ALBERO FILOGENETICO: TIPOLOGIE E LORO CARATTERISTICHE, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Un albero filogenetico è una rappresentazione grafica matematica della storia e delle relazioni antenato-discendente di gruppi, popolazioni, specie o qualsiasi altra categoria tassonomica. Teoricamente, tutti gli alberi filogenetici possono essere raggruppati nell'albero della vita, costituendo l'albero universale.

Queste rappresentazioni grafiche hanno rivoluzionato lo studio della biologia evolutiva, poiché consentono di stabilire e definire una specie, testare varie ipotesi evolutive (come la teoria endosimbiotica), valutare l'origine di malattie (come l'HIV), ecc.

Fonte: John Gould (14 settembre 1804 - 3 febbraio 1881)

Gli alberi possono essere ricostruiti utilizzando caratteri morfologici o molecolari, o entrambi. Allo stesso modo, ci sono vari metodi per costruirli, il più comune è la metodologia cladista. Questo cerca di identificare i caratteri derivati ​​condivisi, noti come sinapomorfi.

caratteristiche

Uno dei principi sviluppati da Charles Darwin è l'ascendenza comune di tutti gli organismi viventi, ovvero condividiamo tutti un antenato remoto.

In "L'origine delle specie" Darwin solleva la metafora dell '"albero della vita". Infatti, usa un ipotetico albero grafico per sviluppare la sua idea (curiosamente, è l'unica illustrazione dell'origine).

La rappresentazione di questa metafora è ciò che conosciamo come alberi filogenetici, che ci consentono di visualizzare graficamente la storia e le relazioni di uno specifico gruppo di organismi.

Anatomia di un albero filogenetico

Negli alberi filogenetici, possiamo distinguere le seguenti parti - continuando con l'analogia botanica:

Rami: le linee dell'albero sono chiamate "rami", e rappresentano le popolazioni di studio nel tempo. A seconda del tipo di albero (vedi sotto), la lunghezza del ramo può avere o meno un significato.

Sulla punta dei rami troviamo gli organismi che vogliamo valutare. Queste possono essere entità che sono attualmente vive o esseri estinti. La specie sarebbe le foglie del nostro albero.

Radice: la radice è il ramo più antico dell'albero. Alcuni ce l'hanno e sono chiamati alberi radicati, mentre altri no.

Nodi: i punti di diramazione dei rami in due o più linee sono chiamati nodi. Il punto rappresenta l'antenato comune più recente dei gruppi discendenti (si noti che questi antenati sono ipotetici).

L'esistenza di un nodo implica un evento di speciazione: la creazione di nuove specie. Dopo questo, ogni specie segue il suo corso evolutivo.

Terminologia aggiuntiva

Oltre a questi tre concetti di base, ci sono altri termini necessari quando si parla di alberi filogenetici:

Politomia: quando un albero filogenetico ha più di due rami in un nodo, si dice che c'è una politomia. In questi casi l'albero filogenetico non è completamente risolto, perché le relazioni tra gli organismi coinvolti non sono chiare. Ciò accade spesso a causa della mancanza di dati e può essere risolto solo quando un ricercatore ne accumula di più.

Gruppo esterno: nelle questioni filogenetiche è comune sentire il concetto di gruppo esterno, chiamato anche outgroup. Questo gruppo è selezionato per poter eseguire il root dell'albero. Dovrebbe essere scelto come taxon che in precedenza si discostava dal gruppo di studio. Ad esempio, se sto studiando gli echinodermi, puoi superare gli schizzi di mare.

tipi

Esistono tre tipi fondamentali di alberi: cladogrammi, alberi additivi e alberi ultrametrici.

I cladogrammi sono gli alberi più semplici e mostrano la relazione degli organismi in termini di ascendenza comune. Le informazioni di questo tipo di albero risiedono nei modelli di ramificazione, poiché la dimensione dei rami non ha alcun significato aggiuntivo.

Il secondo tipo di albero è l'additivo, chiamato anche alberi metrici o fillogrammi. La lunghezza dei rami è correlata alla quantità di cambiamento evolutivo.

Infine, abbiamo alberi ultrametrici o dendogrammi, dove tutte le punte degli alberi sono alla stessa distanza (che non è il caso nel filogramma, dove una punta può apparire più bassa o più alta della sua partner). La lunghezza del ramo è correlata al tempo evolutivo.

La scelta dell'albero è direttamente correlata alla domanda evolutiva a cui vogliamo rispondere. Ad esempio, se ci occupiamo solo delle relazioni tra gli individui, per lo studio sarà sufficiente un cladogramma.

Errori più comuni durante la lettura di alberi filogenetici

Sebbene gli alberi filogenetici siano spesso grafici ampiamente utilizzati nella biologia evolutiva (e nella biologia generale), ci sono molti studenti e professionisti che interpretano erroneamente il messaggio che questi grafici apparentemente semplici intendono fornire al lettore.

Non c'è il tronco

Il primo errore è leggerli lateralmente, assumendo che l'evoluzione implichi progresso. Se comprendiamo correttamente il processo evolutivo, non c'è motivo di pensare che le specie ancestrali siano a sinistra e le specie più avanzate a destra.

