Este documento compara el Árbol de la Vida con el Misterio Abominable, que fue como Darwin describió la aparición abrupta de las angiospermas en el registro fósil. Explica que Darwin no podía explicar este evento de acuerdo a su teoría de evolución gradual, y propuso que podría deberse a un registro fósil incompleto o a una evolución rápida facilitada por la interacción con insectos. También resume cómo los avances desde Darwin han ayudado a explicar la historia evolutiva de las angiospermas
12. “ The rapid development as far as
we can judge of all the higher plants
within recent geological times is an
abominable mystery. ”
Carta de Charles Darwin a Joseph Hooker,
22 Julio, 1879
EL MISTERIO ABOMINABLE
13. 1. Teoría de la evolución por selección natural
“ As natural selection acts solely by accumulating slight, successive,
favourable variations, it can produce no great or sudden modification:
it can act by very short and slow steps. Hence, the cannon of
‘Natura non facit saltum’ [nature does not make a leap], which every
fresh addition to our knowledge tends to make more strictly correct. ”
Charles Darwin, 1879, Origin of Species, Primera Edición, p. 471.
¿Qué quiso decir Darwin con “Misterio Abominable”?
EL MISTERIO ABOMINABLE
14. 2. Observación: El registro fósil de las angiospermas conocido en 1860s - 1870s
“ … sudden appearance of so many Dicotyledons in the Upper Chalk
appears to me as a most perplexing phenomenon to all who believe
any form of evolution, especially to those who believe in extremely
gradual evolution, to which view I know that you are strongly opposed. ”
Carta de Charles Darwin a Oswald Heer, 8 de Marzo, 1875
“ The appearance of the higher type of exogenous plants [dicotyledoneous
angiosperms] is not disclosed by direct evidence until about the middle of
the Cretaceous period. Then all at once, in deposits spread over the northern
hemisphere, we encounter a crowd of species, belonging to very different types,
that paleontologists do not hesitate to refer many of them to existing genera. ”
George Ball, 9 de Junio, 1879
¿Qué quiso decir Darwin con “Misterio Abominable”?
EL MISTERIO ABOMINABLE
15. 3. Incongruencia: El registro fósil de angiospermas conocido por Darwin representó
la contradicción mas extrema a su visión gradualista de la evolución.
“ We continually over-rate the perfection of the geological record, and
falsely infer, because certain genera or families have not been found
beneath a certain stage, that they did not exist before that stage. ”
Charles Darwin, 1879, Origin of Species, Primera Edición
¿Qué quiso decir Darwin con “Misterio Abominable”?
EL MISTERIO ABOMINABLE
16. 3. Incongruencia: El registro fósil de angiospermas conocido por Darwin representó
la contradicción mas extrema a su visión gradualista de la evolución.
“ We continually over-rate the perfection of the geological record, and
falsely infer, because certain genera or families have not been found
beneath a certain stage, that they did not exist before that stage. ”
Charles Darwin, 1879, Origin of Species, Primera Edición
Para otros organismos con aparición súbita en el registro fósil, Darwin pudo demostrar
la existencia de formas transicionales en estratos mas antiguos:
mamíferos, aves, percebes sésiles, peces teleósteos y trilobites
Por tanto, éstos casos pudieron ser explicados como el resultado de evolución gradual.
¡ PERO NO LAS ANGIOSPERMAS !
¿Qué quiso decir Darwin con “Misterio Abominable”?
EL MISTERIO ABOMINABLE
17. ¿ Qué es el “Misterio Abominable” ?
EL MISTERIO ABOMINABLE
· Origen abrupto en el registro fósil de un grupo mayor de organismos,
mostrando amplia diversidad morfológica y preponderancia ecológica.
· Si la aparición súbita en el registro fósil de organismos diversos y complejos
es verdadera, ésta podría ser considerada como evidencia de una manera
sobrenatural (creacionista) de formación de especies.
· Las angiospermas son el “Misterio Abominable”, pues, dado el
registro fósil conocido en 1860-1870, representaban la excepción
mas flagrante al cambio evolutivo gradual esperado por la evolución
por selección natural.
