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Classificação Biológica

Concurso UFMT
by

Tiago Carrijo

on 4 July 2016

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Transcript of Classificação Biológica

Especiação, classificação,
Sistemática filogenética

Tiago Fernandes Carrijo
tiagocarrijo@gmail.com

Classificações são sistemas de nomes organizados para mostrar relacionamento entre as entidades nomeadas

Os significados dos nomes derivam da intenção das pessoas que estão tentando se comunicar (etimologia)

Para Aristóteles, quando as coisas são reconhecidas, elas são ordenadas em diferentes grupos ou categorias
O que é Classifição?
Classes e objetos
Existe uma diversidade tão grande de coisas no mundo, que ele pode se tornar desesperadamente confuso

Imagine se cada objeto isolado no mundo tivesse um nome próprio diferente, não haveria nenhuma linguagem inteligível

A classificação é intrínseca à comunicação
Porque Classificar?
“Na prática, sistemática e taxonomia são usados como sinônimos”

(Crawson, 1970)
Busca por Bibliografia - fontes bibliográficas - projeto

Busca por Material - coleta e coleções

Dados/ Métodos - morfológicos, ecológicos, etológicos, bioquímicos, distribuição geográfica etc.

Nomenclatura - regras

Resultado - publicações em periódicos e livros
Os processos do trabalho de um Taxonomista
Tipo: é o padrão de referência para a aplicação de um nome científico.
- O tipo de uma Espécie é um exemplar;
- de um Gênero é uma Espécie nominal
- de uma Família, é um Gênero nominal
⇒ cada uma das espécies conhecidas foi descrita ou ilustrada originalmente com base em um exemplar, que lhe serviu de padrão, ou seja...
Tipo é o objeto zoológico que serve de base ao nome de um táxon.

Dois animais, completamente diferentes podem receber, por coincidência, nomes idênticos (homônimos);
Pela a lei da homonímia, o homônimo mais recente deve ser rejeitado e substituído.

Dentre todos os nomes propostos para um mesmo táxon, o mais antigo é o que tem validade. Todos os nomes referentes ao mesmo táxon são sinônimos; o nome válido, isto é, o mais antigo, denomina-se sinônimo sênior e os outros sinônimos juniores.
Nenhuma das demais categorias são regidas pelo código
Para alguns (Níveis de taxonomia):
alfa = descrição e nomenclatura
beta = filogenia e biogeografia
Simpson, 1962:

“A sistemática é o estudo científico da forma dos organismos, sua diversidade e de toda e qualquer relação entre eles.”

“A taxonomia é o estudo teórico da classificação, incluindo as respectivas bases, princípios, normas e regras.”
Reino Animalia (Linnaeus, 1735)  do Grego anima = alma
“organização viva, nervos que sentem, percebem, ao seu arbítrio segue os movimentos possíveis”

Reino Plantae (Linnaeus, 1735)
“objetos naturais que crescem, vivem e não sentem”

Reino Mineral (Linnaeus, 1735)
“objetos naturais que crescem, não vivem ou sentem”
Sistematização lógica dos animais

Enaima – animais de sangue vermelho, ovíparos e vivíparos
Anaima – animais sem sangue vermelho

Sugestão de uma “Scala Naturae”  relacionada ao grau de perfeição
Aristóteles (384-322 a.C.)
Classificações naturais: a origem e o comportamento dos objetos são governados por processos naturais
Um objeto pode ser definido como cada uma das entidades identificáveis num dado domínio de aplicação

Classes se baseiam em semelhanças compartilhadas, isto é, essas classes reúnem objetos com base em algum conjunto de propriedades – características – comum a todos esses objetos
Classificações artificiais e naturais
A tabela periódica é uma classificação natural dos Elementos; a classificação de indivíduos e grupos históricos também é exemplo de classificação natural)
(por exemplo: animais domésticos/animais selvagens; animais venenosos/animais não venenosos; animais comestíveis/animais não comestíveis)
Classificações artificiais ou arbitrárias: objetos são agrupados por semelhanças, com um objetivo prático
Do grego:
Taxis: ordem, arranjo
Nomos: lei, administrar
alfa = descrição e nomenclatura
beta = + biologia
gama = + filogenia e biogeografia
A Classificação Biológica é um tipo de Classificação Natural porque os "objetos" que ela classifica são ENTIDADES HISTÓRICAS REAIS!
Mas nem sempre foi assim...
“Nada em Biologia faz sentido, a não ser à luz da evolução” (Dobzhansky)
John Ray (1627-1705):

