Dendrogramas y grupos monofiléticos, parafiléticos y polifiléticos
En el Parque Nacional El Imposible, un equipo de biólogos mide qué tan diferentes son entre sí cuatro especies de aves. Con esas medidas tienen una tabla de números, pero lo que quieren es un dibujo que muestre quién se parece más a quién. ¿Cómo se pasa de una tabla de distancias a un «árbol» que agrupe a las especies? ¿Y cuándo un grupo de especies es un grupo «natural» y cuándo es un error de clasificación?
Cómo se lee un dendrograma
Un dendrograma es un diagrama con forma de árbol que agrupa organismos según su similitud (o su distancia). Se usa para ordenar la biodiversidad: en vez de una lista de especies, vemos qué especies forman familias de parecidos.
Tiene pocas piezas:
-
Hojas (los extremos): las especies o poblaciones que se comparan.
-
Ramas: las líneas que unen las hojas con los nodos.
-
Nodos: los puntos donde dos ramas se juntan. Cada nodo representa una unión de grupos.
-
Raíz: el último nodo, que reúne a todas las especies.
-
Altura del nodo: cuánto más abajo se unen dos hojas, más parecidas son.
En este dendrograma, A y B se unen a distancia 4 y C y D a distancia 6. Los dos grupos se unen a distancia 11 en la raíz. Girar una rama alrededor de un nodo no cambia el significado: lo que importa es qué se une con qué y a qué altura.
Explicá qué es un dendrograma y para qué se usa en el estudio de la biodiversidad. Mencioná qué representan las ramas y los nodos.
Explicá qué es un dendrograma y para qué se usa en el estudio de la biodiversidad. Mencioná qué representan las ramas y los nodos.
De la matriz de distancias al dendrograma
Para comparar especies se mide la distancia entre cada par: puede ser el número de diferencias en una secuencia de ADN, o de caracteres anatómicos que no comparten. Los resultados se ordenan en una matriz de distancias: simétrica, con ceros en la diagonal (una especie está a distancia 0 de sí misma).
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| A | 0 | 3 | 8 |
| B | 3 | 0 | 8 |
| C | 8 | 8 | 0 |
Los algoritmos de agrupamiento siguen una idea simple: primero se unen las dos especies más cercanas, porque son las más parecidas. Después se repite el proceso, tratando a ese grupo como una unidad nueva. En la matriz de arriba, la menor distancia es 3, entre A y B: se unen primero.
En una matriz de distancias entre cuatro especies, la menor distancia es la que hay entre las especies $A$ y $B$. Indicá qué par de especies se agrupa primero al…
En una matriz de distancias entre cuatro especies, la menor distancia es la que hay entre las especies $A$ y $B$. Indicá qué par de especies se agrupa primero al construir un dendrograma con un algoritmo de agrupamiento y explicá por qué.
Construir un dendrograma con UPGMA
UPGMA (ligamiento promedio) es un algoritmo para construir dendrogramas. Cuando se junta un grupo con otra especie o con otro grupo, la distancia nueva es el promedio de todas las distancias entre los miembros de ambos. Así cada especie pesa lo mismo.
Pasos:
-
Buscá el par con la menor distancia y unilos.
-
Calculá la distancia del grupo nuevo a cada elemento restante, promediando.
-
Armá la matriz reducida y volvé al paso 1, hasta que quede un solo grupo.
-
La altura de cada nodo es la mitad de la distancia de unión.
Una matriz de distancias entre tres especies de lagartijas es: | | A | B | C | |---|---|---|---| | A | 0 | 2 | 6 | | B | 2 | 0 | 6 | | C | 6 | 6 | 0 | a) Indicá qué…
Una matriz de distancias entre tres especies de lagartijas es:
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| A | 0 | 2 | 6 |
| B | 2 | 0 | 6 |
| C | 6 | 6 | 0 |
- a) Indicá qué especies se agrupan primero y a qué distancia.
- b) Dibujá o describí el dendrograma resultante, indicando dónde se une $C$ al grupo.
Cuatro especies de árboles tienen estas distancias: | | P | Q | R | S | |---|---|---|---|---| | P | 0 | 4 | 8 | 10 | | Q | 4 | 0 | 8 | 10 | | R | 8 | 8 | 0 | 6 | | S |…
Cuatro especies de árboles tienen estas distancias:
| P | Q | R | S | |
|---|---|---|---|---|
| P | 0 | 4 | 8 | 10 |
| Q | 4 | 0 | 8 | 10 |
| R | 8 | 8 | 0 | 6 |
| S | 10 | 10 | 6 | 0 |
Construí el dendrograma con el método de ligamiento promedio (UPGMA). Indicá el orden en que se forman los grupos, las distancias de unión y la distancia entre los dos grupos finales.
