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12.5: Árvores Filogenéticas - Biologia

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O que você aprenderá a fazer: ler e analisar uma árvore filogenética que documenta relações evolutivas

Em termos científicos, a história evolutiva e o relacionamento de um organismo ou grupo de organismos são chamados de filogenia. Filogenia descreve as relações de um organismo, como os organismos a partir dos quais acredita-se que ele tenha evoluído, com que espécie está mais intimamente relacionado e assim por diante.

As relações filogenéticas fornecem informações sobre ancestrais compartilhados, mas não necessariamente sobre como os organismos são semelhantes ou diferentes. Em outras palavras, uma “árvore da vida” pode ser construída para ilustrar quando diferentes organismos evoluíram e para mostrar as relações entre os diferentes organismos (Figura 1).

objetivos de aprendizado

  • Identifique como e por que os cientistas classificam os organismos na Terra
  • Diferencie entre os tipos de árvores filogenéticas e o que suas estruturas nos dizem
  • Identifique algumas limitações das árvores filogenéticas
  • Relacionar o sistema de classificação taxonômica e a nomenclatura binomial

Classificação Científica

Por que os biólogos classificam os organismos? O principal motivo é dar sentido à incrível diversidade da vida na Terra. Os cientistas identificaram milhões de diferentes espécies de organismos. Entre os animais, o grupo de organismos mais diverso são os insetos. Mais de um milhão de espécies diferentes de insetos já foram descritas. Estima-se que nove milhões de espécies de insetos ainda não foram identificadas. Uma pequena fração de espécies de insetos é mostrada na coleção de besouros na Figura 2.

Por mais diversos que sejam os insetos, pode haver ainda mais espécies de bactérias, outro grupo importante de organismos. Obviamente, é necessário organizar a enorme diversidade da vida. A classificação permite que os cientistas organizem e entendam melhor as semelhanças e diferenças básicas entre os organismos. Este conhecimento é necessário para compreender a diversidade presente e a história evolutiva passada da vida na Terra.

Árvores Filogenéticas

Os cientistas usam uma ferramenta chamada árvore filogenética para mostrar os caminhos evolutivos e as conexões entre os organismos. UMA árvore filogenética é um diagrama usado para refletir as relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos. Os cientistas consideram as árvores filogenéticas uma hipótese do passado evolutivo, uma vez que não se pode voltar para confirmar as relações propostas. Em outras palavras, uma “árvore da vida” pode ser construída para ilustrar quando diferentes organismos evoluíram e para mostrar as relações entre os diferentes organismos (Figura 1).

Cada grupo de organismos passou por sua própria jornada evolutiva, chamada de filogenia. Cada organismo compartilha relações com outros e, com base em evidências morfológicas e genéticas, os cientistas tentam mapear os caminhos evolutivos de toda a vida na Terra. Muitos cientistas constroem árvores filogenéticas para ilustrar as relações evolutivas.

Estrutura das árvores filogenéticas

UMA árvore filogenética pode ser lido como um mapa da história evolutiva. Muitas árvores filogenéticas têm uma única linhagem na base, representando um ancestral comum. Os cientistas chamam essas árvores de enraizadas, o que significa que há uma única linhagem ancestral (normalmente desenhada na parte inferior ou esquerda) à qual todos os organismos representados no diagrama se relacionam. Observe na árvore filogenética enraizada que os três domínios - Bactéria, Archaea e Eukarya - divergem de um único ponto e se ramificam. O pequeno ramo que as plantas e animais (incluindo humanos) ocupam neste diagrama mostra como esses grupos são recentes e minúsculos em comparação com outros organismos. Árvores desenraizadas não apresentam um ancestral comum, mas mostram relações entre as espécies.

