Filogenia: interpretação, tipos de árvores, aplicações

Uma filogenia , na biologia evolutiva, é uma representação da história evolutiva de um grupo de organismos ou de uma espécie, enfatizando a linha de descendentes e as relações de parentesco entre os grupos.

Hoje, os biólogos usaram dados principalmente de morfologia e anatomia comparativa e seqüências de genes para reconstruir milhares e milhares de árvores.

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Fonte: Wilson JEM Costa [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons

Essas árvores procuram descrever a história evolutiva das diferentes espécies de animais, plantas, micróbios e outros seres orgânicos que habitam a terra.

A analogia com a árvore da vida data da época de Charles Darwin. Este brilhante naturalista britânico incorpora na obra-prima ” A Origem das Espécies ” uma imagem única: uma “árvore” que representa a ramificação das linhagens, com base em um ancestral comum.

O que é uma filogenia?

À luz das ciências biológicas, um dos eventos mais surpreendentes que aconteceu foi a evolução. A referida mudança das formas orgânicas com o passar do tempo, pode ser representada em uma árvore filogenética. Portanto, a filogenia expressa a história das linhagens e como elas mudaram ao longo do tempo.

Uma das implicações diretas deste gráfico é a ancestralidade comum. Ou seja, todos os organismos que vemos hoje surgiram como descendentes com modificações de formas passadas. Essa ideia foi uma das mais significativas da história da ciência.

Todas as formas de vida que podemos apreciar hoje – de bactérias microscópicas a plantas e vertebrados maiores – estão conectadas e essa relação é representada na vasta e intrincada árvore da vida.

Dentro da analogia das árvores, as espécies que vivem hoje representariam as folhas e o restante dos galhos seria sua história evolutiva.

O que é uma árvore filogenética?

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É mostrada uma filogenia simplificada dos metazoários. Para alguns grupos, uma representação esquemática é associada a alguns dos tipos de olhos que podem apresentar: Copo, Câmera com orifício de entrada de luz, Câmera com lente, Composto por aposição e Composto por sobreposição. Laura bibiana [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Uma árvore filogenética é uma representação gráfica da história evolutiva de um grupo de organismos. Esse padrão de relações históricas é a filogenia que os pesquisadores tentam estimar.

Árvores consistem em nós que conectam os “galhos”. Os nós terminais de cada ramo são os táxons terminais e representam as seqüências ou organismos dos quais os dados são conhecidos – estes podem ser espécies vivas ou já extintas.

Os nós internos representam ancestrais hipotéticos, enquanto o ancestral encontrado na raiz da árvore, representa o ancestral de todas as seqüências representadas no gráfico.

Como as árvores filogenéticas são interpretadas?

Existem muitas maneiras de representar uma árvore filogenética. Portanto, é importante saber se essas diferenças observadas entre duas árvores se devem a topologias diferentes – ou seja, diferenças reais correspondentes a duas grafias – ou são simplesmente diferenças relacionadas ao estilo da representação.

Por exemplo, a ordem em que os rótulos aparecem no topo pode variar, sem alterar o significado da representação gráfica, geralmente o nome da espécie, o gênero, a família, entre outras categorias.

Isso ocorre porque as árvores se assemelham a um móvel, onde os galhos podem girar sem alterar o relacionamento das espécies representadas.

Nesse sentido, não importa quantas vezes a ordem seja modificada ou os objetos “pendurados” sejam girados, pois isso não altera a maneira como eles estão conectados – e isso é importante.

Como as filogenias são reconstruídas?

Filogenias são hipóteses formuladas com base em evidências indiretas. A diluição de uma filogenia se assemelha ao trabalho de um investigador na solução de um crime, seguindo as pistas da cena do crime.

Os biólogos frequentemente postulam suas filogenias usando o conhecimento de vários ramos, como paleontologia, anatomia comparada, embriologia comparada e biologia molecular.

O registro fóssil, embora incompleto, fornece informações muito valiosas sobre os tempos de divergência dos grupos de espécies.

Com o passar do tempo, a biologia molecular superou todos os campos acima mencionados, e a maioria das filogenias é inferida por dados moleculares.

O objetivo de reconstruir uma árvore filogenética envolve uma série de grandes inconvenientes. Existem aproximadamente 1,8 milhões de espécies nomeadas e muitas outras sem serem descritas.

E, embora um número significativo de cientistas se esforce diariamente para reconstruir as relações entre as espécies, ainda não há uma árvore completa.

Personagens homólogos

Quando os biólogos desejam descrever as semelhanças entre duas estruturas ou processos, podem fazê-lo em termos de ancestralidade comum (homologias), analogias (função) ou homoplasia (semelhança morfológica).

