What is a cladogram and how does it show evolutionary relationships?

A cladogram is a tree-shaped chart depicting hypothetical genealogical relationships between species. The tips represent specific species, while branch lengths indicate the degree of change between them. Nodes mark common ancestors, and species sharing a node are called sister groups. Cladograms help visualize how organisms diverged from shared ancestors over evolutionary time.

How do you use morphology to place a fossil on a cladogram?

Examine the fossil's physical characteristics, or morphology, and compare them to known species on your cladogram. Based on these structural similarities and differences, hypothesize where the fossil fits on the tree. Add a new line or mark to indicate your proposed position, then refine this placement after comparing genetic data from related living species.

What does the BLAST database show when comparing gene sequences?

BLAST displays a graphic summary where your query sequence appears as a blue line, with matching database sequences shown as colored bars below. Bar length and color indicate alignment quality and identity score. The Sequences producing significant alignments list ranks matches by similarity, with statistics like Max, Total, Query Coverage, and Identity scores showing how closely related sequences are.

What do E values tell you about gene sequence matches in BLAST results?

E values indicate the statistical significance of a sequence match. Lower E values mean the match is less likely to occur by random chance and more likely represents a true evolutionary relationship. An E value of 0 indicates a highly significant match, while higher E values suggest weaker, less reliable alignments between your query and database sequences.

How do you create a phylogram from BLAST results?

After collecting multiple species from your BLAST alignments, return to the Sequences producing significant alignments list and select all boxes. Click Distance of tree results to generate a phylogram based on sequence similarity to your query sequence. Your fossil relative sequence appears highlighted in yellow, showing its position relative to other taxon groups in the evolutionary tree.

Why compare morphology and genetic data when placing fossils on cladograms?

Morphology provides initial placement based on physical traits, but genetic sequences offer independent molecular evidence of evolutionary relationships. Comparing both approaches strengthens your hypothesis about fossil placement. If morphological and genetic placements differ, discussing these differences with classmates reveals how multiple data sources can support or challenge evolutionary hypotheses.

What information should you record from BLAST sequence alignments?

For each significant alignment, record the organism's scientific and common names listed under Source, and the protein the gene codes for under Definition. Click the Sequence ID to access detailed information. Collecting this data from multiple top matches allows you to construct an accurate phylogram and refine your hypothesis about where the fossil species belongs in the evolutionary tree.

Relaciones evolutivas

Conceptos Preparación del instructor Protocolo del estudiante

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Los seres humanos han clasificado y organizado organismos biológicos durante miles de años. Originalmente, ordenaba principalmente los objetos necesarios para la supervivencia. A medida que avanzaba la historia de la humanidad, también lo hacía la habilidad y el detalle de estas clasificaciones. En el siglo IV a.C., Aristóteles fue pionero en las clasificaciones formales, delineando plantas y animales en diferentes grupos y luego dividiéndolos aún más en función de sus características físicas y rasgos, como los hábitats que ocupan. Más tarde, a mediados del siglo XVIII, Linneo construyó sobre el sistema de Aristóteles. Su nivel más alto de agrupación fue los reinos y, a partir de ahí, dividió los grupos usando sinapomorfias, una característica física definitoria que divide una rama. Por ejemplo, si un animal posee una columna vertebral o una estructura similar, debe colocarse en el filo cordada. Si no es así, entonces hay muchos otros filos, en los que se pueden dividir los animales sin columna vertebral, incluidos los artrópodos, un gran grupo que incluye insectos. Linneaus continuó dividiendo grupos de organismos en función de sus sinapomorfias en niveles subsiguientes a través de la clase, el orden, la familia y el género, hasta llegar a la designación final, generalmente, la especie. Nos referimos al tipo de clasificación de Linneo como cladística, la clasificación de los organismos basada en las diferencias en las características físicas.