Grupos monofiléticos, parafiléticos y polifiléticos
Un dendrograma (o un árbol filogenético) permite revisar si un grupo de organismos es «natural». Para eso se mira el ancestro común más reciente del grupo.
Fijate en el árbol:
-
{A, B, C} es monofilético. Su ancestro común (nodo bajo C) solo tiene como descendientes a A, B y C, y los tres están en el grupo. Se puede «cortar» con una sola rama.
-
{C, D} es parafilético. Su ancestro común más reciente también dio origen a A y B, que quedaron afuera.
-
{A, E} es polifilético si lo definimos por un carácter, por ejemplo «tiene alas». El carácter apareció por separado en A y en E; su ancestro común (la raíz) no lo tenía.
Definí con tus palabras qué es un grupo monofilético, uno parafilético y uno polifilético. Podés ayudarte con un ejemplo de cada uno.
Definí con tus palabras qué es un grupo monofilético, uno parafilético y uno polifilético. Podés ayudarte con un ejemplo de cada uno.
En un dendrograma, las especies $A$, $B$ y $C$ comparten un ancestro común más reciente que el que comparten con $D$. El grupo $\{A, B, C, D\}$ tiene un ancestro común,…
En un dendrograma, las especies $A$, $B$ y $C$ comparten un ancestro común más reciente que el que comparten con $D$. El grupo $\{A, B, C, D\}$ tiene un ancestro común, pero se excluyó del grupo a $E$, descendiente de ese mismo ancestro.
- a) Indicá si el grupo $\{A, B, C\}$ puede ser monofilético y justificá.
- b) Indicá si el grupo $\{A, B, C, D\}$ es monofilético, parafilético o polifilético y explicá por qué.
Una matriz de distancias entre cinco especies de aves es: | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |---|---|---|---|---|---| | 1 | 0 | 2 | 6 | 10 | 10 | | 2 | 2 | 0 | 6 | 10 | 10 | | 3 |…
Una matriz de distancias entre cinco especies de aves es:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 2 | 6 | 10 | 10 |
| 2 | 2 | 0 | 6 | 10 | 10 |
| 3 | 6 | 6 | 0 | 10 | 10 |
| 4 | 10 | 10 | 10 | 0 | 4 |
| 5 | 10 | 10 | 10 | 4 | 0 |
- a) Construí el dendrograma con UPGMA, indicando cada unión y su distancia.
- b) Identificá los grupos monofiléticos que aparecen en el dendrograma.
- c) Argumentá por qué el grupo formado por las especies 1, 2 y 4 sería polifilético o no monofilético en ese dendrograma.
Un grupo de estudiantes de bachillerato propone clasificar como un solo grupo a los animales que vuelan: murciélagos, aves e insectos voladores. Luego, otro grupo…
Un grupo de estudiantes de bachillerato propone clasificar como un solo grupo a los animales que vuelan: murciélagos, aves e insectos voladores. Luego, otro grupo propone agrupar a los reptiles sin incluir a las aves, aunque las aves descienden de un ancestro de reptiles.
- a) Analizá si el grupo «animales que vuelan» es monofilético, parafilético o polifilético, y explicá qué carácter explica el error.
- b) Analizá si el grupo «reptiles sin aves» es monofilético, parafilético o polifilético y justificá.
- c) Proponé cómo habría que modificar cada grupo para que sea monofilético.
Resumen
Volvé al principio: la tabla de distancias de las aves del Imposible se convierte en un dibujo agrupando siempre primero el par más cercano.
-
Un dendrograma agrupa especies por similitud: hojas, ramas, nodos y raíz; cuanto más bajo el nodo, más parecidas son.
-
La matriz de distancias es simétrica, con ceros en la diagonal; se une primero el par de menor distancia.
-
En UPGMA, la distancia a un grupo es el promedio de todas las distancias entre sus miembros, y la altura del nodo es la mitad de la distancia de unión.
-
Monofilético: ancestro y todos sus descendientes. Parafilético: ancestro y solo algunos descendientes. Polifilético: ramas distintas, sin ancestro común con el carácter.
-
Los grupos definidos por caracteres convergentes (como volar) suelen ser polifiléticos.