A escala de tempo evolucionária
Que tipo de relógio indica as horas, não em segundos, mas em milhões de anos?
Um relógio molecular!
Um relógio molecular mostra o tempo em uma escala de tempo evolutiva. As mudanças nas sequências moleculares do nosso DNA, as mutações , podem ser aleatórias, mas ocorrem a uma taxa relativamente previsível. Assim, podemos estimar há quanto tempo duas espécies se ramificaram contando quantas diferenças existem em suas sequências de genes.
Como determinar a relação
Quando esboçamos a relação entre organismos, descrevemos o resultado como uma árvore filogenética .
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Como determinamos uma árvore filogenética? Um bom exemplo do uso de dados moleculares para construir uma árvore filogenética é com o citocromo c. O citocromo c é usado na respiração celular, por isso está presente em muitos organismos diversos, desde humanos até muitos organismos unicelulares. Seria de se esperar que quanto mais intimamente relacionado um organismo aos humanos, mais seu gene do citocromo c se pareceria. Realmente, esse é o caso. Chimpanzés e humanos têm exatamente a mesma sequência para o citocromo c. Há uma diferença entre o gene do citocromo c dos macacos rhesus e o dos humanos. Existem mais de 10 diferenças entre o gene do citocromo c de um porco ou de um pato e o de um ser humano; mais de 30 por uma mariposa; e 44 diferenças entre uma levedura e uma humana.
Você e seus irmãos compartilham ancestrais em comum – seus pais. Você e seus primos compartilham ancestrais em comum – seus avós. Se você voltar muito longe, toda a vida na Terra ao mesmo tempo compartilhou um ancestral comum. Nós o chamamos de Último Ancestral Comum Universal, freqüentemente abreviado como LUCA , e não sabemos muito sobre ele. Costumávamos pensar que o LUCA era provavelmente muito simples, sem estruturas internas. Recentemente, os cientistas perceberam que mesmo as células mais simples têm pelo menos uma organela (estrutura semelhante a um órgão), um local de armazenamento para moléculas complexas de fosfato.
Os cientistas agora podem determinar parentesco comparando a frequência de bases de ácido nucleico (o conteúdo G + C), realizar hibridização de ácido nucleico para determinar o grau em que as sequências de DNA são iguais, realizar sequenciamento de ácido nucleico ou realizar outras técnicas moleculares avançadas. Mas, no passado, a única maneira de determinar a relação entre os organismos era a morfologia , ou a estrutura observável dos organismos. Muitas vezes, as técnicas moleculares nos darão os mesmos resultados que as técnicas morfológicas, mas às vezes há surpresas.
O Sistema Linnaean
Um dos avanços mais importantes na classificação dos seres vivos veio de um jardineiro do século XVIII. O cientista sueco Carolus Linnaeus desenvolveu um sistema de classificação de seres vivos com base em suas semelhanças comuns. Linnaeus era um médico e professor cujo verdadeiro amor era a jardinagem. Ele adorava dar nomes às plantas e sua maior contribuição foi desenvolver um sistema pelo qual podemos discutir a inter-relação das plantas e outros organismos.
Embora técnicas refinadas, como a análise genética, tenham mostrado que algumas das classificações de Lineu estão incorretas, ainda usamos um sistema de classificação muito semelhante ao dele. Na ordem do maior para o menor grupo de organismos estão: Domínio, Reino, Filo, Classe, Ordem, Família, Gênero e Espécie. (O domínio foi adicionado muito mais tarde, em 1977.) É importante notar que essas classificações, embora úteis, são categorias criadas por humanos, não categorias que existem na natureza. Podemos usar técnicas biológicas para mostrar parentesco, mas não há teste para «provar» se dois organismos estão na mesma família ou na mesma ordem. Ocasionalmente, sistemáticos (cientistas que estudam a classificação dos organismos) consideram útil usar outros termos, como tribo (uma categoria entre família e gênero) ou superfamília (uma categoria entre ordem e família).
Na época de Linnaeus, o fato de que as plantas se reproduzem sexualmente havia sido redescoberto apenas recentemente. Linnaeus era fascinado pela reprodução das plantas e tornou-se poético sobre isso de maneiras que chocaram alguns de seus contemporâneos:
Folhas ‘as flores’. . . servem como camas nupciais que o Criador tão gloriosamente arranjou, adornadas com tão nobres cortinas de cama e perfumadas com tantos aromas suaves que o noivo e sua noiva poderiam celebrar suas núpcias com tanto maior solenidade. . . ‘
Resumo da lição
Um relógio molecular determina a relação evolutiva examinando quantas mutações ou mudanças aleatórias no DNA existem entre dois organismos. Quando mapeamos o parentesco de diferentes organismos, estamos criando uma árvore filogenética . É útil construir uma árvore filogenética usando genes que são compartilhados por muitos organismos diferentes, como o citocromo c.
Em algum ponto, todos os organismos que estão vivos hoje compartilharam um ancestral comum. Chamamos esse ancestral de nosso Último Ancestral Comum Universal, ou LUCA . Não sabemos muito sobre LUCA, mas os cientistas estão descobrindo que era provavelmente mais complexo do que pensávamos originalmente e provavelmente continha estruturas semelhantes a órgãos chamadas organelas .
Os primeiros cientistas tiveram que usar a morfologia , ou aparência física, para determinar a relação. Agora os cientistas têm acesso a técnicas mais avançadas, incluindo conteúdo de G + C, hibridização de ácido nucleico e sequenciamento de ácido nucleico.
Nosso sistema de classificação de organismos e sua relação foi desenvolvido pela primeira vez pelo médico do século XVIII, Carolus Linnaeus. Foi ainda mais refinado e agora consiste em oito categorias principais: Domínio, Reino, Filo, Classe, Ordem, Família, Gênero e Espécie. Às vezes, outras categorias, como superfamília e tribo, são úteis. Um cientista que estuda essas relações é chamado de sistematizador .