Tema 1.- Definición de Taxonomía y Sistemática. Delimitación de los organismos vegetales. Principios de filogenia y evolución. Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía. Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico.

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

Taxonomía ciencia que se ocupa de la descripción, nomenclatura y ordenación o clasificación, así como de las bases, principios, métodos y normas o leyes que regulan dicha clasificación.

curso 2009-2010

Morfología y Anatomía Citología Embriología Química Genética Biología Molecular

Organismos vivos deben de ser reclasificados teniendo en cuenta su historia evolutiva

Teoría de la Evolución por Selección Natural

Sistemática ciencia que estudia las afinidades (relaciones de parentesco) que existen entre las especies.

Filogenia Paleontología Evolución

1

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Clasificaciones se utilizan para organizar la información sobre los organismos. Claves se construyen para identificar los organismos. Clasificaciones de plantas históricamente basadas en: · · · · ·

propiedades medicinales hábitos (formas de vida) hábitats preferidos similitudes en caracteres filogenia •Determinar historia evolutiva •Clasificar en base a esa historia

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

VEGETALES: *ausencia de movilidad de sus cuerpos vegetativos *capacidad de seguir creciendo y desarrollando nuevos órganos hasta su muerte *absorción de sustancias *autotrofía

Clasificación de los organismos vivos

ANIMALES: *movilidad de sus cuerpos vegetativos, *ingestión de sustancias *heterototrofía

Aristóteles (384-322 AC) Haeckel (1866) Æ PROTISTA (organismos microscópicos) Copeland (1956) Æ MONERA (unicelulares procariotas) Numerosas propuestas

WHITAKKER (1959) Æ FUNGI Æ TEORÍA DE LOS 5 REINOS (sistema basado en el nivel de organización celular, complejidad estructural y modo de nutrición)

¡No explican diversidad desde punto de vista filogenético! MARGULIS Y SWARTZ (1985) modificaciones conceptuales del sistema de Whitakker (incluyen ALGAS en PROTISTA) VEGETALES

Cianobacterias Æ MONERA

Algas Æ PROTISTA

Hongos Æ FUNGI

Plantas Æ PLANTAE

¿Por qué, entonces, estudiar los “vegetales” como un grupo, cuando acabamos de admitir que no constituyen un grupo “natural” de organismos?

2

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

¿Por qué, entonces, estudiar los “vegetales” como un grupo, cuando acabamos de admitir que no constituyen un grupo “natural” de organismos? Consecuencia de la historia del estudio de los vegetales Escuela taxonomía zoológica

Escuela taxonomía vegetal cianobacterias y algas Æ ficología (algología) hongos (+ líquenes y micorrizas)Æ micología musgos, hepáticas o antocerotas Æ briología NO REPRESENTAN UN GRUPO NATURAL!!

instituciones científicas

libros de texto

departamentos científicos y docentes

…hay un desfase entre el avance del conocimiento y su instauración en el sistema…

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

Palinología

Paleobotánica

Geobotánica Embriología

curso 2009-2010

Biología Molecular Taxonomía Vegetal = Sistemática Vegetal Evolución

Citología Morfología y Anatomía

Biología de la reproducción Fitoquímica Genética

3

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía Filogenia [del griego Phylon, raza, tribu]: historia evolutiva de un grupo taxonómico cualquiera, o, por decirlo de otra manera, la secuencia de aparición de nuevos linajes y sus interaccciones. Las filogenias, normalmente, se representan como “árboles ramificados”. Evolución [del latin e-, fuera + volvere, girar]: define los cambios en el reservorio génico de una generación a la siguiente como consecuencia de procesos como la mutación, la selección natural, el apareamiento no aleatorio y la deriva genética.

La evolución implica un proceso de separación de linajes (secuencias de poblaciones descendientes de un ancestro común).

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía caracteres: las características de una planta, como el color de las flores o la estructura de los tallos. estado del carácter: cada uno de los valores que puede adquirir un determinado carácter (por ejemplo, el carácter color de la flor, tiene 2 estados de carácter: flores blancas y flores rojas). caracteres derivados: estados de un caracter modificados con respecto a su ancestro. Informan sobre la aparición de nuevos linajes. Dinámicos. Caracteres diagnóstico: caracteres que sirven para discriminar taxones.

