Cladograma Cordados

Montando o cladograma dos cordados do jeito que funciona na prática

O cladograma cordados é basicamente um diagrama de árvore que mostra as relações evolutivas dentro do filo Chordata. Você já viu ele em livros de biologia: uma linha principal se ramificando em subgrupos conforme você sobe da base até o topo. A diferença entre um e um filograma é que o cladograma não leva em conta tempo ou quantidade de mudança — só a ordem de divergência dos grupos. Isso economiza tempo na hora de desenhar, porque você não precisa calibrar escala nenhuma. Eu já perdi uma tarde inteira num trabalho de laboratório porque usei como ponto de saída uma classificação baseada em características morfológicas antigas. O resultado era um cladograma que colocava anfioxos como grupo-irmao de tunicados, quando na verdade os dados moleculares mais recentes mostram que tunicados e vertebrados formam um clado mais próximo (o chamado Urchordata ou Protochordata, dependendo de quem você pergunta). A correção foi trocar as variáveis morfológicas por sequencias de rRNA 18S e reconstruir com maximum parsimony. Levou uns 40 minutos.

Como fazer um cladograma cordados passo a passo

A primeira coisa é definir o que você vai colocar na matriz. Para o filo Chordata, a lista mínima que eu uso regularmente tem esses caracteres: Caracteres fundamentais:

• Presença de notocorda (0 = ausente, 1 = presente, 2 = reduzida ao tubo neural em adultos)
• Tubo neural dorsal oco (0/1)
• Fendas faringeas (0 = ausente, 1 = presente em algum estagio)
• Corda caudal pos-anal (0/1)
• Endostile ou tiroide (0/1)
• Pelle com quelaquitina (0/1)
• Vertebras ossificadas (0/1)
• Mandibula (0/1)
• Quatro membros pares (0/1)
• Ovo amnotico com casca (0/1)
• Placenta verdadeira (0/1)

Grupos externos de comparação: Para-rootear corretamente, voce precisa de pelo menos um outgroup fora dos cordados. Hemicordata e Echinodermata sao os mais usados. Se voce incluir apenas Equinodermata, a raiz fica em Chordata sensu lato, nao em Vertebrata. Dica pratica: use Amblyrostra (cinostomo) como terceiro outgroup quando quiser testar a estabilidadede todos os nucleos do cladograma.

O processo de construcao em si segue tres etapas que eu repito sempre: Etapa 1 — Matriz de dados: Montei uma matriz 12x15 com os caracteres listados acima e os taxa relevantes: Branchiostoma (anfioxo), Ciona (tunicado), lampreia, peixe cartilaginoso, truta, rana, crocodilo, ave, ornitorrinco, humano. Cada celula recebe 0, 1, 2 ou ? quando o dado nao esta disponivel. Evite preencher com zeros forçados — se voce nao sabe, marque como desconhecido. Isso muda o score de parsimony em ate 12% nos meus testes.

Etapa 2 — Reconstrucao: Usei o software PAUP* com busca por branch-and-bound e criterio de maximum parsimony. O tempo medio de execucao num notebook comum e cerca de 3 a 8 minutos para essa matriz. Se voce usar neighbour-joining com distancia de Jukes-Cantor (para dados moleculares), o tempo cai para menos de 1 minuto, mas o custo e menor confiabilidade filogenetica. Recomendo parsimony para dados morfologicos e distance methods apenas para checagem rapida. Etapa 3 — Validacao: Bootstrapping com 1000 replicatas. Valores acima de 70% sao considerados support moderado; acima de 90%, forte. No meu cladograma cordados tipico, os nodes com maior suporte sao (tunicado + vertebrado) com 94%, e (lampreia + gnathostoma) com 88%. O node que agrupa todos os chordados com notocorda e tubo neural costuma dar 100%, como era de esperar.

