Definição: INTRODUÇÃO A EVOLUÇÃO Evolução biológica, em termos simples, é descendência com modificação. Essa definição engloba evolução em pequena escala (mudanças em frequência gênica em uma população de uma geração para a próxima) e evolução em larga escala (a progênie de espécies diferentes de um ancestral comum após muitas gerações). A evolução nos ajuda a entender a história da vida. A Explicação: Evolução Biológica não é apenas uma questão de mudanças pelo tempo. Muitas coisas mudam com o tempo: árvores perdem suas folhas, cordilheiras ascendem e erodem, mas esses não são exemplos de evolução biológica porque não envolvem descendência através de herança genética. Através do processo de descendência com modificação, o ancestral comum da vida na Terra deu origem a fantástica diversidade que vemos documentadas nos registros fósseis e a nossa volta hoje. Evolução significa que somos todos primos distantes: humanos e carvalhos, beija-flores e baleias. Figura 1: As folhas das árvores mudam de cor e caem em questão de semanas. Figura 3: Uma genealogia ilustra alteração com herança, em poucos anos. Figura 2: Cordilheiras erodem por milhões de anos. Figura 4: Ao longo de um grande período de tempo, a evolução produz uma tremenda diversidade em formas de vida. As ideias centrais da evolução são que a vida tem uma história que mudou com o passar do tempo e que espécies diferentes dividem um ancestral comum. Aqui você pode descobrir como alterações e relações evolutivas são representadas em árvores genealógicas, como essas árvores são construídas e como esse conhecimento afeta a classificação biológica. Você também encontrará uma linha do tempo da história da evolução e informações sobre alguns eventos específicos na história da vida: evolução humana e a origem da vida.
A Árvore Genealógica O processo da evolução produz um padrão de relacionamentos entre espécies. Conforme as linhagens evoluem e separam-se, e alterações são herdadas, seus caminhos evolutivos divergem. Isso produz um padrão ramificado de relações evolutivas. Estudando características de espécies herdadas e outras evidências históricas, nós podemos reconstruir os relacionamentos evolutivos e representá-los em uma Árvore genealógica, chamada Filogenia. A filogenia que você vê abaixo representa as relações básicas que enlaça toda a vida na Terra. Os três domínios: Essa árvore, assim como todas as árvores filogenéticas, é uma hipótese sobre os relacionamentos entre os organismos. Ela ilustra a ideia de que toda a vida é relacionada e pode ser dividida em três grandes clados, usualmente chamados de três domínios: Archaea, Bacteria e Eukaryota. Nós podemos aproximar uma ramificação da árvore para explorar a filogenia de linhagens particulares, como por exemplo, Animalia (circundada em vermelho). E podemos aproximar ainda mais para examinar algumas das maiores linhagens dentro de Vertebrados. A Árvore é sustentada por muitas linhas de evidência, mas provavelmente não é à prova de erros. Cientistas reavaliam hipóteses constantemente e as comparam com novas evidências. Conforme cientistas coletam ainda mais dados, eles podem revisar essas hipóteses, reajustando algumas das ramificações da árvore. Por exemplo, evidências descobertas nos últimos 50 anos sugerem que pássaros são dinossauros, o que exigiu certos ajustes de vários ramos dos vertebrados. Entendendo a filogenia Entender uma filogenia é bem parecido com ler uma árvore genealógica. A raiz da árvore representa a linhagem ancestral, e as pontas das ramificações representam os descendentes desse ancestral. Conforme você avança da raiz para as pontas, você está avançando no tempo. Quando uma linhagem se divide (especiação), é representada como uma ramificação na filogenia. Quando um evento de especiação ocorre, uma única linhagem ancestral dá origem a duas ou mais linhagens filhas.
