Cladística: definição, método e exemplos

Milhões de anos atrás, uma única célula iniciou um evolução que deu origem à árvore da vida e seus três domínios principais: Archaea, Bacteria e Eukaryota.

Cada ramo é um exemplo de um clado. Um clado representa um grupo que inclui um ancestral comum e tudo descendentes. Cladística é uma forma moderna de taxonomia que coloca os organismos em um diagrama ramificado chamado de cladograma (como uma árvore genealógica) com base em características como semelhanças de DNA e filogenia.

No campo da biologia, a cladística é uma sistema de taxonomia que envolve a classificação e organização de organismos em um árvore filogenética da vida. Antes da análise de DNA, a classificação dependia fortemente de observações de características e comportamentos semelhantes e diferentes.

As sociedades ocidentais usam a classificação desde os dias de Aristóteles na Grécia antiga, quando os organismos vivos eram simplesmente divididos em categorias de plantas e animais para fins de estudo.

Nos anos 1700, Carolus (Carl) Linnaeus desenvolveu uma taxonomia de biologia sistemática baseada na classificação de organismos por aparências externas e características compartilhadas. Ele desenvolveu um esquema para colocar o organismo em um táxon hierárquico (um grupo; singular) que incluiu vários taxa (grupos; plural). Linnaeus também desenvolveu nomenclatura binomial - um sistema de atribuição de nomes científicos como Homo sapiens (humano) para organismos.

Charles Darwin e Alfred Russel Wallace propôs a ideia da seleção natural e Darwin formalizou a teoria da evolução em meados do século XIX. Darwin's Na origem das espécies sacudiu a comunidade científica ao sugerir que todos os organismos descendem de um ancestral comum e podem ser classificados de acordo com suas relações evolutivas.

Ornitólogo Ernst Mayr foi um biólogo evolucionário proeminente do século 20 que estudou extensivamente a taxonomia das aves enquanto viajava e trabalhava como curador no Museu Americano de História Natural em Nova York. Seu livro inovador Sistemática e a Origem das Espécies foi publicado em 1942 pela Columbia University Press.

Mayr é conhecido por seus trabalhos sobre genes, hereditariedade, variação e especiação de populações em áreas isoladas, que podem ser usados ​​para fins de classificação.

Cladística é um sistema de classificação biológica baseado na análise de traços, composição genética ou fisiologia que eram compartilhadas com um ancestral comum até que algum tipo de divergência ocorresse, produzindo novos espécies. Taxonomista alemão Willi Hennig impulsionado classificação cladística em 1950, quando escreveu seu livro sobre sistemática filogenética.

O livro foi posteriormente traduzido para o inglês e amplamente lido na América após ser publicado pela University of Illinois Press em 1966.

A teoria da sistemática filogenética de Hennig desafiou as abordagens contemporâneas de taxonomia introduzido por Darwin e Wallace.

Ele argumentou que as espécies deveriam ser identificadas e classificadas com base na genética e nas relações de clados, particularmente os grupos monofiléticos. Hennig se concentrou na ancestralidade recente e na identificação de características evoluídas e modificadas de organismos que compartilhavam uma linhagem direta - mesmo que as características derivadas não fossem nada parecidas com as do comum antepassado.

Filogenética é o estudo de relações evolutivas conhecidas ou hipotéticas com base na filogenia (linhagem) de organismos agrupados. A árvore filogenética da vida ilustra como os táxons (grupos de organismos) evoluíram em uma ordem específica conforme a vida se diversificou e se ramificou a partir de um ancestral comum.

O processo de especiação evolutiva se parece com galhos de uma árvore genealógica. Porque não há uma maneira segura de saber o que aconteceu há tanto tempo, as ciências devem fazer inferências sobre como a vida evoluiu com base em registros fósseis, anatomia comparativa, fisiologia, comportamento, embriologia e dados moleculares. A biologia evolutiva é um campo dinâmico onde novas descobertas são feitas continuamente.

Biólogos evolucionistas inferem relacionamentos evolutivos hipotéticos entre táxons com base em uma comparação detalhada de características semelhantes e diferentes.

O estudo da descendência evolutiva ajuda a identificar quando certas características surgiram e foram transmitidas às gerações subsequentes. A análise cladística, como a sistemática filogenética, examina os padrões evolutivos de descendência que ajudam a juntos a história evolutiva das espécies, ao mesmo tempo explicando a diversidade da vida e das espécies extinções.