Hoy en día, los científicos comúnmente construyen árboles llamados dendrogramas para dar representaciones visuales de estas divisiones y grupos. Esta forma particular de dendrograma, el cladograma, visualiza las relaciones cladísticas entre las especies, de modo que las puntas del árbol representan las especies y las ramas muestran cómo se relacionan entre sí. Por ejemplo, aquí el chimpancé y el oso están más estrechamente relacionados entre sí y comparten características más comunes que cualquiera de ellos con el pez luna. Los lugares donde se unen las ramas se denominan nodos y denotan ancestros comunes para las especies que siguen. Un segundo tipo importante de dendrograma es el filograma. Estos se diferencian de los cladogramas porque la longitud de las ramas entre especies varía, representando el grado de cambio entre ellas. Por lo tanto, cuanto más larga es la rama, más tiempo ha pasado desde que la especie divergió de su último ancestro común.

Los dendrogramas se construyeron simplemente analizando la morfología de los organismos. Con el advenimiento de la tecnología moderna, la comparación del ADN también se ha convertido en una forma común de construir árboles. El ADN está formado por nucleótidos asociados a una de cuatro bases diferentes. Adenina, guanina, citosina o timina. El orden de estas bases es el código de ADN. Este código se transmite de padres a hijos. En consecuencia, si nos fijamos en una sola especie como los humanos, hay un alto grado de similitud en nuestro código genético, alrededor del 99,9%. También compartimos parte de nuestro código de ADN con otras especies, como los chimpancés y los ratones, pero el grado de similitud general entre nuestro ADN y el suyo es muy diferente. Esto significa que podemos crear árboles, que agrupan especies en función de las similitudes o diferencias entre sus códigos genéticos. Este campo de análisis, que combina estadística, modelado matemático y ciencias de la computación, se conoce como bioinformática. Para comparar las secuencias de ADN, los investigadores a menudo utilizan una herramienta bioinformática llamada Herramienta Básica de Búsqueda de Alineación Local, o BLAST, que fue creada y es mantenida por el Centro Nacional de Información Biotecnológica.

En este laboratorio, primero creará un cladograma de animales utilizando información morfológica y, a continuación, colocará una especie fósil en este cladograma en función de su morfología. A continuación, utilizará secuencias de ADN de varios parientes modernos diferentes del fósil y la base de datos BLAST para verificar la posición del fósil en el árbol.

