A diversidade de seres vivos

A diversidade de seres vivos variou ao longo do tempo geológico em nosso planeta. Entender essa variação e conhecer a biodiversidade atual sempre foi um desafio para os cientistas.

Diversas propostas já surgiram procurando estabelecer uma ordem na enorme diversidade de organismos, classificando-os de acordo com suas semelhanças.

Charles Darwin.
Charles Darwin.
Alfred Russel Wallace.
Alfred Russel Wallace.

Desde a Antiguidade existe uma linha de pensamento afirmando que os seres vivos são imutáveis, ou seja, que eles surgem com a forma atual e não mudam ao longo do tempo, o que é conhecido como fixismo. Essa interpretação, apesar de ainda ser aceita por alguns segmentos da cultura humana, começou a mudar em 1858 quando dois pesquisadores ingleses, Charles Darwin (1809-1882) e Alfred Russel Wallace (1823-1913), atuando de forma independente, revolucionaram a Biologia com a divulgação de ideias sobre evolução por seleção natural. Essas ideias são aceitas até hoje pela imensa maioria da comunidade científica e será com base nelas que analisaremos os seres vivos.

Os sistemas de classificação que não se baseiam em relações de parentesco evolutivo entre os grupos de seres vivos são considerados artificiais, enquanto os sistemas que procuram compreender essa relação são chamados naturais.

O ramo da Biologia que trata da descrição, da nomenclatura e da classificação dos seres vivos denomina-se taxonomia.

Um grande marco na classificação dos seres vivos foi estabelecido a partir de 1735, com os trabalhos do médico e professor sueco Carl von Linné (1707-1778), cujo nome em português é Lineu. Por meio do livro Systema Naturae ele propôs um sistema de classificação dos seres vivos que, embora artificial, é empregado até hoje, com modificações.

Lineu e os demais naturalistas da época acreditavam que os organismos eram criados por uma divindade com sua forma definitiva e que o número dos diferentes tipos de organismos era constante desde a criação do mundo.

No sistema de Lineu a unidade básica da classificação é a espécie. Espécies semelhantes são agrupadas em um mesmo gênero. Gêneros semelhantes são agrupados em ordens, que são agrupadas em classes, que são agrupadas em filos ou divisões, que são agrupados em reinos.

Uma das modificações importantes no sistema de Lineu refere-se à maneira como se interpretam as relações entre os seres vivos a partir da aceitação das ideias evolutivas. Desde então a classificação dos seres vivos passou a ter um enfoque evolutivo.

Os sistemas atuais consideram um conjunto de caracteres relevantes, os quais permitem propor e testar hipóteses de relações de parentesco evolutivo e construir a filogenia ou filogênese dos diferentes grupos de seres vivos, ou seja, estabelecer as principais linhas de evolução desses grupos.

A área da Biologia que se preocupa com a taxonomia e com a compreensão da filogenia dos grupos é a Sistemática.

Atualmente, são sete categorias obrigatórias hierárquicas constantes dos Códigos Internacionais de Nomenclatura Zoológica (referente aos animais) e de Nomenclatura Botânica (referente às plantas):

Reino → Filo (em Zoologia) ou Divisão (em Botânica, embora também se aceite Filo) → Classe → Ordem → Família → Gênero → Espécie.Além dessas, muitas vezes utilizam-se categorias intermediárias e não-obrigatórias, como subfilo, infraclasse, superordem, subordem, superfamília, subfamília e subgênero.

Outra categoria taxonômica não-obrigatória e que é inferior à espécie e a subespécie.

Lineu estabeleceu também regras de nomenclatura que são utilizadas até hoje, embora com algumas modificações.

Vejamos a regra para se escrever o nome da espécie e do gênero: o nome da espécie é sempre duplo, formado por duas palavras escritas em itálico ou sublinhadas. A primeira palavra corresponde ao nome do gênero e sempre deve ser escrito com letra inicial maiúscula. A segunda palavra corresponde ao epíteto específico – palavra que especifica o gênero. Esta deve ser escrita sempre com inicial minúscula.

Nome científico da espécie humana.
Nome científico da espécie humana.

