Os alunos poderão apropriar-se dos conceitos referentes à construção e interpretação de árvores filogenéticas e/ou cladogramas, compreendendo assim que os diferentes grupos de organismos possuem características exclusivas (apomorfias) e compartilhadas (sinapomorfias) e que estas são analisadas e interpretadas para a elaboração de hipóteses que estabelecem as relações de parentesco entre os organismos (filogenias).

Duas a três aulas de cinqüenta minutos cada.

Cladogramas e/ou Árvores Filogenéticas

 

 

Sugerismo que, inicialmente, o professor sistematize com seus alunos o conceito de características exclusivas e compartilhadas como seus alunos através de aula expositivo-dialogada e/ou discussões para, posteriormente, desenvolver um exercício sobre este tema.  Para tanto, o professor poderá buscar subsídios para desenvolver esta temática no livro A vida dos Vertebrados de Pough et al (disponível para download no site BIOCISTRON) ou nos sites Construindo cladogramas, Evolução e Sistemática e Understanding Evolution  (o fato de o conteúdo ser apresentado na língua inglesa pode constituir um obstáculo para o desenvolvimento desta aula. Para tanto sugerimos - e encorajamos - o estabelecimento de parcerias entre professores de Biologia e Inglês para trabalharem o tema CLADOGRAMAS de maneira interdisciplinar).

Inicialmente, construa com seus alunos o conceito de que cladogramas e/ou árvores filogenéticas é uma representação gráfica da história evolutiva de várias linhagens de organismos. Desta maneira, a cladística se baseia no princípio de que os organismos devem ser classificados de acordo com as suas relações evolutivas. Termos como “mais ou menos evoluído”, “mais ou menos complexo” podem conduzir a erros e finalismos que acabam por distorcer a verdadeira relação de parentesco entre os grupos. Sendo assim, aconselhamos que desenvolva junto aos alunos a utilização dos termos “mais ou menos derivados”, pois a palavra “derivado” significa “diferente da condição ancestral”, ou "mais ou menos primitivo", remetendo assim à condição ancestral.

(Ressalte que os cladogramas não representam uma relação hierárquica do organismo mais simples para o mais evoluído, mas que evidenciam a história evolutiva dos diferentes grupos, relacionando-os de maneira a representar os ancestrais comuns e características compartilhados pelas diversas linhagens).

 

(Para a construção dos conceitos que seguem, é fundamental que os alunos possam visualizar um cladograma. Para tanto, sugerimos que o professor forneça uma cópia de uma cladograma para os alunos - como o exemplo abaixo - ou o desenho no quadro-negro).

Entendendo os cladogramas

 

 

Abaixo, temos um cladograma dos vertebrados que os relaciona de acordo com as características que os organismos deste grupo compartilham:

Em um cladograma, a base representa um ancestral comum compartilhado por todos os vertebrados, como no exemplo acima, e os ramos (clados), os descendentes. Ao lado do cladograma pode ser inserido uma escala do tempo geológico, facilitando assim a visualização do Período em que o grupo surgiu e, conseqüentemente, há quantos mil/milhões/bilhões de anos se deu este surgimento.

Cada dicotomia  e/ou politomia presente no cladograma representa que, em um momento do passado, uma linagem ancestral sofreu processos de especiação e originou duas ou mais espécies diferentes.

Desta maneira, cada dicotomia representa um ancestral comum compartilhado por uma ou mais linhagens.

Esclareça que a maneira como os grupos estão distribuídos em um cladograma não representa uma hieráquia/escala do "mais simples para o mais evoluído", mas que os organismo estão classificados de acorodo com os ancestrais que compartilham e, conseqüentemente, com as características comuns que compartilham.

Sendo assim, quando uma bifurcação do cladograma é "girada", a história evolutiva dos organismos permanece a mesma e este fato vem corroborar que os cladogramas classificam os organismos de acordo com as relações de parentesco que estabelecem e não existindo "uma escala de complexidade".