18. ¿Cómo explicó Darwin el “Misterio Abominable” representado por las angiospermas?
1. Registro fósil faltante.
“ … plants of this great division must have been largely developed in
some isolated area, whence owing to geographical changes, they at
last succeeded in escaping, and spread quickly over the world. ”
Carta de Charles Darwin a Oswald Heer, 8 de Marzo, 1875
“ I have fancied that perhaps there was during long ages a small isolated
continent in the S. Hemisphere which served as the birthplace of the
higher plants - but this is a wretchedly poor conjecture. ”
Carta de Charles Darwin a Joseph Hooker, 22 Julio, 1879
“ I have been so astonished at the apparently sudden coming in of the
higher phanerogams that I have sometimes fancied that development might
have slowly gone on for an immense period in some isolated continent or
large island, perhaps near the South Pole. ”
Carta de Charles Darwin a Joseph Hooker, 11 Agosto, 1881
EL MISTERIO ABOMINABLE
19. 2. Evolución rápida permitida por interacción con insectos.
Gaston de Saporta (1823 - 1895)
“ … insects and plants have therefore been
simultaneous cause and effect through
their connection with each other, plants
not being able to diversify without insects,
and the latter not being able to provide
many pollen and nectar feeders as long
the plant kingdom remained poor in
arrangements, and was composed almost
exclusively of anemophylous plants. ”
Gaston de Saporta, 1873
Paléontologie Française, Plantes Jurassiques
¿Cómo explicó Darwin el “Misterio Abominable” representado por las angiospermas?
EL MISTERIO ABOMINABLE
“ Your idea that dicotyledoneous plants were not
developed in force until sucking insects had been
evolved seems to me a splendid one. …
Your idea, which I hope you will publish, goes
much further, and is much more important … ”
Carta de Charles Darwin a Gaston de Saporta
24 de Diciembre, 1877
20. EL ARBOL DE LA VIDA
Darwin pensaba que la evolución
de las especies a través del tiempo
podía ser expresada como una
metáfora, la que llamó
“Decendencia con modificación”
Árbol de la Vida
21. El desarrollo moderno de ésta idea se conoce como Árbol Filogenético.
Arbol Filogenético de la Vida
EL ARBOL DE LA VIDA
22. EL ARBOL DE LA VIDA
Árbol filogenético de las plantas
ARBOL FILOGENÉTICO:
· Parentesco evolutivo entre especies
· Considera similitud derivada y
compartida
· Relaciones en términos de
parentesco relativo
SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA:
· Datos: variables y heredables
· Tipos: morfológicos y moleculares
· Análisis filogenético:
- Máxima parsimonia
- Métodos estadísticos
24. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre las angiospermas desde Darwin?
Avances:
· Identificación de linajes mayores de angiospermas y sus relaciones filogenéticas.
· Identificación certera de las angiospermas vivientes mas antiguas, y de los atributos
morfológicos, fisiológicos y función ecológica ancestrales de las angiospermas.
· Descubrimientos fósiles.
Pendientes:
· Relaciones filogenéticas entre plantas con semilla, incluyendo la identificación de
los parientes mas cercanos de las angiospermas.
· Identificación de formas transicionales (si es que las hay) entre angiospermas y
otras plantas con semilla.
EL MISTERIO ABOMINABLE
25. Registro Fósil:
· Descubrimiento de restos inequívocos de angiospermas en el Cretácico Inferior
· Aumento gradual en diversidad y complejidad morfológica de microfósiles (polen)
· Documentación de flores ancestrales (mesofósiles)
EL MISTERIO ABOMINABLE
¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre las angiospermas desde Darwin?
Prof. Else Marie Friis Prof. Sir Peter R. Crane FRS
Stockholm Natural History Museum
The Field Museum, Royal Botanic Gardens, Kew,
The University of Chicago
35. EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
· Edad del ancestro común mas reciente entre las angiospermas vivientes.