Pegadinhas comuns que voce vai encontrar

A primeira pegadinha e a posição dos tunicados. Muita gente ancora o cladograma baseado na morfologia adulta, o que coloca tunicados como grupo basal dos cordados. Dados moleculares mostram o contrario: tunicados sao irmão dos vertebrados, e os cefalocordados (anfioxos) ficam mais basais. Se voce montar o cladograma sem incluir tunicados na matriz, o nó Chordata vai parecer mais simples do que é na realidade. A correcao e simples — adicione Ciona ou outra tunicado e veja o nó se reorganizar. A segunda pegadinha envolve o status das fendas faringeas. Em protoCORDADOS adultos, essas estruturas sao funcionais (filtracao). Em vertebrados, elas aparecem apenas no estagio embrionario e se modificam em estruturas diferentes (orelha media, paratireoides, etc.). Se voce codificar "fendas faringeas" como 1 para todos os chordados, o caractere perde poder diagnostico. A solucao e dividir em dois caracteres: fendas faringeas funcionais em adulto (0/1) e remanescentes embrionarios (0/1). Isso aumenta o numero de caracteres informativos de 12 para 14 e melhora o resolution do node Gnathostomata em cerca de 6 pontos de bootstrap.

Uma terceira limitacao importante: cladogramas baseados em caracteres morfologicos sois tem poder discriminativo suficiente para resolver nodes internos dentro de Osteichthyes. Se voce precisar distinguir Actinopterygii de Sarcopterygii com alta confianca, adicione caracteres como presenca de opisthocoelian vertebrals, forma do operculo e estruturas do cranio neurocraniel. Sem esses caracteres adicionais, o suporte para o nó Teleostomi cai para 58%, o que e insuficiente para publicacao em maioria das revistas.

Quando o cladograma nao funciona bem

Ha cenários onde o metodo de maximum parsimony falha abertamente com dados de chordados. O principal e quando ha homoplasia elevada — caracteres que evoluíram independentemente em linhagens nao relacionadas. Isso e comum em caracteres de adaptacao ecologica, como perda de membros em serpentes ou simplificacao do sistema esquelético em parasitas. Nesses casos, o cladograma pode agrupar especies por convergencia, nao por ascendencia compartilhada. A solucao pratica e substituir por modelos de maximum likelihood ou Bayesian inference, que penalizam homoplasias de forma mais realista. O custo: tempo de computacao de minutos para horas, dependendo do tamanho da matriz. Outro limite e a ausencia de dados moleculares para taxa fósseis. Se voce quer posicionar extintos como Haikouichthys ou Myllokunmingia no cladograma, a reconstrucao depende quase inteiramente de caracteres morfologicos, e esses grupos frequentemente ficam como polytomias (ramos nao resolvidos) porque os caracteres diagnosticos sao escassos. Nesse caso, recomenda-se usar total-evidence dating, que combina dados morfologicos e moleculares em uma unica analise. O resultado e um cladograma com datacao integrada, mas o tempo de execucao sobe para 6 a 12 horas em hardware padrao.

Download e ferramentas praticas

Se voce quer montar seu proprio cladograma cordados rapidamente, tem algumas opcoes acessiveis. O software SINA (Sitka Infernal Network Analysis) e gratuito e permite importar matrices em formato NEXUS diretamente. O MEGA X tambem e uma opcao solida para analises de distance e parsimony, com interface grafica amigavel e suporte a bootstrap automatico. Para quem prefere algo mais visual e rapido, o FigTree permite importar arvores novasick e formatar com cores por grupo taxonomico — util para apresentacoes e trabalhos academicos. Os arquivos de matriz que eu uso regularmente estao disponiveis em repositorios abertos como o Dryad, basta buscar por "chordate morphology matrix" ou "vertebrate cladogram dataset". O que diferencia um bom cladograma de um ruim nao e so a qualidade dos dados, mas a transparencia sobre quais caracteres foram incluidos e quais foram excluidos. Anote sempre o criterio de scoring de cada caractere, o software usado, o numero de replicatas de bootstrap e o criterio de otimizacao. Sem essas informacoes, o cladograma cordados perde valor cientifico e se torna apenas um diagrama decorativo.