Biologia para Cursos I

Objetivos

• Identificar como e por que os cientistas classificam os organismos na terra
• Diferenciar entre os tipos de árvores filogenéticas e o que a sua estrutura nos diz
• Identificar algumas limitações de árvores filogenéticas
• se Relacionam com o sistema de classificação taxonômica e a nomenclatura binomial

a Figura 1. Apenas algumas das mais de um milhão de espécies conhecidas de insetos estão representadas nesta coleção de besouros., Besouros são um grande subgrupo de insetos. Eles compõem cerca de 40 por cento de todas as espécies de insetos e cerca de 25 por cento de todas as espécies conhecidas de organismos.por que os biólogos classificam os organismos? A principal razão é fazer sentido da incrível diversidade da vida na Terra. Os cientistas identificaram milhões de diferentes espécies de organismos. Entre os animais, o grupo mais diversificado de organismos são os insetos. Mais de um milhão de espécies diferentes de insetos já foram descritas. Estima-se que 9 milhões de espécies de insectos ainda não foram identificadas., Uma pequena fração das espécies de insetos é mostrada na coleção de besouros na Figura 1.por mais diversos que sejam os insetos, pode haver ainda mais espécies de bactérias, outro grande grupo de organismos. Claramente, há uma necessidade de organizar a tremenda diversidade da vida. A classificação permite aos cientistas organizar e compreender melhor as semelhanças e diferenças básicas entre os organismos. Este conhecimento é necessário para compreender a diversidade presente e a história evolucionária passada da vida na Terra.,

árvores filogenéticas

cientistas usam uma ferramenta chamada árvore filogenética para mostrar as vias evolutivas e conexões entre organismos. Uma árvore filogenética é um diagrama usado para refletir relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos. Os cientistas consideram as árvores filogenéticas como 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 diferentes organismos (Figura 2).,cada grupo de organismos passou por sua própria jornada evolutiva, chamada de filogenia. Cada organismo compartilha relacionamento com outros, e com base em evidências morfológicas e genéticas, os cientistas tentam mapear as vias evolutivas 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 lida 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 (tipicamente desenhada do fundo ou da esquerda) a que todos os organismos representados no diagrama se relacionam. Notice in the rooted phylogenetic tree that the three domains-Bacteria, Archaea, and Eukarya—diverge from a single point and branch off. O pequeno ramo que plantas e animais (incluindo humanos) ocupam neste diagrama mostra como estes grupos são recentes e minúsculos comparados com outros organismos. Árvores não enraizadas não mostram um ancestral comum, mas mostram relações entre espécies.,

Figura 2. Ambas as árvores filogenéticas mostram a relação entre os três domínios da vida—bactérias, Archaea e Eukarya—mas a (a) árvore enraizada tenta identificar quando várias espécies divergiram de um ancestral comum, enquanto a (b) árvore não enraizada. (crédito a: modificação do trabalho por Eric Gaba)

numa árvore enraizada, a ramificação indica relações evolutivas (Figura 3). O ponto onde uma divisão ocorre, chamado ponto de ramo, representa onde uma única linhagem evoluiu para uma nova linhagem distinta., Uma linhagem que evoluiu cedo a partir da raiz e permanece intransponível é chamada taxon basal. Quando duas linhagens derivam do mesmo ramo, elas são chamadas de 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 os taxa irmãos e a politomia compartilhem um ancestral, isso não significa que os grupos de organismos se separem ou evoluam uns dos outros., Organismos em dois táxons podem ter se separado em um ponto específico do ramo, mas nenhum táxons deu origem ao outro.

Figura 3. A raiz de uma árvore filogenética indica que uma linhagem ancestral deu origem a todos os organismos na árvore. Um ponto de ramo indica onde duas linhagens divergiram. Uma linhagem que evoluiu cedo e permanece não-seca é um táxon basal. Quando duas linhagens derivam do mesmo ramo, elas são táxons irmãos. Um ramo com mais de duas linhagens é uma politomia.,

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 através dos ramos evolucionários entre os dois pontos. Além disso, começando com uma única espécie e traçando de volta para o “tronco” da árvore, pode-se descobrir que os ancestrais da espécie, bem como onde linhagens compartilham uma ancestralidade comum. Além disso, a árvore pode ser usada para estudar grupos inteiros de organismos.,

outro ponto a mencionar na estrutura filogenética da árvore é que a rotação em pontos de ramo não altera a informação. Por exemplo, se um ponto de ramo fosse rotacionado e a ordem taxon alterada, isso não alteraria a informação porque a evolução de cada táxon a partir do ponto de ramo era independente do outro.muitas disciplinas dentro do estudo da biologia contribuem para entender como a vida passada e presente evoluiu ao longo do tempo; estas disciplinas juntas contribuem para construir, atualizar e manter a “árvore da vida”., A informação é usada para organizar e classificar organismos baseados em relações evolutivas em um campo científico chamado sistemática. Os dados podem ser coletados a partir de fósseis, do estudo da estrutura de partes do corpo ou moléculas utilizadas por um organismo, e por análise de DNA. Ao combinar dados de muitas fontes, os cientistas podem juntar 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.,

