Métodos de máxima parsimonia y verosimilitud en filogenia

Filogenia

En biología, nos gustan los árboles. Los árboles son bonitos. Bueno, hoy vamos a examinar un tipo de árbol muy específico. Este es un árbol filogenético ; algunas personas lo llaman árbol de la vida. Verá, en biología, la filogenia es la historia evolutiva de un grupo de organismos. Básicamente, es el estudio de cómo todas las cosas están relacionadas genéticamente basándose en el supuesto fundamental de que las especies descienden de un ancestro común. Digo que esto es una suposición porque no existe un árbol filogenético verdaderamente completo. Siempre hay lagunas en el registro fósil. ¿Sabemos exactamente cuál fue el ancestro común de los humanos y los simios? No, hay un eslabón perdido que nunca hemos encontrado, pero asumimos que existe según los rasgos compartidos entre nosotros y otros primates.

Ahora, este de aquí es un árbol filogenético más pequeño. Solo cubre a los principales primates, siendo cada rama un linaje distinto y el tronco el ancestro común. Algunos árboles filogenéticos son muy específicos, pero también podemos cultivar algunos que son bastante grandes. Teóricamente, puede crear un árbol importante de toda la vida comenzando con el antepasado común de todos los seres vivos.

Entonces, ¿cómo hacemos árboles filogenéticos? Bueno, demos un paseo por el invernadero.

Parsimonia máxima

Entonces, digamos que queremos hacer un árbol filogenético. Cómo hacemos esto? Hay varios métodos potenciales, pero el más común es mediante el uso de la parsimonia , un principio que, dentro de un conjunto de posibles explicaciones, es más probable que la más simple sea cierta. Básicamente, podemos observar las diversas relaciones entre organismos, pero la explicación más simple es la más probable. En términos de filogenia, esto significa que el árbol con menos ramas, el menor número de ancestros comunes, probablemente sea el correcto. Entonces podemos decir que la filogenia con el menor número de ancestros comunes tiene la máxima parsimonia . Veamos qué significa esto en términos de un árbol filogenético real.

Comenzaremos con un árbol simple. Aquí, tenemos cuatro especies de aves: un halcón, un arrendajo azul, un petirrojo y un colibrí. Bien, usando la máxima parsimonia vamos a inferir que la explicación más simple de las relaciones entre estas especies es la más precisa. Dado que tres de las aves tienen alas similares, el petirrojo, el arrendajo y el halcón, podemos suponer que este es un rasgo de un antepasado común, no algo que fue adoptado individualmente. Dado que los colibríes no tienen este rasgo, podemos darles una rama separada. Entonces, desde nuestro ancestro común teórico hasta todas las aves, ahora tenemos dos ramas, una con colibríes y otra con las otras tres. De esos otros tres, los halcones son rapaces, mientras que los arrendajos y los petirrojos son pájaros que se posan, por lo que podemos crear otro cruce aquí. Finalmente, podemos decir que los arrendajos y los petirrojos son diferentes, así que ‘ Pondré allí un cruce con una rama para cada especie individual. Ahora tenemos un árbol filogenético y podemos leerlo para ver qué tan relacionado está todo. Los arrendajos y los petirrojos comparten un antepasado común, por lo que están más estrechamente relacionados. A continuación, comparten un ancestro común con los halcones. El antepasado común con los colibríes es el más lejano. Y ese es nuestro árbol filogenético.

Máxima verosimilitud

Entonces, usando la máxima parsimonia, hemos cultivado un árbol filogenético. Ahora, como dije antes, todos los árboles filogenéticos se basarán en algún nivel de suposiciones. Entonces, ¿cómo sabemos si nuestro árbol es exacto? Para eso, recurrimos a las leyes de la probabilidad , la razón matemática proporcional a la probabilidad de observar el conjunto de datos propuesto. Básicamente, este árbol son nuestros datos propuestos, por lo que la probabilidad de que sea correcto es la probabilidad de que sea correcto. El objetivo es un árbol que tenga la máxima probabilidad , o la mejor probabilidad matemática de ser correcto. Hay varios algoritmos diferentes que pueden calcular esto y, a medida que la tecnología mejora, este proceso es cada vez más fácil.

Aquellos que apoyan el uso de cálculos de verosimilitud para probar la precisión de un árbol filogenético afirman que este método deja poco margen para el error humano; que produce resultados concretos y específicos; y que previene la atracción de ramas largas , un error común en estos árboles donde las cosas parecen estar relacionadas en base a rasgos compartidos, a pesar de que en realidad están relacionadas lejanamente. Un ejemplo común de cómo podría suceder esto es observar tiburones y delfines. Usando ciertos criterios, se ven similares, pero no están relacionados. Este método debería tener en cuenta eso. Aquellos a quienes no les gusta este método argumentan que no tiene en cuenta conjuntos complejos de datos como morfologías, la gama completa de características estructurales de una especie. Aún así, las pruebas de probabilidad son muy bien aceptadas por la mayoría de los biólogos, y con ellas podemos seguir haciendo crecer nuestros árboles filogenéticos, construyendo lenta pero seguramente un enorme árbol de vida.

Resumen de la lección

La filogenia es la historia evolutiva de un grupo de organismos, el estudio de cómo todas las cosas están relacionadas genéticamente basado en el supuesto fundamental de que las especies descienden de un ancestro común. El objetivo de la filogenia es crear árboles filogenéticos que muestren la relación entre organismos. La forma más aceptada de hacerlo es mediante la máxima parsimonia., el principio de que la filogenia con la menor cantidad de ancestros comunes es más probable que sea correcta. De acuerdo con este principio, se puede inferir que los rasgos compartidos son evidencia de un ancestro compartido, por lo que al examinar estos rasgos construimos árboles filogenéticos de varios grados de similitud, lo que da como resultado el único ancestro hipotético compartido por todos los organismos que se comparan. Para probar la precisión de este árbol, usamos las leyes de verosimilitud , la probabilidad matemática de observar el conjunto de datos propuesto. Un conjunto de datos (un árbol filogenético) que es casi seguro que es exacto tiene la máxima probabilidad . Se necesita mucho trabajo para generar estos árboles filogenéticos, pero para la buena ciencia, al igual que en todos los aspectos de la vida, debemos cultivar nuestros jardines.