Em uma árvore enraizada, a ramificação indica relacionamentos evolutivos (Figura 2). O ponto onde ocorre uma divisão, chamado de ponto de ramificação, representa onde uma única linhagem evoluiu para uma nova linhagem distinta. Uma linhagem que evoluiu cedo a partir da raiz e permanece sem ramificação é chamada táxon basal. Quando duas linhagens derivam do mesmo ponto de ramificação, elas são chamadas taxa irmã. Um ramo com mais de duas linhagens é chamado de politomia e serve para ilustrar onde os cientistas não determinaram definitivamente todas as relações. É importante notar que, embora taxa-irmãos e politomia compartilhem um ancestral, isso não significa que os grupos de organismos se dividiram ou evoluíram uns dos outros. Organismos em dois táxons podem ter se separado em um ponto específico de ramificação, mas nenhum dos táxons deu origem ao outro.

Os diagramas acima podem servir como um caminho para a compreensão da história evolutiva. O caminho pode ser traçado desde a origem da vida até qualquer espécie individual, navegando pelos ramos evolutivos entre os dois pontos. Além disso, começando com uma única espécie e rastreando de volta ao "tronco" da árvore, pode-se descobrir os ancestrais dessa espécie, bem como onde as linhagens compartilham um ancestral comum. Além disso, a árvore pode ser usada para estudar grupos inteiros de organismos.

Muitas disciplinas dentro do estudo da biologia contribuem para a compreensão de como a vida passada e presente evoluíram ao longo do tempo; essas disciplinas juntas contribuem para construir, atualizar e manter a "árvore da vida". A informação é usada para organizar e classificar os organismos com base nas relações evolutivas em um campo científico denominado sistemática. Os dados podem ser coletados de fósseis, do estudo da estrutura de partes do corpo ou moléculas usadas por um organismo e pela análise de DNA. Ao combinar dados de muitas fontes, os cientistas podem reunir a filogenia de um organismo; uma vez que as árvores filogenéticas são hipóteses, elas continuarão a mudar à medida que novos tipos de vida são descobertos e novas informações são aprendidas.

objetivos de aprendizado

Um link para elementos interativos pode ser encontrado na parte inferior desta página.

Limitações das árvores filogenéticas

Pode ser fácil presumir que organismos mais intimamente relacionados parecem mais e, embora seja esse o caso, nem sempre é verdade. Se duas linhagens intimamente relacionadas evoluíram sob ambientes significativamente variados ou após a evolução de uma nova adaptação importante, é possível que os dois grupos pareçam mais diferentes do que outros grupos que não são tão intimamente relacionados. Por exemplo, a árvore filogenética na Figura 1 mostra que lagartos e coelhos têm ovos amnióticos, enquanto sapos não; no entanto, lagartos e sapos parecem mais semelhantes do que lagartos e coelhos.

Outro aspecto das árvores filogenéticas é que, a menos que indicado de outra forma, os ramos não levam em conta a extensão do tempo, apenas a ordem evolutiva. Em outras palavras, o comprimento de uma ramificação normalmente não significa que mais tempo passou, nem uma ramificação curta significa menos tempo passado - a menos que especificado no diagrama. Por exemplo, na Figura 1, a árvore não indica quanto tempo se passou entre a evolução dos ovos amnióticos e o cabelo. O que a árvore mostra é a ordem em que as coisas aconteceram. Usando novamente a Figura 1, a árvore mostra que a característica mais antiga é a coluna vertebral, seguida por mandíbulas articuladas e assim por diante. Lembre-se de que qualquer árvore filogenética é parte de um todo maior e, como uma árvore real, não cresce em apenas uma direção depois que um novo galho se desenvolve.

Portanto, para os organismos da Figura 1, só porque uma coluna vertebral evoluiu não significa que a evolução dos invertebrados cessou, significa apenas que um novo ramo se formou. Além disso, grupos que não estão intimamente relacionados, mas evoluem em condições semelhantes, podem parecer mais fenotipicamente semelhantes entre si do que a um parente próximo.