4

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía Homologías: estructuras que tienen un origen común, pero no necesariamente conservan la misma función. Su presencia en distintos organismos constituyen una evidencia a favor de la hipótesis de que dichos organismos derivan de un mismo ancestro común. La homología nos permite distinguir relaciones de ancestralidad y descendencia.

Huesos de extremidades anteriores que muestran similitudes fundamentales de estructura y organización en diferentes animales.

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía Analogías: estructuras que por selección natural operando independientemente en dos linajes distintos resultan similares. Las analogías constituyen un problema al momento de reconocer similitudes compartidas por una historia evolutiva en común y su distinción es la clave para la formación de grupos inclusivos.

5

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

a) La formación de grupos monofiléticos se realiza luego de la reconstrucción de las relaciones de ancestralidad y descendencia de un grupo de especies. Los nodos (A-E) no representan a especies vivas o extinguidas, sino al conjunto de caracteres que comparten las especies que descienden de ese nodo. El nodo A contiene las características que comparten las especies 2 y 3, por ello, puede reconocerse un grupo monofilético denominado género 2-3. El nodo C contiene los caracteres compartidos por dos géneros distintos, el género monoespecífico 1 y su grupo hermano, el género 2-3. Por ello, el taxón monofilético que contiene a todos los descendientes del nodo C merece un rango más inclusivo, el de familia 1-3. Con la misma lógica, el nodo E contiene la serie de caracteres que permiten reconocer a las seis especies como pertenecientes a un mismo grupo histórico, la clase 1-6. b) Cuando los taxa se forman en ausencia de esta lógica, pueden ser parafiléticos, como en el caso de los géneros 1-2, 5-6 y la familia 5-6; o polifiléticos, como en el caso del género 3-4 y la familia 1-4. Observe que los grupos parafiléticos contienen al ancestro de todas sus especies descendientes pero excluyen al menos a uno de sus descendientes. Los polifiléticos, sin embargo, no contienen al ancestro común de ninguna de sus especies.

Monofilético (mono: único; phylum: linaje): grupo originado por la diversificación de un único ancestro común. Podemos distinguirlo debido a que comparten caracteres derivados del grupo (sinapomorfias). Polifilético: grupo de taxa originado por más de un grupo ancestral. No contienen al ancestro común de ninguna de sus especies. Parafilético: todos los miembros del grupo poseen un ancestro común, pero el grupo no incluye a todos los descendientes de ese ancestro común.

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía convergencia evolutiva: características que surgen como adaptaciones convergentes a un mismo modo de vida Æ origina grupos polifiléticos. (i.e familias separadas filogenéticamente convergen, como respuesta a presiones selectivas similares, en una serie de caracteres y esto puede llevar a error en la interpretación de la proximidad de dos taxa).

Cactaceae

Euphorbiaceae

6

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Euphorbiaceae

Cactaceae

Filogenia Ordenes de Angiospermas (APG II)

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía convergencia evolutiva: características que surgen como adaptaciones convergentes a un mismo modo de vida Æ origina grupos polifiléticos. (i.e familias separadas filogenéticamente convergen, como respuesta a presiones selectivas similares, en una serie de caracteres y esto puede llevar a error en la interpretación de la proximidad de dos taxa).

Calao de Java Buceros rhinocéros

Tucan de Sudamerica Ramphastos sp.

7

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía divergencia evolutiva: diferenciación de un mismo carácter como consecuencia de su adaptación a diferentes modos de vida Æ origina grupos parafiléticos.

8

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Definición de conceptos relacionados con la Taxonomía divergencia

divergencia

Paralelismo evolutivo: posesión de caracteres similares compartidos por dos o mas especies que tienen un ancestro común, pero el cual no presenta esos caracteres (i.e. endemismos vicariantes). paralelismo

convergencia

Reversión: un carácter derivado (apomorfo) puede revertir a su estado plesiomorfo (ancestral) (i.e. la pérdida de estomas que se produce en algunas angiospermas acuáticas) reversión

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

paralelismo

apomorfia convergencia

Para poder identificar taxa monofiléticos los cladogramas se construyen utilizando caracteres que presenten al menos dos estados fáciles de reconocer: un estado primitivo o plesiomorfia y un estado avanzado o apomorfia. Simplesiomorfía: consiste en la posesión de una plesiomorfía (o carácter primitivo) por los miembros de un grupo. Sinapomorfía: posesión de una apomorfía o carácter derivado por los miembros de un grupo Æ en la mayoría de los casos indica monofilia (excepto con paralelismo o convergencia Æ falsas sinapomorfías.

