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A Análise filogenética é um estudo estatístico com o qual é possível analisar as relações evolutivas entre diferentes espécies e organismos por métodos matemáticos. Em outras palavras, a filogenia tenta traçar a história evolutiva de toda a vida no planeta. Uma das principais ferramentas para representar estas relações é o diagrama conhecido como árvore filogenética.
O que é uma árvore filogenética?
Árvores filogenéticas ou árvores evolutivas são representações gráficas, como diagramas, que demonstram a relação evolutiva entre diferentes organismos, espécies ou genes a partir de um ancestral comum. Estas ferramentas permitem organizar e estruturar o conhecimento sobre a diversidade biológica e os eventos evolutivos.
Qual a função da árvore filogenética?
Árvores filogenéticas são ferramentas importantes para a organização do conhecimento científico em torno da evolução das espécies. Com estes diagramas, é possível estabelecer relações práticas e de fácil visualização entre duas ou mais espécies com um mesmo ancestral comum
As árvores filogenéticas vêm sendo utilizadas desde os primeiros estudos relacionados à teoria da evolução de Charles Darwin. No século XIX, Darwin desenhou em seu bloco de notas o que seria um esboço em forma de árvore com ramos que representava sua ideia de como as espécies evoluíram a partir de um ancestral comum. A imagem da árvore com a frase “I think” (“Eu penso/acho” em inglês) ficou mundialmente conhecida.
Aprenda mais sobre Ancestralidade em: A ancestralidade pelos olhos da genética
A ancestralidade comum
A análise filogenética estima a relação entre os genes ou fragmentos de genes, deduzindo seu histórico comum. É possível inferir homologia (ancestralidade comum) quando duas sequências apresentam maior similaridade do que a esperada caso as diferenças tivessem ocorrido ao acaso, ou seja, de uma origem independente.
Portanto, duas espécies ou grupos estão mais relacionados se possuem um ancestral comum mais recente, e menos relacionadas se possuem um ancestral comum menos recente.
A genética molecular na filogenia
A árvore filogenética pode ser construída a partir de hipóteses baseadas em observações filogenéticas. No entanto, a partir do desenvolvimento de técnicas de sequenciamento, as árvores começaram a ser desenvolvidas a partir da relação matemática baseada em um ou mais alinhamentos de sequências de DNA.
Quando falamos de “alinhamentos”, estamos nos referindo literalmente ao processo de alinhar duas sequências de DNA, obtidas de espécies diferentes. Desta forma, ao se comparar as amostras sequenciadas é possível identificar variantes e similaridades entre elas.
Em casos de deleção ou inserção, lacunas (gaps) são inseridas nas sequências de modo que sítios idênticos ou similares fiquem alinhados na mesma coluna.
Para construção de uma filogenia a partir de uma sequência de aminoácidos ou nucleotídeos, é necessário construir uma matriz de dados baseada em um modelo de substituição de nucleotídeos ou aminoácidos, também chamados modelos evolutivos.
Há uma série de modelos evolutivos que variam dos mais simples aos mais complexos. Essa progressão de complexidade é caracterizada pelo aumento do número de parâmetros considerados nas análises.
É importante ressaltar que as árvores filogenéticas são hipóteses da evolução. Isto porque múltiplas substituições no mesmo sítio de uma sequência mascaram estados intermediários pelos quais a sequência passou. Essas questões tornam a reconstrução da árvore um exercício de assumir uma verdade a partir de outras proposições.
Como interpretar uma árvore filogenética?
Através do diagrama das árvores filogenéticas é possível observar a relação entre espécies analisadas a partir de um ancestral comum. Nestas representações, as ramificações refletem como espécies ou outros grupos evoluíram a partir de uma série de ancestrais comuns.
No diagrama, as extremidades dos ramos (linhas) representam os grupos analisados e a relação entre 5 grupos.
A conexão dos ramos representa a evolução do grupo analisado, a partir de ancestrais comuns. Os pontos de ramificação são chamados de nós e representam a separação de um grupo em outros grupos descendentes, ou seja, que têm um ancestral comum. Portanto, cada nó representa o ancestral comum de todos os outros descendentes a partir deste ponto.
As retas horizontais conectam as espécies observadas no lado esquerdo com seus ancestrais comuns, embora nem todas as espécies sejam representadas. Por exemplo, a reta que leva à espécie E possui um ancestral comum com todas as outras espécies apresentadas, localizado no primeiro ponto de ramificação após a raiz.