· Proporciona tiempo absoluto del inicio de la diversificación:
¿ simultánea o anterior al registro fósil ?
DIVERSIFICACION DE LAS ANGIOSPERMAS
· Proceso que determina la riqueza de especies vivientes.
· Proporciona información para identificar factores intrínsecos o extrínsecos
que causan diversificación.
36. LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
INICIO DE LA DIVERSIFICACION DE LAS ANGIOSPERMAS
REGISTRO FOSIL RELOJ MOLECULAR
Ramshaw et al. 1987 RM 350 Ma
Wolfe et al. 1993 RM 200 Ma
Brandtl et al. 1992 RM 300 Ma
Martin et al. 1993 RM 300 Ma
Laroche et al. 1995 RM 200 Ma
Goremykin et al. 1997 RM 160 Ma
Sanderson 1997 RMR 215 Ma
Thorne et al. 1998 RMR 210 Ma
Wikström et al. 2001 RMR 158-179 Ma
Bell et al. 2005 RMR 122-275 Ma
Magallón & Sanderson 2005 RMR 180-220 Ma
Martin et al. 1989 RM 320 Ma
Valanginiano - Hauteriviano
ca. 135 Ma
Polen monoaperturado o inaperturado,
con endexina granular y
pared externa con ornamentación reticulada
37. Euphyllophytes
Ferns
Gymnosperms
Seed Plants
Angiosperms
PROBLEMAS POTENCIALES:
· Gran distancia evolutiva entre las angiospermas
y otras plantas con semilla vivientes.
· Las ramas largas pueden ser problemáticas en
las fechaciones moleculares, pues pueden
representar un gran numero de combinaciones
de tasa de sustitución molecular y tiempo.
· Tal vez, la rama larga bajo las angiospermas
engaña a los relojes moleculares haciendo que
que calculen una edad excesivamente vieja
para el inicio de su diversificación.
LA RAMA BAJO LAS ANGIOSPERMAS ES MUY LARGA
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
38. cícadas
Ginkgo
cupressofitas
gnetofitas
angiospermas
Pinacea
Preguntas:
¿Qué papel juega la rama larga bajo las angiospermas en la estimación de su
edad con relojes moleculares?
¿Cómo se comportan los diferentes métodos de reloj molecular relajado ante ésta?
Hipótesis:
Si “rompemos” la rama larga bajo las angiospermas, obtendremos estimados
de edad mas jóvenes para las angiospermas.
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
40. 1. ROMPER LA RAMA LARGA BAJO LAS ANGIOSPERMAS
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
Simulación de secuencias moleculares para fósiles
41. 2. CALCULAR EDADES CON RELOJES MOLECULARES RELAJADOS
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
· Métodos que permiten estimar edades con base en datos moleculares,
permitiendo deferentes tasas de sustitución en diferentes linajes.
· Pueden usar información del registro fósil como auxiliar en la estimación de edades
42. · Entre diferentes Relojes Moleculares Relajados
- Verosimilitud penalizada (diferencia molecular moderada ente linajes)
- Verosimilitud penalizada (diferencia molecular alta ente linajes)
- Multidivtime
- Uncorrelated lognormal
· Incluyendo la rama larga y rompiendo la rama larga
3. COMPARAR EDADES
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
Gloss-Pentox
Bennettitales
Caytoniales
Amborella
otras angios
Gimnospermas
Amborella
otras angios
Gimnospermas
43. DIFERENTES RELOJES MOLECULARES RELAJADOS
PLBP
PLFB
PLBP
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
MD
PLFB
MD
PLBP
UCLN
PLFB
UCLN
MD
UCLN
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
r = 0.95
S = 0.93
r = 0.96
S = 0.94
r = 0.99
S = 1.0
r = 0.96
S = 0.87
r = 0.92
S = 0.85
r = 0.92
S = 0.94
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
45. EDAD DE ANGIOSPERMAS
397.5
Gimnospermas
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5 397.5
Gimnospermas
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5
397.5
Gimnospermas
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5 397.5
Gimnospermas
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5
Multidivtime UCLN
PL-BP PL-FB
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
46. 397.5
Gloss-Pentox
Bennettitales
Caytoniales
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5 397.5
Gloss-Pentox
Bennettitales
Caytoniales
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5
397.5
Gloss-Pentox
Bennettitales
Caytoniales
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5 397.5
Gloss-Pentox
Bennettitales
Caytoniales
Amborella
otras angios
Devon Carb Perm Trias Juras
M U L U M U ML U
359.2.5 299 251 199.6 145.5
Multidivtime UCLN
PL-BP PL-FB
EDAD DE ANGIOSPERMAS
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
Gimnospermas Gimnospermas
Gimnospermas Gimnospermas
47. · La rama larga bajo las angiospermas no es un factor determinante en la estimación
de edades con relojes moleculares.