Como exemplo, vamos escrever o nome científico da espécie humana. O gênero ao qual pertence a espécie humana é denominado Homo. O epíteto específico é sapiens. Assim, o nome da espécie é Homo sapiens.

As regras de nomenclatura facilitam a comunicação entre pessoas de diferentes nacionalidades e idiomas. A espécie humana será sempre Homo sapiens em português, inglês, alemão, espanhol etc.

Vamos, agora classificar a espécie do cão doméstico, desde a categoria mais geral, a de reino até a mais específica, a de espécie:

Esquema de classificação do cão (Canis familiaris).
Esquema de classificação do cão (Canis familiaris).

Noções de Sistemática

Com a aceitação das ideias evolutivas, as espécies deixaram de ser vistas como grupos estáticos de seres vivos e passaram a ser assim definidas:

Conceito biológico de espécie.

Nessa definição, a expressão “potencialmente intercruzantes” estabelece que uma espécie pode ter populações que não se cruzam naturalmente por estarem separadas geograficamente. Entretanto, se essas populações forem colocadas artificialmente em contato, haverá cruzamento entre os indivíduos, resultando descendentes férteis.

Esse conceito de espécie só é válido para organismos com reprodução sexuada, já que aqueles com reprodução assexuada são agrupados em espécies de acordo com semelhanças entre características morfológicas, fisiológicas e genéticas.

Mesmo para organismos com reprodução sexuada, essa definição apresenta limitações, pois ela não possibilita um modo prática para se identificar uma espécie: não é possível observar a reprodução em todos os seres recentes muito menos fósseis.

Assim, existem outras definições de espécie, e uma delas será apresentada mais adiante.

Nos dias de hoje, entende-se que a diversidade de seres vivos é resultante de processos evolutivos e que esses processos podem ocorrer basicamente por anagênese e cladogênese.

Cladograma.
Cladograma.

Anagênese compreende processos pelos quais um caráter surge ou se modifica numa população ao longo do tempo, sendo responsáveis pelas “novidades evolutivas”. São exemplos de eventos anagenéticos a fixação, nas populações, de mutação (alterações no material genético) e de recombinações gênicas (envolvem meiose e fecundação, o que ocorre na reprodução sexuada) através principalmente da seleção natural que atua sobre a variabilidade genética da população, selecionado os organismos mais bem adaptados a uma determinada condição ambiental, mantendo ou eliminando as “novidades evolutivas”, que surgem.

Cladogênese compreende processos responsáveis pela ruptura da coesão original em uma população, gerando duas ou mais populações. Um exemplo de evento cladogenético é o surgimento de barreiras geográficas separando uma população inicial em duas, que não se comunicam mais. Cada uma dessas populações, agora separadas, passa a ter sua própria história evolutiva. Em função dos eventos anagenéticos, essas populações modificam-se ao longo do tempo, podendo originar duas espécies distintas. Características vantajosas que surgem nas populações podem ser mantidas por seleção natural.

Na Sistemática, procura-se compreender a evolução dos seres vivos e classificá-los refletindo essa evolução. Saber com certeza como a evolução ocorreu é difícil, mas existem evidências, baseadas no estudo comparado dos fósseis, dos seres vivos atuais e do material genético dos organismos, que nos permitem formular hipóteses, algumas mais confiáveis do que outras.

Sistemática evolutiva e filogenética

Duas principais escolas de classificação baseiam-se em princípios evolutivos: a evolutiva, que é a mais tradicional, e a filogenética ou cladística, que começou a ganhar a preferência dos pesquisadores a partir de 1966, com a divulgação dos trabalhos de Willi Hennig (1913-1976), cientista alemão que estudava insetos.

A grande crítica que a escola filogenética faz em relação à evolutiva é que nesta falta um método adequado para testar hipóteses. A escola filogenética desenvolveu esse método, e por meio dele os cientistas esperam conseguir estabelecer melhor as relações evolutivas entre os diferentes grupos de seres vivos, com a menor subjetividade possível.

Para isso, considera-se grande número de caracteres, que podem ser anatômicos, fisiológicos, comportamentais ou moleculares, dentre outros. Como a quantidade de informações geralmente é enorme, os dados muitas vezes são trabalhados por meio de programas especiais de computador, elaborados para se tentar definir as relações evolutivas entre os organismos.