Print Procedure Steps

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formando una hipótesis evolutiva
- NOTA: Un cladograma es una herramienta importante para formar una hipótesis evolutiva. Un cladograma es un gráfico en forma de árbol que se utiliza para representar las relaciones genealógicas hipotéticas entre las especies. Las puntas u hojas de la tabla representan especies específicas y las ramas del árbol son de diferentes longitudes. Las diferentes longitudes representan el grado de cambio entre cada una de las especies. El ancestro común de todas las especies de las que se ramifica una línea específica se encuentra en un nodo, donde se cruzan las ramas. Las especies que comparten un nodo se denominan grupo hermano.
- Para comenzar, mire el cladograma en blanco provisto y haga una hipótesis sobre dónde se deben colocar los animales asignados en el árbol. Si no se ha proporcionado un cladograma en blanco, por favor descargue uno aquí.
- A continuación, observe la imagen del animal fosilizado.
- Utilizando la morfología, o las características físicas, del fósil, haz una hipótesis sobre dónde debería colocarse en tu cladograma. Añade una nueva línea o marca para indicar la posición propuesta para el fósil.
Comparación de secuencias de genes usando BLAST
- NOTA: Históricamente, los cladogramas se han construido a través de la comparación de la morfología. Ahora, también se pueden comparar secuencias genéticas entre especies de interés para construir cladogramas. Las secuencias de ADN generalmente no se conservan en los fósiles, por lo que para este laboratorio utilizará la base de datos BLAST para comparar las secuencias de ADN de especies vivas que están estrechamente relacionadas con el fósil con miles de otras especies vivas.
- Antes de comenzar este laboratorio, su instructor habrá descargado las tres secuencias de genes preservadas en una carpeta en su escritorio.
- Navega a la página de inicio de BLAST, que el instructor debería haber dejado abierta en tu navegador, y haz clic en Estrategias Guardadas en el menú en la parte superior de la página.
- Haga clic en Abrir en el archivo Evolutionary_Relationships_Gene1.txt.
- Luego, haga clic en Ver para ir a la página de búsqueda de Standard Nucleotide BLAST. Debería poder ver la secuencia de ADN en el cuadro Secuencia de consulta en la parte superior derecha de la pantalla.
- Desplácese hasta la parte inferior de la pantalla y haga clic en el botón BLAST. Nota: Se tardará unos minutos en procesar y analizar los datos.
- Cuando se hayan procesado los datos, aparecerá un resumen gráfico. NOTA: La secuencia de consulta se representa mediante la línea azul en la parte superior del cuadro. Cada una de las líneas debajo de la línea azul representa otra secuencia en la base de datos BLAST que coincide con la consulta. La longitud y la ubicación de estas barras representan dónde y qué parte de la secuencia coincide con la consulta. El color de la barra representa su puntuación, es decir, la identidad de la secuencia con respecto a la consulta. Debajo del resumen gráfico se encuentra la lista de secuencias que producen alineaciones significativas, que contiene descripciones de las secuencias de ADN recuperadas de la base de datos que más se alinean con la oración de consulta. Estos se enumeran en orden descendente, desde el más similar en la parte superior hasta el menos similar en la parte inferior. A la derecha, hay varias estadísticas sobre qué tan estrechamente relacionada está cada secuencia de la base de datos con la secuencia experimental. Cuanto más altas sean las puntuaciones Max, Total, Query Coverage e Identity, más similares serán las secuencias de consulta y recuperadas entre sí. Del mismo modo, cuanto menor sea el número del valor E, menos probable es que las secuencias coincidan al azar y, lo que es más importante, la alineación es precisa. Un valor E de 0 indica una coincidencia muy significativa.
- Haga clic en el nombre de la descripción de la alineación más similar de la lista. Esto le llevará más abajo en la página hasta la alineación exacta de la secuencia de ADN entre la secuencia recuperada y la secuencia de consulta.
- Haga clic en el número de ID de secuencia. Esto abrirá una nueva pestaña con información más específica sobre la secuencia genética recuperada.
- Identifica y registra los nombres científicos y comunes del organismo, que deben aparecer junto a Fuente.
- Identifica y registra la proteína que codifica el gen, que debería aparecer junto a Definición.
- Cierra la pestaña y pulsa Atrás para volver a la lista de Secuencias que producen alineaciones significativas.
- Luego, repita los pasos 7 – 9 para las siguientes secuencias más similares.
- Después de recopilar varios nombres de especies, regrese a la lista de Secuencias que producen alineaciones significativas y haga clic en Seleccionar: Todo para marcar todas las casillas junto a los nombres de cada secuencia de alineación enumerada.
- Haga clic en Distancia de los resultados del árbol para crear un filograma basado en la similitud de todas las secuencias de genes de los resultados de BLAST con la secuencia de genes de consulta. Nota: La secuencia relativa del fósil de consulta se resaltará en amarillo.
- Registre la ubicación de su secuencia en relación con los otros grupos de taxones que se muestran en el árbol.
- Finalmente, regrese a la pestaña Estrategias guardadas y cargue la siguiente secuencia de genes guardada.
- Consulta las dos secuencias de ADN relativas fósiles restantes como se demostró anteriormente (pasos 1 – 16).
Análisis de datos
- Basándose en los resultados de tu secuencia genética, formula una segunda hipótesis sobre dónde encaja tu espécimen fósil en el cladograma original.
- Compara esta ubicación con tu primera hipótesis.
- Compara tu árbol con el de tus compañeros de clase. Si alguno de tus compañeros de clase colocó el fósil en una rama diferente, pregúntale cómo llegó a esa decisión.