Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos

Uma árvore filogenética é uma representação gráfica matemática da história e dos relacionamentos ancestrais – descendentes de grupos, populações, espécies ou qualquer outra categoria taxonômica. Teoricamente, todas as árvores filogenéticas podem ser agrupadas na árvore da vida, constituindo a árvore universal.

Essas representações gráficas revolucionaram o estudo da biologia evolutiva, pois permitem estabelecer e definir uma espécie, testando várias hipóteses evolutivas (como a teoria endossimbiótica), avaliando a origem de doenças (como o HIV), etc.

Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos 1

Fonte: John Gould (14 de setembro de 1980 – 3 de fevereiro de 1988) [Domínio público]

As árvores podem ser reconstruídas usando caracteres morfológicos ou moleculares, ou ambos. Da mesma forma, existem vários métodos para construí-los, sendo o mais comum a metodologia Cladist. Ele procura identificar caracteres derivados compartilhados, conhecidos como sinapomorfia.

Caracteristicas

Um dos princípios desenvolvidos por Charles Darwin constitui a ancestralidade comum de todos os organismos vivos – ou seja, todos compartilhamos um ancestral remoto.

Em “A Origem das Espécies”, Darwin levanta a metáfora da “árvore da vida”. De fato, ele usa uma árvore gráfica hipotética para desenvolver sua ideia (curiosamente, é a única ilustração da Origem ).

A representação dessa metáfora é o que conhecemos como árvores filogenéticas, que nos permite exibir graficamente a história e as relações de um grupo específico de organismos.

Anatomia de uma árvore filogenética

Nas árvores filogenéticas, podemos distinguir as seguintes partes – seguindo a analogia botânica:

Ramos: as linhas das árvores são chamadas de “ramos” e representam as populações estudadas ao longo do tempo. Dependendo do tipo de árvore (veja abaixo), o comprimento do ramo pode ou não ter um significado.

Na ponta dos galhos, encontramos os organismos que queremos avaliar. Podem ser entidades que estão atualmente vivas ou seres extintos. As espécies seriam as folhas da nossa árvore.

Raiz: a raiz é o ramo mais ancestral da árvore. Alguns têm e são chamados de árvores enraizadas, enquanto outros não.

Nós: pontos de ramificação de ramificações em duas ou mais linhagens são chamados nós. O ponto representa o ancestral comum mais recente dos grupos descendentes (observe que esses ancestrais são hipotéticos).

A existência de um nó implica um evento de especiação – criação de novas espécies. Depois disso, cada espécie segue seu curso evolutivo.

Terminologia adicional

Além desses três conceitos básicos, existem outros termos necessários em relação às árvores filogenéticas:

Politomia : quando em uma árvore filogenética ele tem mais de dois ramos em um nó, diz-se que há uma politomia. Nesses casos, a árvore filogenética não é completamente resolvida, porque as relações entre os organismos envolvidos não são claras. Isso geralmente acontece devido à falta de dados e só pode ser resolvido quando um pesquisador acumula mais.

Grupo externo : em questões filogenéticas, é comum ouvir o conceito de grupo externo – também chamado de grupo externo . Este grupo está selecionado para poder fazer root na árvore. Deve ser escolhido como um táxon que anteriormente divergia do grupo de estudo. Por exemplo, se eu estiver estudando equinodermes, você poderá usar grupos externos para ascites.

Tipos

Existem três tipos básicos de árvores: cladogramas, árvores aditivas e árvores ultra-métricas.

Cladogramas são as árvores mais simples e exibem a relação dos organismos em termos de ancestralidade comum. As informações sobre esse tipo de árvore residem nos padrões de ramificação, pois o tamanho das ramificações não tem significado adicional.

O segundo tipo de árvore é o aditivo, também chamado de árvores métricas ou filogramas. O comprimento dos ramos está relacionado à quantidade de mudança evolutiva.

Por fim, temos as árvores ou dendogramas ultramétricos, onde todas as pontas das árvores estão à mesma distância (o que não ocorre no filograma, onde uma dica pode parecer menor ou maior que a do companheiro). O comprimento do ramo está relacionado ao tempo evolutivo.

A escolha da árvore está diretamente relacionada à questão evolutiva que queremos responder. Por exemplo, se nos preocuparmos apenas com as relações entre indivíduos, um cladograma será suficiente para o estudo.

Erros mais comuns ao ler árvores filogenéticas

Embora as árvores filogenéticas sejam frequentemente gráficos amplamente utilizados na biologia evolucionária (e na biologia geral), há muitos estudantes e profissionais que não entendem a mensagem que esses gráficos aparentemente simples tentam transmitir ao leitor.

Não há tronco

O primeiro erro é lê-los lateralmente, supondo que a evolução implique progresso. Se entendemos corretamente o processo evolutivo, não há razão para pensar que à esquerda estão as espécies ancestrais e à direita as espécies mais avançadas.

Embora a analogia da árvore botânica seja muito útil, chega um momento em que não é mais tão exata. Há uma estrutura crucial da árvore que não está presente na árvore: o tronco. Nas árvores filogenéticas, não encontramos nenhum ramo principal.

Especificamente, algumas pessoas podem considerar o homem como o “objetivo” final da evolução e, portanto, a espécie Homo sapiens deve sempre estar localizada como a entidade final.

No entanto, essa visão não é consistente com os princípios evolutivos. Se entendermos que as árvores filogenéticas são elementos móveis, podemos colocar o Homo em qualquer posição terminal da árvore, pois essa característica não é relevante na representação.