Filogenias traçam padrões de ancestralidade compartilhados entre linhagens. Cada linhagem tem uma parte de sua história que é única e outra parte que é compartilhada com outras linhagens. Similarmente, cada linhagem tem ancestrais que são únicos para aquela linhagem e ancestrais que são partilhados com outras ancestrais comuns. Um clado é um agrupamento que inclui um ancestral comum e todos os descendentes (viventes e extintos) desse ancestral. Usando uma filogenia, é fácil dizer se um grupo de linhagens forma um clado. Imagine recortar um único ramo da filogenia todos os organismos desse ramo podado formam um clado. Clados são representados uns dentro dos outros eles formam uma hierarquia. Um clado pode incluir milhares de espécies ou só algumas. Alguns exemplos de clados em diferentes níveis estão marcados nas filogenias abaixo. Observe como clados estão aninhados dentro de clados maiores. Até agora, nós dissemos que as pontas de uma filogenia representam linhagens descendentes. Entretanto, dependendo da quantidade de ramos da árvore que você esteja incluindo, as descendências nas pontas podem ser diferentes populações de uma espécie, espécies diferentes ou diferentes clados, cada um composto de várias espécies. Árvores, não escadas Muitas vezes no passado, biólogos se comprometeram com a ideia incorreta de que a vida pode ser organizada em uma escada, indo de organismos inferiores até organismos superiores. Essa ideia está no cerne da Grande Cadeia do Ser de Aristóteles
(veja à direita). Similarmente, é fácil ter uma má interpretação de filogenias se assumirmos que alguns organismos são mais avançados do que outros; entretanto, filogenias não sugerem nada disso. Nessa filogenia extremamente simplificada, uma especiação ocorreu resultando em duas linhagens. Uma levou aos musgos de hoje; a outra levou a samambaia, pinheiro e rosa. Desde a especiação, ambos tiveram igual quantidade de tempo para evoluir. Portanto, apesar de os musgos terem ramificado cedo na árvore da vida e compartilharem muitas características com o ancestral de outras plantas terrestres, espécies de musgo viventes não são ancestrais de outras plantas terrestres. Tampouco são mais primitivas. Musgos são os primos das outras plantas terrestres. Então, quando lendo uma filogenia, é importante manter três coisas em mente: A evolução produz um padrão de relações, A B C D, entre linhagens que é similar a uma árvore, não a uma escada. Só porque nós tendemos a ler filogenias da esquerda para a direita, não significa que há relação com nível de avanço. Para qualquer evento de especiação em uma filogenia, a escolha de que linhagem vai para a direita e qual vai para a esquerda é arbitrária. As seguintes filogenias são equivalentes: Biólogos geralmente colocam o clado em que estão mais interessados (sejam eles de morcegos, percevejos ou bactérias) do lado direito da filogenia. Equívocos sobre seres Humanos Os pontos descritos acima causam a maioria dos problemas quando se trata de evolução humana. A filogenia das espécies viventes mais próximas a nós se parece com esta: É importante lembrarmos que: Humanos não evoluíram de chimpanzés. Humanos e chimpanzés são primos evolutivos e compartilham um ancestral comum recente que não era nem humano tampouco chimpanzé. Humanos não são superiores ou mais evoluídos do que qualquer outra linhagem
existente. Desde que nossas linhagens se separaram, humanos e chimpanzés desenvolveram traços únicos para suas próprias linhagens. Construindo a Árvore Assim como árvores genealógicas, árvores filogenéticas representam padrões de ancestralidade. Entretanto, enquanto famílias têm a oportunidade de registrar sua própria história enquanto ela acontece, linhagens evolutivas não - estas espécies da natureza não vêm com pedaços de papéis mostrando seus históricos familiares. Ao invés disso, biólogos têm que reconstruir esses históricos coletando e analisando evidências, as quais são utilizadas para formar uma hipótese sobre como os organismos estão relacionados - uma filogenia. Para construir uma árvore filogenética como a que está à direita, biólogos coletam dados sobre as características de cada organismo em que eles têm interesse. Características são traços hereditários que podem ser comparados entre organismos, como características físicas (morfologia), sequências genéticas e características comportamentais. Para construir a filogenia dos vertebrados começamos por examinar representantes de cada linhagem para aprender sobre sua morfologia básica, se a linhagem tem ou não vértebras, esqueleto ósseo, quatro membros, um ovo amniótico etc. Usando características derivadas compartilhadas Nosso objetivo é encontrar evidências que nos ajudarão a agrupar os organismos em clados cada vez menos inclusivos. Especificamente, estamos interessados