What is a cladogram and how does it show evolutionary relationships?

A cladogram is a tree-shaped chart depicting hypothetical genealogical relationships between species. The tips represent specific species, while branch lengths indicate the degree of change between them. Nodes mark common ancestors, and species sharing a node are called sister groups. Cladograms help visualize how organisms diverged from shared ancestors over evolutionary time.

How do you use morphology to place a fossil on a cladogram?

Examine the fossil's physical characteristics, or morphology, and compare them to known species on your cladogram. Based on these structural similarities and differences, hypothesize where the fossil fits on the tree. Add a new line or mark to indicate your proposed position, then refine this placement after comparing genetic data from related living species.

What does the BLAST database show when comparing gene sequences?

BLAST displays a graphic summary where your query sequence appears as a blue line, with matching database sequences shown as colored bars below. Bar length and color indicate alignment quality and identity score. The Sequences producing significant alignments list ranks matches by similarity, with statistics like Max, Total, Query Coverage, and Identity scores showing how closely related sequences are.

What do E values tell you about gene sequence matches in BLAST results?

E values indicate the statistical significance of a sequence match. Lower E values mean the match is less likely to occur by random chance and more likely represents a true evolutionary relationship. An E value of 0 indicates a highly significant match, while higher E values suggest weaker, less reliable alignments between your query and database sequences.

How do you create a phylogram from BLAST results?

After collecting multiple species from your BLAST alignments, return to the Sequences producing significant alignments list and select all boxes. Click Distance of tree results to generate a phylogram based on sequence similarity to your query sequence. Your fossil relative sequence appears highlighted in yellow, showing its position relative to other taxon groups in the evolutionary tree.

Why compare morphology and genetic data when placing fossils on cladograms?

Morphology provides initial placement based on physical traits, but genetic sequences offer independent molecular evidence of evolutionary relationships. Comparing both approaches strengthens your hypothesis about fossil placement. If morphological and genetic placements differ, discussing these differences with classmates reveals how multiple data sources can support or challenge evolutionary hypotheses.

What information should you record from BLAST sequence alignments?

For each significant alignment, record the organism's scientific and common names listed under Source, and the protein the gene codes for under Definition. Click the Sequence ID to access detailed information. Collecting this data from multiple top matches allows you to construct an accurate phylogram and refine your hypothesis about where the fossil species belongs in the evolutionary tree.

Relações evolutivas

Conceitos Preparação do instrutor Protocolo do estudante

0 vistas05:21 min

Os humanos classificaram e organizaram organismos biológicos por milhares de anos. Originalmente, principalmente ordenando objetos necessários para a sobrevivência. À medida que a história humana progredia, o mesmo acontecia com a habilidade e os detalhes dessas classificações. No século IV a.C., Aristóteles foi pioneiro em classificações formais, delineando plantas e animais em diferentes grupos e, em seguida, dividindo-os ainda mais com base em suas características físicas e traços, como os habitats que ocupam. Mais tarde, em meados de 1700, Linnaeus construiu o sistema de Aristóteles. Ele chamou seu nível mais alto de agrupamento dos reinos e, a partir daí, dividiu os grupos usando sinapomorfias, uma característica física definidora que divide um ramo. Por exemplo, se um animal possui uma espinha dorsal ou uma estrutura semelhante, ele deve ser colocado no filo chordata. Se isso não acontecer, então existem muitos outros filos, nos quais os animais sem espinha dorsal podem ser divididos, incluindo os artrópodes, um grande grupo que inclui insetos. Linneaus continuou dividindo grupos de organismos com base em suas sinapomorfias em níveis subsequentes através da classe, ordem, família e gênero, até chegar à designação final, geralmente, a espécie. Referimo-nos ao tipo de classificação de Linnaeus como cladística, a classificação de organismos com base em diferenças nas características físicas.

