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Las evidencias moleculares son pruebas fundamentales obtenidas del estudio de moléculas biológicas como el ADN, el ARN y las proteínas. Estas evidencias proporcionan información crucial sobre diversos aspectos de la biología y la evolución de los organismos.

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¿Cómo determinar con mayor precisión la cercanía evolutiva entre los organismos?

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¿Cómo determinar con mayor precisión la cercanía evolutiva entre los organismos?

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Determinar con mayor precisión la cercanía evolutiva entre organismos implica utilizar diversas herramientas y técnicas en el campo de la biología molecular y la genética. Como podemos detallar:

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1. Secuenciación de ADN y ARN

La comparación de secuencias de ADN y ARN es fundamental para inferir relaciones evolutivas. Los pasos incluyen:

Secuenciación Genómica: Obtener secuencias completas del genoma de diferentes especies permite comparar regiones conservadas y determinar cambios evolutivos.

Filogenia Molecular: Construir árboles filogenéticos basados en la secuencia de nucleótidos (ADN/ARN) permite visualizar la relación evolutiva entre especies.

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2. Análisis de Marcadores Moleculares

Marcadores Genéticos: Utilizar marcadores específicos (por ejemplo, microsatélites o SNPs) que muestran variabilidad genética entre especies relacionadas para determinar la proximidad evolutiva.

Genes Conservados: Identificar genes conservados (genes que están presentes y tienen funciones similares en diferentes especies) para inferir relaciones filogenéticas.

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3. Homología Molecular

Comparación de Secuencias Proteicas: Analizar la similitud entre secuencias de proteínas para inferir la cercanía evolutiva, ya que las proteínas evolucionan más lentamente que el ADN/ARN y pueden proporcionar señales más claras sobre relaciones filogenéticas.

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4. Análisis de Genomas Múltiples

Comparación de Genomas Completos: Comparar genomas completos de múltiples especies para identificar regiones conservadas y divergentes, lo que proporciona una visión más completa de la evolución.

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5. Métodos Computacionales y Estadísticos

Modelos de Evolución Molecular: Utilizar modelos matemáticos y computacionales para estimar tasas de evolución y calcular distancias genéticas entre especies.

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¿Cuál será el mejor método para determinar los ancestros comunes de los organismos actuales?

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¿Cuál será el mejor método para determinar los ancestros comunes de los organismos actuales?

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¿Cómo se puede intepretar el estrato geológico donde han sido enontrados los restos fósiles?

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¿Cómo se puede intepretar el estrato geológico donde han sido enontrados los restos fósiles?

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Determinar los ancestros comunes de los organismos actuales es un desafío fascinante en la biología evolutiva. Existen varios métodos complementarios que los científicos utilizan para inferir relaciones evolutivas y ancestros comunes con diferentes niveles de precisión y profundidad. Los 3 más relevantes:

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1. Filogenia Molecular Basada en Secuencias de ADN/ARN

Descripción: Este método se basa en la comparación de secuencias de ADN o ARN entre especies para identificar similitudes y diferencias genéticas que reflejan relaciones evolutivas.

Cómo Funciona: Los investigadores alinean secuencias de genes específicos o genomas completos de diferentes especies y utilizan algoritmos computacionales para construir árboles filogenéticos que representan las relaciones evolutivas entre ellas.

Ventajas: Proporciona una visión profunda de las relaciones evolutivas, permitiendo la identificación de ancestros comunes distantes y cercanos.

Ejemplo: El análisis filogenético de secuencias de ADN ha sido utilizado para reconstruir la historia evolutiva de diversos grupos de organismos, desde bacterias hasta mamíferos, revelando ancestros comunes y eventos de especiación.

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2. Análisis de Marcadores Moleculares

Descripción: Utiliza marcadores moleculares como microsatélites, SNPs (polimorfismos de nucleótido único) y secuencias conservadas de proteínas para estudiar la variabilidad genética y las relaciones evolutivas.

Cómo Funciona: Estos marcadores se comparan entre especies relacionadas para determinar la cercanía genética y la estructura de poblaciones, lo que puede revelar ancestros comunes recientes.

Ventajas: Es útil para estudios a nivel poblacional y para investigaciones donde el análisis filogenético completo no es posible o necesario.

Ejemplo: En estudios de conservación, los marcadores moleculares se utilizan para determinar la diversidad genética dentro de poblaciones y especies, identificando poblaciones con ancestros comunes compartidos.

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3. Análisis de Genómica Comparativa

Descripción: Consiste en comparar genomas completos o grandes segmentos de ADN entre especies para identificar regiones conservadas y cambios evolutivos.

Cómo Funciona: Se utilizan herramientas bioinformáticas para alinear y comparar secuencias genómicas, identificando genes conservados y regiones no codificantes que pueden proporcionar información sobre la historia evolutiva.

Ventajas: Permite estudiar grandes escalas evolutivas y comprender cómo los genomas han evolucionado a lo largo del tiempo.

Ejemplo: El Proyecto Genoma Humano comparó el genoma humano con el de otros primates para identificar genes conservados y cambios evolutivos que nos relacionan con nuestros ancestros comunes.