Entretanto, isso não significa que somente a espécie E tenha surgido dessa ramificação, mas sim que esta é a espécie de interesse para a árvore filogenética em questão.
Com isso, podemos estabelecer algumas relações de parentesco e ancestralidade. Consideremos uma variável temporal, disposta no eixo horizontal da figura: as espécies A e B possuem um ancestral comum mais recente do que as espécies A e E. Sendo assim, as espécies A e B estão mais relacionadas na escala evolutiva do que A e E.
Apesar disso, devemos notar que, nesta imagem, não é possível distinguir se o par AB está mais estreitamente relacionado que o par CD, uma vez que seus eixos verticais
Exemplos de árvore
Árvores filogenéticas podem ser representadas de diferentes maneiras. Conforme a figura abaixo, podemos perceber que algumas representações (como a da esquerda) são em blocos, enquanto outras (como a da direita) se utilizam de linhas diagonais. É possível também observar diagramas com orientação vertical ou mesmo invertidas.
Os três diagramas acima representam exatamente a mesma árvore filogenética, ou seja, embora a apresentação visual seja diferente, as relações entre as espécies são idênticas em todas elas.
Dessa forma, podemos entender que o padrão de ramificação que descreve as informações contidas em uma árvore genética e não tanto o comprimento ou até mesmo a estética com que as retas estão dispostas.
É importante notar que, com isso, as relações filogenéticas contidas em uma árvore não se alteram em virtude da rotação de um determinado ponto de ramificação. Observe as figuras abaixo: embora a diagramação seja diferente, as relações são mantidas.
Nestas figuras observamos árvores nas quais apenas duas linhagens emergem de cada ponto de ramificação, entretanto, isto não é uma norma. Algumas representações podem conter politomia, nas quais um mesmo ponto de ramificação dá origem a três ou mais espécies.
Nestes casos particulares, a politomia indica a falta de dados para o estabelecimento adequado da ordem de ramificação.
Como construir uma árvore filogenética?
Ante o desenvolvimento das técnicas moleculares, os cientistas comparavam e analisavam espécies somente a partir de sua morfologia, anatomia e comportamento. Atualmente, as análises genéticas e bioquímicas também são de grande importância para a correta classificação filogenética dos seres vivos.
Sendo assim, para a construção de uma árvore filogenética precisa, pesquisadores utilizam um conjunto extenso de métodos, que observam diferentes características presentes no ser, o que reduz as chances de obtenção de dados equivocados.
Por fim, é necessária a colocação de que árvores filogenéticas são teorizadas a partir dos dados disponíveis em um determinado momento. Desse modo, elas não representam a verdade absoluta sobre a evolução das espécies, mas sim o esforço dos cientistas para melhor representar o conhecimento atualmente disponível sobre a filogenia dos seres vivos.
Conclusão
A filogenia estuda as relações evolutivas existentes entre os seres vivos. Uma das ferramentas utilizadas neste campo da biologia são as árvores filogenéticas, que são representações esquemáticas, normalmente na forma de diagramas, desenvolvidas para organizar o conhecimento obtido pelos cientistas.
Uma mesma árvore filogenética pode ser representada de diversas maneiras, entretanto, desde que o padrão associativo seja mantido, a informação contida será a mesma.
A construção de árvores filogenéticas é realizada a partir de características macroscópicas, como o comportamento e a anatomia do ser, mas também a partir de características moleculares, que envolvem seu material genético, bem como seu bioquimismo.
Referências
- POSSO, Sérgio R.; DONATELLI, Reginaldo J. Análise filogenética e implicações sistemáticas e evolutivas nos Cuculiformes (Aves) com base na osteologia, comportamento e ecologia. Revista Brasileira de Zoologia, v. 23, p. 608-629, 2006. Disponível em: <https://doi.org/10.1590/S0101-81752006000300003 > Acesso em 27 Setembro 2021
- E.T. Caldart, H. Mata, C.W. Canal & A.P. Ravazzolo. 2016. Análise filogenética: conceitos básicos e suas utilizações como ferramenta para virologia e epidemiologia molecular. Disponível em: <https://www.redalyc.org/pdf/2890/289043697078.pdf> Acesso em 27 Setembro 2021
- “Phylogenetic-Trees”, Khan Academy, acessado em 01.10.2021 Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/biology/her/tree-of-life/a/phylogenetic-trees