Hoje, os cientistas geralmente constroem árvores chamadas dendrogramas para fornecer representações visuais dessas divisões e grupos. Essa forma particular de dendrograma, o cladograma, visualiza as relações cladísticas entre as espécies para que as pontas da árvore representem as espécies e os galhos mostrem como eles estão relacionados entre si. Por exemplo, aqui o chimpanzé e o urso estão mais intimamente relacionados entre si e compartilham características mais comuns do que qualquer um deles com o peixe-lua. Os locais onde os ramos se encontram são chamados de nós e denotam ancestrais comuns para as espécies que se seguem. Um segundo tipo principal de dendrograma é o filograma. Estes são diferentes dos cladogramas porque o comprimento dos ramos entre as espécies varia, representando o grau de mudança entre eles. Portanto, quanto mais longo o galho, mais tempo se passou desde que a espécie divergiu de seu último ancestral comum.

Os dendrogramas foram construídos simplesmente analisando a morfologia dos organismos. Com o advento da tecnologia moderna, comparar o DNA também se tornou uma maneira comum de construir árvores. O DNA é composto de nucleotídeos associados a uma das quatro bases diferentes. Adenina, guanina, citosina ou timina. A ordem dessas bases é o código do DNA. Este código é passado de pais para filhos. Consequentemente, se você olhar para uma única espécie como os humanos, há um grau muito alto de semelhança em nosso código genético, em torno de 99,9%. Também compartilhamos parte do nosso código de DNA com outras espécies, como chimpanzés e camundongos, mas o grau de semelhança geral entre nosso DNA e o deles é muito diferente. Isso significa que podemos criar árvores, que agrupam espécies com base nas semelhanças ou diferenças entre seus códigos genéticos. Este campo de análise, combinando estatística, modelagem matemática e ciência da computação, é conhecido como bioinformática. Para comparar sequências de DNA, os pesquisadores costumam usar uma ferramenta de bioinformática chamada Basic Local Alignment Search Tool, ou BLAST, que foi criada e é mantida pelo Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia.

Neste laboratório, você primeiro criará um cladograma de animais usando informações morfológicas e, em seguida, colocará uma espécie fóssil neste cladograma com base em sua morfologia. Em seguida, você usará sequências de DNA de vários parentes modernos diferentes do fóssil e o banco de dados BLAST para verificar o posicionamento do fóssil na árvore.