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La interpretación del estrato geológico donde han sido encontrados los restos fósiles es crucial para entender la edad de los fósiles y el contexto ambiental en el que vivieron los organismos. Aquí explicamos los pasos principales para interpretar el estrato geológico:

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1. Estratigrafía y Tipos de Estratos

Estratigrafía: Es la rama de la geología que estudia la disposición y la correlación de los estratos rocosos.

Tipos de Estratos:

Sedimentarios: Formados por la acumulación de sedimentos (arena, limo, arcilla) que se depositan en capas sucesivas.

Metamórficos: Formados por la transformación de rocas preexistentes debido a altas temperaturas y presiones.

Ígneos: Originados por la solidificación del magma.

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2. Métodos de Datación

Datación Relativa: Determina la secuencia de deposición de los estratos basándose en principios como la superposición, la continuidad lateral y la inclusión. Por ejemplo:

Principio de Superposición: Estratos más jóvenes se depositan sobre estratos más antiguos.

Principio de Continuidad Lateral: Los estratos se depositan de manera continua y originalmente se extienden en todas direcciones.

Datación Absoluta: Utiliza métodos radiométricos para determinar la edad numérica de los estratos o los fósiles dentro de ellos. Ejemplos incluyen el uso de isótopos radiactivos como el carbono-14 o el potasio-argon para dataciones más precisas.

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3. Interpretación de Restos Fósiles en el Estrato

Bioestratigrafía: Consiste en correlacionar los fósiles encontrados en un estrato con su distribución geográfica y temporal conocida. Los fósiles son indicadores de épocas geológicas específicas y de ambientes particulares.

Paleoambientes: Los fósiles y el tipo de roca sedimentaria en la que se encuentran pueden proporcionar pistas sobre los ambientes antiguos, como marinos, fluviales, lacustres o terrestres.

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4. Interpretación del Contexto Geológico

Columna Estratigráfica: Representación gráfica de la secuencia estratigráfica en una región, mostrando los diferentes estratos y su relación temporal.

Tectónica y Movimientos Geológicos: Considerar eventos geológicos como la tectónica de placas y la erosión que pueden haber afectado la disposición original de los estratos y los fósiles dentro de ellos.

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La teoría de la evolución está respaldada por casos de observación directa, la existencia de homologías y fósiles, así como ciertos patrones biogeográficos.

Puntos más importantes:

La evidencia de la evolución a gran escala ( macroevolución) proviene de estudios de anatomía y embriología, biología molecular, biogeografía y fósiles.

Las semejanzas anatómicas encontradas en diferentes especies pueden ser homólogas (que se comparten por ancestría) o análogas (que se comparten por presiones de selección similares).

Las similitudes moleculares proporcionan evidencia de la ancestría compartida de la vida. Las comparaciones de secuencias de ADN pueden mostrar cómo diferentes especies están relacionadas.

La biogeografía, el estudio de la distribución geográfica de los organismos, proporciona información sobre cómo y cuándo pudieron evolucionar las especies.

Los fósiles dan evidencia de cambios evolutivos de largo plazo y documentan la existencia en el pasado de especies que ahora están extintas.

Introducción

En ocasiones podemos ver directamente cómo ocurre la evolución a pequeña escala, o la microevolución (por ejemplo, en el caso de bacterias resistentes a medicamentos o insectos resistentes a pesticidas). Sin embargo, muchos de los eventos evolutivos más fascinantes, tales como la divergencia o separación de linajes de plantas y animales de un ancestro común, sucedieron en el pasado remoto. No solo eso, sucedieron a lo largo de periodos de tiempo muy largos, no en una escala de tiempo de días a semanas típica de la evolución bacteriana y viral. Esta evolución a gran escala a veces se conoce como macroevolución.

No podemos observar directamente los acontecimientos evolutivos que ocurrieron en el pasado. Sin embargo, con frecuencia queremos entenderlos. Por ejemplo, quizás queremos saber si dos especies actuales están estrechamente relacionadas. O podríamos tener un grupo de especies y queremos entender las relaciones evolutivas entre ellas. ¿Cómo podemos responder a este tipo de preguntas?

Evidencia de la evolución: la búsqueda de historias evolutivas

En este artículo, estudiaremos varios tipos de información que utilizan los biólogos para trazar y reconstruir las historias evolutivas de los organismos a través plazos largos.

Anatomía y embriología. Las características anatómicas que comparten los organismos (incluso aquellas que solo son visibles durante el desarrollo embrionario) pueden indicar una ancestría evolutiva compartida.

Biología molecular. Las semejanzas y diferencias entre el "mismo" gen en distintos organismos (es decir, un par de genes homólogos) puede ayudarnos a determinar qué tan cercanamente relacionados están los organismos.

Biogeografía. La distribución geográfica de las especies nos puede ayudar a reconstruir su historia evolutiva.

Fósiles. El registro fósil no es un registro completo de la historia evolutiva, pero confirma la existencia de especies que hoy están extintas y a veces captura formas "intermedias" en el camno hacia especies actuales.

Echemos un vistazo más de cerca a estas estrategias para reconstruir la historia evolutiva durante plazos largos.