Para reconstruir uma filogenia, apenas caracteres homólogos são usados. Homologia é um conceito-chave na evolução e recreação das relações entre espécies, uma vez que apenas reflete adequadamente a ancestralidade comum dos organismos.

Suponha que desejemos inferir a filogenia de três grupos: pássaros, morcegos e humanos. Para atingir nosso objetivo, decidimos usar as extremidades superiores como um recurso que nos ajuda a discernir o padrão de relacionamentos.

Como os pássaros e os morcegos modificaram as estruturas de vôo, podemos concluir, erroneamente, que os morcegos e os pássaros estão mais relacionados entre si do que os humanos. Por que chegamos a uma conclusão errada? Porque usamos um caráter análogo e não homólogo.

Para encontrar o relacionamento certo, devo procurar um caráter homólogo, como a presença de cabelos, glândulas mamárias e três pequenos ossos no ouvido médio – só para citar alguns. No entanto, homologias não são fáceis de diagnosticar.

Tipos de árvore

Nem todas as árvores são iguais, existem representações gráficas diferentes e cada uma delas consegue incorporar alguma característica peculiar da evolução do grupo.

As árvores mais básicas são os cladogramas. Esses gráficos mostram os relacionamentos em termos de ancestralidade comum (de acordo com os ancestrais comuns mais recentes).

As árvores aditivas contêm informações adicionais e são representadas no comprimento dos galhos.

Os números associados a cada ramo correspondem a algum atributo na sequência – como a quantidade de mudança evolutiva pela qual os organismos sofreram. Além de “árvores aditivas”, elas também são conhecidas como árvores métricas ou filogramas.

As árvores ultramétricas, também chamadas de dendogramas, são um caso particular de árvores aditivas, onde as pontas da árvore são equidistantes da raiz para a árvore.

Essas duas últimas variantes têm todos os dados que podemos encontrar em um cladograma e informações extras. Portanto, eles não são exclusivos, mas complementares.

Politomias

Muitas vezes, os nós da árvore não são totalmente resolvidos. Visualmente, diz-se que há uma politomia, quando uma nova deixa mais de três ramos (existe apenas um ancestral para mais de dois descendentes imediatos). Quando uma árvore não possui politomias, diz-se que ela está totalmente resolvida.

Existem dois tipos de politomias. Os primeiros são politomias “difíceis”. Eles são intrínsecos ao grupo de estudo e indicam que os descendentes evoluíram ao mesmo tempo. Como alternativa, politomias “suaves” indicam relacionamentos não resolvidos causados ​​por dados em si.

Classificação evolutiva

Linhagens monofiléticas

Os biólogos evolucionistas procuram encontrar uma classificação que se encaixe no padrão de ramificação da história filogenética dos grupos. Nesse processo, uma série de termos amplamente utilizados na biologia evolutiva foi desenvolvida: monofilética, parafilética e polifilética.

Um táxon ou linhagem monofilética é aquela que compreende uma espécie ancentral, representada no nó, e todos os seus descendentes, mas não outras espécies. Esse agrupamento é chamado clado.

Linhagens monofiléticas são definidas em cada nível da hierarquia taxonômica. Por exemplo, a Família Felidae, uma linhagem que contém felinos (incluindo gatos domésticos), é considerada monofilética.

Da mesma forma, Animalia também é um táxon monofilético. Como vemos, a família Felidae está dentro de Animalia, portanto, grupos monofiléticos podem ser aninhados.

Linhagens parafíticas e polifiléticas

No entanto, nem todos os biólogos compartilham o pensamento da classificação cladística. Nos casos em que os dados não estão completos ou simplesmente por conveniência, são nomeados certos taxa que incluem espécies de diferentes clados ou taxa mais alta que não compartilham um ancestral comum mais recente.

Assim, um táxon polifilético é definido como um grupo que inclui organismos de diferentes classes e estes não compartilham um ancestral comum. Por exemplo, se quisermos designar um grupo de homeotérmicos, incluiria pássaros e mamíferos.

Por outro lado, um grupo parafilético não contém todos os descendentes do ancestral comum mais recente. Em outras palavras, ele exclui qualquer membro do grupo. O exemplo mais utilizado é o de répteis, esse grupo não contém todos os descendentes do ancestral comum mais recente: os pássaros.

Aplicações

Além de contribuir para a difícil tarefa de elucidar a árvore da vida, as filogenias também têm algumas aplicações bastante significativas.

No campo médico, as filogenias são usadas para rastrear a origem e as taxas de transmissão de doenças infecciosas, como AIDS, dengue e influenza.

Eles também são usados ​​no ramo da biologia da conservação. O conhecimento da filogenia de uma espécie em extinção é essencial para rastrear os padrões de cruzamento e o nível de hibridação e cruzamento entre indivíduos.

Referências

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