A cladística trabalha com a premissa central de que a vida na Terra se originou apenas uma vez, o que significa que toda a vida pode ser rastreada até o primeiro organismo ancestral. A próxima suposição é que as espécies existentes se dividem em dois grupos demarcados por um nó em um galho de árvore. Por último, os organismos presumivelmente mudam, se adaptam e evoluem.

O ponto de divergência representa o início de duas novas linhagens se ramificando e formando duas novas espécies.

Os cladogramas são usados ​​para fazer comparações significativas entre grupos.

Em biologia, um cladograma é um representação visual de características relacionadas em vários organismos. Normalmente, o agrupamento é feito de acordo com certas características específicas de interesse. No entanto, diferentes pontos de dados podem ser combinados para criar uma árvore evolutiva mais precisa que explica relacionamentos complexos.

Uma distinção pode ser feita entre um cladograma e uma árvore filogenética, mas os termos também são usados ​​indistintamente às vezes. Os cladogramas se concentram em características nos níveis macro e molecular que indicam parentesco. Um cladograma sugere relações evolutivas prováveis ​​entre grupos de organismos ou taxa que podem ser pequenos ou grandes em número:

• Táxon monofilético. Um clado de organismos que inclui seu ancestral comum mais recente e tudo os vivos e extintos descendentes. Por exemplo, existem três clados de mamíferos: monotremados, marsupiais e euterianos. Os mamíferos compartilham muitas características, mas diferem na maneira como se reproduzem.
  

• Táxon parafilético. Um grupo de organismos que inclui o ancestral mais comum de todos os membros, mas deixa de fora alguns dos descendentes que remonta ao mesmo ancestral comum. Bryophyta são parafiléticos porque o grupo inclui hornworts, hepáticas e musgos mas exclui plantas vasculares.

• Táxon polifilético. Um grupo de organismos que não têm muito em comum, exceto algumas características semelhantes. Ao mesmo tempo, os paquidermes como elefantes e hipopótamos eram agrupados por causa de seu tipo de pele, embora na verdade pertencessem a diferentes famílias de mamíferos.
  

Multicelular eucariotos deu origem a uma abundância de organismos cada vez mais complexos.

Por exemplo, peixes e humanos remontam a um ancestral comum há milhões de anos. Essa relação complicada pode ser representada em um cladograma simples ilustrando as relações cladísticas. Comece imaginando um eucarioto ancestral na base da árvore.

À medida que o ancestral comum evoluiu, um nó da árvore se ramificou em vertebrados aquáticos como peixes sem mandíbula. No próximo nó, o ramo divergiu em tetrápodes de quatro patas.

O próximo nó mostra uma divergência quando os animais desenvolveram ovos amnióticos, seguido por uma divisão quando os animais desenvolveram pelos ou pelos. Muito mais tarde, humanos e primatas divergiram e evoluíram por caminhos separados.

A classificação cladística analisa certas características dos organismos que se relacionam diretamente com os estados ancestrais da biologia evolutiva. Hennig desenvolveu muitos termos científicos para descrever sua abordagem de categorização, que foram fundamentais para suas idéias e teorias. Os termos descrevem grupos de organismos em relação a um nó específico em uma árvore filogenética ou cladograma:

• Plesiomorfia. Esta é uma característica ancestral transmitida e retida de espécies ancestrais para espécies descendentes durante a evolução entre um único ou múltiplos taxa.

• Apomorfia. Esta é uma característica derivada que descreve um clado específico.

• Autapomorfia. Esta é uma característica derivada encontrada apenas em um dos grupos que estão sendo comparados.

• Sinapomorfia. Esta é uma característica derivada compartilhada por dois ou mais grupos de organismos descendentes de um ancestral comum.
  

Estados de personagem são características derivadas do processo de seleção natural, adaptação e variância herdada que levam à biodiversidade na vida. Como tal, apenas sinapomorfias são relevantes ao discernir relacionamentos evolutivos. Múltiplas sinapomorfias em organismos com um ancestral comum são monofilético:

• Autapomorfias são características encontradas em apenas uma espécie ou grupo que se origina de um ancestral comum, como o táxon da cobra que não tem pernas funcionais, enquanto o próximo táxon mais próximo tem duas ou mais pernas.