Evidencia de la evolución: anatomía y embriología

Darwin concebía la evolución como una "descendencia con modificaciones", un proceso por el que las especies cambian y dan lugar a nuevas especies en el transcurso de muchas generaciones. Propuso que la historia evolutiva de las formas de vida es como un árbol ramificado con muchos niveles, en el que todas las especies pueden remontarse a un antiguo antepasado común.

En este modelo de árbol, los grupos de especies más estrechamente relacionados tienen ancestros comunes más recientes y cada grupo tenderá a compartir características que estaban presentes en su último ancestro común. Podemos usar esta idea para "rastrear" y reconstruir las relaciones de parentesco entre los organismos con base en sus características compartidas.

Características homólogas

Si dos o más especies comparten una característica física única, como una estructura ósea compleja o un patrón corporal, es posible que hayan heredado dicha característica de un ancestro común. Las características físicas compartidas gracias a la historia evolutiva (a un ancestro común) se denominan homólogas.

Para dar un ejemplo clásico, las extremidades anteriores de ballenas, humanos y aves se ven muy distintas desde afuera. Eso es porque están adaptadas a funcionar en ambientes diferentes. Sin embargo, si miras la estructura ósea de las extremidades anteriores, encontrarás que la organización de los huesos es asombrosamente similar en estas especies. Es poco probable que tales estructuras similares hayan evolucionado independientemente en cada especie, y es más probable que el plan básico de los huesos ya estuviera presente en un ancestro común de ballenas, humanos y aves.

Algunas estructuras homólogas solo se pueden ver en los embriones. Por ejemplo, ¿sabías que una vez tuviste cola y aberturas branquiales? Todos los embriones de vertebrados, desde los humanos hasta las gallinas y los peces, comparten estas características durante su desarrollo temprano. Por supuesto que los patrones de desarrollo de estas especies se vuelven cada vez más distintos después (que es la razón por la que tu cola embrionaria ahora es tu coxis, y tus aberturas branquiales se han convertido en tu mandíbula y oído interno). Sin embargo, las características embrionarias compartidas siguen siendo estructuras homólogas, y reflejan que los patrones de desarrollo de los vertebrados son variaciones de un programa ancestral.

Las estructuras vestigiales son versiones reducidas o no funcionales de características y sirven de poco o nada actualmente en un organismo. La cola humana, que se reduce en el coxis durante el desarrollo, es un ejemplo. Las estructuras vestigiales son homólogas a estructuras útiles que se encuentran en otros organismos y pueden proporcionar conocimiento de la ancestría de un organismo. Por ejemplo, las pequeñas pata vestigiales que tienen algunas serpientes, como la boa constrictor a la derecha, reflejan que las serpientes tuvieron un ancestro con cuatro patas.

Características análogas

Para hacer las cosas un poco más interesantes y complicadas, no todas las características físicas que se parecen indican la existencia de un ancestro común. Algunas similitudes físicas son análogas: evolucionaron de manera independiente en distintos organismos porque el ambiente en el que habitaban era similar o las presiones evolutivas a las que se vieron sometidos eran semejantes. Este proceso se conoce como evolución convergente. ( Converger significa juntarse, como dos líneas que se unen en un punto).

Por ejemplo, dos especies lejanamente relacionadas que viven en el Ártico, el zorro ártico y la perdiz nival (un ave) sufren un cambio de color de oscuro a blanco nieve con las estaciones. Este rasgo compartido no refleja una ancestría común ya que es poco probable que el último ancestro común del zorro y la perdiz nival cambiara de color con las estaciones. Por el contrario, esta característica fue favorecida separadamente en ambas especies debido a presiones de selección similares. Esto quiere decir que la capacidad para cambiar a una coloración clara en el invierno, que está determinada genéticamente, ayudó tanto al zorro como a la perdiz nival a sobrevivir y reproducirse en un lugar con inviernos nevados y depredadores con buena vista.

Cómo se determinan las relaciones a partir de características semejantes

En general, los biólogos no sacan conclusiones sobre cómo están relacionadas las especies con base en una sola característica que crean que es homóloga, sino que estudian una gran cantidad de ellas (tanto rasgos físicos como secuencias de ADN) y obtienen conclusiones acerca del parentesco basadas en dichas características en conjunto. Veremos esta idea con más detalle cuando estudiemos los árboles filogenéticos.

Evidencia de la evolución: biología molecular

Al igual que las homologías estructurales, las semejanzas entre las moléculas biológicas pueden reflejar la existencia de un ancestro evolutivo compartido. En el nivel más básico, todos los seres vivos comparten:

El mismo material genético (ADN)

Códigos genéticos iguales o muy similares

El mismo proceso básico de expresión génica (transcripción y traducción)

Estas características compartidas sugieren que todos los seres vivos descienden de un ancestro común y que dicho ancestro tenía ADN como material genético, usaba el código genético y expresaba sus genes mediante transcripción y traducción. Todos los organismos actuales comparten estas características porque fueron "heredadas" de dicho ancestro (y porque cualquier cambio grande en esta maquinaria básica habría afectado la funcionalidad de las células).

