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Módulo VI. Clasificación de los seres vivos 1. Clasificación de los seres vivos Aristóteles fue uno de los primeros en formular un lenguaje estandarizado para nombrar a los seres vivos, y clasificó cerca de 500 organismos dentro de 11 categorías estableciendo un orden jerárquico en el que la categoría mayor abarca a todas las demás, un concepto que sigue vigente en la actualidad. Posteriormente Linneo sentó las bases para el sistema moderno de clasificación, colocando a cada organismo dentro de una serie de categorías ordenadas jerárquicamente y considerando su semejanza con otras formas de vida, por lo cual introdujo el nombre científico basado en el género y la especie. En épocas anteriores a 1870, los taxonomistas clasificaban las formas de vida en dos reinos: Animalia y Plantae, considerando a las bacterias, los hongos y a los protistas fotosintéticos y los protozoarios como animales. Años más tarde Haeckel considera a los seres microscópicos dentro del reino Protista y en 1818 Golfus introdujo el término protozoo para designar a los seres más pequeños descritos por Leewenhoek. Figura 1. Esquema de los dos reinos, vegetal y animal (tomado de Martínez Fernández, 1994). Dra. Vanessa V. Valdés S. 1 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Posteriormente, Hogg en 1860 crea un tercer reino, el Regnium Primigenium formado por los protoctistas y Haeckel en 1876, establece tres reinos integrados por: plantas, protistas y animales. Sucesivamente en 1938, 1947 y 1956, Copeland describe 4 reinos: Monera, Protoctista, Plantae y Animalia. Figura 2. Esquema de Haeckel (tomado de Martínez Fernández, 1994). Figura 3. Esquema de los cuatro reinos de Copeland (tomado de Martínez Fernández, 1994). En 1969, Robert H. Whittaker identificó dos reinos de microorganismos básicamente unicelulares, tomando como base su organización celular procariótica o eucariótica, con lo cual propuso el esquema de clasificación de cinco reinos, en el que aparecen los procariotas como antecesores de todos los eucariotas. En este sistema todos los procariotas se incluyen en el reino Procaryotae o Monera. Los reinos eucarióticos se distinguen atendiendo a sus requerimientos nutricionales, patrones de desarrollo, diferenciación de tejidos y posesión de flagelos (9+2). Los organismos eucarióticos unicelulares en su mayor parte se agrupan en el reino Protista (incluye los hongos acuáticos, los hongos mucosos los protozoos y las algas eucarióticas primitivas) y en el momento actual este sistema tiene un amplio uso y simplemente añade a la clasificación propuesta por Copeland, otro reino, el de los hongos. Dra. Vanessa V. Valdés S. 2 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Un año más tarde Margulis y Schwartz, establecieron cinco reinos que representan tres grados de progreso y que comprenden respectivamente: procariotas; eucariotas unicelulares; eucariotas pluricelulares o enocíticos. Los dos primeros grados están representados cada uno por un reino, pero se reconocen tres reinos a nivel pluricelular: Plantae, Animalia y Fungi. Posteriormente se propuso un sexto reíno, argumentando que la estructura celular de las Archaebacterias es diferente de las células procariotas y eucarióticas. El número de reinos es ampliado a 19 por Leedale y posteriormente reducido a tres por Dodson (reino Mychota, en el que se engloban los virus y los procariotas, y los dos restantes representados por Animalia y Plantae). Figura 4. Esquema de Margulis En 1978, Carl R. Woose propuso un sistema de clasificación basado en técnicas de bioquímica y biología molecular que revelaban dos tipos de células procariotas partiendo de la observación de que los ribosomas no son los mismos en todas las células. Precisamente la comparación de secuencias de nucleótidos en el ARN ribosómico (ARNr) de diferentes tipos de células muestra que hay tres grupos claramente diferenciados, los eucariotas y dos tipos diferentes de procariotas que son las eubacterias o bacterias verdaderas y las arqueobacterias o bacterias antiguas. Por ello, Woese consideró que las