Catálogo dos seres-vivos do mundo (foi também o primeiro a utilizar o termo espécie)
Pai da Biologia
Classificação vigente por quase 2.000 anos.
Charles Darwin
(1809-1882)
Espécie
Gênero
Família
Ordem
Filo
Classe
Reino
Alfred Wallace
(1823-1913)
Nas primeiras classificações taxonômicas não há referência à evolução. Acreditava-se que as espécies eram criadas por Deus e de natureza e número inalteráveis. Esse princípio da imutabilidade, denominado fixismo, era crença generalizada antes da Teoria da Evolução de Darwin & Wallace
Lógica aristotélica - Essência dos seres

Caracteres: Simplesiomorfias, sinapomorfias e homoplasias
Especiação

Homologia
Sistemática
Pós - Darwin / Wallace

Grupos monofiléticos: ancestral + descendentes

Caracteres: sinapomorfias

Cladogramas
Escola Filogenética ou Cladística
Vendo a falta de rigor e testabilidade científica nos trabalhos dos "Evolucionistas", os Feneticistas procuraram uma forma mais operacional e "imparcial" de fazer sistemática

Caracteres: quanto mais, melhor

Classificações: baseadas na similaridade máxima

Análises estatísticas

Fenograma
Escola Fenética ou Numérica
Caracteres: plesiomórficos ou apomórficos

Classificações: baseiam-se na filogenia, mas principalmente na importância de características “adaptativas”

=> As classificações podem e devem expressar um balanço entre "similaridade total" e "relações genealógicas"

Árvores filogenéticas ou grados

Subjetiva, autoridade do sistemata
Escola Evolutiva ou Gradista
Com o aumento do conhecimento sobre a diversidade novas categorias foram criadas
Domínio
Reino
Filo Subfilo ou Divisão Subdivisão
Superclasse Classe Subclasse Infraclasse Microclasse
Ordem Subordem Infraordem
Superfamília Família Subfamília Tribo Subtribo Gêneno Subgênero
Espécie Subespécie
Fonte: http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/VC1eSympatric.shtml
Willi Hennig
(1913-1976)
Principais Escolas de Sistemática
- Tradicional, Essencialista, Lineana ou Tipológica
- Evolutiva ou Gradista
- Fenética ou Numérica
- Filogenética ou Cladística
Photuris sp.
Especiação Simpátrica
George Gaylord Simpson
(1902-1984)
Ernst Mayr (1904 - 2005)
Parafilético Polifilético Monofilético
Semelhança
Simplesiomorfia Homoplasia Sinapomorfia
Agrupamentos
Estrutura do Sistema Lineano
Histórico
=> Sistema de táxons: agrupamentos com base em características compartilhadas
=> Sistema de categorias: construído de acordo com os conceitos aristotélicos de genus e eidos
- Genus (origem, tribo, descendência, gênero):
Nível mais geral, que inclui vários elementos

- Eidos (aspecto exterior, forma, classe, modo de ser):
Nível mais restrito, incluído em um nível maior
Lógica de Aristóteles
Hierarquia de Categorias
Exemplos de táxons da categoria "Reino"
Reino
Classe
Ordem
Gênero
Espécie
Hierarquia
de táxons
Hierarquia
de categorias
Carlos Lineu
Systema Naturae, 1735-1758
Homo sapies
Homo
Hominidae
Primates
Chordata
Mammalia
Animalia
Hierarquia de Táxons
- As primeiras classificações apresentavam uma nomenclatura particular, de acordo com o autor

Por exemplo: o cão doméstico possuía mais de 800 designações!