Aunque las características como tener ADN y llevar a cabo la transcripción y la traducción de genes son muy buenas para establecer el origen común de la vida, no son tan útiles para saber cuán relacionados están entre sí dos organismos en particular. Si queremos determinar qué organismos en un grupo son los más emparentados, necesitamos usar diferentes tipos de características moleculares, como las secuencias de nucleótidos de los genes.

Genes homólogos

A menudo los biólogos comparan las secuencias de genes relacionados de diferentes especies (denominados genes homólogos u ortólogos) para analizar cómo estas especies se relacionan evolutivamente entre sí.

La idea fundamental detrás de este método es que dos especies tienen el "mismo" gen debido a que lo heredaron de un ancestro común. Por ejemplo, los humanos, las vacas, los pollos y los chimpancés tienen un gen que codifica para la hormona insulina, porque este gen ya estaba presente en su último ancestro común.

En general, entre más diferencias hay en el ADN en los genes homólogos entre dos especies, más distante es la relación entre las especies. Por ejemplo, los genes de la insulina del humano y el chimpancé son mucho más similares (idénticos en cerca de 98%) que los genes de la insulina del humano y la gallina (idénticos en creca de 64%), lo que refleja que los humanos y los chimpancés están más cercanamente relacionados que los humanos y las gallinas.

Evidencia de la evolución: biogeografía

La distribución geográfica de los organismos sobre la Tierra sigue patrones que se explican mejor por medio de la evolución, en combinación con el movimiento de las placas tectónicas, a lo largo del tiempo geológico. Por ejemplo, los grandes grupos que ya habían evolucionado antes de la ruptura del supercontinente Pangea (hace unos millones de años) tienden a tener una distribución mundial. En cambio, los grupos que evolucionaron después de la ruptura suelen aparecer solo en regiones más pequeñas de la Tierra. Como ejemplo tenemos a grupos de plantas y animales en los continentes del norte y del sur, que pueden ser rastreados hasta la división de Pangea en dos supercontinentes (Laurasia en el norte y Gondwana en el sur).

La evolución de especies únicas en las islas es otro ejemplo de la intersección entre evolución y geografía. Por ejemplo, la mayoría de las especies de mamíferos en Australia son marsupiales (llevan a sus crías en una bolsa), mientras que la mayoría de las especies de mamíferos en cualquier otra parte del mundo son placentarios (nutren a sus crías mediante una placenta). Las especies marsupiales australianas son muy diversas y llenan una gran variedad de funciones ecológicas. Estas especies pudieron evolucionar sin competencia (ni intercambio) con el resto de las especies de mamíferos en el mundo gracias a que Australia estuvo aislada por el mar durante millones de años.

Los marsupiales australianos, los pinzones de Darwin en las Galápagos y muchas especies de las islas hawaianas solo se encuentran en sus hábitats isleños, pero están lejanamente relacionados con especies ancestrales en los continentes. Esta combinación de características refleja los procesos por los que evolucionan las especies isleñas. Con frecuencia evolucionan a partir de ancestros continentales (como cuando una masa de tierra se desprende del continente o una tormenta desvía a algunos individuos hacia las islas) y divergen (se vuelven gradualmente diferentes) al tiempo que se adaptan en aislamiento al ambiente isleño.

Evidencia de la evolución: registro fósil

Los fósiles son los restos preservados de organismos antes vivos o de sus vestigios, que provienen de un pasado lejano. Desgraciadamente, el registro fósil no están completo ni intacto: la mayor parte de los organismos jamás se fosilizan, e incluso los que sí se fosilizan rara vez son encontrados por seres humanos. De cualquier forma, los fósiles que sí hemos tenido la suerte de encontrar ofrecen pistas únicas de la evolución a lo largo de escalas de tiempo largas.

Para interpretar los fósiles correctamente, tenemos que saber qué tan antiguos son. Los fósiles suelen encontrarse dentro de capas de roca llamadas estratos, y los estratos proporcionan una especie de línea de tiempo en la que las capas superiores son más recientes y las más profundas son las más antiguas. Los fósiles que se encuentran en diferentes estratos de un mismo sitio pueden ordenarse por su posición y los estratos "de referencia" con características únicas pueden utilizarse para comparar las edades de los fósiles en diferentes localidades. Además, los científicos pueden datar los fósiles de manera aproximada mediante datación radiométrica, un proceso que mide el decaimiento radioactivo de ciertos elementos.

Los fósiles documentan la existencia de especies ahora extintas, lo que muestra que diferentes organismos han vivido en la Tierra durante distintos periodos de tiempo en la historia del planeta. También pueden ayudar a los científicos a reconstruir las historias evolutivas de las especies actuales. Por ejemplo, algunos de los fósiles más estudiados son los del linaje del caballo. Con estos fósiles, los científicos han podido reconstruir un "árbol de familia" extenso y ramificado de los caballos y sus parientes extintos. Los cambios en el linaje que conducen a los caballos modernos, como la reducción de los dedos de las patas a pezuñas, pueden reflejar adaptaciones a cambios en el medio ambiente.

