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Carlos Aguiar BBoottâânniiccaa para Ciências Agrárias e do Ambiente VVoolluummee IIIIII "�Sistemática Instituto Politécnico de Bragança 2013 Publicado pelo Instituto Politécnico de Bragança Imagem da capa. Butomus umbellatus (Butomaceae) Versão de 13-‐V-‐2013 © Carlos Aguiar ISBN 978-‐972-‐745-‐125-‐8 1 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente Índice 1. Introdução à sistemática de plantas-‐vasculares ............................................................... 7 1.1. O porquê de classificar .............................................................................................. 7 1.2. Conceitos e objetivos da taxonomia .......................................................................... 8 1.3. Evolução dos sistemas de classificação botânica ...................................................... 9 Sistemas artificiais ............................................................................................... 10 Sistemas naturais e sistemas fenéticos ............................................................... 11 Sistemas evolutivos ............................................................................................. 12 Sistemas cladísticos ............................................................................................. 15 Sistemática molecular ......................................................................................... 17 1.4. Nomenclatura .......................................................................................................... 18 Nomenclatura biológica clássica ......................................................................... 18 Nomenclatura de plantas cultivadas ................................................................... 22 Nomenclatura filogenética .................................................................................. 23 2. Sistemática de plantas-‐com-‐semente ............................................................................. 24 2.1. Introdução ............................................................................................................... 24 Taxa supra-‐ordinais das plantas-‐terrestres ......................................................... 24 ‘Pteridófitas’ e gimnospérmicas .......................................................................... 25 Angiospérmicas ................................................................................................... 25 2.2. Famílias de plantas-‐com-‐semente de maior interesse ecológico ou económico .... 27 2.2.1. Gimnospérmicas .............................................................................................. 27 2.2.1.1. Cycadidae ................................................................................................. 28 I. Cycadaceae s.str. ................................................................................... 29 2.2.1.2. Ginkgoidae ................................................................................................ 30 II. Ginkgoaceae ........................................................................................ 30 2.2.1.3. Pinidae ...................................................................................................... 30 III. Pinaceae ............................................................................................. 31 IV. Cupressaceae (inc. Taxodiaceae) ........................................................ 31 V. Araucariaceae ...................................................................................... 32 VI. Taxaceae ............................................................................................. 32 2.2.1.4. Gnetidae ................................................................................................... 33 VII. Ephedraceae ...................................................................................... 33 2 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente 2.2.2. Magnoliidae (angiospérmicas) ......................................................................... 33 2.2.2.1. ‘Angiospérmicas basais’ ............................................................................ 34 Nymphaeales ................................................................................................... 34 VIII. Nymphaeaceae ................................................................................ 34 Austrobaileyales .............................................................................................. 34 IX. Illiciaceae ............................................................................................ 34 2.2.2.2. Magnoliidas .............................................................................................. 35 Magnoliales ..................................................................................................... 35 X. Magnoliaceae ....................................................................................... 35 XI. Annonaceae ........................................................................................ 36 Laurales ........................................................................................................... 36 XII. Lauraceae .......................................................................................... 36 Piperales .......................................................................................................... 37 XIII. Aristolochiaceae ............................................................................... 37 XIV. Piperaceae ........................................................................................ 37 2.2.2.3. Monocotiledóneas (Lilianae) .................................................................... 37 2.2.2.3.1. ‘Monocotiledóneas basais’ .................................................................. 38 Alismatales ...................................................................................................... 38 XV. Cymodoceaceae ................................................................................ 38 XVI. Araceae ............................................................................................ 38 2.2.2.3.2. ‘Monocotiledóneaspetaloideas’ ......................................................... 39 Dioscoreales .................................................................................................... 40 XVII. Dioscoreaceae ................................................................................. 40 Liliales .............................................................................................................. 