• Sinapomorfias referem-se a uma característica vista em um clado inteiro, como polegares opositores em humanos e primatas.
  

• Homoplasia é uma característica compartilhada por vários grupos, espécies e táxons que não é derivada de um ancestral comum compartilhado. Pássaros e mamíferos são de sangue quente, mas não têm um ancestral diretamente compartilhado com essa característica, o que é um exemplo de evolução convergente.
  

Cientistas chamados cladistas organizam táxons em uma árvore filogenética que pode revelar novas relações evolutivas. Os agrupamentos são feitos com base em características físicas, moleculares, genéticas e comportamentais.

Um diagrama chamado cladograma exibe parentesco, sempre que as espécies se ramificaram de um ancestral comum em vários pontos da história evolutiva.

Os cladogramas são diagramas ramificados de dados cladísticos que organizam certas características usando conjuntos de dados físicos comparativos ou dados moleculares, por exemplo. Os pesquisadores hoje costumam usar programas de computador para combinar conjuntos de dados para criar cladogramas mais precisos que mostram relações coesas e abrangentes entre os organismos.

A metodologia básica não é difícil, mas cada etapa deve ser feita meticulosamente:

1. Escolha táxons para estudar, como várias espécies de pássaros.
   
2. Escolha e marque as características que deseja estudar.
   
3. Verifique se as semelhanças são homólogas ou produto de evolução convergente.
   
4. Analise se as características compartilhadas são derivadas de um ancestral comum ou derivadas posteriormente.
   
5. Agrupe as sinapomorfias (traços homólogos derivados compartilhados).
   
6. Construa um cladograma organizando grupos de organismos em um diagrama semelhante a uma árvore.
   
7. Use nós em ramos para representar pontos onde duas espécies divergiram.
   
8. Coloque táxons nas extremidades dos ramos, não nos nós.
   

As origens de métodos evolucionários tradicionais de classificação remonta à antiguidade. Todos os organismos vivos foram considerados plantas ou animais. Os métodos clássicos não faziam distinção entre se as características observadas eram herdadas de um ancestral distante ou de um ancestral mais recente.

O objetivo era elaborar um mapa de como a vida na Terra pode ter evoluído a partir do mar.

As características usadas para classificação são determinadas por especialistas que observam diferenças óbvias, como pelo, escamas ou penas. A abordagem funcionou melhor para classificar vertebrados do que invertebrados. Classificação evolutiva coloca os organismos em grupos de tamanho decrescente em três domínios que são posteriormente divididos em reino, filo / divisão, classe, ordem, família, gênero e espécie.

Os métodos cladísticos não estão vinculados ao sistema de classificação Linnean e investigam mais profundamente a conectividade.

A sistemática tradicional organiza os organismos em uma árvore evolutiva de acordo com quando e como uma espécie mudou como uma adaptação a um novo estilo de vida ou habitat, por exemplo. A árvore mostra direção da evolução em tempo. Avaliações subjetivas de traços e características em métodos tradicionais podem potencialmente distorcer os resultados e tornar um estudo difícil ou impossível de replicar.

Os métodos cladísticos e filogenéticos de classificação são preferidos hoje em dia aos métodos tradicionais de classificação nas ciências naturais. A abordagem mais recente é mais científica, baseada em evidências e irrefutável. Por exemplo, o sequenciamento de DNA e RNA está sendo usado para estudar organismos em nível molecular para colocação de nuances em um cladograma.

Os organismos são organizados de acordo com suas características derivadas compartilhadas.

A cladística no campo da biologia permite que os cientistas identifiquem padrões, formem hipóteses, testem hipóteses e façam previsões.

“Cladística, então, é sobre descoberta”, conforme descrito por cladistas contemporâneos, David M. Williams e Malte C. Ebach, em 2018. Williams e Ebach concebem a cladística como um processo de classificação natural que não requer base na teoria da evolução.

A tecnologia adiciona um nível de precisão e sofisticação aos métodos de cladística. Em particular, o sequenciamento de DNA de genes indica grau de parentesco e ancestralidade compartilhada com um alto grau de confiança. As diferenças no DNA podem fornecer informações sobre há quanto tempo as espécies compartilhavam um ancestral comum.

Novas descobertas podem corroborar ou corrigir suposições anteriores sobre como os organismos evoluíram e ajudar a classificar novas espécies à medida que são descobertas.