· Según los relojes moleculares, el inicio de la diversificación de las angiospermas
ocurrió entre el Triásico Superior y el Pérmico (215.6 a 275.0 Ma).
Incongruencia:
· Los relojes moleculares indican una edad de las angiospermas considerablemente
mas vieja que su registro fósil.
· Si la parte inicial de la historia de las angiospermas no aparece en el registro fósil,
¿ por que, cuando finalmente aparecen, lo hacen en un patrón que refleja la
diversificación de un linaje biológico, y en una secuencia congruente con la
ramificación en las filogenias moleculares ?
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
48. EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
· Edad del ancestro común mas reciente entre las angiospermas vivientes.
· Proporciona tiempo absoluto del inicio de la diversificación:
¿ simultánea o anterior al registro fósil ?
DIVERSIFICACION DE LAS ANGIOSPERMAS
· Proceso que determina la riqueza de especies vivientes.
· Proporciona información para identificar factores intrínsecos o extrínsecos
que causan diversificación.
“ … diversificación, la escencia del Misterio Abominable. ”
W. Friedman, 2009
49. DIVERSIFICACIÓN ENTRE LINAJES Y A TRAVES DEL TIEMPO
Diversificación:
· especiación menos extinción
Ecuaciones:
· tasa absoluta de diversificación
· consideran extinción
· distinguen entre edad de diferenciación
y edad de diversificación
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
grupo troncal
grupo coronagrupo hermano
diferenciación
diversificación
viviente
extinto
Datos:
· Arbol filogenético
· Edad de linajes
· Número de especies vivientes
Resultados:
· Tasa de diversificación de cada linaje
50. RIQUEZA DE ESPECIES EXCEPCIONALMENTE ALTA O BAJA
7 7
11
0 150 0 150
Lognum.spp.
Lognum.spp.
sin extinción
extinción relativa alta
Edad de diferenciación (Ma) Edad de diversificación (Ma)
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
· Intervalos de confianza alrededor del número esperado de especies
· Graficar linajes de acuerso a su edad, y al número de especies vivientes.
· Linajes por arriba/debajo de los intervalos de confianza son excepcionalmente ricos/pobres.
52. LINAJES EXCESIVAMENTE RICOS Y POBRES EN ESPECIES
· Linajes excesivamente pobres - cercanos
al inicio de la diversificación.
· Linajes excesivamente ricos - dispersos,
aparecen despúes de muchos eventos
de ramificación filogenética.
· Aparición independiente y repetida de
altas tasas de diversificación.
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
54. Número de Especies
Tasadediversificación
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
1 10 100 1000 10000 100000
Animales (McPeek & Brown, 2007*) Angiospermas
Tasa vs. Riqueza de Especies:
· Animales: no hay relación
· Angios: relación positiva
* McPeek & Brown, 2007. Clade age not diversification rate explains species richness among animal taxa. American Naturalist 69:E97-E106.