O Sistema de Classificação Taxonômica

Taxonomia (que significa literalmente “lei de arranjo”) é a ciência de classificar organismos para construir sistemas de classificação compartilhados internacionalmente, com cada organismo colocado em grupos cada vez mais inclusivos. Pense em como uma mercearia é organizada. Um grande espaço é dividido em departamentos, como produção, laticínios e carnes. Em seguida, cada departamento se divide em corredores, cada corredor em categorias e marcas e, finalmente, um único produto. Essa organização de categorias maiores para menores, mais específicas, é chamada de sistema hierárquico.

O sistema de classificação taxonômica (também chamado de sistema Linnaean em homenagem a seu inventor, Carl Linnaeus, um botânico, zoólogo e médico sueco) usa um modelo hierárquico. Partindo do ponto de origem, os grupos tornam-se mais específicos, até que um ramo termina como uma única espécie. Por exemplo, após o início comum de toda a vida, os cientistas dividem os organismos em três grandes categorias chamadas de domínio: Bactérias, Arquéias e Eukarya. Dentro de cada domínio há uma segunda categoria chamada de reino. Depois dos reinos, as categorias subsequentes de especificidade crescente são: filo, classe, pedido, família, gênero, e espécies (Figura 1).

O reino Animalia deriva do domínio Eukarya. Para o cão comum, os níveis de classificação seriam os mostrados na Figura 1. Portanto, o nome completo de um organismo tecnicamente tem oito termos. Para o cão, é: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, e lúpus. Observe que cada nome está em maiúscula, exceto para espécies, e os nomes de gênero e espécie estão em itálico. Os cientistas geralmente se referem a um organismo apenas por seu gênero e espécie, que é seu nome científico de duas palavras, no que é chamado nomenclatura binomial. Portanto, o nome científico do cão é canis lupus. O nome em cada nível também é chamado de táxon. Em outras palavras, os cães estão em ordem Carnivora. Carnivora é o nome do táxon no nível do pedido; Canidae é o táxon no nível da família e assim por diante. Os organismos também têm um nome comum que as pessoas normalmente usam, neste caso, cachorro. Observe que o cão é adicionalmente uma subespécie: o “familiaris" no Canis lupus familiaris. As subespécies são membros da mesma espécie que são capazes de acasalar e reproduzir descendentes viáveis, mas são consideradas subespécies separadas devido ao isolamento geográfico ou comportamental ou outros fatores.

A Figura 2 mostra como os níveis se movem em direção à especificidade com outros organismos. Observe como o cão compartilha um domínio com a maior diversidade de organismos, incluindo plantas e borboletas. Em cada subnível, os organismos se tornam mais semelhantes porque estão mais intimamente relacionados. Historicamente, os cientistas classificaram os organismos usando características, mas à medida que a tecnologia do DNA se desenvolveu, filogenias mais precisas foram determinadas.

Pergunta Prática

Em que níveis os cães e gatos são considerados parte do mesmo grupo?

[linhas da área de prática = ”2 ″] [/ área de prática]
[revelar-resposta q = ”854290 ″]Mostre a resposta[/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = ”854290 ″] Cães e gatos fazem parte do mesmo grupo em cinco níveis: ambos estão no domínio Eukarya, no reino Animalia, no filo Chordata, na classe Mammalia e na ordem Carnivora. [/ hidden. -responder]

Visite este site para classificar três organismos - urso, orquídea e pepino-do-mar - de reino a espécie. Para iniciar o jogo, em Classificando a Vida, clique na imagem do urso ou no botão Iniciar Interativo.

Análises genéticas recentes e outros avanços descobriram que algumas classificações filogenéticas anteriores não se alinham com o passado evolutivo; portanto, mudanças e atualizações devem ser feitas à medida que novas descobertas ocorrem. Lembre-se de que as árvores filogenéticas são hipóteses e são modificadas à medida que os dados se tornam disponíveis. Além disso, a classificação historicamente tem se concentrado em agrupar organismos principalmente por características compartilhadas e não necessariamente ilustra como os vários grupos se relacionam uns com os outros de uma perspectiva evolucionária. Por exemplo, apesar do fato de um hipopótamo se parecer mais com um porco do que com uma baleia, o hipopótamo pode ser o parente vivo mais próximo da baleia.

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