- O uso de nomes regionais populares provoca inúmeras confusões, que podem comprometer inclusive a correta identificação do organismo

Por exemplo: o peixe-boi, na verdade, é um mamífero, enquanto o cavalo-marinho é um peixe
- A escrita em latim evita variação do nome científico das espécies. Este era o idioma universal dos sábios e cientístas europeus. O latim é uma língua “morta”, isto é, não é mais utilizada e, portanto, não há mudanças em seu modo de escrever

- O sistema de classificação proposto por Lineu é a base das classificações biológicas até os dias atuais
Nomenclatura binomial
Canis familiaris
Cão:
Canis familiaris
Todos os seres vivos possuem um ancelstral em comum => As classificações devem agrupar os grupos de organismos mais relacionados entre si
(Entidades Naturais)
Métodos de distância (e.g. UPGMA, Neighbour-joining)

Métodos com “critério ótimo” (Optimality Criteria)
Parcimônia
Modelos
Verossimilhança
Bayesiana
Coalescência
2- Estabelecer qual método utilizar
Como construir uma árvore filogenética?

a) Definir os caracteres (estabelecer homologias!)...
(morfológicos, moleculares, bioquímicos, etológicos....)
... e estados de caracteres


b) Escolher um (ou mais) grupo(s) externo(s)
Escolha um problema (taxonômico, evolutivo, etc) que esteja relacionado à um grupo monofilético

Escolha os táxons a serem amostrados, tentando abranger toda a variação existente no grupo (quanto mais, melhor!!)
Análise filogenética é a melhor estimativa (hipótese) que podemos fazer da história evolutiva de um grupo taxonômico com base nos dados incompletos dos quais temos acesso
Como propor classificações atráves de filogenias?
- Monofiletismo

Qualidade de um táxon que possui um ancestral comum único e exclusivo

- Parafiletismo

Qualidade de um táxon cujo ancestral comum único é compartilhado com outra única linhagem

- Polifiletismo

Qualidade de um táxon cujo ancestral comum único é compartilhado com mais de uma linhagem
- (Sim/Aut)Apomorfia

Característica em um táxon diferente da do elemento externo

- ( Sim)Plesiomorfia

Característica em um táxon igual à do elemento externo
Homologia

Relação entre estruturas em indivíduos ou espécies distintos, presentes em cada um deles devido à herança dessa estrutura desde a espécie ancestral comum mais recente das duas
Conceitos básicos
A grande maioria dos taxonomistas do século XIX, embora criacionistas, procurava por um sistema natural de classificação

Para eles, existia uma relação real na natureza, como resultado da criação, que não pode ser diretamente observada. Contudo, através de estudos das semelhanças e diferenças entre os organismos, as relações naturais podem ser descobertas

As verdadeiras semelhanças ou afinidades naturais foram designadas como homologias, e as falsas semelhanças ou afinidades foram designadas como analogias. A partir da distinção entre homologias e analogias era possível descobrir estas relações e gerar a base do sistema natural de classificação, harmonizando com o plano da criação
Ernst Haeckel
(1834-1919)
Depois que os cientistas aceitaram o princípio da evolução, a afinidade natural foi vista como um resultado da evolução

A proximidade entre organismos passou a ser representada graficamente por “árvores genealógicas” ou “árvores filogenéticas”

A partir desse momento, a filogenia passou a ocupar-se do estudo da origem e evolução dos táxons
Especiação Alopátrica (vicariância)
- Lineu então propõe que os nomes científicos sejam binomiais, escritos em latim e em destaque:

Homoplasia

Relação de semelhança entre estruturas em indivíduos ou espécies distintos presentes em cada um deles devido à ocorrência independente de modificações
Os códigos regem os sistemas de nomes científicos aplicados aos táxons existentes ou extintos a que lhes cabem - eles são independetes entre si

As disposições do Código de Nomeclatura Zoológica, por exemplo, aplica-se a todos os nomes e publicações zoológicas após 1757, que afetem a nomenclatura zoológica
International Commission on Zoological Nomenclature
International Code of Botanical Nomenclature
International Code of Nomenclature of Bacteria
O objetivo dos Códigos é "promover a estabilidade e a universalidade dos nomes científicos dos organismos, e assegurar que o nome de cada táxon seja único e distinto"
Por que ainda assim tem tantas mudanças?
O código disciplina nomes dos táxons dos grupos da Família, Gênero e do grupo e Espécie.

