mÉtodos e princÍpios de sistemÁtica biolÓgica

MÉTODOS E PRINCÍPIOS DE SISTEMÁTICA BIOLÓGICA

CLASSIFICAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO

�CLASSIFICAÇÃO (GERAL):

�Agrupar, organizar e nomear

�Construção de chaves de classificação para a identificação desses organismos

�Diversos tipos de classificação:

�Propriedades medicinais

�Hábitats preferenciais

�Filogenia – relações evolutivas

�Classificação�Localizar uma entidade em um sistema de

inter-relações logicamente organizado;

�Sistema hierárquico: compondo-se de grandes e inclusivos organismos

�Identificação�Envolve determinar se uma planta

desconhecida pertence a um grupo já conhecido de plantas

�Registrar informações sobre a planta:

�Notas

�Fotografias

�Coleta de um espécime

COMO AS FILOGENIAS SÃO CONSTRUÍDAS?

�Evolução

�Sucessão de descendentes modificados

�Separação de linhagens

Cada ponto representa um indivíduo. As linhas se estendem de baixo para cima a partir de cada planta em direção aos seus descendentes. No ano 4 a população se divide em duas, ocorrendo mutações em cada uma delas.

Diagramas ramificados

Determinando a história evolutiva

�Descrever a evolução – desenrolar

�Inferências a acontecimentos passados

�Análise das espécies existentes atualmente que apresentam proximidade em relação a caracteres herdáveis

�Avaliação de similaridade – base da sistemática

Critérios de similaridade�Podemos considerar duas estruturas como

similares:�Se elas encontrarem-se em posição similar em ambos

os organismos

�Se apresentarem similaridade em nível de estrutura celular e histológica

�Se estão ligadas por meio de formas intermediárias dessas estruturas

�Critérios de similaridade de Remane - homologia

Homologia

�Sentido restrito: homologia significa identidade por meio de descendência.�Caráter homólogo entre um grupo de espécies –

todas estas espécies herdaram tal caráter a partir de um ancestral comum

�Nem todas as similaridades observadas serão resultados da homologia

�Similaridades estruturais podem evoluir independentemente em plantas não relacionadas que vivem em ambientes semelhantes

Caracteres, estados de caracteres e redes

�Caráter:

�Número de fendas na superfície do pólen

�Pétalas

monoclamídea diclamídea

�Estado de caráter

�3 fendas na superfície do pólen

�Pétalas fusionadas

Diagrama de Venn

Rede

Matriz

OS ESTADOS DE CARACTERES SÃO USADOS PARA PREENCHER A MATRIZ

Árvores evolutivas e enraizamento

� Assemelha-se a uma linha do tempo

� Leitura da rede: direita para esquerda e vice-versa, do centro para extremidade

� Não é possível identificar quais modificações são mais recentes ou antigas

Como podemos transformar essa rede em uma árvore evolutiva?

�Dê as opções de enraizamento

�O comprimento do cladograma deve ser o mesmo da rede e todas as conexões devem ser as mesmas

Dificuldades...

�A posição da raiz é feita em função do estudo dos fósseis

�O simples fato de que uma planta extinta tenha sido fossilizada não significa que sua linhagem tenha se originado antes das linhagens referentes às plantas atuais

�Coexistência

�Linhagem extinta e fossilizada morreu primeiro

�QUANDO AS LINHAGENS DIVERGIRAM???

�As árvores são enraizadas mediante o uso de um organismo aparentado ao grupo que está sendo estudado: um grupo externo

�A partir de então, assume-se que:

�O grupo-interno está mais intimamente relacionado entre eles do que com o grupo externo (ou seja, o grupo-externo deve ter se separado da linhagem do grupo-interno antes da diversificação deste)

�Se um grupo-externo é adicionado a uma rede, o ponto no qual ele se posiciona é definido como a raiz da árvore.

� TODAS AS PLANTAS ILUSTRADAS SÃO PLANTAS COM FLORES

� CYCADALES, GNETALES E GINKGOS (GIMNOSPERMAS) SÃO OS PARENTES ATUAIS MAIS PRÓXIMOS

ConíferaNão possuem pétalas ou flores

Grão de pólen não é tricolpado

Se encaixana raiz

Sinapomorfia

� Indica monofilia, pois todos os descentes da árvore o possui

Plesiomorfia

�PARA ESTE GRUPO, PÓLEN TRICOLPADO É UM ESTADO DE CARÁTER ANCESTRAL

ESTADO DE CARÁTER

PLESIOMÓRFICO NÃO INDICA

RELAÇÕES EVOLUTIVAS DO

GRUPO EM ESTUDO

Resumindo...

�Caracteres são observados e divididos em estado de caracteres

�A partir desses estados constroem-se um Diagrama de Venn, uma Matriz ou uma Rede ramificada

� Inclusão de um grupo-externo

�Enraizamento para produção do cladograma

�Na prática não é tão fácil... Surgem outros problemas>>>>>

PARALELISMO E REVERSÃO

�Paralelismo: ocorrência de estados de caráter similares em organismos não-relacionados

�Reversão: quando um estado de caráter derivado é revertido para o estado ancestral

�Sinônimo de HOMOPLASIA

Assumindo que:

PLANTASCOLPOS

DO PÓLENPÉTALAS

INFLORESCÊNCIA EM CAPÍTULO?

