Evolução Fenotípica e Métodos Comparativos Filogenéticos

Código: ERN.702

Carga Horária: 30 horas

Créditos: 03 (1T, 1P)

Professor(a) Responsável: Prof. Dr. Fernando Rodrigues da Silva

Professor(a) Colaborador(a): Prof. Dr. Diogo Borges Provete

Objetivos: Estudos comparativos têm se tornado cada vez mais factíveis dada a facilidade de obtenção de dados comparativos e de plataformas para o seu gerenciamento, aliada à crescente disponibilidade de hipóteses filogenéticas para diversos grupos. Nesta disciplina teórico-prática, apresentarei teorias e métodos para estudar evolução fenotípica ao longo de filogenias. Discutiremos as principais questões investigadas em estudos comparativos e como métodos analíticos podem ser utilizados para respondê-las.

Ementa: Nesta disciplina iremos introduzir o uso de métodos comparativos filogenéticos utilizando a linguagem R como plataforma de análise de dados. Os principais pontos abordados serão: 1) delineamento de estudos comparativos; 2) modelos de evolução de atributos quantitativos; 3) evolução correlacionada e estimativa de estados ancestrais; 4) métodos para estimar taxa de evolução de atributos; 5) métodos para detectar convergência fenotípica; 6) Mensuração e teste de sinalo filogenético. Esta disciplina é aberta a alunos de qualquer linha de pesquisa do Programa e que tenham mínima familiaridade com teoria e métodos de inferência filogenética. Uso de computador portátil.

Tópicos Abordados

Teóricos

  1. Breve introdução sobre histórico do desenvolvimento de métodos comparativos e tree thinking; relembrar métodos para reconstruir hipóteses filogenéticas (incluindo supertree, supermatrix e iniciativas recentes SUPERSMART, PASTIS, Open Tree of Life, treePL, congruification); perguntas comuns em estudos de adaptação; como desenhar um estudo comparativo (Arnold & Nunn 2010 e Penell ET AL. 2015): limitações da abordagem comparativa, Darwinian e Eltonian shortfall. Como trabalhar com base de dados online de atributos e filogenias. Distância filogenética e propriedades da matriz de variância-covariância.
  2. Modelos de evolução de atributos e suas aplicações (Ornstein-Uhlenbeck, Movimento Browniano, ADCD, Mudança direcionada, Early Burst); evolução correlacionada. Quadrados mínimos generalizados filogenético (PGLS) e Contrastes independentes filogenéticos (PIC). Métodos para estimativa de estado ancestral de atributos contínuos e categóricos (Bayesiano, Máxima Verosimilhança, modelo threshold); ANOVA FILOGENÉTICA.
  3. Taxa de evolução de atributos (auteur, Brownie) e suas relações com taxas de especiação. Destrinchando o Modelo Ornstein Uhlenbeck de evolução estabilizadora e suas aplicações (ouch). Métodos para estudar convergência, detecção de picos adaptativos e mudança de regimes (SURFACE).
  4. Simulações de evolução de atributos e filogenias sob modelos alternativos. Medidas de simetria de árvore. Métodos para imputar dados faltantes em banco de dados. Visualização de dados filogenéticos.
  5. Métodos para estimar “sinal” filogenético para atributos contínuos e categóricos e suas limitações (K de Blomberg, λ de Pagel, R2, Mantel , / de Moran, distograma filogenético, partição da entropia quadrática ao longo dos nós da filogenia).
  6. Métodos para lidar com não estacionaridade (PVR e ajuste de múltiplas matrizes VCV) e partição dos componentes específico e herdado da variação fenotípica. Breve introdução à incerteza filogenética.
  7. Como preparar e publicar online um documento dinâmico em formato mardown utilizando RStudio.

Bibliografia

ARNOLD, S.J. 2014. Phenotypic evolution: the ongoing synthesis. Am Nat, 183: 729-746.

BALDAUF, S.L., 2003. Phylogeny for the faint of heart: a tutorial. Trends in Genetics, 19:345-351.

DINIZ FILHO, J.A.F., 2000. Métodos filogenéticos comparativos. São Carlos: Holos.

FELSENSTEIN, J. (2004). Inferring phylogenies. Sunderland: Sinauer Associates.

FRECKLETON, R.P. 2009. The seven deadly sins of comparative analysis. Journal of Evolutionary Biology, 22: 1367-1375.

FRECKLETON, R.P. & PAGEL, M. 2010. Recent advances in comparative methods. In Székely T., Moore A.J. & Komdeur J. (eds.), Social Behaviour: Genes, Ecology and Evolution. New York: Cambridge University Press, p. 110-126.

GARAMSZEGI, L.Z. (2014) Modern phylogenetic comparative methods and their application in evolutionary biology. Berlin:Springer.

GARLAND, T. BENNETT, A.F. & REZENDE, E.L., 2005. Phylogenetic approaches in comparative physiology. Journal of Experimental Biology, 208: 3015-3035.

HARVEY, P.H. & PAGEL, M.D. (1991) The comparative method in evolutionary biology. Oxford: Oxford University Press.

HARVEY, P.H. & PURVIS, A. 1991. Comparative methods for explaining adaptations. NATURE, 351: 619-624.

HUNT, G. & RABOSKY, D.L., 2014. Phenotypic evolution in fossil species: pattern and process. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 42: 421-441.

MARTINS, E.P., 2000. Adaptation and the comparative method. Trends in Ecology and Evolution: 15: 296-299

MARTINS, E.P. & HANSEN, T.F., 1996. The statistical analysis of interspecific data: a review and evaluation of phylogenetic comparative methods. In Martins E. (ed.), Phylogenies and the Comparative Method in Ammal Behavior. Oxford: Oxford University Press, p.22-75.

NUNN, C.L. (2011) The comparative approach in evolutionary anthropology and biology. Chicago: University of Chicago Press.

O’MEARA, B.C. (2012) Evolutionary inferences from phylogenies: a review of methods. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 43: 267-285.

PAGEL, M. (199) Inferring the historical patterns of biological evolution. NATURE, 401: 877-884.

PARADIS , E. (2012) Analysis of phylogenetics and evolution with R. 2nd edition. Berlin: Springer.

PENNELL, M.W. & HARMON, L.I. (2013) An integrative view of phylogenetic comparative methods: connections to population genetics, community ecology, and paleobiology. Ann N Y Acad Sci, 1289: 90-105.

REZENDE, E.L. & DINIZ-FILHO, J.A.F. 2012. Phylogenetic analyses: comparing species to infer adaptations and physiological mechanisms. Comparative Physiology, 2: 639-674.

Sugestões de Bibliografia sobre Introdução ao R

ADLER, J. (2010) R in a nutshell: a desktop quick reference. O’Reilly Media, Inc.

BECKERMAN, A.P. & PETCHEY, O.L. (2012) Getting started with R: an introduction for biologists. Oxford University Press.

ZUUR, A.; IENO, E.N.; MEESTERS, E. (2009): A beginner’s guide to R, Springer.

Critérios de Avaliação

Apresentação de um documento dinâmico em formato Markdown de uma análise de dados à escolha do aluno, contendo: 1) pergunta; 2) análise; 3) resultados e 4) breve discussão baseada em teoria.