40 XVIII. Smilacaceae ................................................................................... 40 XIX. Liliaceae ............................................................................................ 40 Asparagales ..................................................................................................... 41 XX. Orchidaceae ....................................................................................... 41 XXI. Xanthorrhoeaceae ............................................................................ 42 XXII. Amaryllidaceae ................................................................................ 43 XXIII. Agavaceae ...................................................................................... 44 XXIV. Asparagaceae ................................................................................. 44 XXV. Ruscaceae ........................................................................................ 45 2.2.2.3.3. Monocotiledóneas commelinídeas ...................................................... 45 3 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente Arecales ........................................................................................................... 46 XXVI. Arecaceae (= Palmae) .................................................................... 46 Poales .............................................................................................................. 47 XXVII. Bromeliaceae ................................................................................ 47 XXVIII. Juncaceae .................................................................................... 47 XXIX. Cyperaceae ..................................................................................... 49 XXX. Poaceae (= Gramineae) ................................................................... 49 Zingiberales ..................................................................................................... 53 XXXI. Musaceae ....................................................................................... 53 XXXII. Cannaceae ..................................................................................... 53 XXXIII. Zingiberaceae .............................................................................. 53 2.2.2.4. Eudicotiledóneas ...................................................................................... 53 2.2.2.4.1. ‘Eudicotiledóneas basais’ ..................................................................... 53 Ranunculales ................................................................................................... 53 XXXIV. Papaveraceae ............................................................................... 53 XXXV. Ranunculaceae .............................................................................. 54 Proteales ......................................................................................................... 54 XXXVI. Proteaceae ................................................................................... 54 XXXVII. Platanaceae ................................................................................ 55 Buxales ............................................................................................................ 55 XXXVIII. Buxaceae ................................................................................... 55 2.2.2.4.2. Eudicotiledóneas superiores (core eudicots) ....................................... 55 Famílias basais de eudicotiledóneas superiores ................................................. 55 Saxifragales ...................................................................................................... 55 XXXIX. Altingiaceae ................................................................................. 55 Vitales .............................................................................................................. 56 XL. Vitaceae ............................................................................................. 56 Clado das rosidas ................................................................................................. 56 Malpighiales .................................................................................................... 57 XLI. Linaceae ............................................................................................ 57 XLII. Euphorbiaceae ................................................................................ 57 XLIII. Violaceae ........................................................................................ 57 XLIV. Salicaceae ....................................................................................... 58 XLV. Passifloraceae .................................................................................. 58 4 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente XLVI. Hypericaceae .................................................................................. 58 Cucurbitales ..................................................................................................... 59 XLVII. Cucurbitaceae ............................................................................... 59 Fabales ............................................................................................................ 59 XLVIII. Fabaceae ...................................................................................... 59 Fagales ............................................................................................................. 61 XLIX. Fagaceae ......................................................................................... 61 L. Myricaceae ........................................................................................... 62 LI. Juglandaceae ...................................................................................... 62 LII. Betulaceae ......................................................................................... 62 LIII. Casuarinaceae .................................................................................. 63 Myrtales ..........................................................................................................63 LIV. Lythraceae ........................................................................................ 63 LV. Myrtaceae .......................................................................................... 64 Celastrales ....................................................................................................... 64 LVI. Celastraceae ..................................................................................... 