Los biólogos utilizan muchos tipos de evidencia para rastrear los cambios evolutivos que ocurren durante largos períodos de tiempo. Por ejemplo:

Los rasgos físicos homólogos compartidos entre las especies pueden proporcionar evidencia de una ancestría común (pero tenemos que estar seguros que realmente son homólogos y no el resultado de evolución convergente).

Las semejanzas y diferencias entre las moléculas biológicas (en la secuencia de ADN, por ejemplo) pueden ser utilizadas para determinar el parentesco entre especies.

Los patrones biogeográficos proporcionan pistas sobre la manera como las especies, tanto vivas como extintas, se relacionan entre sí.

El registro fósil, aunque incompleto, proporciona información valiosa acerca de las especies que existieron en determinados momentos de la historia de la Tierra.

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Pruebas de la evolución (artículo) | Khan Academy

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Los científicos deben recopilar información precisa que les permita establecer conexiones evolutivas entre organismos. Similar al trabajo de detectives, los científicos deben usar pruebas para descubrir los hechos. En el caso de la filogenia, las investigaciones evolutivas se centran en dos tipos de evidencia: morfológica (forma y función) y genética.

Dos opciones para similitudes

En general, los organismos que comparten características físicas y genomas similares tienden a estar más estrechamente relacionados que los que no. Tales características que se superponen tanto morfológicamente (en forma) como genéticamente se denominan estructuras homólogas; provienen de similitudes de desarrollo que se basan en la evolución. Por ejemplo, los huesos en las alas de murciélagos y aves tienen estructuras homólogas (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Observe que no es simplemente un solo hueso, sino más bien una agrupación de varios huesos dispuestos de manera similar. Cuanto más compleja es la característica, más probable es que cualquier tipo de superposición se deba a un pasado evolutivo común. Imagínese a dos personas de diferentes países ambas inventando un automóvil con todas las mismas piezas y exactamente en el mismo arreglo sin ningún conocimiento previo o compartido. Ese resultado sería altamente improbable. No obstante, si dos personas inventaran un martillo, sería razonable concluir que ambas podrían tener la idea original sin la ayuda del otro. La misma relación entre la complejidad y la historia evolutiva compartida es cierta para las estructuras homólogas en organismos.

Apariciones engañosas

Algunos organismos pueden estar muy estrechamente relacionados, a pesar de que un cambio genético menor provocó una gran diferencia morfológica para que se vieran bastante diferentes. Del mismo modo, los organismos no relacionados pueden estar relacionados a distancia, pero parecen muy parecidos. Esto suele suceder porque ambos organismos estaban en adaptaciones comunes que evolucionaron dentro de condiciones ambientales similares. Cuando se presentan características similares por limitaciones ambientales y no por una estrecha relación evolutiva, se denomina analogía u homoplasía. Por ejemplo, los insectos usan alas para volar como murciélagos y aves, pero la estructura del ala y el origen embrionario es completamente diferente. Estas se denominan estructuras análogas (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Rasgos similares pueden ser homólogos o análogos. Las estructuras homólogas comparten un origen embrionario similar; órganos análogos tienen una función similar. Por ejemplo, los huesos en la aleta frontal de una ballena son homólogos a los huesos del brazo humano. Estas estructuras no son análogas. Las alas de una mariposa y las de un ave son análogas pero no homólogas. Algunas estructuras son tanto análogas como homólogas: las alas de un ave y las alas de un murciélago son homólogas y análogas. Los científicos deben determinar qué tipo de similitud exhibe una característica para descifrar la filogenia de los organismos estudiados.

Comparaciones Moleculares

Con el avance de la tecnología del ADN, ha florecido el área de la sistemática molecular, que describe el uso de información a nivel molecular incluyendo el análisis de ADN. Los nuevos programas informáticos no sólo confirman muchos organismos clasificados anteriormente, sino que también descubren errores cometidos anteriormente. Al igual que con las características físicas, incluso la secuencia de ADN puede ser difícil de leer en algunos casos. Para algunas situaciones, dos organismos muy estrechamente relacionados pueden aparecer sin relación si se produjo una mutación que provocó un cambio en el código genético. Una mutación de inserción o deleción movería cada base nucleotídica sobre un lugar, provocando que dos códigos similares aparecieran no relacionados.

En ocasiones, dos segmentos de código de ADN en organismos distantemente relacionados comparten aleatoriamente un alto porcentaje de bases en las mismas localizaciones, lo que hace que estos organismos aparezcan estrechamente relacionados cuando no lo están. Para ambas situaciones, se han desarrollado tecnologías informáticas para ayudar a identificar las relaciones reales y, en última instancia, el uso acoplado de información tanto morfológica como molecular es más efectivo para determinar la filogenia.

¿Por qué importa la filogenia?

Los biólogos evolutivos podrían enumerar muchas razones por las que entender la filogenia es importante para la vida cotidiana en la sociedad humana. Para los botánicos, la filogenia actúa como guía para descubrir nuevas plantas que puedan ser utilizadas para beneficiar a las personas. Piense en todas las formas en que los humanos usan las plantas: los alimentos, los medicamentos y la ropa son algunos ejemplos. Si una planta contiene un compuesto que es eficaz en el tratamiento del cáncer, los científicos podrían querer examinar a todos los parientes de esa planta en busca de otros medicamentos útiles.