Táxons do grupo da Família: ⇒ Superfamília
Família
Subfamília
Tribo

Táxons do grupo Gênero: ⇒ Gênero
Subgênero

Táxons do grupo Espécie: Espécie
Subespécie
International Commission on Zoological Nomenclature
Qual é, de fato, a importância
da Taxonomia?

Parece prevalecer a idéia de que, após tantos anos de acúmulo de descrições de espécies, todas já devem estar conhecidas, todo o conhecimento já está bem estabelecido.



Ou seja, nada mais há para ser feito.
“Paradoxalmente à necessidade cada vez mais sentida do sistemata, há um declínio do número destes em uma escala mundial, o que impede o desenvolvimento de todas as outras áreas de estudo em biodiversidade.

Este processo foi denominado de “impedimento taxonômico”, ou seja, a impossibilidade de cumprir a tarefa de descrever a biodiversidade devido ao baixo número de sistematas.”
Margules & Pressey, 2000:

“Só se pode conservar o que se conhece e, por isso, o primeiro estágio para conservar a biodiversidade é descrevê-la, mapeá-la e medi-Ia.”

O taxonomista é essencial para a descrição e compreensão da diversidade da vida, especialmente neste momento em que vivemos a maior crise de ameaça à biodiversidade da história da Terra.
Qualquer sistema de caracteres ou fonte de dados da Biologia Geral (morfologia, fisiologia, biologia, biomoléculas, ecologia, etc.) que permita comparação entre diferentes organismos é uma ferramenta potencial para a Sistemática.


Sendo assim, a sistemática pode ser considerada como uma Metaciência, subjacente a todas as outras áreas das Ciências Biológicas.
Sem a taxonomia não se pode saber:
- quais espécies viveram ontem, vivem hoje e terão possibilidade de continuar vivendo amanhã numa determinada área;
- qual tipo de equilíbrio existe no interior da comunidade que habita uma área;
- qual o custo da biodiversidade de uma dada área;
- o que acontecerá com o equilíbrio biológico de uma área se as condições ambientais que a governam forem alteradas, etc.

Enfim, nada disso será possível se não existirem taxonomia e taxonomistas.
O que é Classifição?
Classificando Entidades Naturais
Histórico até as
primeiras Filogenias

Escolas de Sistemática
Conceitos básicos
Escola Tradicional, Essencialista,
Lineana ou Tipológica
Praticamente extinta na teoria...
Entretanto, talvez a mais praticada, principalmente à nível de espécies
Escola Evolutiva ou Gradista
Robert Sokal
(1926 - 2012)
Como sistemática, também praticamente já desapreceu.
Entretanto, ela deixou um legado bastante positivo em relação aos avanços computacionais análiticos, e técnicas estatísticas multivariadas
Praticamente já desapreceu como programa de inferência sistemática

Entretanto, deixou um legado negativo em diversos livros-textos com classificações que contêm grupos baseados em outros critérios, que não a acestralidade comum
1950: Primeiro livro, em alemão
1966: Phylogenetic Systematics
Escola Filogenética ou Cladística
1- A melhor maneira possível de classificar os organismos é aquela que reflete exatamente as relações genealógicas entre as espécies classificadas

2- Classificações filogenéticas são logicalmente consistentes com a árvore filogenética proposta pelo pesquisador. Desta forma, são candidatas à serem classificações naturais melhores do que classificações alternativas não consistentes com a árvore hipotetizada

3- Relações entre os organismos não precisam ser inventadas e tratadas como um cenário; elas precisam apenas serem descobertas! E as nossas hipóteses refletem os nosso maior esforço para descobrir essas relações