Arqueobacterias y las Eubacterias aunque son similares en apariencia deberían tener sus propias ramas separadas en el árbol de la evolución y todos los eucariotas deberían agruparse en un tercer reino. Dra. Vanessa V. Valdés S. 3 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Figura Esquema 5. de reinos propuesto por Carl Woese en 1977 Figura 5. Esquema de los cinco reinos concebidos por Whittaker (tomado de Martínez Fernández, 1994) En 1987, Cavalier-Smith, estableció inicialmente seis reinos: Procariota, Protozoa, Chromista (Cryptophyta y Cromophyta), Plantae, Fungi y Animalia y posteriormente en 1993 crea un esquema de filogenia universal de secuencias de ADNr, según el cual establece dos imperios: Bacteria y Eukariota. En el primero se incluye un reino y dos subreinos y en el imperio Eukariota dos superreinos (Archezoa y Metakariota y en este el reino Protozoa y dos subreinos Adictyozoa y Dictyozoa. El resto de los reinos están representados por Plantae, Animalia, Fungi y Chromista. Dra. Vanessa V. Valdés S. 4 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos IMPERIO BACTERIA Reino Eiubacteria Subreino Negibacteria Subreino Posibacteria IMPERIO EUKARYOTA Superreino Archezoa Reino Archezoa Superreino Metakariota Reino Protozoa Subreino Adictyozoa Subreino Dictyozoa Reino Plantae Reino Animalia Reino Fungi Reino Chromista CARACTERES QUE DEFINEN A LOS TRES DOMINIOS Dominio Características Bacteria Células procarióticas. Membranas lipídicas Organismos: Termotogales, compuestas principalmente por diésteres de diacil- flavobacterias, cianobacterias, glicerol. El RNA ribosomal de la subunidad pequeña bacterias púrpuras, bacterias de los ribosomas (16S-rRNA) es del tipo gram-positivas, bacterias verdes eubacteriano, es decir, posee un bucle entre las no-sulfurosas. posiciones 500-545. Archaea Células procarióticas. Membranas lipídicas Organismos: Pyrodictium, compuestas principalmente por diéteres de glicerol Thermoproteous, termococales, isoprenoides o tetraéteres de diglicerol. El RNA metanococales, metanobacterias, ribosomal de la subunidad pequeña de los metanomicrobiales, halófilos ribosomas (16S-rRNA) es del tipo arqueobacteriano, extremos. es decir, tiene una estructura única entre las posiciones 180-197 ó 405-498. Eucarya Células eucarióticas. Membranas lipídicas Organismos: Animales, protozoos compuestas principalmente por diésteres de acil- Dra. Vanessa V. Valdés S. 5 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos ciliados, protozoos flagelados, glicerol. El RNA ribosomal de la subunidad pequeña plantas, hongos, diplomonas, de los ribosomas (18S-rRNA) es del tipo eucariota, algas rojas, euglenoides, es decir, posee una estructura única entre las microsporidias. posiciones 585-655. Caracteres generales que define a cada uno de los 5 reinos Reino Características Procariota Células de vida libre; algunas son multicelulares. Diferenciación celular (bacterias) incipiente en algunos grupos. Incluye a todas las bacterias. Células eucariotas. Flagelo o undulipodio de estructura 9+2 en algún momento de su ciclo de vida. La distinción entre unicelularidad y Protista o multicelularidad es irrelevante. Es un grupo definido por exclusión, es decir, Protoctista no son animales, plantas, hongos ni procariotas. Contiene aproximadamente 27 phyla incluyendo a protozoos y algas como los organismos más comunes. Células eucariotas. Formación de esporas y ausencia de undulipodio (amastigotas). Las esporas haploides germinan generando hifas que por un proceso de septación más o menos incompleto da lugar a la formación de células. El citoplasma puede fluir en mayor o menor grado a través de la hifa. Al conjunto de hifas se le llama micelio y constituye la estructura visible Hongos de la mayor parte de los hongos. Las hifas adyacentes pueden compartir núcleos por conjugación dando lugar a una célula heterocariótica cuyos núcleos se dividen por mitosis y originan una hifa dicariótica. En la reproducción sexual, ambos núcleos se fusionan y forman una célula cigótica diploide que se dividirá por meiosis y formará las nuevas esporas haploides. Plantas