Un equipo de investigación en China identificó un segmento de ADN que se cree que es común a algunas plantas medicinales de la familia Fabaceae (la familia de las leguminosas) y trabajó para identificar qué especies tenían este segmento (Figura\(\PageIndex{3}\)). Después de probar especies de plantas de esta familia, el equipo encontró un marcador de ADN (una ubicación conocida en un cromosoma que les permitió identificar la especie) presente. Luego, utilizando el ADN para descubrir relaciones filogenéticas, el equipo pudo identificar si una planta recién descubierta estaba en esta familia y evaluar sus posibles propiedades medicinales.

Construyendo árboles filogenéticos

¿Cómo construyen los científicos árboles filogenéticos? Después de clasificar los rasgos homólogos y análogos, los científicos suelen organizar los rasgos homólogos utilizando un sistema llamado cladística. Este sistema clasifica los organismos en clados: grupos de organismos que descienden de un solo ancestro. Por ejemplo, en la Figura\(\PageIndex{4}\), todos los organismos de la región naranja evolucionaron a partir de un solo ancestro que tenía huevos amnióticos. En consecuencia, todos estos organismos también tienen huevos amnióticos y forman un solo clado, también llamado grupo monofilético. Los clados deben incluir a todos los descendientes de un punto de ramificación.

¿Qué animales en esta figura pertenecen a un clado que incluye animales con pelo? ¿Cuál evolucionó primero, el pelo o el óvulo amniótico?

Responder

Conejos y humanos pertenecen al clado que incluye animales con pelo. El óvulo amniótico evolucionó antes del pelo porque el clado Amniota es más grande que el clado que engloba a los animales con pelo.

Los clados pueden variar en tamaño dependiendo del punto de ramificación al que se haga referencia. El factor importante es que todos los organismos en el clado o grupo monofilético provienen de un solo punto en el árbol. Esto se puede recordar porque el monofilético se descompone en "mono", es decir, uno, y "filético", que significa relación evolutiva. La figura\(\PageIndex{5}\) muestra diversos ejemplos de clados. Observe cómo cada clado proviene de un solo punto, mientras que los grupos que no son clados muestran ramas que no comparten un solo punto.

Los grupos que no incluyen todos los organismos que descienden de un solo ancestro tienen nombres diferentes. Un grupo parafilético incluye al ancestro común más reciente, pero no a todos sus descendientes (Figura\(\PageIndex{6}\)). Un grupo polifilético incluye organismos no relacionados descendientes de más de un ancestro.

Características compartidas

Los organismos evolucionan de ancestros comunes y luego se diversifican. Los científicos utilizan la frase "descenso con modificación" porque a pesar de que los organismos relacionados tienen muchas de las mismas características y códigos genéticos, se producen cambios. Este patrón se repite una y otra vez a medida que uno atraviesa el árbol filogenético de la vida:

1. Un cambio en la composición genética de un organismo conduce a un nuevo rasgo que se vuelve prevalente en el grupo.

2. Muchos organismos descienden de este punto y tienen este rasgo.

3. Siguen surgiendo nuevas variaciones: algunas son adaptativas y persisten, dando lugar a nuevos rasgos.

4. Con nuevos rasgos, se determina un nuevo punto de ramificación (volver al paso 1 y repetir).

Si una característica se encuentra en el antepasado de un grupo, se considera un carácter ancestral compartido porque todos los organismos del taxón o clado tienen ese rasgo. El vertebrado en la Figura\(\PageIndex{4}\) es un carácter ancestral compartido. Consideremos ahora el óvulo amniótico característico en la misma figura. Sólo algunos de los organismos de la Figura\(\PageIndex{4}\) tienen este rasgo, y a los que sí lo hacen, se le llama carácter derivado compartido porque este rasgo derivó en algún momento pero no incluye a todos los antepasados en el árbol.

El aspecto complicado de los personajes ancestrales compartidos y derivados compartidos es el hecho de que estos términos son relativos. El mismo rasgo puede considerarse uno u otro dependiendo del diagrama particular que se esté utilizando. Volviendo a Figura\(\PageIndex{4}\), señalar que el óvulo amniótico es un personaje ancestral compartido para el clado Amniota, mientras que tener pelo es un carácter derivado compartido para algunos organismos de este grupo. Estos términos ayudan a los científicos a distinguir entre clados en la construcción de árboles filogenéticos.

Elegir las relaciones adecuadas

Imagínese ser la persona responsable de organizar todos los artículos en una tienda departamental correctamente, una tarea abrumadora. Organizar las relaciones evolutivas de toda la vida en la Tierra resulta mucho más difícil: los científicos deben abarcar enormes bloques de tiempo y trabajar con información de organismos extintos hace mucho tiempo. Tratar de descifrar las conexiones adecuadas, sobre todo dada la presencia de homologías y analogías, hace extraordinariamente difícil la tarea de construir un árbol preciso de la vida. A eso se suma el avance de la tecnología del ADN, que ahora proporciona grandes cantidades de secuencias genéticas para ser utilizadas y analizadas. La taxonomía es una disciplina subjetiva: muchos organismos tienen más de una conexión entre sí, por lo que cada taxonomista decidirá el orden de las conexiones.

