Ordenar y clasificar la biodiversidad

Elaborar un árbol filogenético en el que se muestran las relaciones evolutivas que diferentes seres vivos tienen entre sí –es decir, reconocer los grados de cercanía de ancestros comunes- no es una tarea sencilla. No sólo es necesario contar con suficientes datos moleculares (fundamentalmente secuenciaciones de ADN) y/o morfológicos que identifiquen a las especies que se busca integrar al árbol, sino que también se necesita una metodología para analizarlos y poder establecer los vínculos de acuerdo a un criterio adecuado.

Pablo Goloboff, investigador principal del CONICET y director de la Unidad Ejecutora Lillo (UEL, CONICET-FML), hace más de veinte años que se dedica a resolver este tipo de cuestiones metodológicas. En 1998 comenzó a desarrollar un programa denominado Tree analysis using New Technology (TNT) que ayuda a seleccionar el mejor árbol posible en base a los datos cargados.

La primera versión se empezó a distribuir en 2003 y ya cuenta con alrededor de 3.500 citas en trabajos académicos que reconstruyen relaciones filogenéticas. Desde entonces Goloboff trabaja en perfeccionar este programa, que además le sirve como plataforma para poner a prueba nuevos métodos e ideas para resolver problemas de análisis filogenético todavía no contemplados. TNT se encuentra disponible online para su descarga gratuita y su última actualización fue en abril de este año.

“Este software permite evaluar muchos árboles muy rápidamente -a razón de cientos de millones de árboles por segundo-, de manera de quedarse finalmente con el que mejor se ajuste a los datos. Los análisis filogenéticos requieren de cálculos cada vez más complicados a medida que se estudian matrices más grandes, ya que la cantidad de árboles que hay que examinar en una búsqueda aumenta de manera explosiva con el número de especies a incluir en el árbol. TNT puede hacer análisis en base a datos moleculares, morfológicos o una mezcla de ellos”, explica el investigador.

Lo que hace TNT, en base a los múltiples datos que se le cargan, es buscar árboles que permitan explicar las similitudes entre los seres vivos en términos de compartir una ancestralidad común, mediante un árbol que ilustre los vínculos evolutivos del modo más sencillo posible.

“Si pensamos a las aves como especies de un mismo grupo es porque suponemos que descienden de un único ancestro. Si alguien me pregunta por qué el halcón y la paloma se asemejan en tener alas, dado un árbol que pone a estas dos especies en un grupo (“Aves”), yo puedo responder que es porque las heredaron de un ancestro común que tenía esa misma característica. Si tuviera un ordenamiento taxonómico que separara a halcón y paloma en grupos lejanos, sería incapaz de dar esa explicación, es decir, no podría dar cuenta de esa semejanza en términos de ancestralidad común. El tema es que uno necesita encontrar los árboles que permitan explicar lo mejor posible las similitudes compartidas para muchos caracteres al mismo tiempo. Esto es lo que un programa como TNT permite hacer”, explica el investigador.

A diferencia de los equipos de investigación que trabajan empíricamente en el armado de árboles filogenéticos, que requieren de la recolección y extracción de información de múltiples ejemplares (y que se valen de programas informáticos como el TNT), Goloboff, abocado casi exclusivamente a los aspectos metodológicos, trabaja solo o con unos pocos colaboradores, munido de papel, lápiz, una computadora y la posibilidad de pensar. De acuerdo a sus palabras, se mueve en un mundo abstracto habitado por “ceros y unos”.

Cuestiones de método

Existen dos tipos de enfoques metodológicos básicos para armar árboles filogenéticos a partir de una matriz de datos: uno basado en modelos estadísticos que presuponen uniformidad en el funcionamiento de la evolución y un adecuado conocimiento de sus detalles; y un segundo enfoque que, despojado de estas presuposiciones, busca la filogenia que permita explicar las condiciones compartidas por diversas especies (se trate de datos moleculares o caracteres morfológicos) en términos de ancestralidad común del modo más sencillo posible. Este último es el enfoque adoptado por TNT.

“Uno de los problemas que tienen los métodos que operan a partir de modelos estadísticos –y los programas informáticos que los utilizan- es que los cálculos insumen mucho tiempo. Otro es que funcionan siempre y cuando se cumpla una serie de condiciones de uniformidad sobre el funcionamiento de la evolución que vos definís previamente en el papel, pero que no siempre se puede verificar en la realidad”, afirma el investigador.

El enfoque en el que trabaja TNT ofrece la ventaja de partir de menos presupuestos y de permitir cálculos más ágiles. “En el tiempo que con un programa que usa modelos estadísticos podés ver mil árboles alternativos, con el nuestro se pueden ver un millón”, resume Goloboff.

Bajo esta metodología, cuanto mayor sea la cantidad de datos que se pueda analizar (tanto en términos de cantidad de especies como de caracteres) aumenta la posibilidad de conformar un mejor árbol filogenético. “El tema es que hay muchos ordenamientos taxonómicos posibles para un conjunto de especies, y vos no podés saber a priori cuál es el que mejor te va a permitir explicar las relaciones evolutivas; esto sólo puede hacerse mirando el ajuste de muchos árboles en base a la información disponible, y reteniendo los mejores. Es imposible que los mires todos, entonces hay que inventar métodos y programas que lo hagan por uno y de manera rápida”, concluye Goloboff.