Como los árboles genealógicos de una familia, los árboles filogenéticos representan patrones de parentesco. Sin embargo, las familias humanas tienen la oportunidad de registrar su propia historia a medida que va sucediendo, los linajes evolutivos no pueden hacer lo mismo, las especies en la naturaleza no aparecen junto a etiquetas que indiquen sus historias familiares.
Los biólogos pueden reconstruir estas historias a través de la recolección y el análisis de evidencias, que son utilizadas para formular hipótesis acerca de cómo están relacionados los organismos, construyendo una filogenia.
Para construir un árbol filogenético como el que se ve arriba , los biólogos reúnen datos acerca de los caracteres de cada organismo que les interesa. Los caracteres son rasgos heredables que pueden ser comparados entre los organismos, como las características físicas (morfología), secuencias genéticas, y rasgos del comportamiento.
Para construir la filogenia de los vertebrados, comencemos por examinar los representantes de cada linaje para aprender acerca de su morfología básica. El linaje de los vertebrados tiene, un esqueleto óseo, cuatro extremidades, un huevo amniótico, etc.
Usando caracteres derivados compartidos
Nuestro objetivo es hallar evidencia que nos ayude a agrupar a los organismos en cladas cada vez más inclusivas. Específicamente, estamos interesados en los caracteres derivados compartidos. Un caracter compartido es aquel que dos linajes tienen en común, y un caracter derivado es aquel que ha evolucionado en el linaje encabezando la clada y los miembros del grupo de esa clada separados de otros individuos.
Los caracteres derivados compartidos pueden ser usados para agrupar organismos en cladas. Por ejemplo, todos los anfibios, tortugas, lagartos, serpientes, cocodrilos, aves y mamíferos tienen o han tenido (históricamente) cuatro extremidades. Si observa una serpiente actual podemos no distinguir sus extremidades de manera obvia, pero los fósiles muestran que las antiguas serpientes tuvieron extremidades, y algunas serpientes actuales conservan extremidades rudimentarias. Poseer cuatro extremidades es un carácter derivado compartido heredado de un ancestro común que ayuda a agrupar aparte esta clada particular de vertebrados.
Sin embargo, la presencia de cuatro extremidades no es útil para determinar relaciones entre (o dentro de) la clada que se ve en verde en el esquema, porque todos los linajes en la clada tienen este carácter. Para determinar las relaciones en esta clada, necesitamos examinar otros caracteres que varían a través de los linajes de la clada.