Semana 14
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Indicadores de logro:
3.10. Explica el concepto de cladística en relación con los agrupamientos.
3.11. Identifica grupos a partir de cladogramas.
3.12. Describe los principales grupos taxonómicos del sistema de los tres dominios.
Las semanas previas hemos utilizado distintos sistemas de clasificación artificial de organismos y profundizamos en algunas herramientas para identificación de especímenes. Ahora nos centraremos en los sistemas de clasificación filogenética, es decir, aquellos que buscan reflejar las relaciones evolutivas de los seres vivos, para lo cual utilizaremos la cladística. Este es un enfoque de clasificación que busca agrupar a los organismos basándose en su ancestro común más reciente. Los grupos formados se llaman clados. Por tanto, el propósito de la cladística es que los grupos taxonómicos reflejen a los clados y mostrar sus relaciones evolutivas en diagramas de árbol llamados cladogramas.
A. Dendrograma y cladograma
Comenzaremos la semana estudiando la forma típica de representar los clados: los dendrogramas o diagramas de árbol. Como vimos antes, estos son gráficos que organizan los datos en categorías que se van dividiendo, por lo que parecen un árbol. En sistemática, los dendrogramas se conocen como árboles filogenéticos, pues los datos que muestran son representaciones de las relaciones evolutivas entre organismos, es decir, muestran filogenias.
Material: dispositivo con acceso a internet.
Procedimiento:
Observa el siguiente árbol filogenético que refleja relaciones evolutivas entre especies amenazadas y en peligro de extinción de El Salvador. Este fue elaborado a partir de secuencias cortas de ADN.
Salti: Los árboles filogenéticos pueden ser tan complejos que a veces parecen telarañas.
Para reconstruir árboles filogenéticos con animales prehistóricos se suelen usar como referencia algunas características de sus fósiles.
2. Analiza el texto «Sistemática filogenética».
Sistemática filogenética
La sistemática se sustenta en que todos los seres vivos tienen un origen común, por lo tanto, su historia evolutiva o filogenia puede ser rastreada infiriendo las conexiones entre linajes. Las conexiones se representan en árboles filogenéticos. Si te fijas bien, los árboles filogenéticos no difieren mucho de otros dendrogramas que elaboramos antes. De hecho, se pueden construir a partir de un análisis de grupos externos. La diferencia radica en el tipo de dato utilizado para construirlos. Estos datos deben reflejar relaciones genéticas. Por ejemplo, se puede construir a partir de datos morfológicos y anatómicos clave, o bien a partir de datos de secuencias genéticas.
Cada rama del árbol surge a partir de un sitio llamado nodo. Este representa un ancestro común entre el individuo que surge de esa rama y el resto de individuos que están más arriba en el árbol. El árbol también puede tener una raíz, la línea de donde este comienza. La raíz representa el ancestro común entre todos los individuos. Entonces, un cladograma es un tipo de árbol filogenético elaborado con la técnica cladística, de manera que cada rama termina en un clado y cada nodo es el ancestro común más reciente.
Cladograma simplificado de los animales que muestra las relaciones entre ellos y con otros grupos. En este caso, la distancia horizontal implica un grado de parentesco; así, la mayor divergencia se produce entre la bacteria y el ratón. También se marcan algunos rasgos clave.
Aquí puedes acceder a la plataforma de biodiversidad: https://qrs.ly/szfvbxq
Irene: Sabes, yo pienso en los árboles filogenéticos, como los árboles genealógicos, describen una historia entre generaciones a través de largos períodos temporales.
Nico: Así es, Irene. De hecho, los nodos o sitios de donde parten las ramificaciones del árbol filogenético representan ancestros comunes con el resto de individuos representados.
3. Busca en la base de datos de GBIF (www.gbif.org/es) los nombres científicos de los organismos del árbol para identificar los reinos de la naturaleza a los que pertenecen.