Sebbene l'analogia botanica di un albero sia molto utile, arriva un punto in cui non è più così esatta. C'è una struttura ad albero cruciale che non è presente nell'albero: il tronco. Negli alberi filogenetici non troviamo rami principali.

In particolare, alcune persone potrebbero considerare l'uomo come il "traguardo" finale dell'evoluzione, e quindi la specie Homo sapiens dovrebbe sempre essere collocata come entità finale.

Tuttavia, questa visione non è coerente con i principi evolutivi. Se comprendiamo che gli alberi filogenetici sono elementi mobili, possiamo posizionare Homo in qualsiasi posizione terminale dell'albero, poiché questa caratteristica non è rilevante nella rappresentazione.

I nodi possono ruotare

Una caratteristica fondamentale che dobbiamo comprendere sugli alberi filogenetici è che rappresentano grafici non statici.

In essi, tutti questi rami possono ruotare, allo stesso modo di un cellulare. Non intendiamo dire che possiamo muovere i rami a nostro piacimento, perché alcuni movimenti implicherebbero la modifica del pattern o della topologia dell'albero. Ciò che possiamo ruotare sono i nodi.

Per interpretare il messaggio di un albero, non dobbiamo concentrarci sulle punte dei rami, dobbiamo concentrarci sui punti di diramazione, che sono l'aspetto più importante del grafico.

Inoltre, dobbiamo tenere presente che ci sono diversi modi per disegnare un albero. Molte volte dipende dallo stile del libro o della rivista e i cambiamenti nella forma e nella posizione dei rami non influiscono sulle informazioni che vogliono comunicarci.

Non possiamo dedurre l'esistenza di specie ancestrali o "antiche" attuali

Quando ci riferiremo alle specie attuali, non dovremmo applicare ad esse connotazioni ancestrali. Ad esempio, quando pensiamo alle relazioni tra scimpanzé e umani, potremmo fraintendere che gli scimpanzé siano ancestrali alla nostra stirpe.

Tuttavia, l'antenato comune degli scimpanzé e degli umani non era nessuno dei due. Pensare che lo scimpanzé sia ​​un antenato significherebbe presumere che la sua evoluzione si sia fermata una volta che entrambi i lignaggi si siano separati.

Seguendo la stessa logica di queste idee, un albero filogenetico non ci dice nemmeno se esistono specie giovani. Poiché le frequenze alleliche cambiano costantemente e ci sono nuovi caratteri che cambiano nel tempo, è difficile determinare l'età di una specie e, certamente, un albero non ci fornisce tali informazioni.

Il "cambiamento delle frequenze alleliche nel tempo" è il modo in cui la genetica delle popolazioni definisce l'evoluzione.

Sono immutabili

Quando si guarda un albero filogenetico dobbiamo capire che questo grafico è semplicemente un'ipotesi generata da prove concrete. È possibile che se aggiungiamo più caratteri all'albero, ne modifichi la topologia.

La competenza degli scienziati nella scelta dei personaggi migliori per chiarire le relazioni degli organismi in questione è fondamentale. Inoltre, esistono strumenti statistici molto potenti che consentono ai ricercatori di valutare gli alberi e scegliere quello più plausibile.

Esempi

I tre domini della vita: Archaea, Bacteria ed Eukarya

Nel 1977, il ricercatore Carl Woese ha proposto di raggruppare gli organismi viventi in tre domini: Archaea, Bacteria ed Eukarya. Questo nuovo sistema di classificazione (in precedenza c'erano solo due categorie, Eukaryota e Prokaryota) era basato sul marker molecolare dell'RNA ribosomiale.

I batteri e gli eucarioti sono organismi ampiamente conosciuti. Gli archaea vengono spesso scambiati per batteri. Tuttavia, questi differiscono profondamente nella struttura dei loro componenti cellulari.

Pertanto, sebbene siano organismi microscopici come i batteri, i membri del dominio Archaea sono più strettamente correlati agli eucarioti, perché condividono un antenato comune più vicino.

Fonte: preparato da Mariana Gelambi.

Filogenesi dei primati

All'interno della biologia evolutiva, uno degli argomenti più controversi è l'evoluzione dell'uomo. Per gli oppositori di questa teoria, un'evoluzione a partire da un antenato scimmiesco che ha dato origine all'uomo moderno non è logica.

Un concetto chiave è capire che non ci siamo evoluti dalle scimmie attuali, ma piuttosto abbiamo condiviso con loro un antenato comune. Nell'albero delle scimmie e degli esseri umani, emerge che ciò che conosciamo come "scimmia" non è un gruppo monofiletico valido, poiché esclude gli umani.

Fonte: preparato da Mariana Gelambi.

Filogenesi dei cetartiodattili (Cetartiodactyla)

Dal punto di vista evolutivo, i cetacei rappresentavano un gruppo di vertebrati le cui relazioni con il resto dei loro compagni mammiferi non erano molto chiare. Morfologicamente, balene, delfini e altri membri hanno poca somiglianza con altri mammiferi.

Attualmente, grazie allo studio di diversi caratteri morfologici e molecolari, è stato possibile concludere che il gruppo fratello dei grandi cetacei è formato dagli artiodattili - ungulati con zoccoli pari.

Fonte: preparato da Mariana Gelambi.

Riferimenti

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