Quando se comparam as informações obtidas pela análise cladística com aquelas que estamos mais acostumados a ver na escola evolutiva, muitas diferenças começam a surgir. Um exemplo disso é o grupo dos peixes, que é aceito como classe válida pela escola evolutiva, porém não é aceito pela cladística, pois quando se aplica o método desenvolvido por esta escola, verifica-se que os peixes não têm origem a partir de um único grupo ancestral comum e exclusivo e, portanto, não formam um grupo válido.

Com base no estudo comparado, a sistemática filogenética procura definir para cada caráter qual é a condição primitiva, que ocorre em um ancestral, e qual é a condição derivada, que surge a partir da primitiva. Somente as condições derivadas, que correspondem às novidades evolutivas, são usadas para definir os agrupamentos.

Suponhamos, por exemplo, uma situação hipotética em que se pretende analisar o caráter “cor da asa de borboleta”, tendo-se verificado que suas variações são branco e vermelho (só devemos considerar caracteres que tenham pelo menos duas variações, pois, quando não há variação, temos pouca informação evolutiva). Precisamos saber agora qual dessas formas é a primitiva e qual é a derivada, ou seja, precisamos testar:

  • se branco mudou para vermelho;
  • ou se vermelho mudou para branco.

Para isso, devemos analisar grupos externos, que são grupos de seres vivos aparentados da borboleta e que tenham surgido antes na história evolutiva desses organismos.

A variação do caráter que estiver presente nesses grupos externos representará o estado primitivo. Se estiver presente a variação branco, então essa é a forma primitiva e vermelho é a derivada.

Os grupos naturais são formados apenas por organismos que compartilham a condição derivada de um ou mais caracteres e que descendem de um ancestral comum exclusivo. Grupos formados desse modo, e que incluem todos os descendentes desse ancestral exclusivo, são chamados monofiléticos (mono = um, único).

Em cladística, as relações entre os seres vivos são representadas por meio de diagramas chamados cladogramas (clado = ramo).

Cladograma.
Cladograma.

Nos cladogramas, a base de onde partem os ramos é chamada raiz, e os grupos de seres vivos são colocados no ápice, compondo os terminais.

Os pontos de onde partem as ramificações são chamados nós e representam ancestrais comuns hipotéticos para todos os grupos de seres vivos que estão acima do nó. Todos os grupos acima de cada nó compõem grupos monofiléticos.

Os nós representam pontos onde ocorreram eventos cladogenéticos, ou seja, onde populações ancestrais se separaram e passaram a apresentar características derivadas, que surgiram por eventos anagenéticos.

A localização dos pontos de ramificação ao longo do cladograma fornece uma ideia do tempo relativo de origem dos diferentes ramos.

Cladograma.
Cladograma.

Nesse exemplo, o ramo X tem a mesma idade de todo o ramo Y (formado pelos grupos A + B + C + D), pois esses dois ramos partem do mesmo nó. Entretanto, quando se compara o ramo X com o ramo A, nota-se que o A parte de outro nó mais apical no cladograma. Isso indica que o ramo A surgiu depois do ramo X. Essa noção de tempo, no entanto, não é absoluta, pois em geral os espaços entre os nós de um cladograma são artificialmente iguais entre si. Desse modo, só podemos ter noção do tempo relativo e não do tempo absoluto do surgimento de um grupo em relação ao outro.

Utilizando esse raciocínio, podemos dizer que o ramo B surgiu depois do A, e os ramos C e D depois do B. Os dois últimos ramos (C + D) surgiram ao mesmo tempo, pois se originam do mesmo nó.

A sequência hierárquica das ramificações do cladograma reflete de alguma maneira a seqüência de subdivisões de linhagens observadas ao longo do tempo. Grupos que partem do mesmo nó são mais próximos evolutivamente do que grupos que partem de outro nó, pois compartilham maior número de novidades evolutivas, sendo chamados grupos-irmãos. Assim, C e D são grupos-irmãos. Eles são mais aparentados entre si do que em relação ao grupo B. Quando se analisa a partir do nó que deu origem a B + C + D, pode-se dizer que eles são mais aparentados entre si do que em relação ao grupo A, e assim por diante. As condições derivadas dos caracteres, e que são exclusivas de cada agrupamento, podem estar apontadas nos ramos do cladograma.

