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sábado, 17 de maio de 2025

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Uma estrutura baseada em probabilidade para inferência demográfica a partir de árvores genealógicas 

 Artigo Publicado:

Resumo

A história demográfica de uma população fundamenta padrões de variação genética e é codificada nas árvores genealógicas dos haplótipos amostrados. Aqui, propomos uma estrutura de inferência demográfica chamada verossimilhança genealógica (gLike). Nosso método utiliza uma estrutura baseada em grafos para resumir as relações entre todas as linhagens em uma árvore genealógica com todas as trajetórias possíveis de membros da população ao longo do tempo e deriva a verossimilhança completa entre as árvores sob um modelo demográfico parametrizado. Demonstramos, por meio de simulações e aplicações empíricas, que, para populações que experimentaram múltiplas miscigenações, o gLike pode estimar com precisão dezenas de parâmetros demográficos, incluindo tamanhos de populações ancestrais, tempo de miscigenação e proporções de miscigenação, e supera os métodos convencionais de inferência demográfica que usam o espectro de frequência do sítio. Em conjunto, nossa estrutura gLike proposta aproveita informações genealógicas subutilizadas para oferecer alta sensibilidade e precisão na inferência de demografias complexas para humanos e outras espécies.

quinta-feira, 21 de julho de 2022

 23 DE MAIO DE 2022

Uma família de cupins atravessa os oceanos do mundo há milhões de anos

Uma família de cupins atravessa os oceanos do mundo há milhões de anos
Os pesquisadores coletaram amostras de cupins de madeira seca de todo o mundo. Os números listados neste mapa são o número de amostras coletadas de cada área. Crédito: OIST

Os cupins são um tipo de barata que se separou de outras baratas há cerca de 150 milhões de anos e evoluiu para viver socialmente em colônias. Hoje, existem muitos tipos diferentes de cupins. Alguns formam grandes colônias com milhões de indivíduos, que tendem a viver em túneis conectados no solo. Outros, incluindo a maioria das espécies conhecidas como cupins de madeira seca, formam colônias muito menores de menos de 5.000 indivíduos e vivem principalmente em madeira.

Pesquisadores da Unidade de Genômica Evolutiva da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), juntamente com uma rede de colaboradores de todo o mundo, mapearam a história natural dos cupins de madeira seca - a segunda maior família de cupins - e revelaram uma número de viagens oceânicas que aceleraram a evolução de sua diversidade. A pesquisa, publicada na Molecular Biology and Evolution , esclarece de onde os cupins se originaram e como e quando eles se espalharam pelo mundo. Também confirma que algumas  , nos últimos séculos, pegaram carona com humanos para chegar a ilhas distantes.

"Os cupins de madeira seca, ou Kalotermitidae, são muitas vezes considerados primitivos porque se separaram de outros cupins muito cedo, cerca de 100 milhões de anos atrás, e porque parecem formar colônias menores", disse o Dr. Aleš Buček, pesquisador de pós-doutorado do OIST e principal autor. do estudo. "Mas muito pouco se sabe sobre esta família."

Dr. Buček continuou explicando como, antes deste estudo, havia muito poucos dados moleculares sobre a família e a pouca compreensão das relações entre as diferentes espécies que se conhecia era baseada em sua aparência. Pesquisas anteriores se concentraram em um gênero dentro da família que contém espécies comuns de pragas, frequentemente encontradas dentro das casas.

Uma família de cupins atravessa os oceanos do mundo há milhões de anos
Ao comparar os genomas mitocondriais de 120 espécies de cupins de madeira seca, os pesquisadores construíram uma árvore genealógica abrangente, revelando insights sobre como os cupins se diversificaram e se espalharam pelo mundo. Crédito: OIST

Para obter conhecimento abrangente, os pesquisadores coletaram centenas de amostras de cupins de madeira seca de todo o mundo durante um período de três décadas. Desta coleção, selecionaram cerca de 120 espécies, algumas das quais representadas por múltiplas amostras coletadas em diferentes locais. Isso representou mais de um quarto da diversidade de Kalotermitidae. A maioria dessas amostras foi levada ao OIST onde o DNA foi isolado e sequenciado.