Para ayudar en la tremenda tarea de describir las filogenias con precisión, los científicos suelen utilizar un concepto llamado parsimonia máxima, lo que significa que los eventos ocurrieron de la manera más simple, más obvia. Por ejemplo, si un grupo de personas ingresaba a una reserva forestal para hacer senderismo, basado en el principio de máxima parsimonia, se podría predecir que la mayoría de la gente caminaría por senderos establecidos en lugar de forjar otros nuevos.

Para los científicos que descifran las vías evolutivas, se utiliza la misma idea: la vía de la evolución probablemente incluye la menor cantidad de eventos importantes que coinciden con la evidencia en cuestión. Comenzando con todos los rasgos homólogos en un grupo de organismos, los científicos buscan el orden más obvio y simple de eventos evolutivos que llevaron a la ocurrencia de esos rasgos.

Estas herramientas y conceptos son solo algunas de las estrategias que los científicos utilizan para abordar la tarea de revelar la historia evolutiva de la vida en la Tierra. Recientemente, las nuevas tecnologías han descubierto descubrimientos sorprendentes con relaciones inesperadas, como el hecho de que las personas parecen estar más estrechamente relacionadas con los hongos que los hongos con las plantas. ¿Suena increíble? A medida que crece la información sobre las secuencias de ADN, los científicos se acercarán más a mapear la historia evolutiva de toda la vida en la Tierra

Resumen

Para construir árboles filogenéticos, los científicos deben recopilar información precisa que les permita establecer conexiones evolutivas entre organismos. Utilizando datos morfológicos y moleculares, los científicos trabajan para identificar características homólogas y genes. Las similitudes entre organismos pueden provenir de la historia evolutiva compartida (homologías) o de caminos evolutivos separados (analogías). Las tecnologías más nuevas se pueden utilizar para ayudar a distinguir homologías de analogías. Después de identificar la información homóloga, los científicos utilizan la cladística para organizar estos eventos como un medio para determinar una línea de tiempo evolutiva. Los científicos aplican el concepto de máxima parsimonia, que establece que el orden de los eventos probablemente ocurrió de la manera más obvia y sencilla con la menor cantidad de pasos. Para los eventos evolutivos, este sería el camino con el menor número de divergencias mayores que se correlacionan con la evidencia.

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23.2: Determinar las relaciones evolutivas

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Los científicos deben recopilar información precisa que les permita establecer conexiones evolutivas entre organismos. Similar al trabajo de detectives, los científicos deben usar pruebas para descubrir los hechos. En el caso de la filogenia, las investigaciones evolutivas se centran en dos tipos de evidencia: morfológica (forma y función) y genética.

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Mapa conceptual

Una de las evidencias más claras de la existencia del proceso evolutivo es el registro fósil. Los fósiles son restos orgánicos que han quedado petrificados mediante procesos químicos y geológicos (Figura 1), y se pueden formar a partir de diversos tipos de material biológico: conchas, cutículas, pieles, esqueletos o incluso comportamientos pasados (huellas de pasos al caminar o deslizarse, la marca dejada al apoyarse, nidos, etc.). El proceso de fosilización es complejo y depende tanto del ser vivo como de las características del lugar donde este se deposita tras su muerte. De hecho, aunque la mayoría de seres vivos que mueren no forman fósiles, debido a la magnitud de la historia de la vida en la Tierra, con el paso del tiempo se ha ido acumulando un número muy significativo de fósiles, algunos de los cuales acaban siendo descubiertos por los paleontólogos y biólogos evolutivos.

Figura 1. Fósiles de trilobites, invertebrados marinos acorazados muy frecuentes en el Paleozoico. Obtenido de Wikipedia (11/09/20020).

A partir de la formulación de la teoría de la evolución por Charles Darwin, los fósiles han contribuido a cambiar las disciplinas de la geología y la biología.

1. Quizá la evidencia más importante que aportan los fósiles y que apoya la teoría de la evolución es que la mayoría de especies de las cuales se conservan restos fósiles son distintas a las especies existentes en la actualidad. Sin embargo, casi todas ellas guardan algún tipo de parecido morfológico con las especies contemporáneas. Esto sugiere dos cosas: las especies han ido cambiando a lo largo del tiempo, es decir, han ido evolucionando y, además, existe una continuidad genealógica entre las especies del pasado y las especies contemporáneas, de forma tal que las últimas se derivan de las primeras en una relación de descendencia.

En este sentido, los fósiles no solo aportan evidencias acerca de la evolución como hecho, sino también acerca de la evolución como camino. Gracias a los fósiles es posible trazar, aunque sea a grandes rasgos, la historia de un linaje de organismos determinado. Especialmente relevantes en este contexto son los denominados fósiles de transición. Los fósiles de transición son aquellos que poseen simultáneamente rasgos de organismos ancestrales y de organismos contemporáneos. Por ese motivo, los fósiles de transición nos indican cómo pudo haberse producido la evolución entre dos formas distintas de organismos emparentados.

