Árbore da vida (bioloxía)

A árbore da vida ou árbore universal da vida é unha metáfora, modelo conceptual e ferramenta de investigación usada en bioloxía para explorar a evolución da vida e describir as relacións entre os seres vivos, tanto vivos coma extintos, tal como se describiu nun famoso parágrafo do libro de Charles Darwin A orixe das especies (1859). Os diagramas de árbore da Idade Media representaban as relacións xenealóxicas das familias nobres. Os diagramas de árbores filoxenéticas no sentido evolutivo non aparecerían ata a metade do século XIX.
O termo filoxenia para refererse ás relacións evolutivas das especies ao longo do tempo acuñouno Ernst Haeckel, que foi máis lonxe que Darwin á hora de propoñer historias filoxenéticas da vida. No uso contemporáneo, árbore da vida fai referencia á compilación de bases de datos filoxenéticas completas enraizadas no último antepasado común universal da vida na Terra. Dúas bases de datos públicas para árbores da vida son TimeTree, para a filoxenia e tempos de diverxencia, e Open Tree of Life, para filoxenia. Historia
Primeiras clasificacións naturais
Aínda que os diagramas de tipo árbores foran utilizados desde había tempo para organizar o coñecemento, e que os diagramas ramificados coñecidos como claves eran omnipresentes na historia natural do século XVIII, parece que o primeiro diagrama de árbore da orde natural foi a "Arbre botanique" (Árbore botánica) de 1801 do mestre de escola e crego católico francés Augustin Augier. No entanto, aínda que Augier discutiu a súa árbore en termos xenealóxicos, e aínda que o seu deseño imitaba claramente as convencións visuais dunha árbore de familia contemporánea, a súa árbore non incluía ningún aspecto evolutivo ou temporal. En concordancia coa vocación clerical de Augier, a súa "Árbore botánica" o que mostraba era máis ben a orde pefecta da natureza instituída por Deus no momento da Creación.
En 1809, o compatriota máis famoso de Augier, Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829), que estaba familiarizado coa "Árbore botánica" de Augier, incluíu un diagrama ramificado de especies animais no seu libro Philosophie zoologique. Porén, a diferenza de Augier, Lamarck non discutiu o seu diagrama en termos de xenealoxía ou dunha árbore, senón que o denominou tableau ("representación"). Lamarck cría na transmutación das formas de vida, mais non cría na ascendencia común; en vez diso el pensaba que a vida se desenvolvía en liñaxes paralelas (xeración espontánea repetida) avanzando desde o máis simple ao máis complexo.
En 1840, o xeólogo estadounidense Edward Hitchcock (1793–1864) publicou a primeira carta paleontolóxica similar a unha árbore da vida na súa obra Elementary Geology (Xeoloxía elemental), con dúas árbores separadas para plantas e animais. Estas estaban coroadas (graficamente como se ve na ilustración mostrada) coas palmeiras e o ser humano.
A primeira edición do libro de Robert Chambers Vestiges of the Natural History of Creation, publicada anonimamente en 1844 en Inglaterra, contiña un diagrama similar a unha árbore no capítulo "Hypothesis of the development of the vegetable and animal kingdoms" (Hipótese do desenvolvemento dos reinos vexetal e animal). Nel se mostra un modelo de desenvolvemento embriolóxico no que os peixes (F), réptiles (R) e aves (B) representan pólas dun camiño que leva aos mamíferos (M). No texto a idea desta árbore ramificada é aplicada con certa indecisión á historia da vida na Terra: "podería haber ramificacións".
En 1858, un ano despois de A Orixe das especies de Darwin, o paleontólogo Heinrich Georg Bronn (1800–1862) publicou unha árbore hipotética etiquetada con letras. Aínda que non era creacionista, Bronn non propuxo ningún mecanismo de cambio.
