Biología Sistemática Definición : Disciplina que trata de entender y explicar la diversidad Tareas específicas Proponer un sistema(s) de clasificatión.

Presentación del tema: "Biología Sistemática Definición : Disciplina que trata de entender y explicar la diversidad Tareas específicas Proponer un sistema(s) de clasificatión."— Transcripción de la presentación:

1 Biología Sistemática Definición : Disciplina que trata de entender y explicar la diversidad Tareas específicas Proponer un sistema(s) de clasificatión (taxonomía). Reconstruir la historia evolutiva única de la historia de la vida (filogenia) Desarrollar un sistema consistente de nomenclatura biológica y una terminología exacta. Inventariar la biota del mundo.

2 Descripción de la Diversidad Biológica antes de la Clasificación
Caracteres = atributos (rasgos) Variable entre organismos-multiple estados del caracter. Interesante para los biólogos evolutivos: variabilidad debe ser heredada Variabilidad puede ser contínua o discreta

3 CARACTERES Y ESTADOS DEL CARÁCTER
• Organismos son concebidos como un grupo de atributos. • Cuando los organismos/taxa difieren con respecto a un rasgo, estas diferentes condiciones (ej. A o T) son denominados como estados de un carácter. • La colección de estados de carácter respecto a un atributo constituye un carácter.

4 Distribución de los estados de un Caracter
No es al azar. Correlacionada con la geografía Importancia del flujo génico versus aislamiento reproductivo (barreras entre poblaciones)

5 Estados del Caracter pueden ser Caracter Diagnósticos de una Especie
Una vez que un caracter llega a estar fijo (genéticamente) en una población. Esto corresponde a la idea de herencia. Tiempo Estado de Car. B Estado de Car. A Individuos (dentro de una especie)

6 Algunos caracteres pueden ser compartidos con otras especies
Por ejemplo Pulgar oponible (primates) Pelo (mamíferos) Cuatro extremidades (tetrapodos) Ojos (vertebrados) Mitocondria (animales, plantas, hongos) DNA (todas las cosas vivas) Patrón jerárquico de caracteres compartidos ¿Por qué?

7 ESTADOS DE CARACTER

8 Mimulus

9 Inicios del pensamiento filogenético
Notas de Darwin (”I think …”) El término ’phylogenesis’ fue acuñado por E. Haeckel, Progreso y Perfección Su filogenia reflejaba la idea antigua de un arbol con la humanidad en el tope. Othogenesis expresaba la noción que la evolución había trabajado hacia los niveles más altos de inteligencia y orden moral

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11 EVOLUCIÓN DE CARACTERES
Caracter = simetría • Cambios heredables (morfología, secuencias de genes) producen distintos estados de carácter. • Similitudes y diferencias en los estados del carácter proveen las bases para inferir filogenias (evidencia de relación) . • La utilidad de esta evidencia depende de cómo los cambios evolutivos ocurren, es decir, de cómo los estados de carácter cambian (evolución independiente versus heredada). Estado del carácter = ? Estado del carácter = ?

12 CARACTERES (ESTADOS) SON LOS DATOS RELACIÓN DE CARACTERES (ESTADOS) REFLEJO DE ESTE SISTEMA JERÁQUICO

13 ¿Qué método ha sido usado para agrupar y clasificar organismos?
Aproximaciones Pre-evolutivas (Antes de 1859) Aproximaciones Evolutivas (1859-hoy) Taxonomía evolutiva ( a la fecha) Fenética (1950’s-a la fecha) Cladista (1980’s- a la fecha)

14 Clasificación Fenética
Basado en la similitud global de los estados del caracter (todos los caracteres son igualmente pesados) Ventaja: Gran desarrollo estadístico y computacional Problema: distintos modos de ver similaridad Homología Convergencia (=homoplasía) Clase Reptilia (lagartos, culebras, cocodrilos) esacmas, dientes, ectotermia, carencia de alas) Clase Aves (aves--alas, plumas, homeotermia)

15 MAS QUE UNA CUESTION DE GUSTOS!!

16 Clasificación Filogenética
Lizards & snakes Birds Crocodiles Turtles Feathers, loss teeth, endothermy, wings “Reptilia” = old grouping minus birds is Paraphyletic group based on symplesiomorphies-- unacceptable in cladistics Brain case completely enclosed by bone, nest building, 4-chambered heart Note: character states are apomorphic or plesiomorphic depending on the context of the groupings being considered Scales, teeth, ectothermy, wings absent Brain case not completely enclosed by bone, no nest building, 3-chambered heart, egg-laying