9

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

1. Fuente de alimentos - Animales. El 100% de las proteínas animales consumidas provienen de un número muy reducido de especies. Existe todavía un gran potencial de nuevas fuentes proteicas. - Plantas. Se cree que el número de especies vegetales potencialmente comestibles es de entre 10.000 a 50.000, de las cuales sólo 150 especies son utilizadas en la alimentación humana y el 90% de la alimentación mundial proviene únicamente de 15 especies. Hay grandes potenciales, pero, …. antes hay que describir las especies!

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

2.- Obtención de nuevas cepas, variedades domesticas más vigorosas

Cannabis sativa

… ó las variedades….

10

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

3. Fuente de genes Las especies silvestres son importantes fuentes de genes que pueden ser utilizadas en la mejora de los cultivos tradicionales mediante: - hibridación - modificación genética

…pero, …..apenas se conoce la estructura genética de un puñado de especies!

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

4. Agentes de control biológico La introducción de especies exóticas puede provocar problemas por sí misma. El mejor método de control es encontrar antagonistas naturales de las especies introducidas, en su lugar de origen.

….. pero, ….antes hay que conocerlos! !

11

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

5. Obtención de nuevas drogas gracias a su conocimiento de interacciones evolutivas los taxónomos pueden facilitar mucho la búsqueda de un compuesto determinado, eligiendo la mejor especie para analizar.

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

¿especie próxima con ruta metabólica similar?

Taxus brevifolia

Taxol (anticancerigeno)

12

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

6. Identificación urgente de sustancias “nocivas” Los taxónomos son requeridos a menudo desde centro sanitarios –o policiales- para identificar correctamente y con urgencia el hongo, la víbora, u otros potenciales animales o plantas venenosos, causantes de una posible intoxicación.

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

7. Desarrollo de nuevas tecnologías Æ taxonomía numéricaÆ bioinformática. Muchas de las técnicas inventadas por los taxónomos numéricos siguen vigentes y son útiles en la resolución de un gran número de problemas biológicos (utilización de sistemas de agrupamiento).

13

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

8. Sexta Extinción Los humanos como especie biológica estamos afectando a nuestro propio ambiente y al del otras especies de una manera que no tiene precedentes en la historia de la vida. Æ necesitamos describir especies y sus interacciones

…pero, ….. necesitamos describir especies y sus interacciones!

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

Principales Extinciones en Masa 1. Final del Cámbrico: posible extinción de la fauna ediácara. 2. Finales del Ordovícico: afecta principalmente a fitoplacton y braquiópodos. 3. Devónico superior: apenas afectó a la fauna terrestre, pero sí a la marina tropical (briozoos, moluscos, corales, equinodermos y trilobites). 4. Pérmico superior y Triásico: a final del Pérmico se extinguió sobre todo la fauna marina, mientras que durante el Triásico se dan numerosas extinciones que afectan tanto a la fauna marina como a la continental. 5. Finales del Cretácico. 6. …Durante 1970-1995 han desaparecido 1/3 de los recursos naturales de la Tierra……..(fuente: Fondo Mundial para la Naturaleza).

14

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

9. Escribir manuales y Guías que nos permitan identificar los organismos

15

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Importancia de la Taxonomía desde un punto de vista antropocéntrico

Necesidad de taxónomos Æ Crisis escuelas taxonómicas

voz de alarma!

* Búsqueda de fondos * Creación de escuelas de sistemática, especialmente en los Trópicos. * Uniformizar criterios de trabajo y fomentar la utilización de técnicas “rápidas y eficientes”

Métodos y Técnicas de Identificación de Vegetales

curso 2009-2010

Iniciativas para fomentar el desarrollo de la sistemática Cooperación para mejorar la formación en Taxonomía (PEET): http://web.nhm.ukans.edu/peet/ Sistema integrado de información taxonómica (ITIS): http://www.itis.usda.gov/ Species 2000: http://www.usa.sp2000.org/ Convención sobre Diversidad Biológica: http://www.biodiv.org/ Bionet International: http://www.bionet-intl.org/ The Tree of Life Web Project: http://tolweb.org/tree/ All Species Foundation: http://www.all-species.org/ Global Biodiversity Information Facility: http://www.gbif.org/ Codes of Nomenclature: http://www.biosis.org.uk/zrdocs/codes/codes.htm.

16