En la actualidad hay múltiples ejemplos de fósiles de transición. Los hay en el linaje de los cetáceos, conectando sus ancestros terrestres con las modernas ballenas y delfines (por ejemplo, Ambulocetus; en el de las aves, uniendo sus ancestros del grupo de los dinosaurios con las modernas aves con plumas y alas (por ejemplo, Archaeopteryx); o en el de los caballos, uniendo sus ancestros tridáctilos con los modernos caballos con pezuñas (por ejemplo, Merychippus). Especialmente llamativo en este sentido es el fósil de transición Tiktaalik, un pez tetrapodomorfo de hace 375 millones de años descubierto en el año 2006 y que representa un estadio intermedio entre los peces y los primeros tetrápodos (animales con cuatro extremidades, como los anfibios, los reptiles, las aves o los mamíferos; Figura 2) (Daeschler et al. 2006). Tiktaalik muestra cuándo y cómo se produjo la aparición y evolución de los primeros vertebrados terrestres.

Figura 2. Ejemplos de fósiles de transición. A) Ambulocetus (tomado de Wikipedia). B) Archaeopteryx (tomado de Wikipedia). C) Merychippus (tomado de Wikipedia). D y E) Tiktaalik (D tomado de Wikipedia, y E tomado de Wikipedia ).

2. A partir de los fósiles se puede aprender mucho acerca de las faunas, floras y ecosistemas del pasado. El motivo es que a menudo, y debido a cómo funciona el proceso de fosilización, dos o más especies que vivieron juntas en el mismo hábitat y en la misma época fosilizaron juntas. Así pues, basándonos en los conocimientos actuales de ecología, podemos hacer inferencias acerca de las relaciones tróficas de los ecosistemas del pasado, las relaciones interespecíficas entre las distintas especies que componían dichos ambientes o incluso los cambios producidos a lo largo del tiempo en los diferentes factores abióticos. Esto permite obtener conocimiento acerca de cómo evoluciona la biodiversidad o qué factores contribuyeron a las extinciones de especies.

3. Los fósiles nos permiten conocer, aunque sea de forma imperfecta, la secuencia temporal de cambios que sufrió la fauna y flora de un determinado territorio. A este fenómeno se le conoce como datación relativa, pues permite conocer la antigüedad relativa de diferentes conjuntos de fósiles, y, en consecuencia, de los estratos geológicos en los que estos se encuentran. Según el principio de superposición de estratos de Nicolás Steno, los estratos geológicos que se encuentran a más profundidad son más antiguos que los que se encuentran en posiciones más superficiales.

Los fósiles y la paleontología pueden ayudar a resolver problemas geológicos. Debido a procesos geológicos de diversa índole (plegamientos, inversiones, fallas, etc.), en muchas ocasiones los estratos más antiguos pueden pasar a situarse en una posición más superficial que los estratos más modernos. Este hecho complica la datación relativa de los distintos estratos geológicos, es decir, la determinación de cuál es el orden de antigüedad que tienen todos ellos. Pero, dado que en los estratos de un mismo periodo geológico (independientemente de en qué región del mundo se encuentren estos estratos) solemos encontrarnos la misma fauna, también es posible establecer relaciones de antigüedad entre los distintos fósiles. En muchas ocasiones, estos fósiles permiten determinar la edad relativa de los estratos cuando la información geológica no es suficiente por sí misma para hacerlo.

En definitiva, los fósiles nos informan acerca del hecho de la evolución, acerca de la continuidad genealógica entre las especies pasadas y presentes, acerca de la evolución de la biodiversidad y los ecosistemas, y acerca de la edad relativa de los estratos geológicos. Sin embargo, además de datar relativamente los estratos geológicos, también es posible hacerlo de manera absoluta. A esto le dedicaremos el próximo apartado.

Para saber más:

Daeschler, E. B., Shubin, N. H. & Jenkins Jr, F. A. (2006). A Devonian tetrapod-like fish and the evolution of the tetrapod body plan. Nature, 440: 757-763.

Simpson, G. G. (1985). Fósiles e historia de la vida. Biblioteca Scientific American.

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Evolución. Evidencias. Fósiles. Web de evolución de la Universidad de Vigo

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Una de las evidencias más claras de la existencia del proceso evolutivo es el registro fósil. Los fósiles son restos orgánicos que han quedado petrificados mediante procesos químicos y geológicos (Figura 1), y se pueden formar a partir de diversos tipos de material biológico: conchas, cutículas, pieles, esqueletos o incluso comportamientos pasados (huellas de pasos al caminar o deslizarse, la marca dejada al apoyarse, nidos, etc.).

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Las evidencias moleculares proporcionan una ventana fascinante y esencial para entender la vida en sus diferentes niveles de organización, desde las moléculas hasta los organismos complejos, y han revolucionado nuestra comprensión de la biología y la evolución.

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Las evidencias moleculares también son fundamentales para comprender la evolución, la genética y la diversidad de los seres vivos.

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Las evidencias moleculares son herramientas poderosas que ofrecen una gran cantidad de información sobre la biología de los seres vivos.

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1ero B.G.U "D"

Fecha:

24/06/24

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Lic. Rosado Álava Leonardo Fabricio