Organismos multicelulares eucariotas desarrollados a partir de un embrión que no produce una blástula. Las células eucariotas de la mayor parte de Dra. Vanessa V. Valdés S. 6 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos las plantas poseen plástidos fotosintéticos, sin embargo, ésta no es una característica exclusiva ni general de las plantas. A diferencia de los animales -cuyas células son en su mayoría diploide- y fungi -cuyas células son haploides o dicarióticas- las plantas alternan de manera ordenada un estadio haploide o de gametofito -donde se producen gametos por mitosisy otro diploide o de esporofito -donde se producen gametos por meiosis-. En las plantas con flores, el esporofito domina el ciclo de vida y el gametofito, en lugar de producir una nueva planta independiente, se reduce a unas pocas células dentro de la flor del esporofito. Del mismo modo, en los helechos, el esporofito es la forma que domina el ciclo de vida y el gametofito, a pesar de tener una fase de vida libre, no es visible a simple vista. Organismos multicelulares eucariotas desarrollados a partir de un embrión que pasa por un estadio de blástula. Aunque la multicelularidad ha surgido independientemente en todos los reinos, en los animales es característica ya Animales que las células están unidas por complejas estructuras como los desmosomas, uniones denominadas "gap" y septadas. A diferencia de las plantas, en los animales la meiosis es gamética, es decir, a la reducción cromosómica le sigue inmediatamente la formación de gametos sin posibilidad de originar individuos haploides como el gametofito. Dra. Vanessa V. Valdés S. 7 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos 2. Biodiversidad La vida se expresa de infinitas formas diferentes, y a la gran variedad de formas de vida la llamamos BIODIVERSIDAD. La biodiversidad incluye a todos y cada uno de los seres vivos que habitan el planeta Tierra, incluyendo a los ecosistemas de los que ellos forman parte. Por múltiples razones es necesario e importante ordenar toda esa enorme diversidad, y para hacerlo, primero es importante clasificarla. Desde el punto de vista biológico, clasificar no es otra cosa que ordenar a los seres vivos en grupos, basándose en características que tengan en común. Pero para poder incluir un organismo dentro de un grupo, primero hay que describirlo. Una vez hecho esto, se comparan sus características con las de otros seres vivos conocidos y se incluye al ejemplar junto a aquellos que tengan características comunes. Finalmente, se da un nombre que lo identifique, que es el nombre de la especie, llamado nombre científico. Este nombre les permite a los científicos saber de qué organismo se trata. Nosotros, nuestros hermanos, nuestros padres, nuestros vecinos, los italianos, los asiáticos y los africanos, todos, pertenecemos a la misma especie: Homo sapiens. La especie representa a un grupo de individuos semejantes y con antepasados comunes. Se denomina biodiversidad a la variedad de organismos vivos. Esta definición engloba tres conceptos: Diversidad genética entre los individuos de una especie. Diversidad de especies, lo que incluye tanto la riqueza de especies como su abundancia relativa. Diversidad de ecosistema que se encuentran en la Tierra. Los beneficios de la biodiversidad son muchos y pueden resumirse en los denominados cuatro E: ecológico, económico, ético y estético. Ecológico. Permite la estabilidad de los ecosistemas y el mantenimiento de los procesos naturales que se realizan en ellos. Económico. Proporciona muchos productos útiles para el ser humano, como alimentos, medicamentos y materias primas diversas. Dra. Vanessa V. Valdés S. 8 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Ético. La aparición de las especies biológicas ha sido consecuencia de un largo proceso evolutivo, y todas ellas merecen su supervivencia. Estético. La diversidad de la vida es una de las grandes bellezas de la naturaleza. Una manera de valorar el grado de biodiversidad consiste en observar el número de especies distintas por unidad de superficie, aunque en muchos casos este método no es fácil de aplicar. Por ello se estudia el llamado índice de biodiversidad H, que se calcula según la fórmula de Shannon-Weaver: H = - ΣPi log Pi Pi es la probabilidad (en tanto por 1) de que dos individuos elegidos al azar de un ecosistema pertenezcan a la misma especie. Hay que observar que, debido al signo negativo, cuanto mayor será esta probabilidad menor será la biodiversidad. El valor mínimo se da cuando todos los individuos del ecosistema son de la misma especie. El valor máximo correspondería al caso hipotético en que cada individuo fuera de la distinta especie. 