NÚMERO COTILÉDONES

Estrela vermelha

< 3 Livres Não 2

Estrela dourada

< 3 Livres Não 1

Estrelabranca

< 3 Fusionadas Não 1

Em círculo 3 Livres Não 2

Em quadrado

3 Fusionadas Não 2

Em losango 3 Fusionadas sim 2

conífera <3Não

aplicávelNão aplicável

>2

E se...

�COMO DETERMINAR QUAL DAS DUAS HIPÓTESES É A

CORRETA?

Modifica-se uma única vez

PRINCÍPIO DA PARCIMÔNIA

�Princípio de simplicidade

�Regra: Navalha de Occam

�Não desenvolva uma hipótese mais complexa do que necessária para explicar os dados

�Este princípio nos conduz a preferir a menor das hipóteses

�Na maioria dos casos reais diversas redes são possíveis e não fica imediatamente óbvia a solução que aponta qual delas será a mais curta.

�Algoritmos computacionais

�PHYLIP (Felsentein 1989)

�NONA (Goloboff 1993)

�PAUP 4.0 (Swofford 2000)

APROFUNDAMENTO

“

”Classificação filogenética e outros métodos taxonômicos

Angiosperm Phylogeny Group

Cronquist’s System

Thorne’s System

Sistemas Filogenéticos

�1858 - "The Origin of Species" de Charles Darwin

�A teoria evolutiva teve um enorme impacto e os taxonomistas começam a integrar conceitos evolutivos nas classificações.

�De uma forma consciente tenta-se arranjar as plantas em grupos naturais, numa sequência evolutiva, que parte do mais simples para o mais complexo

�Falta de registros fósseis

Sistema de Engler (1844-1930)

SISTEMA DE A. ENGLERDivisões: I. Schyzophyta

II. MyxomycetesIII. FlagellataeIV. Dinoflagellatae?. SilicoflagellataeV. HeterocontaeVI. BacillariophytaVII. ConjugataeVIII. ChlorophyceaeIX. CharophytaX. PhaeophyceaeXI. RhodophyceaeXII. EumycetesXIII. Rchegoniatae

Subdivisão 1ª. BryophytaSubdivisão 2ª. PteridophytaXIV. Embryophyta siphonogama

Subdivisão 1ª. GymnospermaeSubdivisão 2ª. Angiospermae

Classe 1ª. MonocotyledoneaeClasse 2ª. Dicotyledoneae

�Plantas agrupadas em várias divisões, muitas das quais eram grupos de algas.

�Engler rejeitava totalmente a ideia de redução secundária, acreditando que as flores simples e unissexuais, eram primitivas.

�O seu sistema de classificação foi revisto várias vezes e editado em sucessivas edições, como "Sylabus der Pflanzenfamilien", tendo o último volume sido publicado em 1964.

Charles Edwin Bessey (1845-1915)

�A evolução tanto pode ser uma progressão como regressão dos caracteres;

� A evolução não abrange todos os órgãos ao mesmo tempo. De um modo geral temos os caracteres mais primitivos e evoluídos, com relação:

�ao hábito (porte)

�a estrutura do vegetal

� flores, frutos e sementes

John Hutchinson (1868-1932)

�Propunha um sistema de classificação semelhante ao de Bessey, mas diferindo em alguns pontos.

�Deriva as angiospermas de um hipotético ancestral denominado “proangiospérmicas” –plantas de transição entre Angiospermas e Gimnospermas.

Arthur Cronquist (1919-1992)� Divisão Magnoliophyta

5. Lilliidae

4. Zingiberidae

3. Commelinidae

2. Arecidae

1. Alismatidae

Liliopsida

(Monocotiledôneas)

Magnoliopsida

(Dicotiledôneas)

Em 1981 publica The Integrated System of Classification of Flowering Plants

Dahlgren 1932-1986

�Em 1981 Publicou A revised

Classification of the Angiosperms with Comments on the correlation between Chemical and other

Character.

�Seu sistema foi mais utilizado para as Monocotiledôneas.

Classe Magnoliopsidasubclasse Magnoliidaesuperordem Magnolianaesuperordem Nymphaeanae

superordem Ranunculanaesuperordem Caryophyllanaesuperordem Polygonanaesuperordem Plumbaginanaesuperordem Malvanae

superordem Violanaesuperordem Theanaesuperordem Primulanaesuperordem Rosanaesuperordem Proteanae

superordem Myrtanaesuperordem Rutanaesuperordem Santalanaesuperordem Balanophoranaesuperordem Aralianae

superordem Asteranaesuperordem Solananaesuperordem Ericanaesuperordem Cornanaesuperordem Loasanae

superordem Gentiananaesuperordem Lamianaesuperordem Alismatanaesuperordem Triuridanaesuperordem Aranae

superordem Lilianaesuperordem Bromelianaesuperordem Zingiberanaesuperordem Commelinanaesuperordem Arecanae

superordem Cyclanthanae

Sistemas Filogenéticos

�Os Sistemas de Cronquist, Dahlgren e de outros autores da mesma época são enciclopédicos quanto à base de dados usada em sua restruturação.

� Todas as fontes de evidência contribuíram: Morfologia, Anatomia, Embriologia, Morfologia do pólen, Bioquímica, Química, Fisiologia, etc.

�Atualmente: Técnicas moleculares

The Angiosperm Phylogeny Group APG I (1998) e II (2003)

�BASE DE DADOS: �Morfologia

�Sequências de rRNA (genes 18S –1800bp-e 26S –3300bp)

�Sequências de rbcL (gene exclusivo das plantas, presente no DNA de seus cloroplastos)

�Sequências de atpB (responsável pela síntese de ATP

APG II (2003)