Árvore filogenética: tipos e suas características, exemplos - Ciência - 2023

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UMA árvore filogenética é uma representação matemática gráfica da história e das relações 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, testar várias hipóteses evolutivas (como a teoria endossimbiótica), avaliar a origem de doenças (como o HIV), etc.

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 cladista. Busca identificar caracteres derivados compartilhados, conhecidos como sinapomorfia.

Caracteristicas

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

No "A origem das espécies"Darwin levanta a metáfora da "árvore da vida". Na verdade, ele usa uma árvore gráfica hipotética para desenvolver sua ideia (curiosamente, é a única ilustração do Origem).

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

Anatomia de uma árvore filogenética

Em árvores filogenéticas, podemos distinguir as seguintes partes - continuando com a analogia botânica:

Filiais: As linhas da árvore são chamadas de “galhos” e representam as populações de estudo ao longo do tempo. Dependendo do tipo de árvore (veja abaixo), o comprimento do galho pode ou não ter um significado.

Nas pontas dos galhos, encontramos os organismos que queremos avaliar. Podem ser entidades que estão atualmente vivas ou seres extintos. A espécie seria as folhas de nossa árvore.

Raiz: a raiz é o ramo mais antigo da árvore. Algumas têm e são chamadas de árvores com raízes, enquanto outras não.

Nós: os pontos de ramificação de ramificações em duas ou mais linhagens são chamados de nós. O ponto representa o ancestral comum mais recente dos grupos de 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 quando se trata de árvores filogenéticas:

Politomia: quando uma árvore filogenética tem mais de dois ramos em um nó, diz-se que existe uma politomia. Nesses casos, a árvore filogenética não está totalmente resolvida, pois as relações entre os organismos envolvidos não são claras. Isso costuma acontecer por falta de dados e só pode ser corrigido quando um pesquisador acumula mais.

Grupo externo: em tópicos filogenéticos é comum ouvir o conceito de grupo externo - também chamado grupo externo. Este grupo é selecionado para poder enraizar a árvore. Deve ser escolhido como um táxon que anteriormente divergia do grupo de estudo. Por exemplo, se estou estudando equinodermos, você pode usar grupo externo ascídias.

Tipos

Existem três tipos básicos de árvores: cladogramas, árvores aditivas e árvores ultramétricas.

Os cladogramas são as árvores mais simples e mostram a relação dos organismos em termos de ancestralidade comum. A informação deste tipo de árvore reside nos padrões de ramificação, uma vez que o tamanho dos ramos não tem nenhum 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.

Finalmente, temos árvores ultramétricas ou dendogramas, onde todas as pontas das árvores estão na mesma distância (o que não é o caso no filograma, onde uma ponta pode aparecer mais baixa ou mais alta que sua parceira). O comprimento do galho está relacionado ao tempo evolutivo.

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

Erros mais comuns ao ler árvores filogenéticas

Embora as árvores filogenéticas sejam frequentemente gráficos amplamente usados na biologia evolutiva (e na biologia geral), há muitos estudantes e profissionais que interpretam mal a mensagem que esses gráficos aparentemente simples pretendem transmitir ao leitor.

Não há tronco

O primeiro erro é lê-los de lado, presumindo que evolução implica progresso. Se entendermos o processo evolutivo corretamente, não há razão para pensar que as espécies ancestrais estão à esquerda e as espécies mais avançadas à direita.

Embora a analogia da árvore botânica seja muito útil, chega um ponto em que ela não é mais tão exata. Existe uma estrutura de árvore crucial 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 localizado 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, visto que esta 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 forma que um móbile pode. Não queremos dizer que podemos mover os ramos à vontade, porque alguns movimentos implicariam na mudança do padrão ou topologia da árvore. O que podemos girar são os nós.

Para interpretar a mensagem de uma árvore, não devemos nos concentrar nas pontas dos galhos, devemos nos concentrar nos pontos dos galhos, 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 revista e as mudanças na forma e na posição dos ramos não afetam as informações que eles querem nos transmitir.

Não podemos deduzir a existência de espécies ancestrais atuais ou "antigas"

Quando vamos nos referir a espécies atual não devemos aplicar conotações ancestrais a eles. Por exemplo, quando pensamos sobre as relações entre chimpanzés e humanos, podemos entender mal que os chimpanzés são ancestrais de nossa linhagem.

No entanto, o ancestral comum de chimpanzés e humanos não era nenhum dos dois. Pensar que o chimpanzé é ancestral seria supor que sua evolução parou quando as duas linhagens se separaram.

Seguindo a mesma lógica dessas ideias, uma árvore filogenética também não nos diz se existem espécies jovens. Como as frequências dos alelos estão em constante mudança e há novos caracteres mudando ao longo do tempo, é difícil determinar a idade de uma espécie e, certamente, uma árvore não nos dá essa informação.

A "mudança das frequências dos alelos ao longo do tempo" é como a genética populacional define a evolução.

Eles são imutáveis

Ao olhar para uma árvore filogenética, devemos entender que este gráfico é simplesmente uma hipótese gerada a partir de evidências concretas. Pode ser que, se adicionarmos mais caracteres à árvore, ela modifique sua topologia.

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

Exemplos

Os três domínios da vida: Archaea, Bacteria e Eukarya

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

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

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

Filogenia de primatas

Dentro da biologia evolutiva, um dos tópicos mais controversos é a evolução do homem. Para os oponentes dessa teoria, uma evolução a partir de um ancestral simiesco que deu origem ao homem atual não faz sentido.

Um conceito chave é entender que não evoluímos dos macacos atuais, mas sim 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 os humanos.

Filogenia de cetartiodáctilos (Cetartiodactyla)

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

Atualmente, graças ao estudo de diferentes caracteres morfológicos e moleculares, foi possível concluir que o grupo irmão dos grandes cetáceos é formado pelos artiodáctilos - ungulados com cascos pares.

Referências

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