4. Responde las preguntas siguientes:
a. ¿Cuál es el animal más parecido a Staurotypus salvinii?
b. ¿Cuál es el animal menos parecido a Staurotypus salvinii?
c. ¿Cuál es la planta menos parecida a Crax rubra?
d. ¿Cómo determinaste las anteriores relaciones de parentesco?
5. Analiza con atención los árboles filogenéticos A y B, que muestran las relaciones de parentesco entre diferentes especies de plantas. Luego, desarrolla:
a. Encierra en un círculo la raíz de ambos árboles.
b. Considerando que ambos árboles representan las relaciones entre las mismas especies, ¿se podría decir que ambos son el mismo árbol o son diferentes? Razona tu respuesta.
A.
B.
Recordando el concepto de evolución como un cambio en las frecuencias alélicas de una población a través del tiempo podemos prever que los cambios a largo plazo pueden originar diferentes grupos taxonómicos, los cuales conservan características clave que se pueden utilizar como referencia en la construcción de un árbol filogenético. De igual manera, la forma de los árboles no es única, por ejemplo, pueden construirse árboles circulares. De hecho, dos árboles filogenéticos de distinta forma pueden considerarse el mismo si conservan la misma posición de su raíz y sus nodos.
En conclusión, los árboles filogenéticos son representaciones que nos permiten reconocer, desde una perspectiva genealógica, el historial evolutivo de un grupo o individuo, y, por tanto, identificar sus parentescos. Si bien se pueden construir con datos morfológicos, hoy en día se prefieren los datos genéticos.
Previamente mencionamos que la sistemática estudia la diversificación de los seres vivos presentes y pasados y sus relaciones a través del tiempo o filogenia, mientras que la taxonomía utiliza esta información para generar un sistema de clasificación y nombrar a los organismos y sus grupos, siendo la especie la unidad fundamental de esta clasificación. Ahora daremos un vistazo a los principales grupos en los que se catalogan actualmente los seres vivos.
Categorías taxonómicas ordenadas de la más general a la más específica.
B. Describiendo todas las formas de vida
Como sabemos, la taxonomía propone un sistema jerárquico de ocho niveles llamados categorías taxonómicas, donde las más amplias incluyen a las más pequeñas. Con la presente actividad conoceremos cómo están definidos los taxones de mayor rango y qué tipo de formas de vida representan.
Materiales: plumones de colores, pliego de cartulina.
Procedimiento:
Revisa el apartado teórico «Dominios y reinos de la naturaleza».
Dominios y reinos de la naturaleza
Siendo la categoría taxonómica más reciente y de mayor jerarquía, existen pocos taxones con el rango de dominio. La importancia de los dominios es que concilian las exigencias del sistema filogenético (que debe reflejar la historia evolutiva) con la practicidad de agrupar las especies en pocos taxones, pues sería prácticamente imposible aprenderse los nombres de todas las familias o de los géneros.
Actualmente la clasificación más aceptada es el sistema de los tres dominios propuesto por Woese et al. en 1990. En este sistema, la vida puede agruparse en apenas tres taxones básicos con categoría de dominio: Bacteria (procariotas); Archaea (procariotas); Eukarya (eucariotas). Estos cuentan con relaciones filogenéticas representadas en el siguiente cladograma simplificado:
Los dominios contienen a los reinos, pero aún está en discusión cuántos existen. Al momento se aceptan por lo menos seis reinos. A continuación veremos los más relevantes:
El dominio Bacteria está conformado por el reino Eubacteria o bacterias verdaderas. Las características biológicas de las bacterias son:
Células procariotas.
Pared celular con la sustancia peptidoglucano.
Cosmopolitas (viven en todo el mundo).
Pueden ser autótrofas o heterótrofas.
La sustancia de reserva suele ser glucógeno.
Principales usos de las bacterias:
Producción de biocombustibles.
Producción de alimentos fermentados.
Degradadores de contaminantes ambientales.
Al dominio Archaea ocasionalmente se le atribuye el reino homónimo Archaea o arqueas, pero algunas clasificaciones nombran hasta cinco reinos distintos; dentro de ellos destacan: Euryarchaeota, Proteoarchaeota y DPANN.
