Sfreemap : mapeamento estocástico de árvores filogenéticas livres de simualações

Abstract

Resumo: Desde que Charles Darwin revolucionou a biologia em 1859 com "A Origem das Espécies", a árvore da vida vem crescendo e seus ramos são gradativamente preenchidos e catalogados. Inicialmente um esforço exclusivo da Biologia, tal atividade recebeu reforço da estatística para validação de seus modelos evolutivos e também da computação para acelerar a análise. A reconstrução de ancestrais hipotéticos dos organismos de interesse é de suma importância para a compreensão das forças que guiam a evolução das espécies e essa atividade ganhou especial interesse com o aprimoramento da tecnologia de sequenciamento de DNA. Atualmente existem vários métodos focados nessa tarefa, que recebem características dos organismos de interesse, morfológicas ou genéticas, e produzem como resultado uma árvore filogenética representando a história evolutiva dos organismos estudados. Este trabalho descreve a implementação computacional de um desses métodos, desenvolvido por Vladimir Minin e Marc Suchard, que fornece não só a história evolutiva, mas um detalhamento das transições entre os diferentes organismos ao longo dos ramos na árvore. Esse método possui como diferencial o fato de ser analítico, eliminando assim a necessidade de simulações, que apresentam problemas com erros de aproximação e falta de critérios claros para uma convergência apropriada. A principal contribuição do trabalho é uma implementação de alto desempenho do método em um pacote de software para o sistema R, contendo não somente uma implementação livre e eficiente, mas também ferramentas gráficas para análise de seus resultados.

Abstract: Since Charles Darwin permanently revolutionized biology in 1859 with the "The Origin of Species" the tree of life has been growing and its branches are gradually fulfilled and cataloged. Initially, and effort exclusive of biology, such activity has recently being reinforced by statistics in order to validade its evolutionary models and also by computer science, to improve the calculation process. The reconstruction of ancestral states of organisms is of utmost importance to comprehend the guiding forces of evolution and this task has gained special interest with the improvement of the technics to decode DNA and genome sequencing. Currently, there are several methods focused on this task that receive traits of organisms of interest, which can be based on its behaviour or genetics, and produce as a result a phylogenetic tree representing the evolutionary history of the studied organisms. This work describes the computer implementation of one of this methods, developed by Vladimir Minin and Marc Suchard, which provides not only the evolutionary history but also a breakdown of the transitions among the different organisms within the tree. What sets it apart from all different available methods is its characteristic of being analitical, not relying on simulations, which are subject to aproximation errors.