Com base nessa interpretação da evolução, outras definições de espécies têm surgido, como a seguinte:

Conceito filogenético de espécie.Essa definição pode ser aplicada para organismos com reprodução assexuada ou para organismos com reprodução sexuada e pode ser empregada tanto para espécies recentes como para fósseis, pois ela não depende de se saber se há ou não reprodução e descendentes férteis.

No cladograma do exemplo anterior, cada um dos terminais poderia representar uma espécie. Entretanto, os terminais nem sempre são espécies. Eles podem representar gêneros, famílias ou outros níveis hierárquicos.

Construindo um cladograma

Vamos construir um cladograma hipotético em que se pretende analisar as relações filogenéticas entre quatro grupos de organismos: A, B, C e D.

Devemos analisar de forma comparativa caracteres presentes nesses grupos e como esses caracteres variam.

Simplificadamente, vamos considerar apenas um grupo externo, que identificaremos como X, e cinco caracteres em que a condição primitiva de cada um já tenha sido determinada. Identificaremos a condição primitiva com um retângulo sem cor e cada condição derivada com uma cor.

Observe a tabela ou matriz de dados em que essas informações foram colocadas:

Caráter
Grupo externo X
Grupo A
Grupo B
Grupo C
Grupo D
1
2
3
4
5

Agora essa matriz deve ser transformada num cladograma, em que apenas a condição derivada é usada para definir os agrupamentos.

Cada passo no cladograma é determinado pela condição derivada e deve-se construir o cladograma com o menor número possível de passos.

O caráter 1 aparece na condição derivada nos grupos A, B, C, D. Isso indica que esses grupos compartilham um mesmo ancestral comum exclusivo. Essa condição deve ser o primeiro passo do cladograma, separando o grupo X dos demais.

O caráter 2 aparece na condição derivada nos grupos B, C, D. Assim, ele deve ter surgido a seguir, definindo o próximo passo no cladograma.

Os caracteres 3 e 4 aparecem na condição derivada apenas em C e D, definindo o agrupamento C + D.

A condição derivada do caráter 5 aparece apenas no grupo D, que o separa, portanto, do grupo C.

Essa interpretação nos permite construir o seguinte cladograma:

Cladograma.
Cladograma.

Empregando o conceito de grupo monofilético (aquele que compartilha um ancestral comum exclusivo), pode-se notar que todo grupo formado por X + A + B + C + D é monofilético. Por sua vez, o outro agrupamento formado por A + B + C + D também é monofilético, o mesmo acontecendo com B + C + D e com C + D. Assim, existe uma hierarquia em que um grupo monofilético maior abriga outro grupo menor, que abriga outro grupo monofilético menor ainda.

As análises filogenéticas não são tão simples e geralmente envolvem grande número de caracteres.

Sistemática: uma área em constante modificação

Apesar dos avanços da Biologia na obtenção de dados sobre os seres vivos, especialmente dados moleculares, ainda existem dúvidas na compreensão das relações filogenéticas entre vários grupos de seres vivos. Com isso, novas propostas de classificação têm surgido, sendo a Sistemática hoje uma das áreas da Biologia que mais cresce e sofre mudanças.

Quando as relações filogenéticas de grupos de seres vivos estão bem resolvidas, são apresentadas em cladogramas formados apenas por dicotomias (dico = dois; tómos = divisão). Quando vários ramos partem de um único ponto do cladograma, isso significa que as relações filogenéticas entre esses grupos não estão completamente resolvidas, formando politomias (poli = muitos).

Cladograma.
Cladograma.

Mesmo quando as dicotomias já são estabelecidas, o estudo mais detalhado dos seres vivos pode trazer à tona caracteres antes não considerados e que podem provocar mudanças nessas dicotomias.

Assim, a classificação dos seres vivos tem estado em constante revisão e ainda há muito que descobrir sobre as relações evolutivas entre os seres vivos.

Em função disso, tem sido muito frequente haver divergências em diferentes livros e artigos no que se refere à classificação dos seres vivos.

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