64 Rosales ............................................................................................................ 64 LVII. Rosaceae ......................................................................................... 64 LVIII. Rhamnaceae .................................................................................. 66 LIX. Ulmaceae .......................................................................................... 66 LX. Cannabaceae ..................................................................................... 66 LXI. Moraceae .......................................................................................... 67 Sapindales ....................................................................................................... 67 LXII. Anacardiaceae ................................................................................. 67 LXIII. Sapindaceae (inc. Aceraceae e Hippocastanaceae) ....................... 68 LXIV. Simaroubaceae ............................................................................... 68 LXV. Meliaceae ........................................................................................ 68 LXVI. Rutaceae ........................................................................................ 69 Brassicales ....................................................................................................... 69 LXVII. Brassicaceae .................................................................................. 69 LXVIII. Capparaceae ................................................................................ 70 Malvales .......................................................................................................... 70 LXIX. Thymelaeaceae .............................................................................. 70 LXX. Cistaceae ......................................................................................... 71 5 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente LXXI. Malvaceae (inc. Tiliaceae, Bombacaceae e Sterculiaceae) ............. 71 Santalales ........................................................................................................ 72 LXXII. Santalaceae ................................................................................... 72 Caryophyllanae .................................................................................................... 73 Caryophyllales ................................................................................................. 73 LXXIII. Tamaricaceae ............................................................................... 73 LXXIV. Plumbaginaceae ........................................................................... 73 LXXV. Polygonaceae ................................................................................ 74 LXXVI. Caryophyllaceae ........................................................................... 74 LXXVII. Amaranthaceae (inc. Chenopodiaceae) ...................................... 75 LXXVIII. Cactaceae .................................................................................. 75 Clado das asteridas (Asteranae) .......................................................................... 76 Cornales ........................................................................................................... 76 LXXIX. Cornaceae .................................................................................... 76 LXXX. Hydrangeaceae .............................................................................. 76 Ericales ............................................................................................................ 76 LXXXI. Sapotaceae ................................................................................... 76 LXXXII. Ebenaceae .................................................................................. 77 LXXXIII. Theaceae ................................................................................... 77 LXXXIV. Actinidiaceae ............................................................................. 77 LXXXV. Ericaceae (inc. Empetraceae) ...................................................... 77 Incertae sedis .................................................................................................. 78 LXXXVI. Boraginaceae ............................................................................. 78 Gentianales ..................................................................................................... 78 LXXXVII. Rubiaceae ................................................................................. 78 LXXXVIII. Apocynaceae (inc. Asclepiadaceae) ........................................ 79 Lamiales ........................................................................................................... 79 LXXXIX. Oleaceae .................................................................................... 79 XC. Bignoniaceae ..................................................................................... 80 XCI. Lamiaceae ......................................................................................... 81 XCII. Orobanchaceae ............................................................................... 81 XCIII. Scrophulariaceae (inc. Buddlejaceae e Myoporaceae) .................. 81 XCIV. Verbenaceae .................................................................................. 82 Solanales ......................................................................................................... 82 6 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente XCV. Convolvulaceae ............................................................................... 82 XCVI. Solanaceae ..................................................................................... 83 Apiales ............................................................................................................. 83 XCVII. Araliaceae ..................................................................................... 83 XCVIII. Pittosporaceae .............................................................................84 XCIX. Apiaceae ......................................................................................... 84 Aquifoliales ...................................................................................................... 85 C. Aquifoliaceae ....................................................................................... 85 Asterales .......................................................................................................... 