4- Todos os caracteres são potencialmente úteis para descobrir essas relações, mas apenas alguns são úteis em uma determinada parte ou nível da análise

5- A relação entre hipótese, evidência, e sumário devem ser transparentes no sentido alguém possa examinar as evidências usadas novamente
Existe uma árvore da vida que liga todos os organismos vivos em uma relação genealógica, e é possível reconstruir relações entre as espécies dessa árvore
Como??
Métodos de
reconstrução Filogenética

Taxonomia Alfa
1- Construir uma Matriz
Carlos Lineu
Systema Naturae, 1735-1758
(Wiley & Liberman, 2011)
A importância
da Classificação Biológica

Carlos E. de M. Bicudo
Imagens

www.google.com
ou
referência citada no próprio slide

Referências

Amorim, DS. 2002. Fundamentos de Sistemática Filogenética. Holos Editora, Ribeirão Preto. 156 pp.

ICZN [ International Commission on Zoological Nomenclature]. 1999. International Code of Zoological Nomenclature. The International Trust for Zoological Nomenclature, London. 306 pp.

Margules, CR; Pressey, RL. 2000. Systematic conservation planning. Nature 405, 243-253

Martins, HBM; Sano, PK. 2004. Biodiversidade tropical. Coleção Paradidáticos. Série Evolução Editora UNESP. 126 pp.

Mayr, E. 2005. Biologia, Ciência Única: reflexões sobre a autonomia de uma disciplina científica. Tradução Marcelo Leite. São Paulo: Companhia das Letras.

Papaveo, N. 1994. Fundamentos práticos de taxonomia zoológica: coleções, bibliografia, nomenclatura. Editora UNESP. 285 pp.

Wiley, EO; Lieberman, BS. 2011. Phylogenetics: Theory and Practice of Phylogenetic Systematics, 2nd Edition. Wiley-Blackwell. 432 pp.

Outras propostas de códigos para Nomenclatura e Classificação
O que se conhecia do grupo até aqui...
Bibliografia
Termes brevicornis Havilandi, 1898
Busca do material: Coletas
Agamospecies, Biological, Biogeographic, Cohesion, Cladistic, Composite, Ecological, Evolutionary Significant Unit, Evolutionary, Genealogical Concordance, Genetic, Genotypic Cluster Definition, Hennigian, Internodal, Morphological, Non-dimensional, Phenetic, Phylogenetic (Diagnosable, Monophyly, Diag. & Monoph.), Polythetic, Recognition, Reproductive Competition, Successional, Taxonomic
Conceitos de espécie
Mayden (1997). Cap. 19. In: Claridge et al.
Existe uma crise na biologia evolutiva bem reconhecida na teoria mas amplamente ignorada na prática.



1- Nosso conhecimento sobre como a especiação ocorre depende do nosso conceito de espécie;


2- Os biólogos discordam sobre o que é espécie
“... e ainda estamos longe de alcançar unanimidade sobre a origem de novas espécies, sobre seu significado biológico e sobre a delimitação dos táxons de espécies.”

(Mayr, 2005)
“A espécie é, com efeito, um desafio fascinante!”
Restrição ao uso de dados morfológicos para a maioria dos animais de museus..
Busca do material: Coleções
A Teoria
Comparações
Distribuição geográfica
Conceito de Tipo / Homonímia / Sinonímia
International Commission on Zoological Nomenclature
Publiação
Fatores evolutivos


(Capazes de mudar a constituição genética das populações)

Seleção natural

Deriva genética

Migração (fluxo gênico)

Mutação

Em função dos fatores
Adaptação

Especição

Extinção

Mutação
Aualquer mudança no DNA, gerando a variabilidade genética em caracteres que afetam as chanches de sobrevivência e reprodução

Seleção natural
Processo pelo qual indivíduos que apresentam características mais ou menos favoráveis à captação de recursos em um dado ambiente deixam maior ou menor número de descendentes.

Deriva genética
Mudanças aleatórias nas frequências gênicas de uma população

Fluxo gênico
Movimentação de genes para uma população, através de migração
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