Las características biológicas de las arqueas son:
Células procariotas.
Forma de bacterias, aplanadas o ameboides.
Los lípidos de membrana tienen enlaces éter en lugar de éster, como el resto de seres vivos.
Pared celular de glucoproteínas y proteínas.
Hábitats extremos.
Principales usos de las arqueas:
Productores de biocombustibles.
Facilitan la digestión de diferentes animales.
El dominio Eukarya o Eukaryota está formado por al menos cuatro reinos, siendo los más consolidados: Fungi (hongos), Plantae (plantas) y Animalia (animales). Antes se usaba el reino Protista, pero ahora se discute su división en distintos grupos.
Las características biológicas de los eucariotas son:
Células eucariotas, con núcleo y mitocondrias.
Pueden tener o no pared celular.
Autótrofos o heterótrofos.
Unicelulares o multicelulares.
Almidón o glucógeno como sustancia de reserva.
Principales usos de los eucariotas:
Producción de alimentos.
Producción de materias primas para diversas industrias.
Generación de productos farmacológicos.
Recreación y compañía.
1. Dominio Bacteria
Fueron los primeros procariotas descubiertos. Comprende unas 30 000 especies de bacterias y cianobacterias; sin embargo, se estima que podrían ser millones de especies.
2. Dominio Archaea
Su descubrimiento derivó en el sistema de los tres dominios. Contiene unas 20 000 especies de arqueas, pero cada día se descubren más. Se plantea dividirlo hasta en cinco reinos.
3. Dominio Eukaria
En el dominio Eukaria se encuentra la mayoría de las especies descritas por la ciencia, con más de 1 600 000, donde solamente los artrópodos son cerca de 1 000 000 de especies y las plantas terrestres, unas 300 000. Ante esta diversidad se han propuesto hasta once reinos distintos, de los cuales los más aceptados son tres: Plantae, Fungi y Animalia.
2. Forma equipos de trabajo. Tu docente designará un dominio por cada equipo: Bacteria, Eukarya o Archaea.
3. Preparen una exposición del dominio designado, la cual debe incluir:
Características biológicas del dominio.
Lista de reinos que abarca.
Principales usos de los organismos.
4. Completen la tabla para el dominio asignado. Llenarán los demás cuando expongan los otros equipos.
a. Dominio Arquea
b. Dominio Bacteria
c. Dominio Eukarya
Anteriormente exploramos la biodiversidad en el nivel de dominio. Ahora nos centraremos en los reinos pertenecientes al dominio Eukarya. Exploraremos sus características biológicas, sus principales subgrupos y sus usos, concentrándonos en aquellos más consolidados.
C. Estudiando los reinos de la naturaleza
Como vinos antes, el dominio Eukarya contiene la mayor cantidad de especies descritas, lo que se debe principalmente a sus formas de vida multicelulares. Conozcamos cuáles son estas.
Materiales: plumones de colores y pliego de cartulina.
Procedimiento:
Analiza el texto «Los reinos del dominio Eukarya».
Los reinos del dominio Eukarya
Las relaciones filogenéticas dentro del dominio Eukarya son complejas, por lo que su agrupación en clados aún está en revisión. Los protistas, por ejemplo, constituyen un grupo muy variado de organismos cuya categoría de reino está ampliamente desacreditada. Históricamente se agruparon aquí a todos aquellos eucariotas unicelulares o pluricelulares sin tejidos que no cumplían con las características estructurales de otros reinos.
Dentro de los protistas se tenían los grupos:
Protozoos. Incluía todos los protistas parecidos a animales (animaloides), es decir, seres unicelulares con célula tipo animal, y heterótrofos.
Algas. Protistas parecidos a plantas (vegetaloides), es decir, seres unicelulares o pluricelulares con célula tipo vegetal y autótrofos fotosintéticos, aunque muchas especies carecen de paredes celulares y pueden ser heterótrofas.