 

 

Caracterísitcas Exclusivas e Compartilhadas

 

 

Para a construção destes conceitos, sugerimos que o professor utilize um cladograma dos vertebrados, assim como o apresentado acima.

Um caráter derivado é denominado apomorfia (do grego apo = para longe de, isto é, derivado de, e morpho = forma), ou seja, é uma caractística exclusiva de uma espécie e/ou grupo. (Se possível, construa esse conceito sem a presentar os termos científicos como APOMORFIA, por exemplo, pois os estudantes podem "assustar-se" com o mesmo. Para tanto, sugerimos que o professor utilize exemplos e probelmatizações para favorecer a compreensão deste conceito. Por exemplo, as extremidades de vertebrados terrestres possuem ossos distintos – os carpais, os tarsais e os dígitos. Essa disposição dos ossos das extremidades é diferente daquela do padrão ancestral encontrado em peixes com nadadeiras lobadas e todas as linhagens de vertebrados terrestres apresentam aquele padrão derivado de ossos das extremidades em algum estágio de sua evolução. (Alguns grupos de vertebrados terrestres – serpentes, por exemplo – subsequentemente modificaram aquele padrão de ossos das extremidades; porém, o ponto significante é que a linhagem evolutiva das serpentes apresentou esse padrão uma vez.). Assim, o padrão terrestre para os ossos das extremidades é um caráter derivado compartilhado por vertebrados terrestres.Segundo a cladística, os caracteres derivados compartilhados são denominados sinapomorfias (do grego syn = junto), ou seja, caracterísitcas compartilhadas por uma ou mais espécies e/ou grupos.

Certamente, os organismos também apresentam caracteres ancestrais compartilhados, isto é, caracteres que herdaram sem modificação dos seus ancestrais. Estes são denominados plesiomorfias (do grego plesios = próximo, no sentido de “similar ao ancestral”). Vertebrados terrestres possuem uma coluna vertebral, por exemplo, que foi herdada essencialmente sem modificações dos peixes com nadadeiras lobadas. Os caracteres ancestrais compartilhados são denominados simplesiomorfias (sym, assim como syn, é um radical grego que significa “em conjunto”). As simplesiomorfias não nos dizem nada a respeito dos graus de parentesco. O princípio de que somente caracteres derivados compartilhados podem ser usados para determinar genealogias é a base fundamental da cladística.
 

Esclareça aos estudantes que dentre as características compartilhadas entre os diversos organismos existem as características ancestrais compartilhadas, ou seja, características que surgiram em um passado remoto com o ancestral comum do grupo é mantem-se até o reente pois apresentam valor adaptativo para o grupo, como o caso da coluna vertebral. Há também as carcterísticas compartilhadas que são atuais, em relação ao tempo geológico, ou seja, são carcterísticas que surgiram com o aparecimento de novas espécies (no caso das sinapomorfias) ou são caractrísticas ancestrais que sofreram modificações aolongo da história evolutiva do grupo.

 

Construindo Cladogramas

 

 

Como atividade prática para a compreensão deste conceitos, sugerimos o desenvolvimento de exercícios como os encontrados em Construindo cladogramas ou como o que segue abaixo. Acreditamos que a atividade torna-se mais significativa quando desenvolvida em grupos de quatro ou cinco alunos, favorecendo assim o desenvolvimento de conteúdo atitudinais como o trabalho em grupo, cooperação, respeito, o saber ouvir, etc. Nestas atividades, os alunos poderão trabalhar com a observação e levantamento de características, assim como a interpretação e elaboração de filogenias, favorecendo assim a apropriação dos conceitos.

Cladogramas dos Gatos

Forneça a cada grupo uma cópia do desenho abaixo (o professor poderá utilizar outros organismos para o desenvolvimento desta atividade, como plantas e/ou outros animais, por exemplo).