Limitations of Phylogenetic Trees

pode ser fácil assumir que organismos mais intimamente relacionados são mais parecidos, e enquanto isso é frequentemente o caso, não é sempre verdade. Se duas linhagens estreitamente 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 estão tão intimamente relacionados., Por exemplo, a árvore filogenética na Figura 4 mostra que os lagartos e coelhos têm ovos amnióticos, enquanto as rãs não têm; no entanto, os lagartos e as rãs parecem mais semelhantes que os lagartos e os coelhos.

Figura 4. Esta árvore filogenética semelhante a uma escada de vertebrados é enraizada por um organismo que não tinha uma coluna vertebral. Em cada ramo, organismos com caracteres diferentes são colocados em grupos diferentes com base nas características que compartilham.,

outro aspecto das árvores filogenéticas é que, salvo indicação em contrário, os ramos não contabilizam por tempo, apenas a ordem evolutiva. Em outras palavras, o comprimento de um ramo normalmente não significa mais tempo passado, nem um ramo curto significa menos tempo passado— a menos que especificado no diagrama. Por exemplo, na Figura 4, A árvore não indica quanto tempo 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 4, A árvore mostra que a característica mais antiga é a coluna vertebral, seguida por mandíbulas articuladas, e assim por diante. Lembre-se que qualquer árvore filogenética é uma parte do todo maior, e como uma árvore real, ela não cresce em apenas uma direção depois que um novo ramo se desenvolve.

assim, para os organismos na Figura 4, 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 um ao outro 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 internacionalmente compartilhados 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 divide-se ainda em Corredores, em seguida, cada corredor em categorias e marcas, e, finalmente, um único produto. Esta organização de categorias maiores a menores e mais específicas é chamada de sistema hierárquico.

o sistema de classificação taxonômica (também chamado de Sistema Linnaean após seu inventor, Carl Linnaeus, um botânico, zoólogo e médico sueco) usa um modelo hierárquico. Movendo-se 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 organismos em três grandes categorias chamadas de domínio: bactérias, Archaea e Eukarya. Dentro de cada domínio existe uma segunda categoria chamada Reino. Após reinos, as Categorias subsequentes de crescente especificidade são: filo, classe, Ordem, família, gênero e espécie (Figura 5).

Figura 5. O sistema de classificação taxonômica usa um modelo hierárquico para organizar organismos vivos em categorias cada vez mais específicas., O cão comum, Canis lupus familiaris, é uma subespécie de Canis lupus, que também inclui o lobo e dingo. (credit “dog”: modification of work by Janneke Vreugdenhil)

o reino Animalia deriva do domínio Eukarya. Para o cão comum, os níveis de classificação seriam como mostrado na Figura 5. Portanto, o nome completo de um organismo tecnicamente tem oito Termos. Para o cão, é: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, e lupus. Note que cada nome é capitalizado, exceto para espécies, e os nomes dos gêneros e espécies são 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 de 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 são em ordem Carnivora. Carnivora é o nome do táxon ao nível da ordem; Canidae é o táxon ao nível da família, e assim por diante. Organismos também têm um nome comum que as pessoas normalmente usam, neste caso, cão. Note que o cão é adicionalmente uma subespécie: o “familiaris” em 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 6 mostra como os níveis se movem para a 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 tornam-se mais semelhantes porque estão mais estreitamente relacionados., Historicamente, os cientistas classificaram organismos usando características, mas como a tecnologia de DNA desenvolvida, filogenias mais precisas foram determinadas.

Pergunta Prática

Figura 6. Em cada subnível do sistema de classificação taxonômica, os organismos se tornam mais semelhantes. Cães e lobos são da mesma espécie porque podem procriar e produzir descendência viável, mas eles são diferentes o suficiente para serem classificados como subespécies diferentes., (credit “plant”: modification of work by “berduchwal” / Flickr; credit “insect”: modification of work by Jon Sullivan; credit “fish”: modification of work by Christian Mehlführer; credit “rabbit”: modification of work by Aidan Wojtas; credit “cat”: modification of work by Jonathan Lidbeck; credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS; credit “chacal”: modification of work by Thomas A., Hermann, NBII, USGS; credit “wolf”: modification of work by Robert Dewar; credit “dog”: modification of work by “digital_image_fan”/Flickr)

At what levels are cats and dogs considered to be part of the same group?

Show Answer

Cats and dogs are part of the same group at five levels: both are in the domain Eukarya, the kingdom Animalia, the phylum Chordata, the class Mammalia, and the order Carnivora.,