantas

Usa la tabla para construir un cladograma de los cinco grupos de plantas. ¿Qué grupo es el grupo externo y cuáles dos grupos son los parientes más cercanos?

Grupo	Embrión protegido por el progenitor	Tejido vascular	Semillas	Flores
Alga verde	No	No	No	No
Musgo	Sí	No	No	No
Helecho	Sí	Sí	No	No
Pino	Sí	Sí	Sí	No
Rosal	Sí	Sí	Sí	Sí

Mostrar la solución

1. Cuenta las características: alga verde 0, musgo 1, helecho 2, pino 3, rosal 4.
2. Grupo externo: el alga verde no tiene ninguna de las características derivadas, así que se separa primero.
3. Agrega las ramas en orden: primero el musgo (embrión protegido), luego el helecho (tejido vascular), luego el pino (semillas) y el rosal al final (flores). Coloca una barra para cada característica donde aparece por primera vez.
4. Parientes más cercanos: el pino y el rosal comparten la mayor cantidad de características (embrión protegido, tejido vascular y semillas), así que comparten el ancestro común más reciente.
5. Respuesta: Grupo externo: alga verde. Parientes más cercanos: pino y rosal. Orden de ramificación: alga, musgo, helecho, pino, rosal.

Ejemplo 2: Lee un árbol de simios

Usa el árbol. (a) ¿Cuál es el pariente vivo más cercano de los humanos? (b) ¿Hace cuánto tiempo, aproximadamente, se separaron los ancestros de los humanos y de los gorilas? (c) ¿Un humano está más emparentado con un gorila o con un orangután?

Mostrar la solución

1. (a) Pariente más cercano: el chimpancé. Las líneas del chimpancé y del humano se unen en el nodo más cercano a las puntas, así que comparten el ancestro común más reciente.
2. (b) Separación de humano y gorila: la línea del gorila se une a la línea del humano y el chimpancé en un nodo entre 10 y 5 en el eje de tiempo, hace unos 8 millones de años.
3. (c) Gorila u orangután: el gorila. Las líneas del humano y del gorila se unen hace unos 8 millones de años, lo que es más reciente que el nodo donde se separa el orangután, hace unos 15 millones de años.
4. Respuesta: (a) El chimpancé. (b) Hace unos 8 millones de años. (c) El gorila.

Ejemplo 3: Usa un reloj molecular

La gráfica muestra que las diferencias en el ADN entre especies de primates crecen la misma cantidad cada millón de años. Encuentra el ritmo del reloj con el punto del humano y el orangután. Otras dos especies de primates tienen una diferencia de 2.4% en su ADN. ¿Cuándo se separaron, aproximadamente?

Mostrar la solución

1. Encuentra el ritmo: el punto del humano y el orangután es 3.0% a los 15 millones de años, así que ritmo = 3.0% ÷ 15 millones de años = 0.20% por millón de años. (Comprueba con el punto del chimpancé: 1.2% ÷ 6 millones de años = 0.20%.)
2. Usa el ritmo: tiempo desde la separación = 2.4% ÷ 0.20% por millón de años = 12 millones de años
3. Respuesta: Hace unos 12 millones de años.

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Práctica

Lee un cladograma de vertebrados y un árbol de simios, construye un cladograma a partir de una tabla de características, usa un reloj molecular y corrige una idea errónea común. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.

• Hoja de práctica: Cladogramas y árboles filogenéticos (PDF) (en inglés)
• Clave de respuestas: Cladogramas y árboles filogenéticos (PDF) (en inglés)

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Diapositivas de la lección

• Diapositivas 4.4: Cladogramas y árboles filogenéticos (PDF) (en inglés)

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Ideas clave

• Un cladograma muestra ancestros comunes, no una escalera
• Los nodos son ancestros comunes; un clado tiene a todos los descendientes
• Las características derivadas compartidas muestran parentesco
• El grupo externo se separa primero
• Un reloj molecular: tiempo = diferencia en el ADN ÷ ritmo

De vuelta a la pregunta esencial: los científicos representan el parentesco entre las especies con cladogramas y árboles filogenéticos. Cada nodo es un ancestro común, y los grupos que comparten más características derivadas o un ADN más parecido están más emparentados. Un reloj molecular usa la acumulación constante de diferencias en el ADN para estimar cuándo se separaron las especies. A continuación, pasarás de la evidencia de la evolución al proceso que la causa: la selección natural.

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