El reino Fungi incluye más de 144 000 especies conocidas como hongos, levaduras y mohos. Sus características principales son:
Eucariotas de alimentación heterótrofa por absorción de nutrientes.
Paredes celulares que contienen quitina.
Reproducción por esporas.
Sus formas multicelulares se componen de hifas, una agrupación filamentosa de células que en conjunto se denomina micelio.
Algunos de los principales grupos son:
Endomicorrizas (Glomeromycota). Hongos filamentosos que penetran las raíces de las plantas conformando una asociación mutualista llamada micorriza (hongo-raíz).
Mohos y hongos inciertos (Zygomicota). Los mohos son hongos filamentosos con esporas esféricas, como los que cubren tortillas y panes viejos.
Moho de la tortilla y seta de Amanita muscaria
Basidiomicetos (Basidiomycota). Son los más conocidos entre los hongos, pues muchas especies forman setas que asemejan sombrillas o repisas. Se trata de hongos filamentosos que producen esporas particulares llamadas las basidiosporas.
El reino Plantae incluye unas 300 000 especies de las llamadas plantas verdes o plantas terrestres. Las características que definen al reino son:
Célula tipo vegetal que forma tejidos.
Paredes celulares del polisacárido celulosa.
Sésiles en la etapa final de su desarrollo.
Autótrofos fotosintéticos con cloroplastos.
Tener clorofilas a y b como pigmentos fotosintéticos.
Almidón como sustancia de reserva.
Los principales grupos de plantas son:
Plantas no vasculares. Aquellas que no presentan tejido vascular, raíces, ni hojas verdaderas. En esta categoría entran los comúnmente llamados musgos. Se distinguen tres grupos: Bryophyta, Hepatophyta, Anthocerotophyta.
Plantas vasculares. Aquellas que presentan tejidos vasculares, hojas y raíces. Tradicionalmente estas se subdividen en vasculares inferiores y vasculares superiores. Las plantas vasculares inferiores no presentan semilla ni frutos. Este grupo incluye a los helechos y se subdivide en tres grupos: Equisetophyta, Lycopodiophyta y Pteridophyta.
Las plantas vasculares superiores presentan semillas, y se subdividen en dos grupos, gimnospermas y angiospermas.
Plantas Hepatophyta (arriba) y Cycadophyta (abajo)
Las gimnospermas no producen fruto, solo semillas desnudas. Este grupo incluye a los pinos y los cipreses. Se aglomeran en tres subgrupos: Coniferophyta, Ginkgophyta y Cycadophyta. Las plantas angiospermas producen frutos que recubren las semillas.
Este grupo incluye la mayoría de árboles, arbustos y hierbas. Se aglomeran en dos subgrupos: monocotiledóneas y dicotiledóneas.
El reino Animalia incluye el mayor número de especies descritas, cerca de 1 200 000. Las características que definen al reino son:
Multicelulares con célula tipo animal.
Funciones celulares diferenciadas.
Heterótrofos de metabolismo aeróbico (requieren de oxígeno para respirar).
Motilidad en al menos una etapa vital.
Carencia de paredes celulares.
Glucógeno como sustancia de reserva.
Aunque usualmente se dice que los animales son vertebrados e invertebrados, en realidad se aceptan unos 21 filos (o fila) de animales, donde los vertebrados forman apenas una clase dentro del filo Chordata (cordados). Sin embargo, los 21 filos pueden acomodarse en dos grandes grupos:
Parazoa. Animales asimétricos, que no forman tejidos. Acá se agrupan las esponjas (filo Porifera).
Eumetazoa. Animales con simetría. Se dividen en:
Radiata. Tienen simetría radial y dos capas de tejido. Acá se ubican las medusas (filo Cnidaria).
Bilateria. Tienen simetría bilateral y presentan tres capas de tejido embrionario. Estos a su vez se subdividen en dos grandes grupos:
Protostomados. Animales que originan primero la boca como estructura gástrica en su desarrollo embrionario. La mayoría de invertebrados se ubican en este grupo.