17 Fenetica vs Cladistica

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19 CARACTERES (ESTADOS) SON LOS DATOS RELACIÓN DE CARACTERES (ESTADOS) REFLEJO DE ESTE SISTEMA JERÁQUICO

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21 Homología: “El mismo órgano en diferentes animales bajo muchas variedades de forma y función)”. (R. Owen) BAUPLAN “Un caracter en dos o más taxa es homólogo, cuando el carácter es encontrado en el ancestro común de ambos taxa o…dos caracteres son homólogos si uno es directa-mente (o secuencialmente) deri-vado de otro (E. O. Wiley)

22 Distinción entre Homología y Homoplasía resulta crítica
HOMOPLASIA HOMOPLASIA Distinción entre Homología y Homoplasía resulta crítica

23 HOMOLOGÍA: CARACTERES MORFOLÓGICOS

24 HOMOLOGÍA: SECUENCIAS DE DNA

25 Sinapomorfías GATCACAT GATCAGAA AATTAGAA ACTTAGAT GATCAGAT AATTAGAT
AATCAGAT AATCGGAT

26 Tres tipos de Homoplasía

27 HOMOPLASÍA: CARACTERES MORFOLÓGICOS
Euphorbiaceae (AFRICA) Cactaceae (NUEVO MUNDO)

28 HOMOLOGÍA: SECUENCIAS DE DNA
T Cambio Paralelo Convergencias Reversiones

29 The relationship of any two homologous characters whose
ORTHOLOGY The relationship of any two homologous characters whose common ancestor lies in the ancestor of the taxa from which the two sequences were obtained. PARALOGY The relationship of any two homologous characters arising from a duplication of the gene for that character. XENOLOGY history, since their common ancestor, involves an interspecies (horizontal) transfer of the genetic material for at least one of those characters. Walter M. Fitch TIG 16(5):

30 ¿Cómo detectar caracteres homólogos?
Criterios morfológicos para detectar homología ( Cap. 5 “Phylogenetics” E.O. Wiley). Discutidos por Remane (1956): - Criterio de posición. - Criterio de calidad de semejanza. - Continuidad a través de las formas intermedias

31 HOMOLOGÍA SERIAL SIMILARIDAD ESPECIAL Richard Owen ( ) Geoffroy Saint-Hillaire ( )

32 CRITERIO ONTOGENÉTICO

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34 CRITERIO DE POSICION

35 CRITERIO DE LAS FORMAS ESPECIALES

36 CRITERIO DE LAS FORMAS INTERMEDIAS

37 CRITERIO CLADÍSTICO (O DE POSICIÓN FILOGENÉTICA)
Expresado en la regla del grupo externo. “Dados dos caracteres que son homólogos y están en un solo grupo monofilético, el carácter que es encontrado en el grupo hermano es plesiomórfico, mientras que el encontrado dentro del grupo monofilético es apomórfico” (Wiley, 1981). ARGUMENTACIÓN DE HENNIG

38 SECUENCIA DE ANÁLISIS EN LA BÚSQUEDA DE HOMOLOGÍAS

39 Definición de caracter
Carácter diagnóstico: “Cualquier atributo de un organismo o grupo de organismos que le permite pertenecer a una categoría propia distingiendolo de otras” (Mayr et al, 1953). “Cualquier cosa que pueda ser considerada como una variable independiente de otra cualquier otra cosa a la vez” (Cain y Harrison, 1958). “ En sistemática puede ser definido como una característica que puede ser usada para distinguir una taxón de otro” (Mayr et al, 1953).

