Analisando árvores evolutivas

por Fabio Dias Magalhães

Objetivos: 1) Compreender como interpretar um cladograma
                   2)Conceituar:clado, grupos monofilético/parafilético/polifilético
                   3)Diferenciar analogia x homologia, convergência adaptativa x divergência adaptativa, apomorfia x plesiomorfia


Evolução é  mudança nas características hereditárias de uma população de uma geração para outra. Essas mudaças podem impedir que populações reproduzam entre si, processo chamado de especiação. Charles Darwin, observando  a variedades de espécies, rascunhou uma árvore que representava as relações de parentesco entre os seres:

Na foto,  a partir da espécie 1, surgiram outras espécies,como A, B, C e D. Acima do desenho, Darwin escreve "I think", algo como "acredito que é assim que devem se originar as espécies".


Como falamos AQUI, a evolução não pode ser representada como uma escada, em que organismos são organizados como inferiores ou superiores, mas sim como uma árvore que indica os ancestrais comuns  e as divergências:

O parentesco dos seres vivos deve ser representado como uma árvore, e não como uma escada. Veja, acima, que o homem não está no " final da escala evolutiva", mas está apenas em um dos galhos da árvore da vida.



"A evolução produz padrões de parentesco, não uma escada de organismos inferiores e outros superiores"

A representação das relações evolutivas deve, portanto, se assemelhar a uma árvore genealógica:




Construindo um cladograma

Em um cladograma, as especiações produzem os ramos da ávore evolutiva. Cada divergência é chamada de cladogênese.  O tronco comum a cada ramo representa a linhagem ancestral:



Abaixo, os nós entre as linhagens  B e C representam o ancestral comum de B e C:

 Assim, um cladograma é diagrama que mostra os eventos de cladogênese (ou seja de formação de novos ramos):

Monofilético, parafilético e polifilético

A cladogênese forma clados ( ou grupos monofiléticos), que são grupos de organismos que apresentam ancestrais comuns e exclusivos.   Por exemplo, vertebrados são exemplo de clados, pois é o único grupo que apresenta um ancestral vertebrado. Os amniotas também são um clado, porque só eles descendem de ancestral com amnio.  Da mesma forma, os mamíferos são um clado já que só eles descendem de ancestral com glândulas mamárias. Percebemos assim que: 1) Clados são grupos dentro de grupos: mamíferos são um clado dentro do clado amniotas que é um clado dentro de  vertebrados. Esses grupos são chamados de monofiléticos, pois apresentam ancestral comum e exclusivo e todos os seus descendentes. Abaixo, os grupos amarelo, azul e vermelho são clados.




2)A comparação de características permite o estudo do parentesco. Essas características são evidências evolutivas. Entretanto, nem sempre um agrupamento reflete relações evolutivas. Grupos tradicionais como repteis não são clados, pois não apresentam um ancestral exclusivo e todos os seus descendentes.  Aves  e mamíferos descendem de repteis, mas não são agrupados nessa classe. Assim, dizemos que repteis são um grupo parafilético , ou seja, grupo que apresenta ancestral comum mas nem todos os descendentes. Um grupo parafilético reflete a retirada artificial de componentes, porque esses aparentemente são bem diferentes dos indivíduos daquele grupo.

Nem sempre uma característica comum reflete parentesco, podendo ser apenas convergência adaptativa, também chamadas de analogias (características com a mesma função mas origem diferente). Por exemplo, o formato hidrodinâmico da baleia e do peixe não indicam parentesco entre eles. Entretanto, vertebras são indicativo de parentesco.  Chamamos de características homólogas aquelas que tem a mesma origem e, por isso, indicam parentesco.

