Esqueça as esponjas: os primeiros animais eram geléias marinhas

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Anonim

Quando o cartunista e professor de biologia marinha Steve Hillenburg criou o SpongeBob SquarePants em 1999, ele pode ter apoiado o lado errado de uma das mais antigas controvérsias no campo da biologia evolutiva.

Na última década, os zoólogos têm lutado pela questão: "Qual era o ramo mais antigo da árvore genealógica dos animais?" Seriam as esponjas, como há muito tempo pensavam, ou era um conjunto distintamente diferente de criaturas, os delicados predadores marinhos chamados geléias de pente? A resposta a essa pergunta pode ter um grande impacto no pensamento dos cientistas sobre como o sistema nervoso, o trato digestivo e outros órgãos básicos dos animais modernos evoluíram.

Agora, uma equipe de biólogos evolucionistas da Universidade de Vanderbilt e da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveu uma nova abordagem projetada especificamente para resolver questões controversas de árvore genealógica filogenética como esta. A nova abordagem vem diretamente do lado das geléias de pente.

O método e sua aplicação a este e outros 17 relacionamentos filogenéticos controversos foram publicados online em 10 de abril pela revista Nature Ecology & Evolution em um artigo intitulado "A resolução de relacionamentos contenciosos em estudos filogenéticos pode ser conduzida por um ou um punhado de genes. "

Por quase um século, os cientistas organizaram a árvore genealógica dos animais com base em grande parte em seu julgamento da complexidade relativa de vários organismos. Por causa de sua simplicidade comparativa, as esponjas eram consideradas os primeiros membros da linhagem animal. Esse paradigma começou a mudar quando a revolução na genômica começou a fornecer grandes quantidades de informações sobre o DNA de um número crescente de espécies. Os biólogos evolucionistas começaram a aplicar essa riqueza de informações para refinar e redefinir as relações evolutivas, criando um novo campo chamado filogenômica. Na maioria dos casos, os dados do DNA ajudaram a esclarecer esses relacionamentos. Em vários casos, no entanto, surgiram controvérsias que se intensificaram à medida que mais e mais dados foram sendo acumulados.

Em 2008, um dos primeiros estudos filogenômicos apontou as geleias de pente (aka ctenóforos) como os primeiros membros do reino animal, ao invés de esponjas. Isso desencadeou uma controvérsia em curso, com a última rodada sendo um grande estudo publicado no mês passado que reuniu uma série de dados genéticos sem precedentes para apoiar a posição das esponjas como a primeira ramificação de animais.

"O método atual que os cientistas usam em estudos filogenéticos é coletar grandes quantidades de dados genéticos, analisar os dados, construir um conjunto de relacionamentos e então argumentar que suas conclusões estão corretas por causa de várias melhorias que eles fizeram em sua análise", disse Antonis. Rokas, professor de Ciências Biológicas de Cornelius Vanderbilt, que desenvolveu a nova abordagem com o estudante pós-doutorado de Vanderbilt, Xing-Xing Shen, e com o professor assistente Chris Todd Hittinger, da Universidade de Wisconsin-Madison. "Isso funcionou muito bem em 95% dos casos, mas levou a diferenças aparentemente irreconciliáveis ​​nos 5% restantes".

Rokas e seus colaboradores decidiram se concentrar em 18 dessas relações controversas (sete de animais, cinco de plantas e seis de fungos) em uma tentativa de descobrir por que os estudos produziram resultados tão contraditórios. Para fazer isso, eles entraram no mato, geneticamente falando, e começaram a comparar os genes individuais dos principais concorrentes em cada relação.

"Nessas análises, usamos apenas genes que são compartilhados entre todos os organismos", disse Rokas. "O truque é examinar as seqüências de genes de diferentes organismos para descobrir quem eles identificam como seus parentes mais próximos. Quando você olha para um gene particular em um organismo, vamos chamá-lo de A, perguntamos se ele está mais intimamente relacionado à sua contraparte. em organismo B? Ou a sua contraparte em organismo C? E por quanto? "

Essas análises normalmente envolvem centenas de milhares de genes. Os pesquisadores determinaram o quanto de apoio cada gene fornece para uma hipótese (pílulas primeiro) sobre outra (esponjas primeiro). Eles rotularam a diferença resultante como um "sinal filogenético". A hipótese correta é aquela que os sinais filogenéticos da maioria dos genes favorecem consistentemente.

Desta forma, eles determinaram que as geléias de pente têm consideravelmente mais genes que suportam seu status de "primeiro a divergir" na linhagem animal do que as esponjas.

Outra relação contenciosa que os pesquisadores abordaram foi se os crocodilos estão mais intimamente relacionados a pássaros ou tartarugas. Eles descobriram que 74% dos genes compartilhados favorecem a hipótese de que crocodilos e pássaros são linhagens irmãs, enquanto tartarugas são primas próximas.

No curso de seu estudo, eles também descobriram que em vários casos controversos um ou dois "genes fortemente opinativos" entre todos os genes analisados ​​parecem estar causando o problema porque os métodos estatísticos que os biólogos evolucionistas vêm usando são altamente suscetíveis. a sua influência.

Em alguns casos, como as controvérsias sobre as origens de plantas com flores e pássaros modernos, eles determinaram que a remoção de apenas um único gene opinativo pode inverter os resultados de uma análise de um candidato para outro. Em casos como esse, os pesquisadores foram forçados a concluir que os dados disponíveis são inadequados para sustentar uma conclusão definitiva ou indicam que a diversificação ocorreu muito rapidamente para ser resolvida.

"Acreditamos que nossa abordagem pode ajudar a resolver muitas dessas controvérsias de longa data e elevar o jogo da reconstrução filogenética a um novo nível", disse Rokas.

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