Darwin
Charles Darwin (1809–1882) utilizou a metáfora da "árbore da vida" para conceptualizar a súa teoría da evolución. En A orixe das especies (1859) presentou un diagrama abstracto dunha porción dunha árbore do tempo máis grande para as especies dun xénero grande non nomeado (ver figura). Na liña base horizontal etiquetou especies hipotéticas dese xénero do A ao L e estaban espazadas irregularmente para indicar o distintas que eran unhas doutras, e pola parte de arriba tiña liñas descontinuas en varios ángulos que suxerían que diverxeran dun ou máis antepasados comúns. As división no eixe vertical etiquetadas do I ao XIV representan cada unha mil xeracións. Desde A, liñas que diverxen mostran a descendencia ramificada que produce novas variedades, algunhas das cales acabaron extinguíndose, que despois de dez mil xeracións de descendentes de A se converteron en novas variedades diferentes ou mesmo nas subespecies a10, f10, e m10. De xeito similar, os descendentes de I diversificáronse para converterse nas novas variedades w10 e z10. O proceso extrapolábase para catro mil xeracións máis para que os descendentes de A e I se convertesen en catorce especies novas etiquetadas de a14 a z14. Aínda que F continuou por catorce mil xeracións relativamente sen cambiar, as especies B, C, D, E, G, H, K e L extinguíronse. En palabras de Darwin: "Así as pequenas diferenzas que distinguen as variedades da mesma especie, tenderán continuamente a incrementarse ata que cheguen a igualar as maiores diferenzas entre especies do mesmo xénero, ou mesmo de xéneros distintos. " A árbore de Darwin non é unha árbore da vida, senón unha pequena porción creada para mostrar o principio da evolución. Como mostra as relacións (filoxenia) e o tempo (xeracións), é unha árbore de tempo. En contraste, Ernst Haeckel ilustrou unha árbore filoxenética (soamente ramificada) en 1866, sen escala de tempo, e de especies reais e taxons superiores. No seu resumo da sección, Darwin presentou o seu cocepto en forma de metáfora da árbore da vida: O significado e importancia do uso que fai Darwin da metáfora da árbore da vida foron amplmente debatidos polos científicos e eruditos. Stephen Jay Gould, por mencionar un, argumentou que Darwin situou o famoso parágrafo citado antes "nun punto crucial do seu texto", onde remarcaba a conclusión do seu argumento a prol da selección natural, ilustrando ambos a interconexión pola descendencia dos organismos así como o seu éxito e fracaso na historia da vida. David Penny escribiu que Darwin non usa a árbore da vida para describir as relacións entre grupos de organismos, xenón para suxerir que, como ocorre coas pólas dunha árbore viva, as liñaxes de especies competían e suplantábanse unhas a outras. Petter Hellström argumentou que Darwin deu conscientemente á súa árbore o mesmo nome que a árbore da vida bíblica, que se describe no libro do Xénese, relacionando así a súa teoría coa tadición relixiosa.
Haeckel
Ernst Haeckel (1834–1919) construíu varias árbores da vida. O seu primeiro esbozo, feito na década de 1860, mostra "Pithecanthropus alalus" como o devanceiro de Homo sapiens. A súa árbore da vida de 1866 de Generelle Morphologie der Organismen mostra tres reinos: Plantae, Protista e Animalia. Esta foi descrita como o "modelo de 'árbore da vida' de biodiversidade máis antigo". O seu "Pedigree of Man" de 1879 publicouse no seu libro de 1879 The Evolution of Man. Rastea a orixe de todas as formas de vida ata as Monera, e sitúa o Home (etiquetado "Menschen") na parte superior da árbore.
Desenvolvementos desde 1990
En 1990, Carl Woese, Otto Kandler e Mark Wheelis propuxeron unha nova "árbore da vida" que constaba de tres liñas de descendencia para as cales introduciron o termo dominio como categoría máis alta na clasificación. Suxeriron e definiron formalmente os termos Bacteria, Archaea e Eukarya para os tres dominios da vida. Foi a primeira árbore baseada en filoxenética molecular e evolución microbiana. O modelo dunha árbore aínda se considera válido para as formas de vida eucariotas. Propuxéronse árbores con catro ou dous supergrupos. Non parece haber aínda consenso sobre isto; nun artigo de revisión de 2009, Roger e Simpson concluíron que "co actual ritmo de cambio no noso entendemento da árbore da vida dos eucariotas, deberiamos proceder con cautela. "
En 2015 apareceu a terceira versión de TimeTree, na que se utilizaron 2. 274 estudos e 50. 632 especies, representadas nunha árbore da vida espiral, que se pode descargar libremente.
En 2015 publicouse o primeiro esbozo do Open Tree of Life, no cal se combinou información de case 500 árbores publicadas previamente para formar unha soa base de datos on line, que tamén se pode consultar e descargar libremente. Outra base de datos, TimeTree, axuda aos biólogos a avaliar a filoxenia e os tempos de diverxencia.
En 2016 publicouse unha nova árbore da vida (non enraizada), resumindo a evolución de todas as formas de vida, ilustrando os últimos descubrimentos xenéticos de que as ramas estaban compostas principalmente por bacterias. O novo estudo incorporou unhas mil bacterias e arqueas descubertas neses últimos anos.
En 2022 saíu a quinta versión de TimeTree, que incorporaba 4. 185 estudos publicados e 148. 876 especies, e representaba a árbore de tempo da vida máis grande feita con datos reais (non imputados). Transferencia horizontal de xenes e enraizamento das árbores da vida
Os procariotas (os dous dominios de bacterias e arqueas) e certos animais como os rotíferos Bdelloidea poden pasar libremente información xenética entre oganismos non relacionados por medio de transferencia horizontal de xenes. A recombinación, perda ou duplicación de xenes, e a creción de xenes son algúns dos procesos por medio dos cales poden transferirse xenes entre especies de bacterias e arqueas, causando variacións que non se deben a transferencias verticais de xenes. Hai cada vez máis evidencias de transferencias horizontais de xenes nas que están implicados procariotas, de tal maneira que a árbore da vida non explica toda a complexidade da situación entre os procariotas. Este é un importante problema para elaborar árbores da vida, porque hai consenso sobre que os eucariotas se orixinaron pola fusión entre bacterias e arqueas, o que significa que as árbores da vida non son plenamente bifurcadas e non deberían representarse así para ese importante nodo. En segundo lugar, as redes filoxenéticas non enraizadas non son verdadeiras árbores evolutivas (ou árbores da vida) porque nelas non hai direccionalidade, e, polo tanto, a árbore da vida necesita ter unha raíz.