12.1.- Pérdida de la biodiversidad: extinción de especies La biodiversidad está sujeta a diferentes factores que pueden hacer que disminuya. Algunos de ellos son procesos naturales: cambios climáticos, procesos geológicos. Sin embargo, en la actualidad, el principal factor que provoca pérdida de biodiversidad es la acción humana, a través de tres vías: la sobreexplotación del medio, la destrucción de hábitats y la contaminación de los ecosistemas. Sobreexplotación del medio. El abuso que el ser humano hace del medio para obtener recursos de todo tipo hace que muchas especies resultan perjudicadas y su número disminuya. Dra. Vanessa V. Valdés S. 9 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos La agricultura intensiva, el pastoreo excesivo y la deforestación son prácticas que provocan una pérdida importante de la biodiversidad. También se pueden citar el coleccionismo de especies cuyo número es escaso, la caza, la compra de mascotas exóticas, etc. Destrucción de hábitats. La ocupación de medios naturales por urbanizaciones, vías de comunicación o tierras de cultivo, ha hecho desaparecer numerosos ecosistemas y, con ellos, muchas especies. Se ha podido observar que, cuando un ecosistema reduce su extensión a una décima parte de la original, pueden perderse la mitad de las especies que lo ocupaban. Contaminación de los ecosistemas. Los contaminantes producidos por las actividades humanas (pesticidas, residuos, vertidos industriales y domésticos, etc) alteran los ecosistemas y tienen graves consecuencias para los seres vivos. Algunas especies soportan mal la contaminación y el número de sus individuos desciende con rapidez. Introducción de especies extrañas. Cuando una especie no perteneciente a un ecosistema (alóctona) es introducida en él, provoca varios efectos sobr las especies autóctonas: competencia, depredación, etc. Esto provoca la desaparición de algunas de ellas. En ocasiones, la introducción se realiza de forma deliberada para aumentar la pesca deportiva o por motivos supuestamente ecológicos como el control de ciertas poblaciones cuyo crecimiento es excesivo. Otras veces se produce de forma accidental, como el escape de mascotas, por ejemplo. Protección de la biodiversidad Las medidas que se pueden aplicar para evitar la disminución de la biodiversidad son: Actuaciones generales: desarrollo sostenible que evite el deterioro medioambiental y la sobreexplotación de los recursos. Medidas correctoras: creación de espacios naturales protegidos en zonas de gran valor ecológico o sujetas a cualquier riesgo, actuaciones dirigidas a recuperar poblaciones de Dra. Vanessa V. Valdés S. 10 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos especies amenazadas, construir bancos de semillas que aseguren la permanencia de especies vegetales, etc. España tiene la mayor biodiversidad de Europa, con cerca de 98000 especies distintas. De ellas, 546 están amenazadas de alguna forma. Incluso, 150, se encuentran en peligro de extinción. Endemismos Se conocen como endemismos las especies exclusivas de una determinada zona geográfica que no se encuentran en ningún otro lado de la Tierra. Suelen ser especies amenazadas por múltiples factores (contaminación, coleccionismo, sobreexplotación, invasión humana de zonas naturales, etc), por lo que su valor biológico es enorme. España cuenta con un gran número de especies endémicas, tanto animales como vegetales, algunas de las cuales son muy características de determinadas áreas y bastantes conocidas popularmente. Endemismos animales. Entre los más característicos de nuestro país podemos destacar mamíferos como el lince ibérico, la cabra hispánica, el lobo ibérico o el oso pardo ibérico; aves como el buitre negro o el águila imperial ibérica; reptiles como el lagarto gigante del Hierro o la lagartija ibérica, y anfibios como el sapillo balear, el gallipato o el tritón ibérico. Endemismo vegetales. Podemos mencionar plantas como la violeta de Cazorla, la manzanilla real, el helecho escoba, el palmito y árboles como el drago canario. 