Ao comparar as sequências genéticas das diferentes espécies, os pesquisadores construíram uma extensa  dos cupins de madeira seca.

Eles descobriram que os cupins de madeira seca fizeram mais viagens oceânicas do que qualquer outra família de cupins. Eles cruzaram oceanos pelo menos 40 vezes nos últimos 50 milhões de anos, viajando da América do Sul até a África, o que, em uma escala de milhões de anos, resultou na diversificação de novas espécies de cupins de madeira seca nos locais recém-colonizados.

"Eles são muito bons em atravessar oceanos", disse o Dr. Buček. "Suas casas são feitas de madeira, então podem funcionar como pequenos navios."

Uma família de cupins atravessa os oceanos do mundo há milhões de anos
Cupins de madeira seca foram o centro de um estudo publicado recentemente que envolveu três décadas de coleta de amostras e colaboradores de todo o mundo. Ao sequenciar os genomas mitocondriais, os pesquisadores perceberam que essa família fez pelo menos 40 viagens oceânicas nos últimos 50 milhões de anos. Crédito: Aleš Buček

Os pesquisadores descobriram que a maioria dos gêneros se originou no sul da América e se dispersou de lá. Leva uma escala de milhões de anos para uma espécie se dividir em várias após uma mudança. A pesquisa também confirmou que, mais recentemente, as dispersões foram amplamente mediadas por humanos.

Além disso, este estudo colocou em dúvida a suposição comum de que os cupins de madeira seca têm um estilo de vida primitivo. Entre as linhagens mais antigas da família, existem espécies de cupins que não possuem um estilo de vida primitivo. Na verdade, eles podem formar grandes colônias em vários pedaços de madeira que são conectados por túneis subterrâneos.

"Este estudo só serve para destacar o quão pouco sabemos sobre cupins, a diversidade de seus estilos de vida e a escala de suas vidas sociais", afirmou o Prof. Tom Bourguignon, pesquisador principal da Unidade de Genômica Evolutiva da OIST e autor sênior do estudo. “À medida que mais informações forem coletadas sobre seu comportamento e ecologia, poderemos usar essa árvore genealógica para descobrir mais sobre a evolução da sociabilidade em insetos e como os  foram tão bem-sucedidos”.


Explorar mais


Mais informações: Aleš Buček et al, Molecular Phylogeny Reveals the Past Transoceanic Voyages of Drywood Cups (Isoptera, Kalotermitidae), Molecular Biology and Evolution (2022). DOI: 10.1093/molbev/msac093
Informações da revista: Biologia Molecular e Evolução 

sexta-feira, 28 de agosto de 2020

A árvore evolucionária dos dinossauros está toda errada

2017
Árvore Evolutiva
Árvore Evolutiva
Oops … A árvore evolutiva do dinossauro é toda errada!
Um novo estudo revolucionou a árvore evolutiva dos dinossauros, produzindo “a maior mudança para a árvore de dinossauros em 130 anos” (New Scientist, 25 de março de 2017, p.9). O antigo sistema classificou os dinossauros em duas famílias de dinossauros significativamente distintas, aquelas com quadris semelhantes a pássaros que apontam para baixo e para a cauda, ​​chamados de ornitísquios, e aqueles com quadris parecidos com lagartos que apontam para baixo e para a frente, chamados saurísquios. 


O novo sistema de classificação baseou-se tanto em novas descobertas de dinossauros que não estavam disponíveis anteriormente e uma análise mais recente dos traços de dinossauro. Em vez de se concentrar no osso pélvico, como no sistema antigo, Baron e sua equipe analisaram 457 características em 74 espécies (Baron et al. A new hypothesis of dinosaur relationships and early dinosaur evolution. Nature. 2017;453(7646):501-506; Padian K. Dividing the Dinosaurs. Nature. 2017;543(7646):494).


