A Filogenia

A filogenia é o estudo das relações evolutivas dos grupos de seres vivos. Estuda a sequência das espécies que se sucederam até produzir a espécie que estamos considerando.

Árvores filogenéticas representam padrões e relações de ancestralidade. Elas ilustram a relação evolutiva entre as espécies. As árvores filogenéticas consideram a evolução dos organismos a partir de um ancestral comum, e tornam-se essenciais no estudo da evolução.

O atual sistema de classificação dos seres vivos se baseia nos princípios estabelecidos por Lineu (1758). O sistema de Lineu agrupa os seres vivos em categorias levando-se em conta semelhanças ou diferenças, comparáveis em diversos níveis. Porém o sistema de Lineu não é baseado na evolução dos organismos. Os biólogos, portanto, usam as árvores filogenéticas para classificar organismos em termos de suas linhagens ancestrais. Elas também são usadas no estudo de espécies extintas.

As árvores filogenéticas ilustram o processo de evolução. Evolução significa transformações e mudanças nos seres vivos. Essas mudanças ocorrem devido as mutações, que são a fonte primária da diversidade biológica. Ocorre uma transformação gradual das espécies podendo dar origem a outras espécies, com o passar de milhares de gerações. Um exemplo de evolução rápida no tempo ocorre com vírus da gripe que se multiplicam muito rapidamente e podem apresentar novas formas em pouco tempo.

Na árvore filogenética a evolução é ilustrada pelo seu processo de ramificação. Ao longo do tempo, as populações se modificam e formam novas espécies e outras terminam em extinção. Na árvore filogenética as linhas bifurcam a partir do evento que transformou a espécies em duas (ou mais) novas espécies.

O ponto inicial da bifurcação, chamado de, representa o ancestral comum de onde derivaram os diferentes grupos de seres vivos representados nos ramos. Por exemplo, onde os ramos A e B se juntam representa o ancestral comum recente entre A e B.

Um desafio da filogenia é que parte do estudo é baseado em fosseis de espécies já extintas. Muitos dos dados são ambíguos, portanto várias árvores filogenéticas representam uma hipótese da ordem dos eventos evolucionários.

Tipos de árvores filogenéticas: Cladograma e Filogramas

Os cladrogramas representam as relações entre os grupos de seres vivos, sem levar em consideração o tempo decorrido. O comprimento de seus ramos, portanto, não é representante de nenhuma unidade de tempo. O cladrograma considera que foi a partir de uma ancestral comum que houve a evolução dos organismos.

Exemplos:


Relações filogenéticas entre os deuterostômios


Fonte: vestibular UFRGS 2005

Cada bifurcação representa aquisição de uma característica ausente nos ramos anteriores a ele e presente nos posteriores. Por exemplo, o nó C do cladograma indica o surgimento da notocorda e do tubo nervoso dorsal, entre outras características.

Os filogramas possuem muito mais informação que os cladrogramas. Nos filogramas o tamanho dos ramos é indicativo de tempo e representam o tempo evolvido na evolução e diferenciação da espécie. Caso uma espécie seja extinta, seu ramo será mais curto que as espécies ainda vivas. A altura do ramo será determinada pelo tempo de existência da espécie. Os ramos das espécies não extintas terminam na mesma altura, que representa os dias de hoje.

Características homólogas e análogas

As árvores filogenéticas são construídas baseadas em qual(is) característica(s) o biólogo tem interesse em ilustrar e estudar.  Essas características – físicas, genéticas ou comportamentais – são traços hereditários que podem ser comparados entre organismos.

No estudo de tais características é determinado se elas são derivadas ou compartilhadas. Uma característica é compartilhada quando os dois (ou mais) grupos de seres vivos possuem tal característica. Uma característica é considerada derivada quando ocorre uma evolução no grupo de seres vivos, levando a uma bifurcação na árvore filogenética. Os novos grupos de seres vivos, com novas características, evoluem (e derivam) do ancestral comum recente.

Em termos das características das espécies, semelhanças anatômicas geralmente sugerem parentesco. Um sapo e um cachorro possuem em comum um plano básico de construção do organismo: são vertebrados (coluna vertebral, membros anteriores e posteriores, crânio etc ). Como o intuito da árvore filogenética é mostrar as relações evolutivas, e preciso determinar quais características são homólogas ou análogas.

Estruturas homólogas são usadas como base para classificações que refletem relações filogenéticas. São características similares em seres vivos porque foram herdadas de um ancestral comum. O intuito é mostrar que diferentes organismos tem uma origem evolutiva comum.

Por exemplo, dois órgãos são homólogos quando têm mesma origem embrionária, embora possam ter funções diferentes. Nossos braços são homólogos das patas dianteiras de todos os mamíferos e também das asas das aves, pois todos se iniciam de um mesmo broto, na ontogenia.

Admite-se que as nadadeiras pares dos peixes tenham dado origem aos membros dos anfíbios e estes aos dos répteis, que, por sua vez, originaram os dos mamíferos e das aves. Sendo assim, pode-se dizer que os órgãos homólogos se originaram, ao longo da filogenia, de um mesmo órgão ancestral.

Não todas as características são homólogas. Dois órgãos são análogos quando têm origem embrionária diferente, porém executam a mesma função. Exemplos: asas de aves e asas de insetos; patas dos gafanhotos e pererecas; sistema traqueal dos insetos, brânquias dos animais aquáticos e pulmões dos vertebrados terrestres. Características análogas NÃO são usadas em árvores filogenéticas, pois não possuem a mesma origem evolutiva.

A leitura da árvore filogenética e parecida a da árvore genealógica. A linha horizontal  representa um ancestral em comum. Quando algum evento ocorre em que novas espécies são formadas, vemos uma bifurcação na árvore. Essas novas espécies são descendentes de um ancestral em comum, assim como numa árvore genealógica as linhas verticais mostram os filhos que descendem dos pais. 

Na árvore filogenética a evolução é ilustrada pelo seu processo de ramificação. Novas espécies surgem de espécies já existentes. Formando uma árvore com seus diversos ramos.  A raiz da árvore representa o ancestral comum a todos os ramos. Com o tempo a raiz cresce e vão ocorrendo as bifurcações.

 

A árvore ilustra a história evolutiva das espécies que é compartilhada por outras espécies e a parte que é única daquela espécie. Cada linhagem compreende ancestrais que são únicos para aquela linhagem e ancestrais que são partilhados com outras linhagens, ou seja, ancestrais comuns. Por exemplo, baseado na imagem a cima vemos que os grupos 1, 2 3, 4 possuem um ancestral em comum. O grupo 1 compartilha somente um ancestral em comum com os grupos 2, 3, 4. Ocorreu uma bifurcação e os grupos 2, 3, 4 dividem um ancestral que não é comum ao grupo 1.

É importante ressaltar que ordem dos ramos é arbitrária e não ilustra grau de evolução. As seguintes filogenias são equivalentes:

Sumário

- A Filogenia
- Tipos de árvores filogenéticas: Cladograma e Filogramas
i. Características homólogas e análogas
ii. Exemplos de árvores filogenéticas
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