Print Procedure Steps

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formando uma hipótese evolutiva
- NOTA: Um cladograma é uma ferramenta importante para formar uma hipótese evolutiva. Um cladograma é um gráfico em forma de árvore usado para representar as relações genealógicas hipotéticas entre as espécies. As pontas ou folhas do gráfico representam espécies específicas e os galhos da árvore têm comprimentos diferentes. Os diferentes comprimentos representam o grau de mudança entre cada uma das espécies. O ancestral comum de todas as espécies das quais uma linha específica se ramifica está localizado em um nó, onde os ramos se cruzam. As espécies que compartilham um nó são chamadas de grupo irmão.
- Para começar, olhe para o cladograma em branco fornecido e faça uma hipótese sobre onde os animais designados devem ser colocados na árvore. Se um cladograma em branco não tiver sido fornecido, baixe um aqui.
- Em seguida, observe a imagem do animal fossilizado.
- Usando a morfologia ou características físicas do fóssil, faça uma hipótese sobre onde em seu cladograma ele deve ser colocado. Adicione uma nova linha ou marca para indicar a posição proposta para o fóssil.
Comparando sequências de genes usando BLAST
- NOTA: Historicamente, os cladogramas foram construídos por meio da comparação da morfologia. Agora, as sequências genéticas também podem ser comparadas entre espécies de interesse para construir cladogramas. As sequências de DNA geralmente não são preservadas em fósseis, portanto, para este laboratório, você usará o banco de dados BLAST para comparar as sequências de DNA de espécies vivas que estão intimamente relacionadas ao fóssil com milhares de outras espécies vivas.
- Antes de iniciar este laboratório, seu instrutor terá baixado as três sequências de genes preservadas para uma pasta em sua área de trabalho.
- Navegue até a página inicial do BLAST, que o instrutor deveria ter deixado aberta em seu navegador, e clique em Estratégias salvas no menu na parte superior da página.
- Clique em Abrir no arquivo Evolutionary_Relationships_Gene1.txt.
- Em seguida, clique em View para ir para a página de pesquisa do Standard Nucleotide BLAST. Você deve ser capaz de ver a sequência de DNA na caixa Sequência de consulta no canto superior direito da tela.
- Role até a parte inferior da tela e clique no botão BLAST. Observação: levará alguns instantes para processar e analisar os dados.
- Quando os dados forem processados, um resumo gráfico aparecerá. NOTA: Sua sequência de consulta é representada pela linha azul na parte superior da caixa. Cada uma das linhas abaixo da linha azul representa outra sequência no banco de dados BLAST que corresponde à sua consulta. O comprimento e a localização dessas barras representam onde e quanto da sequência corresponde à consulta. A cor da barra representa sua pontuação ou quão idêntica a sequência é à consulta. Abaixo do resumo gráfico está a lista Sequências que produzem alinhamentos significativos, que contém descrições das sequências de DNA recuperadas do banco de dados que mais se alinham com a frase de consulta. Eles são listados em ordem decrescente, do mais semelhante na parte superior ao menos semelhante na parte inferior. À direita, há várias estatísticas sobre o quão intimamente relacionada cada sequência de banco de dados está com a sequência experimental. Quanto mais altas forem as pontuações Máxima, Total, Cobertura de Consulta e Identidade, mais semelhantes serão as sequências de consulta e recuperadas entre si. Da mesma forma, quanto menor o número do valor E, menor a probabilidade de a correspondência das sequências ter sido encontrada por acaso e, mais significativamente, o alinhamento é preciso. Um valor E de 0 indica uma correspondência altamente significativa.
- Clique no nome da descrição do alinhamento mais semelhante listado. Isso o levará mais adiante na página para o alinhamento exato da sequência de DNA entre a sequência recuperada e a sequência de consulta.
- Clique no número de ID de sequência. Isso abrirá uma nova guia com informações mais específicas sobre a sequência do gene recuperada.
- Identifique e registre os nomes científicos e comuns do organismo, que devem ser listados ao lado da Fonte.
- Identifique e registre a proteína que o gene codifica, que deve ser listada ao lado de Definição.
- Feche a guia e pressione Voltar para retornar à lista Sequências que produzem alinhamentos significativos.
- Em seguida, repita as etapas 7 a 9 para as próximas sequências mais semelhantes.
- Depois de coletar vários nomes de espécies, retorne à lista Sequências que produzem alinhamentos significativos e clique em Selecionar: Tudo para marcar todas as caixas ao lado dos nomes de cada sequência de alinhamento listada.
- Clique em Distância dos resultados da árvore para criar um filograma com base na semelhança de todas as sequências de genes resultantes do BLAST com a sequência do gene de consulta. Observação: a sequência relativa do fóssil de consulta será destacada em amarelo.
- Registre a localização da sua sequência em relação aos outros grupos de táxons mostrados na árvore.
- Por fim, retorne à guia Estratégias salvas e carregue a próxima sequência de genes salva.
- Consulte as duas sequências de DNA relativo fóssil restantes conforme demonstrado anteriormente (etapas 1 – 16).
Análise de dados
- Com base nos resultados da sequência do gene, crie uma segunda hipótese sobre onde seu espécime fóssil se encaixa no cladograma original.
- Compare este posicionamento com sua primeira hipótese.
- Compare sua árvore com a de seus colegas. Se algum de seus colegas colocar o fóssil em um galho diferente, pergunte como eles chegaram a essa decisão.