85 CI. Asteraceae .......................................................................................... 85 Dipsacales ........................................................................................................ 87 CII. Adoxaceae ......................................................................................... 87 CIII. Caprifoliaceae s.str. (excluídas Dipsacaceae e Valerianaceae) ........ 87 3. Referências ...................................................................................................................... 88 7 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente 1. Introdução à sistemática de plantas-‐vasculares 1.1. O porquê de classificar “Classificar objetos é uma prerrogativa humana baseada na capacidade da mente de conceptualizar e reconhecer a presença de propriedades similares em objetos individuais. Propriedades e classes são abstrações1 relacionadas entre si: quando uma propriedade é atribuída a um objeto, então o objeto torna-‐se membro de uma classe particular definida por aquela propriedade”, explica W. V. Quine (Quine, 1987). Classificar organismos, ecossistemas, sinais, formas, estruturas, comportamentos é, então, uma capacidade inata2 que a mente humana realiza, geralmente, de forma involuntária e sem esforço. As classes caracterizam-‐se por um dado conjunto de propriedades; a presença dessas propriedades agrega objetos a classes. Cada classe tem a si associado um conceito3 formalizado pelas suas propriedades. Atribuir um nome científico, de qualquer categoria (e.g. espécie e família), a uma planta, i.e. outorgar uma planta a uma dada classe – a um dado taxon (vd. Conceitos e objetivos da taxonomia) – envolve o reconhecimento da presença de um conjunto de propriedades. O mesmo acontece quando se aplicam nomes vulgares. Identificar uma planta com o nome Prunus avium, ou «cerejeira», pressupõe que se trata de uma de árvore de tronco acinzentado que se destaca por tiras horizontais, com folhas serradas, flores completas de pétalas brancas e estames indefinidos, polinizada por insectos, que produz frutos comestíveis, e por aí adiante. Uma planta cabe no conceito de P. avium – uma classe de organismos vegetais com a categoria de espécie – quando nela se reconhecem as propriedades de ser Prunus avium. Os nomes científicos ou vulgares são uma expressão sintética de um conjunto de propriedades que se consubstanciam num conceito; um nome por si só de pouco vale. A mente humana organiza com mais facilidade objetos complexos em grupos homogéneos, sejam eles plantas, paisagens ou instrumentos de trabalho, do que soluciona, por exemplo, equações matemáticas elementares. Pelo contrário, os programas informáticos de resolução de equações matemáticas complexas são substancialmente mais simples, e eficientes, do que os programas de “reconhecimento visual” de objetos. A classificação visual assistida por computador envolve algoritmos intrincados de inteligência artificial, que permitem que as máquinas aprendam com a experiência. O hardware da mente humana foi “desenhado” pela evolução para desempenhar tarefas tão complexas como a envolvidas a identificação e a classificação de entidades4 biológicas, porque estas tarefas têm um enorme valor adaptativo: aumentam a fitness (vd. volume II) dos seus portadores. Classificar é uma atividade indispensável para percepcionar e agir sobre de realidade complexas, como é a diversidade biológica. Por outras palavras, a diversidade seres vivos que connosco convivem é incognoscível sem uma taxonomia. O sucesso reprodutivo dos indivíduos da nossa espécies, num passado recente, dependeu, certamente, mais de uma correta identificação dos hábitos e das formas dos seres vivos do que da abstração matemática. A componente inata do ato de identificar ou classificar plantas também explica a precocidade da taxonomia na história da biologia. 1 Resultam de um processo de abstração, i.e. de redução de uma realidade complexa a um conjunto de propriedades consideradas mais importantes do que as propriedades rejeitadas. 2 Inata porque nasce connosco, não é aprendida. 3 A definição de “conceito” é muito disputada no meio filosófico. Para abreviar o tema talvez seja melhor definir o que é “ter um conceito de”. Ter um conceito de um objeto, por exemplo, é ser capaz de reconhecer e de pensar sobre esse objeto, de perceber as consequências de identificar esse objeto, e de o poder agrupar (classificar) com outros objetos similares (Blackburn, 1997). 4 Uma entidade é algo dereal, que existe por si próprio (Blackburn, 1997). 8 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente 1.2. Conceitos e objetivos da taxonomia Num sentido lato, a taxonomia biológica5 é o ramo da biologia que se dedica ao estudo e descrição da variação [e.g. variação da forma] dos organismos6; à investigação das causas e consequências dessa variação; e ao uso da informação obtida sobre a variação dos organismos no desenho de sistemas de classificação (Stace, 1992). Num sentido estrito, a taxonomia envolve a descoberta, a descrição, a designação e a classificação de taxa (vd. definição mais adiante). A taxonomia inclui três importantes atividades subsidiárias: a classificação, a atribuição de nomes e a identificação, definíveis do seguinte modo (Stace, 1992): � Classificação – estruturação de sistemas lógicos de categorias (sistemas de classificação) que agrupem e categorizem, geralmente de forma hierárquica, os organismos (vd. Evolução dos sistemas de classificação de plantas-‐vasculares; � Nomenclatura – abrange o estudo dos sistemas e métodos de designação dos grupos de organismos, e a construção, interpretação e aplicação dos regulamentos que governam estes sistemas (vd. Nomenclatura); � Identificação (= determinação) – denominação de um organismo tendo como referência uma classificação já existente. Um sistemata (o especialista em sistemática) classifica quando descreve uma espécie nova para a ciência. Nesse ato atribui um nome científico de acordo com as regras de nomenclatura em vigor. Um praticante de botânica ao reconhecer essa mesma espécie no campo ou no herbário, identifica. Um taxon (táxone; no plural taxa ou táxones) ou grupo taxonómico é um grupo concreto – uma classe – de organismos ao qual é atribuído um nome, em botânica de acordo com o Código Internacional de Nomenclatura para Algas, Fungos e Plantas (International Code of Nomenclature for Algae, Fungi and Plants, ICN; (McNeill, et al., 2012) (vd. Nomenclatura). O conceito de taxon refere-‐se a grupos de indivíduos, não devendo ser confundido com o conceito de categoria taxonómica. Os taxa naturais7 ou monofiléticos, reúnem os indivíduos de uma espécie ancestral, atual ou extinta, e todos os indivíduos de todas as espécies dela descendentes. A sua existência é independente dos sistemas de classificação criados pelo homem: são entidades objetivas8. Os taxa não monofiléticos dizem-‐se artificiais. Não sendo monofiléticos os grupos taxonómicos podem ser (i) parafiléticos quando excluem alguns descendentes de um ancestral comum, ou (ii) polifiléticos se reúnem taxa de dois ou mais grupos monofiléticos sem uma ancestralidade comum (figura 1). 5 Propõe-‐se uma definição lata de taxonomia e a sua sinonimização com a sistemática. Muitos autores, sobretudo zoólogos, preferem distinguir sistemática e taxonomia. A primeira teria um significado alargado, restringindo-‐se a segunda à descoberta, descrição, designação e classificação de taxa. 6 Um organismo é um ser vivo individual, cujas partes (organelos, órgãos) são mutuamente dependentes e desempenham funções indispensáveis para a sobrevivência e/ou reprodução do indivíduo. Uma bactéria, uma planta ou um animal são organismos. 7 Muitos autores, atuais e pretéritos, criticam esta definição e preferem designar por taxon natural um grupo de indivíduos mais similares entre si do que com os indivíduos de outros grupos. Outros exigem uma ancestralidade comum mas aceitam como naturais os grupos parafiléticos. 8 Objetivas porque a sua existência é independente da mente que afirma a sua existência. Embora de uso corrente, o conceito de “entidade objetiva” é redundante porque uma entidade é necessariamente objetiva. Figura 1. Monofilia, parafilia e polifilia. Neste exemplo os vertebrados e os répteis s.l. (= saurópsidos, inc. aves, assinalado a amarelo) são monofiléticos, os répteis s.str. (excl. Aves) são parafiléticos e os animais de sangue-‐quente (a vermelho, mamíferos + aves) são polifiléticos (Wikipedia) 9 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente Os taxonomistas servem-‐se de características morfológicas, fisiológicas ou moleculares para classificar e/ou identificar taxa. Estas características são genericamente designadas por caracteres taxonómicos. Um carácter pode ter vários estados. Por exemplo, o carácter posição do ovário tem três estados-‐de-‐carácter: ovário ínfero, semi-‐ínfero e súpero. Frequentemente, o termo “carácter taxonómico” é utilizado com o significado de “estado-‐ de-‐carácter”. Os caracteres diagnóstico são utilizados para distinguir os taxa de outros que se lhes assemelhem. Os caracteres diagnóstico determinam a circunscrição dos taxa, i.e. quais os indivíduos que a eles podem ser atribuídos(Singh, 2010), e, implicitamente, objetivam o seu conceito. Os termos “primitivo” e “evoluído ou avançado”, embora de uso corrente, exprimem juízos de valor injustificáveis à luz da moderna interpretação dos processos evolutivos. Os carateres ditos primitivos – e.g. estames semelhantes às pétalas – não são, necessariamente, menos vantajosos para os seus portadores do que os caracteres evoluídos (= avançados) – e.g. estames e pétalas bem distintos. Pela mesma razão o mesmo se pode dizer de um taxon primitivo frente a um taxon evoluído. Por outro lado, um carácter considerado primitivo num determinado grupo pode ser evoluído num outro porque, sendo as plantas evolutivamente flexíveis, as inversões de caracteres e os fenómenos de convergência evolutiva são sistemáticos (vd. Sistemas evolutivos). Como se referiu no Volume I, muitas das Theaceae atuais têm flores acíclicas, um estado-‐de-‐carácter associado a plantas primitivas. Hoje é claro que num antepassado das Theaceae de perianto verticilado terá ocorrido uma inversão do carácter filotaxia da flor: as Theaceae são secundariamente acíclicas (Ronse De Craene, 2010). Para evitar equívocos, pode-‐se substituir o adjetivo “primitivo” por “ancestral” ou “basal”. “Derivado” é uma alternativa a “evoluído” ou “avançado” 9. Um dado estado-‐de-‐carácter diz-‐se primitivo, ancestral ou basal quando corresponde à condição original do carácter, i.e. ao estado-‐de-‐carácter presente nas formas ancestrais de um determinado grupo. Os caracteres ancestrais são mais antigos e os caracteres derivados de génese mais recente. Geralmente, os taxa basais distinguem-‐se dos taxa derivados por reterem um maior número de caracteres basais e, em consequência disso mesmo, serem mais semelhantes às formas originais a partir das quais evoluíram. A retenção de caracteres basais aproxima os organismos, e os seus grupos, da base das árvores filogenéticas. Aos taxa derivados correspondem a ramificações chegadas à extremidade das árvores filogenéticas (vd. Sistemas cladísticos). A botânica sistemática, ou taxonomia botânica, é uma ciência antiga. O seu desenvolvimento precedeu a genética, a fisiologia ou a ecologia vegetal. Nos seus primórdios, os objetivos da botânica sistemática acabavam no reconhecimento de taxa e na sua designação. Na sequência da definição de taxonomia biológica anteriormente formulada, os objetivos da botânica sistemática são hoje francamente mais vastos (Jones Jr. & Luchsinger, 1987): (i) inventariar a flora mundial; (ii) produzir métodos de identificação das plantas; (iii) facilitar a comunicação nos domínios do conhecimento relacionados com as plantas; (iv) produzir um sistema coerente e universal de classificação; (v) explorar as implicações evolucionárias da diversidade vegetal; (vi) explorar as relações filogenéticas entre taxa; (vii) fornecer um único nome latino para cada taxa de plantas atual ou extinto. 1.3. Evolução dos sistemas de classificação botânica Os sistemas de classificação biológica são sistemas hierárquicos de categorias, geralmente construídos de modo a permitirem uma fácil referenciação dos seus membros. Dizem-‐se hierárquicos porque os indivíduos de qualquer categoria são organizados em grupos cada vez mais inclusivos, até restar apenas um. Reconhecem-‐se cinco grandes tipos de sistemas de classificação biológica: artificiais, naturais, fenéticos, evolutivos e cladísticos. As ideias dominantes (= paradigmas) na biologia condicionaram a natureza e o sucesso dos sistemas de classificação biológica. Os sistemas de classificação artificiais (e.g. sistema sexual de Carl Linnaeus) e naturais (e.g. sistema de de Candolle) são essencialistas porque pressupõem um mundo biológico constituído por espécies 9 Na bibliografia encontram-‐se, recorrentemente, as combinações “estado-‐de-‐carácter ancestral, “estado-‐de-‐carácter basal”, “estado-‐de-‐carácter derivado”, “taxon basal”, “taxon ancestral” e “taxon derivado”. 10 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente imutáveis (volume II). Os sistemas fenéticos são uma versão tecnicamente refinada dos sistemas naturais. Os sistemas de classificação evolutivos e cladísticos integram a ideia de evolução. Sistemas artificiais Carl Linnaeus [1707-‐1778], Carlos Lineu em português, foi um médico, botânico, zoólogo e mineralogista sueco10. É considerado uma das personagens mais determinantes da história da biologia pelos historiadores de ciência (Mayr, 1989). A sistemática botânica e zoológica moderna nasceu em duas das suas publicações. A primeira edição do Species Plantarum, de 1773, e a décima edição do Systema Naturae, uma obra em dois volumes publicada entre 1758 e 1759, são consideradas, respectivamente, o ponto de partida da nomenclatura sistemática botânica (vd. Nomenclatura biológica clássica) ezoológica. O uso da nomenclatura binomial na taxonomia biológica generalizou-‐se após a publicação da primeira edição do Species Plantarum, embora Lineu, numa fase inicial do seu trabalho científico, não a tenha valorizado e aplicado de forma sistemática (Blunt, 2001). A invenção da nomenclatura binomial é anterior a Lineu, deve-‐se a Caspard Bauhin [1560-‐1624), um médico e botânico suíço de origem francesa. Os binomes específicos substituíram a nomenclatura polinomial que se caracterizava pelo uso de um nome genérico, sucedido por um número variável de palavras a descrever a morfologia, corologia e/ou a autoria da descrição original das espécies. A nomenclatura binomial tem a vantagem de ser mais fácil de memorizar, de acelerar as trocas de informação, e de ser mais estável e menos sujeita a erros do que a nomenclatura polinomial. Através do nome genérico expressa e resume relações evolutivas e de similaridade morfológica de enorme utilidade prática. Lineu estabeleceu três reinos – Regnum Animale (reino animal), Regnum Vegetabile (reino vegetal) e Regnum Lapideum (reino mineral) – que até há bem pouco tempo eram ensinados nos curricula escolares portugueses. Considerou cinco categorias taxonómicas fundamentais que permanecem em uso na nomenclatura biológica moderna: o reino, a classe, a ordem, a família e o género. Lineu defendeu que a categoria taxonómica fundamental dos sistemas de classificação é a espécie e, muito antes emergência da moderna biologia da evolução, que a coesão morfológica dos indivíduos coespecíficos se devia ao sexo. A importância de Lineu na história da biologia deve-‐se quer às suas contribuições científicas, quer à doutrinação de um núcleo coeso de discípulos que disseminaram as suas ideias, métodos e publicações. Não deixa de ser significativo que o Systema Naturae esteja exposto numa das estantes da casa que Charles Darwin habitou durante grande parte da sua vida. O sistema de classificação sexual lineano está descrito logo na primeira edição do Species Plantarum (vd. Figura 1A). Lineu reconheceu 24 classes no reino das plantas com base na presença ou ausência, número, comprimento e concrescência dos estames, e ainda na sua adnação ao pistilo. O sistema lineano, embora tenha uma inegável utilidade prática, produz grupos de plantas dissimilares de baixo valor extrapolativo: a partir das 10 A vida e obra de Carl Linnaeus pode ser explorada em http://www.linnaeus.uu.se/online/index-‐en.html. A B C Figura 2. Três personagens chave da história da sistemática: A) Carl Linnaeus [1707-‐1778]; B) Charles Darwin [1809–1882]; C) Willi Hennig [1913-‐1976] A B C 11 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente características de um elemento do grupo, não é possível, a priori, antever as características mais marcantes na forma de cada um dos restantes elementos que o compõem. Diz-‐se que é um sistema de classificação artificial porque se baseia num número reduzido e arbitrário de características de fácil observação (vd. Quadro 1). Sistemas naturais e sistemas fenéticos Os sistemas naturais de classificação foram uma reação à incapacidade do sistema sexual lineano revelar a scala naturae aristotélica (vd. Volume II). Fundam-‐se no princípio, confirmado, de que a utilização de um grande número de caracteres origina classificações mais intuitivas, e de maior valor extrapolativo, do que os sistemas artificiais (vd. justificação em Sistemas evolutivos). Muitos dos defensores destes sistemas consideravam ainda que os caracteres taxonómicos não devem ser pesados (a todos deve ser dada a mesma importância) e que as plantas devem ser organizadas nas Floras11 de forma natural, conceito que na altura expressava a sua semelhança. Os fundamentos teóricos dos sistemas naturais de classificação foram originalmente estabelecidos pelo botânico francês Michel Adanson [1727-‐1806]. No Genera Plantarum, A.-‐L. de Jussieu [1748-‐1836] fez uma síntese das ideias de Adanson com o sistema de nomenclatura binomial lineano. Os sistemas naturais de Augustin de Candolle [1778-‐1841] e de G. Bentham [1800-‐1884] e J. D. Hooker [1817-‐1911] são os mais relevantes para a história da botânica. As principais características dos sistemas artificiais e naturais estão explicitados no quadro 1. Os sistemas de classificação fenéticos, em voga nos anos 60 e 70 do séc. XX, são um refinamento dos sistemas de classificação naturais. Caracterizam-‐se por reunir um grande número de caracteres, geralmente tratados com o mesmo peso, em matrizes de grande dimensão que posteriormente são corridas em programas informáticos de classificação. Os programas de classificação fenética geram classificações de elevado valorextrapolativo, muitas vezes próximas das produzidas pelos programas de classificação cladística (vd. Sistemas cladísticos). A escolha dos algoritmos de classificação determina os resultados das classificações fenéticas. Por conseguinte, os sistemas fenéticos não envolvem ganhos significativos de objetividade frente aos sistemas naturais e evolutivos. Por outro lado correm o risco de produzir classificações artificiais, agregando indivíduos semelhantes por convergência evolutiva. Os métodos automáticos de classificação fenética continuam em uso nos trabalhos de taxonomia à 11 O termo “Flora”, em maiúsculas, refere-‐se aos livros de botânica que descrevem em pormenor, com recurso frequente a chaves dicotómicas, as plantas de um dado território; e.g. foram publicadas quatro Floras de Portugal, sendo a primeira a Flora Lusitanica, datada de 1804, da autoria de Félix de Avelar Brotero [1744-‐1828]. Em minúsculas – flora – designa um conjunto de espécies, e de categorias subespecíficas, de um território; e.g. a flora das ilhas Berlengas compreende com 4 taxa endémicos: Armeria berlengensis (Plumbaginaceae), Echium rosulatum subsp. davaei (Boraginaceae), Herniaria lusitanica subsp. berlengiana (Caryophyllaceae) e Pulicaria microcephala (Asteraceae). Figura 3. Capas da primeira edição do Species Plantarum e da décima edição do Sistema Naturae de Carl Linnaeus [1707-‐1778]. Resumo do método sexual de lineano (desenho de G.D. Ehret, 1736) 12 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente escala da espécie ou de categorias infra-‐específicas. A classificação fenética de grupos de categoria superior caiu em desuso. Sistemas evolutivos A incorporação da teoria Darwiniana da evolução alterou radicalmente o propósito dos sistemas de classificação. Os autores dos sistemas naturais procuravam obter grupos morfologicamente consistentes; nos sistemas de classificação evolutivos (= sistemas filogenéticos12) passou a ser prioritário que os taxa refletissem relações de parentesco (= relações filogenéticas), i.e. proximidade evolutiva. O fenótipo dos indivíduos é um resíduo histórico de um processo evolutivo. Os taxa (e.g. espécies) evolutivamente próximos, i.e. de divergência recente, têm tendência a partilhar mais caracteres, e a serem mais semelhantes entre si, do que os taxa pouco aparentados. “On my theory, the unity of type is explained by unity of descent”, escreveu Darwin na Origem das Espécies (Darwin, 1859). A similaridade morfológica reflete ainda, com frequência, proximidade genética. Os exemplos de correlação positiva da similaridade morfológica com o parentesco e a proximidade genética abundam na natureza porque a forma tem uma elevada inércia evolutiva: as mudanças morfológicas radicais, ocorridas em espaços de tempo muito curtos, são, por regra, negativamente selecionadas. Não surpreende, por isso, que as classificações evolutivas, sobretudo a nível familiar ou infrafamiliar, não difiram significativamente das classificações naturais. Pela mesma razão, convém desde já referir que os taxonomistas naturais do século XIX, secundados pelos taxonomistas evolucionários do séc. XX, sem ou com conhecimentos elementares de embriologia, de fitoquímica e de taxonomia molecular foram capazes de antecipar uma parte muito significativa dos taxa propostos pela sistemática botânica cladística do final do séc. XX, início do séc. XXI. Com Darwin o conceito de grupo natural sofre uma profunda mudança, acabando por ser sinonimizado com grupo monofilético pelos cladistas. Os sistemas naturais e evolutivos são herdeiros diretos de uma tradição botânica europeia, por razões geográficas de início pouco consolidada nos territórios tropicais de maior diversidade taxonómica. Enquanto a flora holártica13 foi segmentada num elevado número de géneros e famílias, a flora tropical foi tratada de uma 12 Esta designação é dúbia porque alguns autores aplicam-‐na aos sistemas cladísticos. 13 Regiões de clima polar, boreal, temperado e mediterrânico do hemisfério norte. Quadro 1. Principais características dos grandes tipos de sistemas de artificiais e naturais Sistemas de classificação Principais características Sistemas de classificação artificiais � Reduzido número de caracteres de fácil observação; � Geralmente agrupam plantas filogeneticamente não relacionadas, morfologicamente dissemelhantes; � Baixo valor extrapolativo; � Grande estabilidade; � Fácil identificação dos grupos. Sistemas de classificação natural (inc. sistemas fenéticos) � Elevado número de caracteres, consequentemente exigem grandes quantidades de informação morosa de obter; � Organização das plantas em grupos morfologicamente consistentes; � Frequentemente agrupam plantas filogeneticamente próximas; � Pelo facto de valorizarem de igual modo homologias e analogias podem produzir grupos artificiais (de taxanão aparentados); � Elevado valor preditivo; � O aumento do conhecimento botânico repercute-‐se na organização dos grupos – maior instabilidade; � A identificação dos grupos pode ser difícil na prática taxonómica. 13 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente forma francamente mais conservadora por estes sistemas de classificação. O grande número de géneros descritos, e ainda aceites, nas Apiaceae está relacionado com a sua elevada diversidade no hemisfério norte. Por outro lado, muitas das famílias morfologicamente bem caracterizadas e fáceis de reconhecer nos territórios holárticos, admitidas pelos sistemas naturais e evolutivos, entravam em conflito nos espaços tropicais. Assim aconteceu, por exemplo, com os conceitos tradicionais de Verbenaceae e de Lamiaceae ou de Apiaceae e de Araliaceae. Para que os sistemas de classificação evolutivos e cladísticos (vd. Sistemas cladísticos) resumam, de forma fidedigna, relações de parentesco entre taxa é necessário usar caracteres submetidos a um estrito controlo genético e avaliar corretamente a sua polaridade. Ao invés dos sistemas naturais, nestes sistemas classificação a importância dos caracteres taxonómicos é diferenciada: valorizam-‐se os caracteres que a priori se supõe veicularem informação útil para estabelecer relações de parentesco. A estimativa da polaridade dos caracteres, um termo introduzido pela cladística moderna, consiste na discriminação dos estados-‐de-‐carácter ancestrais dos estados-‐de-‐carácter derivados. Esta etapa é essencial para identificar eventuais inversões de caracteres (retornos a estados-‐de-‐carácter ancestrais) e fenómenos de convergência evolutiva, tão frequentes nas plantas terrestres. Neste processo ganhou uma particular importância a investigação do registo fóssil e o estudo morfológico comparado das plantas atuais, sobretudo nas regiões de clima tropicais, onde, corretamente, se supunha estar refugiada uma parte significativa das plantas atuais mais primitivas. Os sistemas de classificação evolutivos baseiam-‐se em caracteres morfológicos sopesados e polarizados de forma intuitiva. Os caracteres moleculares não eram conhecidos ou foram desvalorizados. Como mais adiante se refere, a informação molecular transporta, em si, imensa informação essencial para estabelecer relações de parentesco, complementar da informação morfológica. Consequentemente, a distinção entre similaridades morfológicas devidas à partilha de ancestrais comuns (homologias) ou à convergência evolutiva (analogias) nem sempre foi resolvida de forma adequada. Sendo a convergência evolutiva recorrente nas plantas terrestre, os sistemas evolutivos não evitaram a definição de um significativo número de taxa artificiais. Embora rejeitem os grupos polifiléticos, a monofilia não é obrigatória nos sistemas de classificação evolutivos, sendo tolerados grupos parafiléticos (vd. Figura 1). Os botânicos, desde Jussieu até à emergência dos sistemas cladísticos, no final do século XX, foram incapazes de alcançar uma classificação natural