Esclareça aos alunos que os gatos A, B, C, e D compartilham um ancestral comum e que os gatos E e F mantêm uma relação de parentes com com os outros quatro gatos, entretanto não compartilham o mesmo ancestral  comum (ou seja, o ancestral compartilhado pelos seis gatos é mais primitivo em relação ao ancestral compartilhado por A, B, C e D; desta maneira, E e F guardam as características ancestrais do grupo Gatos), sendo por esse motivo denominados grupo externo. Diga aos estudantes para efetuarem observações comparando os gatos A, B, C e D em relação à E e F, anotando as características que estes quatro gatos possuem de diferentes do grupo externo em uma tabela como segue abaixo:

CARCTERÍSTICAS	A	B	C	D
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

Diga aos alunos para nomearem as características de forma sucinta como, por exemplo, "Cabeça quadrada" observada no gato D. Oriente os alunos a colocarem o algarismo 1 para presença da característica e o algarismo 0 para ausência da mesma. Deste modo, os estudantes construirão uma matriz de dados para a posterior elaboração de uma hipótese filogenética para os gatos, representando-a em um cladograma. (Esclareça aos estudantes que não se deve utilizar características contraditórias porque estas dificultaram a construção do cladograma, por exemplo, se os alunos utilizarem a característica "cabeça quadrada", aconselho-os a não utilizar a característica "cabeça redonda".)

Após o levantamento das características observáveis, é hora de construir o cladograma dos gatos! Discuta com os alunos, questionando-os como poderão representar a história evolutiva dos gatos em um cladograma a partir das características observadas. Durante as discussões favoreça a compreensão de que para a construção dos cladogramas é interessante iniciar pelas características compartilhadas com todos os gatos (base do cladograma) porque representam os caracteres herdados do ancestral comum e continue a construir o cladograma, percorrendo as características que agrupam dois ou três gatos até as características exclusivas de cada um. Abaixo segue um exemplo de cladograma que pode ser construído com base neste exercício:

(Este é um dos modelos que poderão ser construídos uma vez que a elaboração dos cladograms dependerá das características observadas pelos alunos).

 OBSEVAÇÃO: Procure salientar durante toda a aula que os cladogramas podem ser utilizados para representar a história evolutiva de qualquer grupo de organismos pertencentes a qualquer um dos reinos dos seres vivos, podendo inclusive relacionar todos os seres vivos em um único cladograma. A proposta de relacionar todos os organismos do planeta em um único cladograma pode ser encontrada no site Tree of Life Web Project).

 

REFERÊNCIAS

 

 

FUTUYMA, D. J. 1992. Biologia evolutiva. SBG/CNPq, Ribeirão Preto, 631p.

POUGH, F. H.; JANIS, C. M.; HEISER, J. B. Diversidade, evolução e classificação dos vertebrados. In:______A vida dos vertebrados. 3 Ed. São Paulo: Atheneu, 2003, p. 2-15.

RIDLEY, M. Evolução. Tradução de Henrique Ferreira, Luciane Passaglia e Rivo Fisher. Porto Alegre: ARTMED, 3ª ed., 2006, 752p. Original inglês.

Abaixo seguem alguns sites que poderão auxiliar no desenvolvimento da(s) aula(s): http://lablogatorios.com.br/marcoevolutivo ===== http://lablogatorios.com.br/rainha/category/evolucao ===== http://charlesmorphy.blogspot.com ===== http://evolution.berkeley.edu

Devido ao caráter dialógico favorecido pelo trabalho em grupo e discussões estabelecidas nesta(s) aula(s), a avaliação deverá ocorrer de maneira contínua, ou seja, o professor deverá estar atento aos questionamentos e comentários realizados pelos alunos uma vez que estes revelaram a maneira pela qual os estudantes estão se apropriando dos conteúdos abordados. O professor poderá avaliar a apropriação dos conteúdos por parte dos alunos através da resolucção dos exercícios ou solicitar aos mesmos que elaborem uma pequena redação sobre o exercício/ a dinâmica realizado(a) para a construção dos conceitos abordados, ou ainda solicitar que os alunos elaborem um relato ao final da aula contando quais assuntos chamaram mais sua atenção, quais as dúvidas ainda existentes, etc., revelando assim como assimilaram a temática abordada.