FILOGENIA: INTERPRETAÇÃO, TIPOS DE ÁRVORES, APLICAÇÕES - BIOLOGIA - 2024

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

Hoje, os biólogos têm usado dados principalmente de morfologia e anatomia comparativas e de sequências de genes para reconstruir milhares e milhares de árvores.

Fonte: Wilson JEM Costa, 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 captura na obra-prima "A Origem das Espécies" uma única imagem: uma "árvore" que representa a ramificação de linhagens, a partir de um ancestral comum.

O que é filogenia?

À luz das ciências biológicas, um dos eventos mais surpreendentes que já ocorreram é a evolução. A referida mudança nas formas orgânicas ao longo 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 desse gráfico é a ancestralidade comum. Ou seja, todos os organismos que vemos hoje surgiram como descendentes com modificações de formas anteriores. Essa ideia tem sido uma das mais significativas da história da ciência.

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

Na analogia da árvore, as espécies que vivem hoje representariam as folhas e o restante dos galhos seriam sua história evolutiva.

O que é uma árvore filogenética?

Uma filogenia simplificada do Metazoa é mostrada. Para alguns grupos, está associada uma representação esquemática para alguns dos tipos de olhos que podem apresentar: Copo, Câmara com orifício de entrada de luz, Câmara com lente, Composto por aposição e Composto por sobreposição. Laura bibiana, 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 estão tentando estimar.

As árvores consistem em nós que conectam os "ramos". Os nós terminais de cada ramo são os táxons terminais e representam as sequências ou organismos para os quais os dados são conhecidos - podem ser espécies vivas ou extintas.

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

Como as árvores filogenéticas são interpretadas?

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

Por exemplo, a ordem em que os rótulos aparecem na parte superior pode variar, sem alterar o significado da representação gráfica, geralmente o nome da espécie, gênero, família, entre outras categorias.

Isso ocorre porque as árvores parecem um móbile, onde os galhos podem girar sem alterar a relação das espécies representadas.

Nesse sentido, não importa quantas vezes a ordem seja alterada ou os objetos que estão "pendurados" sejam girados, pois isso não altera a forma como eles são conectados - e isso é o importante.

Como as filogenias são reconstruídas?

Filogenias são hipóteses formuladas com base em evidências indiretas. Elucidar uma filogenia é semelhante ao trabalho de um investigador que resolve um crime seguindo as pistas da cena do crime.

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

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

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

O objetivo de reconstruir uma árvore filogenética tem uma série de desvantagens importantes. Existem aproximadamente 1,8 milhões de espécies nomeadas e muitas mais sem serem descritas.

E, embora um número significativo de cientistas se esforce todos os dias para reconstruir as relações entre as espécies, ainda não existe uma árvore completa.

Personagens homólogos

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

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

Suponha que queiramos inferir a filogenia de três grupos: pássaros, morcegos e humanos. Para atingir nosso objetivo, decidimos usar os membros superiores como uma característica que nos ajuda a discernir o padrão de relacionamento.

Como pássaros e morcegos têm estruturas modificadas para o vôo, podemos concluir erroneamente que morcegos e pássaros estão mais relacionados entre si do que os morcegos com os humanos. Por que chegamos à conclusão errada? Porque usamos um caráter análogo e não homólogo.

Para encontrar a relação correta devo procurar um caráter homólogo, como a presença de pêlos, glândulas mamárias e três pequenos ossos no ouvido médio - só para citar alguns. No entanto, homologias não são fáceis de diagnosticar.

Tipos de árvores

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

As árvores mais básicas são os cladogramas. Esses gráficos exibem as relações 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 ramos.

Os números associados a cada ramo correspondem a algum atributo na sequência - como a quantidade de mudança evolutiva que os organismos sofreram. Além de "árvores aditivas", também são conhecidas como árvores métricas ou filogramas.

Árvores ultramétricas, também chamadas de dendogramas, são um caso particular de árvores aditivas, em que as pontas da árvore são equidistantes da raiz à árvore.

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

Politomias

Muitas vezes, os nós das árvores não são totalmente resolvidos. Visualmente, diz-se que existe politomia, quando mais de três ramos emergem de um novo (existe um único ancestral para mais de dois descendentes imediatos). Quando uma árvore não tem politomias, diz-se que está totalmente resolvida.

Existem dois tipos de politomias. As primeiras são as politomias "duras". Esses são intrínsecos ao grupo de estudo e indicam que os descendentes evoluíram ao mesmo tempo. Alternativamente, politomias "suaves" indicam relacionamentos não resolvidos causados ​​pelos 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 foram desenvolvidos: monofilético, parafilético e polifilético.

Um táxon ou linhagem monofilética é aquele que compreende uma espécie ancestral, que é representada no nó, e todos os seus descendentes, mas não outras espécies. Este agrupamento é denominado 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 podemos ver, a família Felidae está dentro de Animalia, portanto, grupos monofiléticos podem ser aninhados.

Linhagens parafiléticas e polifiléticas

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

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

Em contraste, um grupo parafilético não contém todos os descendentes do ancestral comum mais recente. Em outras palavras, exclui alguns dos membros do grupo. O exemplo mais usado são os répteis, este grupo não contém todos os descendentes do ancestral comum mais recente: os pássaros.

Formulários

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

Na área médica, as filogenias são utilizadas para rastrear a origem e as taxas de transmissão de doenças infecciosas, como AIDS, dengue e gripe.

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

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