Deuterostomados. Animales que originan primero el ano como estructura gástrica en su desarrollo embrionario. Entre ellos se encuentran los cordados y, por tanto, los vertebrados.
Arriba: esponja marina (Porifera). Abajo: nudibranquio, un tipo de molusco (protostomado).
2. Integra grupos. Tu docente asignará un reino a cada grupo: Animalia, Plantae o Fungi.
3. Completen la tabla con la información del reino asignado.
4. Preparen una exposición acerca del reino, la cual debe incluir:
Características biológicas.
Principales grupos que abarca el reino.
Número estimado de especies.
5. Expongan siguiendo los tiempos y criterios especificados por su docente.
6. Completa las demás tablas a partir de la exposición de los otros grupos.
La biodiversidad puede definirse como la diversidad de todos los tipos y formas de vida, de los genes a las especies, a través de una amplia gama de ecosistemas. Esta puede estudiarse a diferentes niveles: genético, específico y ecosis-témico; es decir, alelos, especies y ecosistemas.
La biodiversidad tiene una estructura compuesta por diferentes poblaciones y especies, las cuales tienen usos para el ser humano y funciones dentro de los ecosistemas; esto último indica su valor real. Las funciones de la biodiversidad, en cualquiera de sus niveles, generan beneficios que conocemos como contribuciones de la naturaleza a las personas (NPC, por su denominación en inglés).
Debido a la magnitud y al carácter escalar de la biodiversidad, sus componentes pueden agruparse bajo diferentes criterios. Por ejemplo, algunos organismos se parecen mucho entre sí, ya que cuentan con características comunes. Así, los mamíferos comparten características como la presencia de glándulas mamarias y pelo, los anfibios presentan características co-mo la respiración cutánea y que una parte de su ciclo de vida se desarrolla en el agua.
Estos colectivos de criterios se pueden organizar en sistemas de clasificación denominados artificiales, ampliamente utilizados en los ámbitos de nutrición, agricultura, veterinaria y ecología, así como en la cultura popular.
Es posible generar un ordenamiento jerárquico de seres vivos si tomamos en cuenta la similaridad entre ellos. Por ejemplo, tomando como criterio las características observables podemos agrupar individuos de la misma o de diferentes especies y representar los resultados en un diagrama de árbol o dendrograma. Sin embargo, esto se vuelve casi imposible si se consideran los más de 1.8 millones de especies descritas por la ciencia.
Actualmente se considera que la mejor forma de agrupar organismo es reflejando sus relaciones evolutivas. Así, la taxonomía biológica se encarga de clasificar y nombrar a los organismos vivos bajo las reglas de la sistemática, un campo de la biología que estudia las formas de vida presentes y pasadas y sus vínculos evolutivos. El padre de esta disciplina fue Carl Linnaeus, un botánico sueco que creó un sistema jerárquico de clasificación y nombramiento de las especies: el sistema de nomenclatura binomial.
Los nombres de cada grupo biológico se llaman taxones (o taxa) y se les asigna un rango dentro de las ocho categorías taxonómicas. Los taxones de mayor rango agrupan organismos cuyo ancestro común es cada vez más lejano, por eso contienen mayor diversidad. Lo opuesto sucede con los de menor rango.
Actualmente, para determinar y representar grupos, se utiliza la cladística, lo que ha supuesto un gran cambio en los taxones de reinos y dominios.
Nico: Busca las siguientes palabras dentro del texto y aprende su significado. Te será de mucha utilidad.
Biodiversidad
Agrupamiento
Dendrograma
Sistemática
Filogenia
Taxonomía
Taxón
Clado
Resuelve correctamente cada una de las siguientes dificultades y señala la respuesta correcta.
Escribe qué entiendes por biodiversidad.
¿Los organismos domesticados forman parte de la biodiversidad? Explica.
¿Qué es la diversidad específica?
¿Qué entiendes por agrupamiento en el contexto de la biodiversidad?
Explica cuál es la relación entre taxonomía y sistemática.
¿Cuál es la relación entre filogenia y cladística?