3. La taxonomía, la ciencia de la clasificación La ciencia encargada de nombrar y clasificar a los organismos en categorías organizadas jerárquicamente se denomina Taxonomía; es una subdisciplina de la Biología Sistemática, Dra. Vanessa V. Valdés S. 11 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos la cual estudia las relaciones de parentesco de los seres vivos y su historia evolutiva o filogenia. La pregunta central de la filogenia es: ¿Quién está relacionado con quién? Los métodos para responder esta pregunta son una parte importante de los sistemas de clasificación filogenético. Un método, el cladístico, agrupa las especies en base a sus caracteres compartidos, los cuales son cuantificables y heredables. Un carácter puede ser una característica morfológica, fisiológica o un rasgo a nivel molecular, entre otras. Debido a que cada especie tiene muchas características, los agrupamientos cladísticos suelen diferir de acuerdo a qué característica se tenga en cuenta. Una forma gráfica de representar las clasificaciones jerárquicas es mediante una estructura en forma de árbol o dendrograma. Para el caso de este tipo de clasificaciones biológicas, los mismos se denominan, en general, “Árboles filogenéticos” y reciben diferentes nombres dependiendo del método empleado. Un árbol obtenido por métodos cladísticos se llama cladograma; muestra las relaciones evolutivas entre varias especies u otras entidades que se cree que tienen una ascendencia común. En un cladograma, cada línea representa un linaje, que se puede ramificar en más linajes en un nodo. El nodo representa un ancestro común. A su vez, cada rama termina en un clado, es decir, un grupo de especies que comparten un conjunto de características. Idealmente, un clado es un grupo MONOFILÉTICO, es decir, un grupo que comprende a un ancestro y todos sus descendientes, vivos o extintos. Un clado puede estar conformado por una especie o por miles. Dra. Vanessa V. Valdés S. 12 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Cladograma que representa el parentesco entre los linajes A, B y C. La Taxonomía tiene por objeto agrupar a los seres vivos que presenten semejanzas entre sí y que muestren diferencias con otros seres, estas unidades se clasifican principalmente en siete categorías jerárquicas de más grande a más pequeña que son: Reino - Phylum (Tipo) - Clase - Orden - Familia - Género - Especie Estos siete niveles a veces no suelen ser suficientes para clasificar de forma clara a todos los seres vivos, y es necesario en algunos casos crear subdivisiones intermedias, como Superorden que agrupa varios Órdenes, suborden, superfamilia, que agrupan varias familias, etc. Dra. Vanessa V. Valdés S. 13 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos La unidad fundamental de la que parte toda la clasificación es la Especie. Una definición simplificada de especie puede ser esta: Unidad biológica de agrupación de seres en la que todos sus miembros son capaces de aparearse entre sí y producir crías viables y fértiles. Pongamos un ejemplo: los caballos y los burros son capaces de aparearse entre sí, y de producir crías viables, las mulas, pero estas crías no serán fértiles por lo que el caballo y el burro son especies diferentes. Para la designación de las especies se utiliza un nombre compuesto por dos palabras, escritas en minúsculas y cursiva, la primera de ellas corresponde al Género que comienza por mayúscula, y la segunda escrita en minúscula corresponde a la especie. A veces es necesario definir una subespecie, entonces se le añade una tercera palabra, también en minúscula. "Homo sapiens neardenthalensis". Homo