Acima, barbatana do tubarão são convergências adaptativas, tem origens diferente e,por isso não indicam parantesco. Abaixo, outras convergências adaptativas:  patas saltadoras em canguru e gafanhoto, andar ereto em pinguim e homem, e pinça no caranguejo e escorpião:

Entretanto,  ossos de cavalo, homem, baleia e ave são homologia, isto é, apresentam a mesma origem e indicam parentesco.  No caso abaixo, temos um exemplo de divergência adaptativa, ou seja, homologias que assumem funções diferentes:


Se utilizamos analogias como critério de agrupamento, não produziremos clados, ou seja, grupos monofiléticos. "Animais alados" é um grupo polifilético, ou seja, apresenta representantes com ancestrais diferentes, já que moscas tem ancestral artrópode e aves tem ancestral cordado.

"Endotérmicos" não é um grupo monofilético (ou clado) porque a endotermia surgiu de maneira independente em mamíferos e aves, ela é uma convergência adaptativa que, por isso, não indica parentesco. Assim, Endotérmicos seria um exemplo de grupo polifilético.



Abaixo, em verde e azul, a representação de clados (grupos monofiléticos). Em vermelho, grupo polifilético e em laranja grupo parafilético; ambos não são clados.



Abaixo: Repteis (em azul) não são um clado porque exclui aves. Já o clado Dinosauria (em roxo) inclui aves.

Alguns exemplos de grupos monofiléticos: testudines, squamata, archosauria e Crocodylomorpha:

Observe os cladogramas abaixo é responda: por que os grupos são considerados monofiléticos, parafiléticos e polifiléticos?



Apomorfia e plesiomorfia

Como vimos, mamíferos é um clado dentro do clado vertebrados.  Vimos que o parentesco dos seres é definido pelo compartilhamento de homologias, como glândulas mamárias e vertebras e que um clado é definido por uma homologia exclusiva, que indica um ancestral exclusivo. Apomorfia é uma homologia exclusiva que define um grupo, indicando que os componentes do grupo apresentam um ancestral exclusivo. Glândulas mamárias é uma das apomorfias que define o grupo mamíferos, assim como vertebras é apormofia de vertebrados.  Apomorfias definem, então, grupos monofiléticos. Apesar de vertebras serem apomorfia de vertebrados, elas não são apomorfias de mamíferos, pois não são exclusivas desses. Dizemos que vertebras são plesiomorfias de mamíferos. Pleisiomorfia é uma homologia não exclusiva de um grupo,  indicando ancestralidade comum entre esse grupo e outros. Mamíferos e aves apresentam vertebras, caracter plesiomórfico dos dois grupos.


Questões

1)Os tigres de dentes-de-sabre são mamíferos extintos. Esses animais possuíam caninos
superiores muito desenvolvidos, em forma de sabre. Um fato menos conhecido é que houve várias
espécies de mamíferos placentários com dentes-de-sabre. O diagrama a seguir mostra a filogenia
provável dos tigres de dentes-de-sabre placentários Barbourofelis e Smilodon.

A presença da característica dentes-de-sabre em Barbourofelis e Smilodon representa um caso de
homologia ou de analogia? Justifique sua resposta.

2)Um táxon é classificado como parafilético quando inclui alguns mas não todos
descendentes de um ancestral comum. Um táxon polifilético contém membros com mais de um ancestral e um táxon monofilético inclui todos os descendentes de um único ancestral comum. Observe o diagrama a seguir:

No diagrama, o conjunto DEF é exemplo de uma dessas
três classificações; BCD de outra; e AB representa um exemplo de terceiro grupo. Identifique-as.


Respostas

1) Analogia, pois os dentes de sabre surgiram de forma independente.  COMENTÁRIO: O grupo dentes-de-sabre é, por isso, polifilético, por apresentar ancestrais distintos.

2)DEF monofilético;  BCD  polifilético;  AB parafilético.

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Outros links sobre o assunto Genética e Evolução:

1.Evolução: a resposta da Biologia para a diversidade dos organismos (comentário sobre questão do ENEM e vídeo)

2.Criacionismo, evolucionismo e bananas

3.A Evolução do Sistema Digestivo (documentário)

4.Questões abertas de Genética e evolução (para download e impressão)

5.Evolução não é necessariamente melhora ou aumento da complexidade

6. Somos todos macacos? (sobre biologia e racismo)