La filogènia.

Per determinar la història evolutiva dels organismes, els biòlegs i, entre ells els paleontòlegs, construeixen arbres genealògics. L'arbre genealògic d'un grup d'organismes també s'anomena filogènia, que prové de les paraules gregues phylum (tribu) i genos (naixement). En les filogènies, cadascuna de les branques que parteixen d'un tronc comú s'anomenen clades (que en grec significa "branca"), mentre que les seccions horitzontals a través de les filogènies es denominen graus. Quan apareix un nou tipus d'organisme, es parla de formació, i s'afegeix un nou clade o segment de clade a una filogènia. I si quan l'organisme desapareix, és quan es diu que s'ha extingit. Quan un clade es parteix en dos, es parla de divergència evolutiva, i quan dos clades no emparentats comparteixen una característica comuna, es parla de convergència evolutiva. Les poblacions d'organismes que apareixen en una filogènia solen assignar-se a grups anomenats taxons. Així doncs, cada tipus diferent de dinosaures en la filogènia d'aquests animal és un taxó i aquests poden agrupar-se en taxons més grans basats en les seves relacions de parentesc mútues, el que s'anomenen relacions filogenètiques. 

Si és així, com ho fan els paleontòlegs per construir la filogènia d'un grup de taxons extingits com els dinosaures? Fins molt recentment, el mètode més comú consistia en examinar el lapsus de temps transcorregut i la semblança general dels fòssils de varis taxons com dades clau en les relacions filogenètiques. Aquest mètode s'anomena estratofenètic, referint-se als termes estrat o capa rocosa i població d'organismes. El mètode estratofenètic identifica els taxons ancestrals com aquells que s'assemblen als taxons descendents en una o més característiques. El problema que tenen molts paleontòlegs amb la filogènia estratofenètica, es que aquest dóna per asseguda l'existència d'un registre fòssil complet i que l'antecessor està representat per fòssils més antics que els del descendent. En teoria, aquest seria sempre el cas, però en la pràctica el registre fòssil conegut de molts taxons és molt incomplet, sobretot el dels dinosaures. Degut a això, gairebé mai podem estar segurs de si els fòssils més antics representen els avantpassats de fòssils més recents i tampoc podem donar per cert que hem descobert tots els antecessors i descendents d'un tipus de filogènia.

Ja que el registre fòssil dels dinosaures no té molts antecessors i descendents, la majoria dels paleontòlegs ja no utilitzen el mètode estratofenètic per estudiar filogènies, si no un altre de diferent que posa menys èmfasi en els registres fòssils complets. Aquest mètode s'anomena cladístic i la filogènia resultant es denomina cladograma. Els cladogrames no incorporen informació sobre el període de temps geològic dels taxons, si no que només es basen en les semblances físiques d'aquests. Les similituds entre taxons que marquen l'estructura d'un cladograma s'anomena novetats evolutives, que són els canvis heretats en una estructura preexistent. Segons la cladística, dos taxons estan relacionats quan comparteixen novetats evolutives. Els taxons que comparteixen un major nombre de novetat evolutives són els que estan més emparentats i en el cladograma apareixen divergent d'un avantpassat comú, és el que s'anomena un grup monofilètic. També hi ha els grups parafilètics, que, tot i que tots els integrats del grup tenen un avantpassat comú, no hi estan presents tots els descendents d'aquest, i els grups polifilètics, en que els seus membres no comparteix un avantpassat comú.

Però, com es poden identificar les novetats evolutives que s'utilitzen en la construcció dels cladogrames? Quan s'examina l'aparició i l'evolució d'un taxó, es pot veure que aquest ha heretat alguns trets del seu antecessor. Les característiques heretades es poden identificar com "primitives", però les que apareixen per primera vegada en el nou taxó, les seves novetats evolutives, es consideren com derivades. A diferència de les característiques primitives, aquestes característiques derivades reuneixen els organismes dins d'un grup en que els seus components estan estretament emparentats, però només si aquestes novetats apareixen una sola vegada. Si és el cas que aquestes característiques apareixen més d'una vegada en taxons que no comparteixen un avantpassat comú, és quan es tracta de convergència evolutiva. La convergència és l'amenaça principal quan es tracta d'establir la filogènia correcta d'un grup de taxons. Una vegada construït un cladograma, es pot afegir informació per convertir-lo en un arbre filogenètic. La informació que es sol afegir té com objectiu convertir l'eix vertical del cladograma en una escala de temps geològic i indicar quins taxons serien els avantpassats i quins els descendents.

La cladística no dóna per fet l'existència de registres fòssils complets si no que simplement intenta identificar els taxons estretament emparentats per les seves novetats evolutives compartides. Tot i això, la cladística presenta els seus problemes. Alguns d'aquests surten de la convergència, ja que les novetats evolutives que presenten dos taxons no emparentats es creien que podrien servir per relacionar-los quan no és així. A més, no tots els paleontòlegs  estan d'acord en que un tret concret és una novetat evolutiva en comptes d'un caràcter primitiu heretat per un antecessor. Això ha causat freqüents debats entre investigadors que intenten construir les filogènies cladístiques dels animals extingits.

Cladograma dels vertebrats. En aquest cas, els rèptils i els ocells serien un grup monofilètic, els rèptils serien un grup parafilètic (realment no tots els rèptils parteixen d'un avantpassat comú), i els ocells i els mamífers serien un grup polifilètic.
Foto: Viquipèdia. 

Un altre cladograma més concret però més estructurat, el dels dinosaures Teròpodes. En aquest, s'ha fet basant-se en característiques dentals.
Foto: Zootaxa.