Eles descobriram que as 21 características anatômicas selecionadas podem ser usadas para dividir os dinossauros de forma muito diferente do sistema mais antigo. Como não há maneira correta de selecionar traços usados ​​para classificar, a seleção de outros traços poderia ser usada para dividir os dinossauros em uma árvore evolutiva ainda diferente. Com base nessas características, a nova árvore coloca T. rex e outros terópodes ao lado das criaturas com “asas de pássaros”, e os saurópodes com aqueles relacionados à Herrerasaurus, um carnívoro bípede sul-americano. Estes resultados forçaram o desenvolvimento de uma nova árvore genealógica de dinossauros. Esta revolução não é incomum na biologia evolucionária e ilustra a fragilidade da classificação da vida, um campo denominado Taxonomia. Usando um conjunto de traços pode-se produzir uma taxonomia, e usar outro conjunto diferente pode produzir uma taxonomia muito diferente. Assim, as classificações de taxonomia são um pouco tênues.

O táxon Dinosauria foi nomeado em 1842 pelo paleontólogo Sir Richard Owen (1804-1892), um criacionista. Richard Owen foi um dos mais fortes opositores científicos do darwinismo durante a era de Darwin. O termo dinossauro significa lagarto terrível devido a seu tamanho e suposta ferocidade. Os paleontologistas admitem que não sabem quase nada sobre a evolução inicial dessas criaturas, e em particular sobre a evolução dos dinossauros antes da divisão saurísquio-ornitísquio (Forster C. The First Dinosaurs. Capítulo 2, 2000, pp.52 em Silverberg R (Ed.). The Ultimate Dinosaur. Nova York, Simon e Schuster). Assim, novas descobertas podem revolucionar suas conclusões, como ocorreu neste caso. 

A taxonomia não é apenas usada para determinar árvores evolutivas, mas também para diferenciar uma espécie de outra. O problema é que o conceito de espécie é um método imperfeito e problemático para classificar a vida. Como classificou a taxonomista Carol Yoon, a classificação de espécies era a “área cinzenta do campo” e, mais problemática, “era um alvo em movimento”, como mostra este novo estudo de dinossauros (C. Yoon, 2009, Naming Nature: The Clash Between Instinct and Science, New York: Norton, pp 104-105). O choque entre instinto e ciência. Nova Iorque: Norton. Pp. 104-105). O choque entre instinto e ciência. Nova Iorque: Norton. Pp. 104-105).

domingo, 26 de fevereiro de 2017

Uma árvore de ramos inusitados

Ampla amostragem genética revela parentescos e eventos evolutivos na diversificação de família de roedores
MARIA GUIMARÃES | ED. 252 | FEVEREIRO 2017
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© EDUARDO CESAR
Com um modo de vida semiaquático, o ratão-do-banhado existe desde o estado de São Paulo até o sul
Com um modo de vida semiaquático, o ratão-do-banhado existe desde o estado de São Paulo até o sul.

Quem pensa que ratos não passam de bichos asquerosos de cauda pelada que rondam os esgotos nunca viu um rato-do-cacau, da espécie Callistomys pictus. Com seu nome que significa, em latim, “rato mais bonito”, o roedor que pesa por volta de meio quilograma (kg) tem pelagem longa e macia entre o branco e o prateado com uma mancha preta que percorre as costas. Apenas um grupo muito seleto de pessoas já viu esse animal que vive no alto das árvores na região cacaueira de Ilhéus no sul da Bahia, uma distribuição restrita que garante à espécie o status de ameaçada de extinção na lista vermelha da União Internacional para a Conservação da Natureza (IUCN, em inglês): apenas 13 indivíduos já foram registrados por zoólogos. 