El cladograma circular siguiente muestra tres clados distintos.
a. ¿Cuál es el más diverso y por qué?
b. Suponiendo que cada uno de los círculos concéntricos indica una categoría taxonómica, ¿cuántos dominios muestra el esquema y por qué?
c. ¿Cuántos reinos habría?
8. Subraya cuál es una característica fundamental del dominio Eukarya:
a. Células procariotas
b. Células eucariotas
c. Unicelulares
d. Paredes celulares
Los códigos de barra de ADN
Como vimos antes, el ADN tiene funciones como almacenar la información genética y brindar soporte estructural para la lectura de esta información. Esto significa que no todas sus regiones son iguales: algunas regiones tienen secuencias variables y otras se encuentran altamente conservadas. Al secuenciar el ADN de distintas especies se descubrió que todas las especies tienen secuencias particulares. Estas pueden utilizarse como un código de identificación de una especie a partir de cualquier tipo de muestra de ADN.
¿Cómo funciona esta tecnología? Como recordarás, todas las células de un individuo cuentan con al menos una copia de todo el ADN; a este conjunto se le llama genoma y es lo suficientemente estable para que se pueda acumular en diferentes sitios naturales, como cuerpos de agua, suelo y rocas. Por tanto, podemos extraer el ADN no solo de los seres vivos, sino también de dichos sitios.
La clave es utilizar el procedimiento adecuado para extraer el ADN, para lo cual se puede hacer uso de kits comerciales para la extracción de ADN, que pueden recuperar el material genético de cualquiera de los sitios mencionados.
Ejemplo de uso de un kit de extracción de ADN
Una vez tenemos el ADN extraído, se efectúa una amplificación por PCR de al menos una de las regiones de ADN identificadas como altamente conservadas en la especie.
Posteriormente se utiliza un secuenciador de ADN, aparato que permite determinar la secuencia presente en la región amplificada. El resultado se analiza en una computadora que genera un archivo de texto plano.
Ejemplo de archivos generados por un secuenciador y en una búsqueda con NBLAST
Del archivo de secuencia a la identidad. Los archivos de secuencias de proteínas y ácidos nucleicos de todo el mundo se guardan en plataformas denominadas bases de datos de secuencias, o simplemente bases de datos bioinformáticas. Una de las más usadas es GenBank.
Dentro de estas bases de datos se pueden efectuar búsquedas y comparaciones de secuencias de ADN usando como entrada otra secuencia. Uno de estos buscadores es el nucleotid blast (Blastn):
Apariencia de un buscador Blastn
El resultado de una búsqueda Blastn es similar al de buscadores como Google, donde el primer resultado corresponde a la secuencia más parecida a la secuencia buscada. Al contrastar la especie de ese registro se infiere la identidad de la secuencia buscada.
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Duración: 5 años/10 ciclos
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Botánica
Ecología y medioambiente
Taxonomía y clasificación
Biología de la conservación
Genética y Biotecnología
Zoología
Conocimientos y habilidades por desarrollar:
Carrera: Ingeniería en Gestión Ambiental
Duración: 5 años/10 ciclos
Bachillerato sugerido: general y técnico vocacional agropecuario.
Descripción. El graduado de la carrera de Ingeniería en Gestión Ambiental podrá tomar decisiones y brindar soluciones a las problemáticas medioambientales, con habilidad para el trabajo en equipo en un enfoque multidisciplinario e integral, confiado en sí mismo, flexible frente al cambio, consciente de su papel como profesional en la intervención responsable del manejo y transformación de los recursos naturales y la protección del ambiente, mediante el diagnóstico, prevención, mitigación, remediación y control de la contaminación de diversa índole con el objeto de contribuir al desarrollo sustentable del país y la región según normativas y aspectos legales vigentes. Las principales áreas de estudio son:
Consultorías ambientales
Gestión de proyectos ambientales
Energías renovables
Ordenamiento territorial
Estrategias de control y prevención ante problemáticas ambientales
Conocimientos y habilidades por desarrollar:
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