es el género, sapiens la especie, subespecie neardenthalensis. Los biólogos y paleontólogos suelen incluir detrás del nombre completo de la especie el nombre de la persona que la describió, así como el año de publicación. Aspectos importantes en la clasificación de los seres vivos: Características morfológicas: se deben tener en cuenta la forma de los organismos, por ejemplo la cantidad de patas, si tiene alas, pelo, plumas, pico, etc. Características fisiológicas: aquí se observan las funciones que realizan los organismos para vivir; por ejemplo las plantas realizan la fotosíntesis. Características citológicas: se refieren a las características o tipos de célula que conforman a cada organismo, por ejemplo que sus células tengan pared celular, cloroplastos etc. Características moleculares: se observa específicamente el ADN, puesto que es una molécula única para cada ser vivo. Dra. Vanessa V. Valdés S. 14 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos También existen otras categorías como la forma en la que los seres vivos obtienen su alimento: autótrofos o heterótrofos; por su función en los ecosistemas: descomponedores, productores o consumidores de diferentes órdenes. Categorías del sistema de clasificación Dominio: en esta categoría se agrupan los seres vios por sus características celulares. Reino: esta categoría divide a los seres vivos por su naturaleza en común. Filo: aquí se agrupan los seres vivos por su mismo sistema de organización. Ejemplo porque tienen el mismo tipo de tejidos, reproducción, órganos y sistemas. Clase: Los filos se dividen en clases por las características más comunes que hay entre ellos, es decir, por las semejanzas mayores que existan entre los integrantes de un filo. Orden: el orden es una división de la clase que también se basa en características comunes de algunos seres vivos dentro de una clase. Familia: Una familia es la agrupación de seres vivos con características comunes dentro de un orden. Ejemplo: Del Orden Primates proviene la familia Hominidae, que comprende a los primates bípedos. Género: Es la categoría taxonómica que emparenta a las especies relacionadas entre sí por medio de la evolución. De la familia Hominidae, por ejemplo, surge el género Homo, que comprende al humano y sus antecesores. Especie: Es la categoría más baja. Es usada para referirse a un grupo de individuos que cuentan con las mismas características permitiendo la descendencia fértil entre ellos. Hagamos un ejemplo simplificado de recapitulación de lo visto: El perro doméstico, a pesar de las diferencias de aspecto entre las razas existentes es una especie única Canis familiaris, ya que es posible el apareamiento entre un chihuahua y un mastín, (aunque debe ser bastante complicado) y las crías obtenidas siguen siendo fértiles. Dra. Vanessa V. Valdés S. 15 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Los perros pertenecen junto con los lobos y chacales al género Canis, que entre sí no pueden cruzarse y dar crías viables y fértiles. Este género junto con los zorros (del género Vulpes) forma la familia de los Cánidos (Canidae). Los Cánidos, junto con los Úrsidos, Félidos y otras familias de comedores de carne se unen formando el Orden de los Carnívoros, que junto con otros Órdenes forman la Clase de los Mamíferos (tienen pelo, y producen leche), que a su vez se sitúan dentro del Subtipo Vertebrados (soportados por huesos), dentro del Tipo Cordados (con notocorda sistema nervioso central), que pertenece al Reino Animal (con capacidad para moverse) y por último al Superreino Eucariotas que son aquellos cuyas células poseen núcleo. Dra. Vanessa V. Valdés S. 16 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Dra. Vanessa V. Valdés S. 17 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Superreino Reino Tipo Subtipo Clase Orden Familia Género Especie Dra. Vanessa V. Valdés S. Eucariotas Animal Cordados Vertebrados Mamíferos Carnívoros Cánidos Canis Canis familiaris 18 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Dra. Vanessa V. Valdés S. 19 Módulo VI. Clasificación de los seres vivos Dra. Vanessa V. Valdés S. 20