40 Definición de caracter
Carácter como serie de transformación: “Un carácter es un atributo de un organismo el cual es producto de una secuencia ontogénica o citogenética de características previamente existentes, o una característica previamente existente en un organismo (s) parental (es). Este carácter se origina en la evolución por modificación de una secuencia molecular, ontogenética o citogenética previamente existente” (Wiley, 1981). “Un carácter es una colección de estados mutuamente exclusivos (caracteres, estados de caracteres) el cual: - Tiene una orden fijo de evolución tal que - cada estado es derivado directamente de otro estado único. - hay un único estado desde el cual todos los otros son derivados” (Farris et al, 1970). Ver capítulo 2 Cladistics (Kitching et al, 1998)

41 Tipos de caracteres Discretos y continuos: En referencia propiedades matemáticas del rango de números usados para medir un atributo. -Continuos: son aquellos datos donde los valores potenciales son infinitesimales (dimensiones). -Discretos: pueden ser lógicamente representados por un set de valores. Incluye Ausencia-presencia (0/1); caracteres múltiples (0/1/2/..n); caracteres merísticos (cuentas de estructuras expresadas como entero, directamente rescalado) y datos moleculares (ACTG/U).

42 Tipos de caracteres

43 Cromosomas Electroforesis

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45 SECUENCIACIÓN

46 Métodos de codificación de caracteres
A) Carácter con multiestados con estados ligados. Ausente (0) redondo y negro (1) redondo y blanco (2) cuadrado y negro (3) cuadrado y blanco (4) B) Forma y color tratados como dos caracteres multiestados independientes. Ausente (0); negro (1); blanco (2). Ausente (0); redondo (1); cuadrado (2). 1 2 3 4 5

47 Métodos de codificación de caracteres
C) Codificación jerárquica con forma y color tratados como independientes y un código adicional para presencia o ausencia . 1. Atributos ausentes (0) Atributos presentes (1) 2. redondo (0); cuadrado (1) 3. negro (0); cuadrado (1) D) Codificación independiente de variables no asumiendo transformaciones. Atributo ausente (0) Atributo presente (1) Forma redonda ausente (0) Forma redonda presente (1) Forma cuadrada ausente (0) Forma cuadrada presente (1) Pigmentación negra ausente (0) Pigmentación negra presente (1) Pigmentación negra ausente (0) Pigmentación negra ausente (1) 1 2 3 4 5

48 Métodos de codificación de caracteres
MÉTODO DE CODIFICACIÓN Taxa A B C D 1 00 0?? 00000 2 11 100 11010 3 12 101 11001 4 21 110 10110 5 22 111 10101 1 2 3 4 5

49 ¿Cómo codificar estos caracteres para un análisis cladístico?
Problema: En especial para caracteres contínuos

50 ¿Cómo codificar estos caracteres para un análisis cladístico?
Existen numerosos métodos (McClade; Phylip). Son a menudo recodificados como caracteres discretos( 0-15 mm=0; mm= 1, etc.) Existen métodos que pueden ser descritos como gap-coding. Todos tienen en común un algoritmo simple que crea estos vacíos (gap) de modo de producir una codificación discreta para caracteres contínuos (PAUP: hasta 32; MacClade, NONA y Hennig86: hasta10).

51 ¿Cómo codificar caracteres contínuos para un análisis cladístico?
Thiele (1993) describe un método que permite codificar la variación contínua. 1) Los datos crudos son inicialmente clasificados como estados ordenados de acuerdo a sus medias, medianas u otro descriptor. 2) Los datos son luego estandarizados ej: xs= (x-min/max- min)n ; donde x = dato crudo; xs= es el dato estandarizado y n = el máximo número de estados ordenados seguidos por el programa que se usa. 3) Codifique el valor redondeandolo a número entero. 4) Trate el carácter como no ordenado.

52 Aporte a la resolución filogenética de incluir caracteres contínuos (polimorficos y morfométricos) y equívocos (missing) en la matriz Tópico recientemente tratado en la literatura cladística.

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55 Caracteres merísticos

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57 Caracteres equívocos (missing)

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59 Descubriendo caracteres filogenéticos en datos morfométricos

60 Descubriendo caracteres filogenéticos en datos morfométricos
landmarks

61 Descubriendo caracteres filogenéticos en datos morfométricos

62 Descubriendo caracteres filogenéticos en datos morfométricos

63 Descubriendo caracteres filogenéticos en datos morfométricos
¿Pueden ser consideradas homologías los landmarks o los vectores resultantes del análisis de formas (shape analysis)? Zelditch et al (2000; Cap. 3) afirman “que este tipo de datos son absolutamente apropiados para sistemática y en particular para estudios filogenéticos”. Además “….las variables morfométricas no son equivalentes a caracteres”… “ las observaciones cualitativas no son en si mismas caracteres… ambos tipos de observaciones son útiles como punto de partida en el proceso de inferencia filogenética”

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