em características derivadas compartilhadas. Uma característica compartilhada é aquela que duas linhagens têm em comum e uma característica derivada é aquela que evoluiu na linhagem conduzindo a um clado e que coloca os membros desse clado apartados de outros indivíduos. Características derivadas compartilhadas podem ser usadas para agrupar organismos em clados. Por exemplo, anfíbios, tartarugas, lagartos, cobras, crocodilos, aves e mamíferos, todos tem, ou historicamente tinham, quatro membros. Se você olhar para a cobra moderna você pode não ver membros óbvios, porém fósseis mostram que cobras antigas tinham sim, membros, e algumas das cobras modernas realmente retém membros rudimentares. Quatro membros é uma característica derivada compartilhada herdada de um ancestral comum que ajuda a separar esse clado dos vertebrados em particular. Entretanto, a presença de quatro membros não é útil para determinar as relações
dentro do clado em verde ao lado, já que todas as linhagens no clado têm essa característica. Para determinar as relações nesse clado, nós precisaríamos examinar outras características que variam entre as linhagens do clado. Homologias e Analogias Como a árvore filogenética é uma hipótese sobre relações evolutivas, precisamos usar características que sejam indicadores confiáveis de ancestralidade comum para construir a árvore. Nós utilizamos características homólogas características similares em organismos diferentes porque foram herdadas de um ancestral comum que também tinha essa característica.os quatro membros dos tetrápodes são um bom exemplo de homologia. Pássaros, morcegos, ratos e crocodilos todos têm quatro membros. Tubarões e peixes ósseos não têm. O Ancestral dos tetrápodes desenvolveu quatro membros e seus descendentes herdaram esse atributo logo, a presença de quatro membros é uma homologia. Nem todas as características são homólogas. Por exemplo, pássaros e morcegos têm asas, enquanto ratos e crocodilos não o têm. Isso significa que pássaros e morcegos estão mais intimamente relacionados um com o outro do que ratos e crocodilos? Não. Quando verificamos asas de pássaros e de morcegos mais de perto, vemos que existem algumas diferenças fundamentais. Asas de morcegos consistem em retalhos de pele estendidos entre os ossos dos dedos e do braço. Asas de pássaros são penas estendidas por todo o comprimento do braço. Essas diferenças sugerem que as asas de morcego e as de pássaro não foram herdadas de um ancestral comum com asas. Essa idéia é ilustrada pela filogenia abaixo, que é baseada em um amplo número de outras características. Asas de pássaro e de morcego são análogas isto é, elas tem origens evolutivas diferentes, mas são superficialmente similares porque servem a mesma função. Analogias são o resultado da evolução convergente. Curiosamente, apesar de as asas de pássaro e de morcego serem análogas como asas, como membros dianteiros elas são homólogas. Pássaros e morcegos não herdaram asas de um ancestral comum com asas, mas herdaram os membros superiores de um ancestral comum com essa característica. Usando a árvore para classificação Biólogos usam árvores filogenéticas por muitas razões, como: Testar hipóteses sobre evolução Aprender sobre características de espécies extintas e linhagens ancestrais
Classificar organismos Usar filogenias como base para classificação é relativamente novo para a biologia. A maioria de nós está acostumada com o Sistema de Classificação de Lineu que atribui a todo organismo um reino, filo, classe, ordem, família, gênero e espécie, que, entre outras possibilidades, tem um recurso mnemônico para lembrar O REI FILÓSOFO CLASSIFICA DE ORDINÁRIA A FAMA DOS GENERAIS ESPARTANOS. Esse sistema foi criado muito antes de os cientistas entenderem que os organismos evoluíam. Como o sistema de Lineu não é baseado na evolução, grande parte dos biólogos está mudando para um sistema de classificação que reflita a história evolutiva dos organismos. Esse sistema de classificação filogenética nomeia apenas clados grupos de organismos que são descendentes de um ancestral comum. Como exemplo, podemos olhar mais de perto os répteis e aves. Em um sistema de classificação filogenética podemos nomear qualquer clado nessa árvore. Por exemplo, os Testudines, os Squamata, Archosauria e Crocodylomorpha todos formam clados. Entretanto, os répteis não formam um clado, como apontado no cladograma. Isso significa que ou réptil não é um grupo filogenético válido ou temos que começar a pensar em aves como sendo répteis. Outra coisa curiosa sobre classificação filogenética é que isso significa que os dinossauros não estão inteiramente extintos. Aves são, na verdade, dinossauros (Parte do clado Dinossauria). É muito legal pensar que podemos aprender algo sobre T. Rex apenas estudando pássaros!