A versão mais recente da árvore genealógica (filogenia) dessa família de roedores indicou que seus parentes mais próximos são os ratões-do-banhado (Myocastor coypus), uma revelação curiosa que ressalta ainda mais o desconhecimento sobre esses animais. “As duas espécies são completamente diferentes em aparência, hábito e distribuição geográfica”, afirma o zoólogo Yuri Leite, professor na Universidade Federal do Espírito Santo (Ufes) e um dos autores do artigo publicado no final de dezembro no site da revista Molecular Biology and Evolution.

Leite, que há mais de 20 anos persiste em um trabalho de detetive para capturar ratos da família Echimyidae, ou equimídeos, e entender as relações entre as espécies, considera surpreendente o parentesco entre animais tão diferentes quanto o rato-do-cacau e o ratão-do-banhado.

 Mesmo assim, não foi uma novidade para ele, que já publicara a mesma conclusão em 2014 na revista Natureza on line, como parte do trabalho de doutorado de sua aluna Ana Carolina Loss. Naquele momento, o próprio título do artigo denotava uma certa incredulidade (“Relações filogenéticas inesperadas do rato-do-cacau Callistomys pictus”). “Poderia ser um viés de amostragem, porque tínhamos uma quantidade limitada de dados”, reconhece, “mas agora não”. Apesar de já ter feito muito trabalho de campo em busca de roedores praticamente pelo Brasil inteiro, ele mesmo nunca viu um rato-do-cacau.
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O trabalho de 2014 contava com 14 gêneros de equimídeos, dos quais foram analisados quatro trechos do genoma. O estudo mais recente, liderado pelo evolucionista francês Pierre-Henri Fabre, professor na Universidade de Montpellier, abrange todos os 26 gêneros da família por meio de material genético extraído de espécimes depositados em nove museus zoológicos de vários países (entre eles, uma amostra de tecido de rato-do-cacau da coleção da Ufes).

A partir desse material, técnicas mais recentes de sequenciamento agora permitiram construir árvores filogenéticas levando em conta 18 genes diferentes, a amostragem mais completa já realizada para esses animais.

Um dos problemas das árvores anteriores é incluir características ósseas, que aparentemente não revelam com precisão a trajetória evolutiva. A ideia sempre foi que semelhanças são consequência de parentesco, mas o princípio não vale para toda a anatomia. Leite conta que os dentes, por exemplo, são muito variáveis (talvez como adaptação à alimentação) e semelhantes entre animais que agora aparecem muito distantes na filogenia. O resultado mostrou que os equimídeos arborícolas são em grande parte parentes entre si e formam um ramo na árvore filogenética (ver infográfico). O mesmo vale para os terrestres, agrupados em três conjuntos. Em um deles surgiram, entre 6 milhões e 12 milhões de anos atrás, dois gêneros semifossoriais (Clyomys e Euryzygomatomys), que passam boa parte de seu tempo debaixo da terra.

Outro roedor com esse modo de vida é o rato-de-espinho Carterodon sulcidens, um animal raro que vive em galerias subterrâneas em áreas de Cerrado, no Brasil Central. Apesar dos avanços obtidos pelo estudo, sua identidade continua incerta e ele não parece ser aparentado com equimídeos semifossoriais, com quem é muito parecido. “Há algo de estranho na evolução molecular desse animal, não podemos nem dizer com certeza que seja um equimídeo”, avalia Leite. “Algumas análises o colocam como mais próximo das hutias, integrantes de outra família de roedores endêmica do Caribe, algo realmente inesperado em termos morfológicos e biogeográficos”, conta. Fabre também ressalta a velocidade com que o material genético sofre mutações, a taxa de evolução molecular, que considera excepcional a ponto de driblar os métodos de análise utilizados. “Vamos tentar com mais genes e dados genômicos no futuro”, planeja.
© RAQUEL MOURA
Rato-do-cacau é o parente mais próximo do ratão-do-banhado
Rato-do-cacau é o parente mais próximo do ratão-do-banhado

Máquina do tempo
 
Uma contribuição da análise feita agora, além de apontar os parentescos de uma maneira mais precisa do que já tinha sido possível, foi testar hipóteses sobre quais fatores levaram à diversificação dessa família de roedores. O mecanismo mais invocado para explicar efeitos geográficos na evolução costuma ser a vicariância, em que barreiras como montanhas ou oceanos surgem impedindo o trânsito de organismos e isolando espécies em subconjuntos que passam a evoluir separadamente.