Os nós podem girar

Uma característica vital que devemos entender sobre as árvores filogenéticas é que elas representam gráficos não estáticos.

Neles, todos esses ramos podem girar – da mesma maneira que um celular pode fazê-lo. Não queremos dizer que podemos mover os galhos à vontade, porque alguns movimentos implicariam a alteração do padrão ou da topologia da árvore. O que podemos rotacionar são os nós.

Para interpretar a mensagem de uma árvore, não devemos nos concentrar na ponta dos galhos, devemos fazê-lo nos pontos de ramificação, que são o aspecto mais importante do gráfico.

Além disso, devemos ter em mente que existem várias maneiras de desenhar uma árvore. Muitas vezes, depende do estilo do livro ou da revista, e as mudanças na forma e na posição dos galhos não afetam as informações que eles querem nos transmitir.

Não podemos deduzir a existência de espécies ancestrais ou “antigas” atuais

Quando vamos nos referir às espécies atuais , não devemos aplicar conotações ancestrais. Por exemplo, quando pensamos nas relações entre chimpanzés e humanos, podemos entender erroneamente que os chimpanzés são ancestrais em relação à nossa linhagem.

No entanto, o ancestral comum dos chimpanzés e humanos não era. Pensar que o chimpanzé é ancestral seria assumir que sua evolução parou assim que as duas linhagens se separaram.

Seguindo a mesma lógica dessas idéias, uma árvore filogenética também não nos diz se há espécies jovens. Como as frequências alélicas mudam constantemente e há novos caracteres mudando ao longo do tempo, é difícil determinar a idade de uma espécie e, certamente, uma árvore não nos fornece esses dados.

A “mudança nas frequências alélicas ao longo do tempo” é a maneira pela qual a genética populacional define evolução.

Eles são inalteráveis

Ao observar uma árvore filogenética, devemos entender que este gráfico é simplesmente uma hipótese gerada a partir de evidências concretas. Se adicionarmos mais caracteres à árvore, ela poderá modificar sua topologia.

A experiência dos cientistas na escolha dos melhores personagens para elucidar as relações dos organismos em questão é essencial. Além disso, existem ferramentas estatísticas muito poderosas que permitem aos pesquisadores avaliar árvores e escolher as mais plausíveis.

Exemplos

Os três domínios da vida: Archaea, Bactérias e Eukarya

Em 1977, o pesquisador Carl Woese propôs agrupar organismos vivos em três domínios: Archaea, Bacteria e Eukarya. Este novo sistema de classificação (anteriormente havia apenas duas categorias, Eukaryota e Prokaryota) foi baseado no marcador molecular RNA ribossômico.

Bactérias e eucariotos são organismos amplamente conhecidos. As arquéias são frequentemente confundidas com bactérias. No entanto, estes diferem profundamente na estrutura de seus componentes celulares.

Portanto, embora sejam organismos microscópicos como bactérias, os membros do domínio Archaea estão mais relacionados aos eucariotos – porque compartilham um ancestral comum mais próximo.

Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos 2

Fonte: Elaborado por Mariana Gelambi.

Filogenia de primatas

Na biologia evolucionária, uma das questões mais controversas é a evolução do homem. Para os oponentes dessa teoria, não há lógica para uma evolução baseada em um ancestral símio que deu origem ao homem de hoje.

Um conceito-chave é entender que não evoluímos dos macacos atuais, mas compartilhamos um ancestral comum com eles. Na árvore dos macacos e humanos, destaca-se que o que conhecemos como “macaco” não é um grupo monofilético válido, pois exclui o humano.

Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos 3

Fonte: Elaborado por Mariana Gelambi.

Filogenia dos cetartiodáctilos (Cetartiodactyla)

Evolutivamente falando, os cetáceos representavam um grupo de vertebrados cujas relações com o resto de seus companheiros mamíferos não eram muito claras. Morfologicamente, baleias, golfinhos e outros membros têm pouca semelhança com o resto dos mamíferos.

Atualmente, graças ao estudo de diferentes caracteres morfológicos e moleculares, concluiu-se que o grupo irmão de cetáceos grandes é formado por artiodáctilos – ungulados com cascos uniformes.

Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos 4

Fonte: Elaborado por Mariana Gelambi.

Referências

  1. Baum, DA, Smith, SD, e Donovan, SS (2005). O desafio de pensar em árvores.Science , 310 (5750), 979-980.
  2. Curtis, H. & Barnes, NS (1994). Convite para biologia . Macmillan
  3. Hall, BK (Ed.). (2012).Homologia: A base hierárquica da biologia comparada . Imprensa acadêmica
  4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC e Garrison, C. (2001). Princípios integrados de zoologia . McGraw – Hill.
  5. Kardong, KV (2006).Vertebrados: anatomia comparada, função, evolução . McGraw-Hill
  6. Kliman, RM (2016).Enciclopédia de Biologia Evolutiva . Imprensa acadêmica
  7. Losos, JB (2013).O guia de Princeton para a evolução . Imprensa da Universidade de Princeton.
  8. Page, RD, & Holmes, CE (2009).Evolução molecular: uma abordagem filogenética . John Wiley & Sons.
  9. Rice, SA (2009).Enciclopédia da evolução . Publicação Infobase.
  10. Starr, C., Evers, C. e Starr, L. (2010).Biologia: conceitos e aplicações sem fisiologia . Cengage Learning

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies