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Morfología, moléculas yde ortodoxiasy herejías

ce - innovación y Ciencia

Jorge V. Crisci, Juan J. MorroneLaboratorio de Sistemática y Biología Evolutiva(Lasbe),Museo de La Plata, La Plata, Argentina

El explosivo crecimiento en el empleo decaracteres moleculares es quizá el even-to de mayor magnitud e influencia en labiología comparada de los últimos diezaños. Para apreciar este hecho, basta

observar que en cada entrega de las revistasde biología más importantes existe algunacontribución en la que se utilizan caracteresmoleculares.

Este dinámico crecimiento de la siste-mática molecular ha generado una atmósfe-ra cargada de esperanza, aunque no exentade controversias, como la perenne cuestióndel valor que poseen distintas fuentes decaracteres y la febril búsqueda del «mejor»tipo de carácter. Hace tres años la revistaScience publicó un artículo en su secciónNoticias Científicas titulado "Systematicsgoes molecular"6, que describía la llamada"revolución molecular" producto de la apari-ción de la tecnología del ADN recombinante.Un joven curador de la Smithsonian Institu-tion cerraba el artículo declarando; "Creo queen 20 ó 30 años el viejo estilo de curador demuseo será cosa del pasado". Esta controver-tida frase, una aparente herejía, es síntomade un tiempo difícil en la biología compara-da. Por ello mismo, puede ser una ocasiónexcelente para nuevas reflexiones en torno aviejas cuestiones fundamentales.

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la historia de la vidaEl problema

Sin temor a equivocarnos, podemos decirque la discusión sobre el valor de distintostipos de caracteres nació con la clasificación.Cada vez que en los 2000 años de historia dela taxonomía biológica, un avance metodológi-co o una innovación tecnológica permitieroncontar con un nuevo tipo de carácter, la con-troversia renació con fuerza y las rivalidadesprodujeron ortodoxias y herejías. (Valdría lapena recordar que muchas veces el hereje dehoy constituye el ortodoxo de mañana).

La aparición en las últimas décadas delas técnicas moleculares y el extraordinariodesarrollo de los métodos de reconstrucciónfilogenética —tanto en susaspectos teóricos como com-putacionales— han creadouna situación inédita en lahistoria de la biología, don-de la controversia acerca del«mejor» tipo de carácterpuede ser analizada en pro-fundidad y desde distintosángulos. Repasemos enton-ces la controversia entre la«morfología» y las «moléculas»tal como está planteada hoydía. Para ello, examinemoslas ventajas que se adjudi-can uno y otro lado.

Una de las grandes ven-tajas de los caracteres mor-fológicos es que se puedentomar a partir de ejemplaresconservados, ya que, a pesarde que cierta información mo-lecular podría ser obtenida apartir de ejemplares de co-lecciones, la mayor parte de • . .las técnicas moleculares (porel momento) requieren material fresco o crio-conservado. Por otra parte, es posible tomarcaracteres morfológicos de fósiles, en claraventaja sobre los moleculares. La ventaja seacrecienta cuando se trata de caracteres rela-cionados con el desarrollo del organismo, yaque usualmente las moléculas carecen deontogenia. Esta falta de conocimiento impideademás la aplicación del criterio ontogenético

explosivo

crecimiento en el

empleo de caracteres

moleculares es quizá

el evento de mayor

magnitud e influencia

en la biología

comparada de los

últimos diez años.

para la determinación de estados primitivosen caracteres moleculares.

Un punto importante en esta controver-sia, y no siempre considerado, es el tema delmuestreo. Un sistemático utilizando caracte-res morfológicos revisa cientos y hasta milesde ejemplares, mientras que un estudio mo-lecular se restringe a unos pocos ejemplarespor íaxón.

No menos importante, y asociado con eltema del muestreo, es el hecho de que elestudio molecular de un grupo siempre estábasado en identificaciones de los taxónomosempleando caracteres morfológicos (salvo envirus y a veces en bacterias).

Un aspecto final a favor de la morfología,es el tema del costo económicode los estudios moleculares, elcual siempre es mayor que el delos estudios morfológicos. Eltema del costo económico carecede fundamento biológico, peroeso no le quita la importanciaque tiene en la iniciación de pro-yectos, especialmente en los paí-ses en vía de desarrollo.

Las ventajas de los caracte-res moleculares son muy sólidasy tan convincentes como las es-grimidas por los morfólogos. Enprimer lugar, el número de ca-racteres moleculares producidoen un solo estudio es siempremucho mayor que en un estudiomorfológico de ese mismo grupotaxonómico. Los caracteres mo-leculares reflejan, además, unamplio espectro de niveles filoge-néticos que van, de acuerdo conla molécula analizada, desderelaciones interpoblacionales(e.g. ADN mitocondrial) hasta

relaciones entre grandes grupos (e.g. ADNribosómico). Este espectro no siempre se obtie-ne con los caracteres morfológicos. Por último,la plasticidad fenotípica y otros procesos devariación no heredable que afectan principal-mente a los caracteres morfológicos puedencausar enorme confusión taxonómica.

Como se ve, ambos lados de la contro-versia parecen presentar evidencia casi irre-

Innovación y Ciencia - 59

futable en su favor. Tal vez una revisiónde estudios empíricos comparativos en-tre los resultados moleculares y IcSs mor-fológicos de un determinado grupo, ayu-de a definir conclaridad el proble-ma, pues, si losresultados fueran

OnagreaeEpüobieaeCircaeeaeFuchsieaeHauyeaeLopezieaeJussiaeeae

Secuencias de nrARN

i OnagreaeI Epüobieae

Itíos de restricción de cpADN

congruentes, lacontroversia care-cería de sentido.

Las Onagraceaecomo ejemplo

La familia deplantas Onagraceae constituyeuno de los taxa mejor estudiadosen la historia de la sistemática y dela biología comparada. Estudiosdetallados acerca de esta familiacomprenden los morfológicos (ana-tomía, palinología y embriología)y los moleculares. Los análisisfilogenéticos llevados a cabo so-bre la base de distintos tipos decaracteres han producido los seiscladogramas de tribus que se ob-servan en la figura 1, tomados de Conti etal.3 Estos son congruentes en indicar a latribu Jussiaeeae como el grupo hermano delresto de la familia, pero muestran ciertaincongruencia en las relaciones entre lasotras tribus.

Esta congruencia parcial es común enmuchos de los estudios donde se han com-parado resultados basados en distintas fuen-tes de caracteres y obliga a preguntarnos,¿biológicamente, qué deberíamos esperar?

¿Congruencia o incongruencia?

Todos los caracteres heredables de unorganismo, ya sean moleculares o morfológi-cos, son el producto de una misma historiaevolutiva, por lo que cuando se los analizacon los métodos apropiados debería espe-rarse que condujeran al mismo cladograma.Dicho de otra forma, la congruencia deberíaser la norma. Sin embargo, muchos ejem-plos empíricos nos muestran que esto no estotalmente cierto y que siempre existe uncierto grado de incongruencia entre distin-tos tipos de caracteres. Cabe entonces

LopezieaeCircaeeaeFuchsieaeHauyeaeJussiaeeae

—LopezieaeFuchsieae

Morfología

1 Onagreae

L l — - Epüobieae

1 Fuchsieae1 Hauyeae

1 Figura I.Cladogramas delas tribu;, de lafamilia de plantasOnagraceae conbase en distintasfuentes decaracteres.

restricción de nrADN

Onagreae^ 1 i Epüobieae

I Lopezieae] i Circaeeae

I FuchsieaeHauyeaeJussiaeeae

Secuencias de rbcL

i

OnagreaeEpüobieaeHauyeaeFuchsieaeCircaeeaeLopezieaeJussiaeeae

preguntarse.¿qué causa laincongruen-cia?

Una posi-ble causa deincongruen-cia es la exis-tencia de erro-res metodológicos en la obtención y el análisisde los datos (muestreo, determinación dehomologías, algoritmos de construcción delos árboles y selección del tipo de molécula).Sin soslayar la importancia de las causasmetodológicas, las causas más interesantes

Secuencias de rbcS AA

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Filogenia y sistemáticason, a nuestro entender, aquellas que tie-nen un fundamento biológico.

Existen diferentes tipos de homologíaen los genes, los que deben ser distinguidos alanalizar datos moleculares. Secuencias ho-mologas son aquellas que se originan a travésde la especiación, en cuyo caso hablamos degenes ortólogos. Cuando las secuencias ho-mologas se originan por duplicación de ge-nes, sin que ocurra especiación, se habla degenes parálogos.

Esta distinción es necesaria porque sólolas secuencias ortólogas pueden utilizarsepara inferir la filogenia de las especies. Laconfusión entre secuencias ortólogas y pa-rálogas puede resultar en una filogenia delas moléculas que no coincida con la de lasespecies que las contienen. Consideremos elejemplo de la figura 2, donde la duplicaciónde un gen en el antecesor de las especies 1,2 y 3 da origen a dos secuencias parálogasA y B. Subsecuentemente, dos eventos deespeciación dan origen a tres especies. Po-demos recobrar la «correcta» filogenia de lastres especies si examinamos sólo la secuen-cia ortóloga A o sólo la secuencia ortóloga B.

Pero si examinamos una secuencia paráloga(por ejemplo, A en las especies 1 y 3, y B enla especie 2), los resultados serán incorrec-tos acerca de la filogenia de las especies,aunque correctos acerca de la filogenia delos genes.

La hibridación entre dos especies (gene-ralmente asociada con la poliploidía) es unfenómeno común en plantas que puede cau-sar un cierto grado de incongruencia entredistintas fuentes de caracteres. Esta re-unión de genes puede llevar a situacionesdonde el material génico heredado mater-nalmente de uno de los padres (cloroplastosy mitocondrías, por ejemplo) puede mostrarrelaciones más estrechas con una terceraespecie distinta de la otra especie parental.