Mas o estudo recém-publicado aponta para a dispersão como evento mais comum, situações nas quais o trânsito de animais passa a ser possível. Não é possível voltar ao passado para ter certeza de como aconteceu, mas modelos estatísticos permitem combinar o parentesco entre as espécies, sua localização e a idade das linhagens e sugerir o cenário mais provável. “Se em um grupo todas as espécies aparecem na Mata Atlântica, o ancestral deve ter vivido nessa floresta”, exemplifica Fabre. “Mas se o grupo mais próximo dessas espécies atlânticas é amazônico, pode ter havido um exemplo de separação entre a Mata Atlântica e a Amazônia.” É uma simplificação. A partir daí, outros fatores são levados em conta para tentar diferenciar entre separações e junções em tempos distantes. “Graças a modelos geológicos e de dispersão, testamos as hipóteses de vicariância e dispersão”, explica o francês.

Um caso marcante é justamente o pareamento improvável entre o rato-do-cacau e o ratão-do-banhado. Fabre confessa que, apesar de sugestões no passado de que havia semelhanças entre os dentes e o número de cromossomos das duas espécies, foi uma surpresa encontrá-los juntos na árvore, com um apoio estatístico convincente. A linhagem que deu origem aos dois gêneros é antiga e teria se bifurcado, de acordo com as análises, por volta de 10 milhões de anos atrás, enquanto a cordilheira dos Andes se soerguia e quando surgiram grandes zonas alagadas em florestas, como o mar do Paraná. “Essas incursões aquáticas podem ter estimulado adaptações que levaram tanto ao hábito arborícola como ao semiaquático”, propõe Leite. Subir nas árvores ou nadar são duas saídas possíveis para sobreviver nas mesmas condições.
© ALEXANDRA BEZERRA / MPEG
O rato-de-espinho tem posição incerta na genealogia
O rato-de-espinho tem posição incerta na genealogia.

As análises biogeográficas também corroboram resultados anteriores que indicavam um papel importante da elevação da cordilheira dos Andes e de conexões entre a Amazônia e a Mata Atlântica na diversificação desses animais, em diferentes momentos do passado. Para Leite, a nova árvore filogenética pode servir para gerar outras perguntas ecológicas ou evolutivas.  

Por que um determinado grupo evoluiu da maneira que se observa? O que torna o rato-do-cacau raro?

A região onde eles vivem, no sul da Bahia, tem um alto grau de endemismo, com espécies que existem apenas lá. “Queremos investigar o que aconteceu com alterações no nível do mar e expansão da floresta para possibilitar a diversificação de roedores”, sugere Leite, um especialista em encontrar e capturar até mesmo ratos praticamente inacessíveis, que nunca descem do alto de árvores nas quais circulam apenas à noite. Ele já descreveu diversas espécies da família.

Fabre, que há anos se dedica a esses animais rodeados de mistério, ressalta seus encantos. “Temos poucos dados e é um dos grupos mais interessantes da América do Sul, visto que são diversificados do ponto de vista ecológico, morfológico e taxonômico”, afirma, destacando que restam muitas espécies a descrever e que se sabe pouco sobre as já registradas pela ciência.

Artigos científicos
 
FABRE, P.-H. et al. Mitogenomic phylogeny, diversification, and biogeography of South American spiny rats. Molecular Biology and Evolution. On-line. 25 dez. 2016.

LOSS, A. C. et al. Unexpected phylogenetic relationships of the painted tree rat Callistomys pictus (Rodentia: Echimyidae). Natureza on line. v. 12, n. 3, p. 132-6. jul-set. 2014.