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
DIVERSIFICACIÓN EN PLANTAS Y ANIMALES
Número de Especies
Tasadediversificación
55. Número de Especies
Tasadediversificación
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
1 10 100 1000 10000 100000
Animales (McPeek & Brown, 2007*) Angiospermas
Edad de Diversificación (Ma)
RiquezadeEspecies
Tasa de diversificación
vs. Riqueza de Especies:
· Animales: no hay relación
· Angios: relación positiva
Riqueza de Especies vs. Edad:
· Animales: relación positiva
· Angios: no hay relación
* McPeek & Brown, 2007. Clade age not diversification rate explains species richness among animal taxa. American Naturalist 69:E97-E106.
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
DIVERSIFICACIÓN EN PLANTAS Y ANIMALES
Número de Especies
Edad de Diversificación (Ma)
TasadediversificaciónRiquezadeEspecies
1
10
100
1000
10000
100000
20 40 60 80 100 120 140
56. Número de Especies
Tasadediversificación
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
1 10 100 1000 10000 100000
Animales (McPeek & Brown, 2007*) Angiospermas
Edad de Diversificación (Ma)
RiquezadeEspecies
Riqueza de Especies vs. Edad:
· Animales: relación positiva
· Angios: no hay relación
ANIMALES:
La edad determina la riqueza.
ANGIOSPERMAS:
La tasa de diversificación
detemina la riqueza.
* McPeek & Brown, 2007. Clade age not diversification rate explains species richness among animal taxa. American Naturalist 69:E97-E106.
DIVERSIFICACIÓN DE ANGIOSPERMAS
DIVERSIFICACIÓN EN PLANTAS Y ANIMALES
Número de Especies
Edad de Diversificación (Ma)
TasadediversificaciónRiquezadeEspecies
1
10
100
1000
10000
100000
20 40 60 80 100 120 140
Tasa de diversificación
vs. Riqueza de Especies:
· Animales: no hay relación
· Angios: relación positiva
57. 2009:
· Desconocimiento sobre relaciones filogenéticas
y formas transicionales entre angiospermas y otras
plantas con semilla, tanto vivientes como fósiles.
· El registro fósil documenta una diversificación gradual,
pero rápida, de las angiospermas en el Cretácico Inferior,
y la aparición secuencial de linajes ancestrales.
· Los relojes moleculares indican un tiempo de origen
considerablemente mas antiguo que el registro fósil.
· Evolución independiente de altas tasas de diversificación
en diferentes linajes de angiospermas, posiblemente como
resultado de atributos diferentes. Estos atributos pueden
ser intrínsecos (ej. “innovaciones”) o extrínsecos (ej.
función ecológica, o distribución geográfica).
¿ EL MISTERIO ABOMINABLE ?
58. ¡ Mis mejores deseos
en tu lucha por la existencia !
62. 2. CALCULAR EDADES CON EL RELOJ MOLECULAR
A B
ANC
EL RELOJ MOLECULAREL RELOJ MOLECULAR
Supuesto Fundamental:
Sustitución molecular es constante en todos los linajes
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
tiempo
63. 2. CALCULAR EDADES CON EL RELOJ MOLECULAR
D = 2rt
D = distancia genética (corregida)
r = tasa de substitución (por sitio por unidad de tiempo)
t = tiempo de divergencia a partir del ancestro común
A B
ANC
Cambio genético D/2 ocurre en un tiempo t
D
t
EL RELOJ MOLECULAREL RELOJ MOLECULAR
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
Supuesto Fundamental:
Sustitución molecular es constante en todos los linajes
tiempo
rt rt
64. 2. CALCULAR EDADES CON EL RELOJ MOLECULAR
D = 2rt
D = distancia genética (corregida)
r = tasa de substitución (por sitio por unidad de tiempo)
t = tiempo de divergencia a partir del ancestro común
Cambio genético D/2 ocurre en un tiempo t
Problema:
Diferentes linajes tienen diferentes tasas de sustitución molecular
Problema:
Diferentes linajes tienen diferentes tasas de sustitución molecular
EL RELOJ MOLECULAREL RELOJ MOLECULAR
LA EDAD DE LAS ANGIOSPERMAS
Supuesto Fundamental:
Sustitución molecular es constante en todos los linajes
A B
ANC
D
t rt rt
tiempo