Finalmente, las diferentes tasas de cam-bio en diferentes tipos de caracteres es unfenómeno que no debería producir incon-gruencias si el método de análisis de datoses cladístico. Sin embargo, grandes cambiosocurridos en un breve lapso que afecten a unúnico tipo de carácter, podrían llegar a pro-vocar ciertas incongruencias incluso bajoun análisis cladístico.

faj ¡iAJ MBJ faj iaej

Figura 2.Filogeniade genesy filogeniadeespeciesutilizandogenesortólogosy parálogos.

Jl!\y\CORRECTAS: BASADAS MEN GENES ORTÓLOGOS |

fe- INCORRECTAS: BASADASEN GENES PARÁLOGOS

CONSTRUCCIONES RLOGENETICAS 'DE LAS ESPECIES

Innovación y Ciencia - 61

MATRICES DE DATOS

1 | 0

1 Í O

0 1

1 0

110

1

110

1

0

0

11

CLADOGRAMA DE CONSENSO

Figura 3,Alternativaspara eltratamientosimultáneo devanas fuentesde caracteres:partición ycombinación.

¿Conflicto o compromiso?En contraste con la frase

del curador de la Smithso-nian Institution con la queiniciamos esta contribución,la mayoría de los autores hoydía tratan de eludir el con-flicto y asumen el compromi-so cuando analizan variasfuentes de caracteres si-multáneamente. La maneraen que este "compromiso" puede ser llevadoa la práctica, es a su vez motivo de contro-versias.

Hoy día los

sistemáticos

reconocen que

los distintos tipos

de caracteres tienen

cada uno sus ventajas

en la reconstrucción

de la historia

de la vida.

Existen dos grandes enfo-ques de este compromiso: lapartición y la combinación decaracteres (figura 3). Básica-mente, la partición consisteen analizar independiente-mente las matrices de datosbasadas en distintas fuentesde caracteres, obtener los res-pectivos cladogramas y luegocombinar los árboles de lasdiferentes fuentes en un úni-co cladograma de consenso.La combinación consiste enreunir en una única matriz dedatos la información de todaslas fuentes y analizar filoge-néticamente esa matriz.

Existen argumentos encontra de uno u otro enfoque.La combinación podría pro-ducir una matriz donde lamayoría de los caracteres pro-venga de una sola fuente y portanto dar un excesivo peso a lamisma. Por otro lado, si lasfuentes de caracteres presen-tan un alto grado de incongruen-cia, la partición podría derivaren un cladograma de consensocon escasa resolución.

El final de la historiaA pesar de los argumen-

tos a favor de una determina-da fuente de datos, ho}' día lossistemáticos reconocen quelos distintos tipos de caracte-res tienen cada uno sus ven-tajas en la reconstrucción dela historia de la vida. Durantela última década se ha vistoun incremento en 3a calidad yen la cantidad de trabajos queemplean caracteres molecu-lares, a pesar de lo cual lamorfología no ha perdido vi-gencia. Por elfo creemos queel futuro no será moléculas omorfología, sino por el contra-rio será moléculas y morfología.

Como si se tratara de sombras chines-cas, percibimos la filogenia y el espacio-tiempo donde ella ocurrió separados de su

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Filogenia y sistemáticanaturaleza intrínseca, pues sólo vemos lassombras delineadas en la morfología o elADN. Pero ambas son proyectadas por unmismo fenómeno, por lo queresulta estéril dejar que unmuro separe a los morfólogosde los biólogos moleculares.

Queremos concluir recor-dando un cuento de Jorge LuisBorges (Los teólogos). El mis-mo narra la historia de dosteólogos, Aureliano de Aquileay Juan de Panonia. que inten-tan resolver un mismo proble-ma religioso. Muy pronto lasrivalidades entre ellos son másimportantes que ei problemamismo, y se embarcan en unaferoz competencia, que olvidaortodoxias y heterodoxias parahundirse en argumentacionesestériles. Al cabo de múltiplesperipecias, Aureliano conven-ce a un tribunal eclesiásticode que Juan ha incurrido enherejía y que merece la ho- •—"güera. Aureliano padece lue-go idéntica muerte a la de su adversario,abrasado por el incendio de un bosque. Allí

el vencedor de la controversia descubre quesu triunfo había sido estéril o. mucho peor,acaso ni siquiera había existido como tal.

Dejemos a Borges querelate el final de la histo-ria:lanto la morfología

como el ADN son

proyectados por el mismofenómeno, por lo que

resulta estéril dejar

que un muro separe

a los morfólogos de los

biólogos moleculares.

"El final de la histo-ria sólo es referible enmetáforas, ya que pasaen el reino de los cielos,donde no hay tiempo. Talvez cabría decir que Au-reliano conversó con Diosy que Este se interesatan poco en diferenciasreligiosas que lo tomó porJuan de Panorua. Ello,sin embargo, insinuaríauna confusión de la men-te divina. Más correctoes decir que en el paraí-so, Aureliano supo quepara la insondable divi-nidad, él y Juan de Pa-nonia (el ortodoxo y elhereje, el aborrecedor y

el aborrecido, el acusador y la víctima) for-maban una sola persona".

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