nas categorias suprafamiliares. As categorias superiores então propostas não eram homogéneas do ponto de vista morfológico e/ou envolviam hipóteses especulativas. Por exemplo, no sistema de Adolf Engler [1844-‐1930] e Karl Prantl [1849-‐1893], o mais completo dos primeiros sistemas de classificação evolutiva das plantas, foi assumido, no âmbito das dicotiledóneas (classe Dicotyledoneae), que as plantas de flores apétalas eram as mais antigas, e que os grupos de plantas de corola livre (dialipétalas) eram anteriores aos de pétalas concrescentes. Esta interpretação das tendências evolutivas do perianto foi formalizada ao nível da subclasse e da ordem. Como a evolução do perianto está permeada de inversões de caracteres e de convergências evolutivas, muitos dos taxa suprafamiliares reconhecidos por Engler & Prantl eram artificiais. Como se veio a verificar a partir dos anos 1990, a morfologia externa é insuficiente para resolver a filogenia das plantas-‐terrestres e a similaridade morfológica falha clamorosamente este objetivo a níveis suprafamiliares. Os sistemas evolutivos continuam a ser usados quando se pretende, mais do expor relações filogenéticas, organizar e expressar a diversidade biológica de uma forma estável, fácil de memorizar. Recorde-‐se que a consistência morfológica dos grupos propostos pelos sistemas evolutivos é, geralmente, elevada. A maior das Floras manuseadas pelos botânicos e floristas da atualidade arranjam as espécies de acordo com algum dos seguintes sistemas de classificação evolutivos: diferentes versões do Sistema de Engler e Prantl, e.g. Flora Europaea (Tutin, 1964-1980) e Nova Flora de Portugal (Franco, Nova Flora de Portugal (Continente e Açores), 1971 e 1984) (Franco & Rocha Afonso, Nova Flora de Portugal (Continente e Açores), 1994 e 1998); sistema de G.L. Stebbins, e.g. Flora Iberica (Castroviejo, 1986+); ouSistema de A. Cronquist, e.g. Flora of North America (Flora of North America Editorial Committee, 1993+). A opção pelos sistemas evolutivos dependeu sempre mais 14 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente do reconhecimento científico dos seus autores, i.e. de um argumento de autoridade14, do que de razões objetivas. Subclasse Características Nº de famílias Nº aprox. de espécies Magnoliidae Plantas arcaicas; flores frequentemente acíclicas ou hemicíclicas. 39 > 12.000 Hamameliidae15 Plantas arcaicas; flores muito reduzidas de geralmente polinização anemófila. 25 > 3.400 Caryophyllidae Herbáceas com betalaínas (classe de pigmentos vermelhos ou amarelos derivados do indol); placentação central livre ou tipos derivados. 14 > 11.000 Dilleniidae Alguma simpetalia; apocarpia rara; placentação normalmente parietal. 77 > 25.000 Rosidae Folhas frequentemente compostas com estípulas; polipetalia frequente; estames numerosos. 117 > 60.000 Asteridae Geralmente simpétalas, com estames em número igual ou inferior ao número de lóbulos da corola. 49 > 60.000 O sistema proposto pelo botânico norte-‐americano Arthur Cronquist [1919-‐1992] foi, talvez, o mais influente sistema de classificação evolutivo das plantas-‐com-‐flor na segunda metade do século XX. O não menos conhecido sistema de Armen Takhtajan [1910-‐2009], um botânico soviético/arménio, é muito próximo do sistema de Cronquist. Cronquist dividiu a plantas-‐com-‐flor – Divisão Magnoliophyta – em duas classes: Magnoliopsida e Liliopsida16. As Magnoliopsida foram repartidas por seis classes (vd. quadro 2) e as Liliopsida por cinco (vd. quadro 3). A subclasse Hamameliidae, um grande grupo sistemático de plantas com flores muito modificadas, adaptadas à anemofilia, é uma das debilidades mais evidentes do sistema. Para a polinização pelo vento ser eficiente os grãos de pólen têm que flutuar no ar, e o movimento dos estigmas e dos filetes de ar em torno do gineceu deve facilitar a captura do pólen. Por exemplo, a produção de folhas antes da polinização, a rigidez dos pedicelos das flores ou dos pedúnculos das inflorescências, e um perianto que se sobreponha aos estigmas estorvam este modo de polinização. O cardápio de soluções adaptativas à anemofilia é escasso, consequentemente a convergência evolutiva dos caracteres das inflorescências e flores polinizadas pelo vento é muito frequente. Cronquist defendeu a proximidade filogenética de grande parte das espécies anemófilas. Só recentemente as técnicas moleculares demonstraram a extensão dos equívocos taxonómicos gerados pela convergência evolutiva entre as diferentes linhagens que compõem as Hamameliidae. De facto estudos de filogenia molecular demonstraram que 2/3 das ordens e 1/3 das famílias definidas por A. Cronquist não são monofiléticas (Stevens, 2001+). 14 Ou argumento de apelo à autoridade (lat. argumentum ad verecundiam). Sustentação da verdade de um argumento através do apelo a uma autoridade. 15 As grafias Hamamelidae ou Hamamedidae, tão frequentes na bibliografia, são incorretas. O mesmo acontece com Dillenidae. 16 Os sistemas mais antigos de classificação (e.g. sistema de Engler e Prantl) designam as monocotiledóneas por Monocotyledones ou Monocotyledoneae e as dicotiledóneas por Dicotyledones ou Dicotyledoneae. Estes termos são correntemente utilizados sem uma referência concreta da categoria taxonómica. Quadro 2. Resumo das características das subclasses de dicotiledóneas (Magnoliopsida) do Sistema de Cronquist (Cronquist, 1981) 15 Escola Superior Agrária de Bragança -‐ Botânica para Ciências Agrárias e do Ambiente Subclasse Características Nº de famílias Nº aprox. de espécies Alismatidae Plantas herbáceas aquáticas; gineceu apocárpico 16 > 500 Arecidae Inflorescências frequentemente do tipo espádice e envolvidas por uma espata; flores geralmente pequenas 5 > 5.600 Commelinidae Flores geralmente sem néctar; flores pequenas; famílias basais diploclamídeas e trímeras, as mais evoluídas de flores nuas e adaptadas à polinização anemófila 16 > 16.200 Zingiberidae Flores geralmente com néctar e polinizadas por insectos ou outros animais; flores por regra epigínicas e diploclamídeas 9 > 3.800 Liliidae Flores geralmente com néctar, vistosas e polinizadas por insectos ou outros animais; flores por regra monoclamídeas 19 > 25.000 Sistemas cladísticos A cladística foi originalmente proposta pelo entomólogo alemão Willi Hennig, em 1950. Trata-‐se de um método de inferência filogenética, i.e., é um método desenvolvido para gerar hipóteses sobre as relações de parentesco entre organismos ou grupos de organismos. Baseia-‐se num pressuposto fundamental: os grupos de organismos têm de reunir todos, e apenas, os descendentes de um ancestral
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