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title: "Introdução à Filoinformática (*in development*)"
author: "Lucas S.B. Jordão"
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# Prêambulo{-}
A sistemática filogenética é atualmente um campo científico em plena expansão. As etapas de desenvolvimento dessas pesquisas envolvem a utilização de diversos programas de computadores, muitas vezes sem interface gráfica com usuário, inclusive de linguagens de programação. O tempo de aprendizagem desses programas pode variar dependendo do nível de conhecimento individual em informática. Nesse sentido, o presente curso poderá contribuir para a aceleração do processo de aprendizagem, ao mesmo tempo em que demonstra uma visão geral de todos os processos de uma análise filogenética com dados moleculares.
# Contextualizando
Por que / Para que contextualizar?
> *To change our future, we should change how we teach history to children*
>
> Yuval Noah Harari, 2022. Artigo publicado no *The Guardian*, na coluna *Opinion History*: [https://www.theguardian.com/commentisfree/2022/oct/18/change-future-teach-history-children](https://www.theguardian.com/commentisfree/2022/oct/18/change-future-teach-history-children)
## Histórico e fundamentos
A história da filoinformática insere-se na história da sistemática biológica pós-hennigiana da década de 50--60, isto é, a sistemática filogenética, e, evidentemente, surge após o desenvolvimento da informática, nessa mesma época.
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Para uma aprofundada análise da história da classificação biológica...
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**David L. Hull** (1935--2010)
[Obtuário publicado em *Biology and Philosophy* 25 (2010): 749–753](http://petergodfreysmith.com/wp-content/uploads/2013/06/David-Hull-Obit-PGS-20101.pdf)
**Systematics War**
- Taxonomia evolutiva [Gradismo]: Genealogia e similaridade adaptativa
- Taxonomia numérica [Fenética]: Similaridade total
> We live in a world of stridently competing commercial messages,
pressed upon us in favor of one product or another. High-pressure
salesmanship and hyperbole are not restricted to the world of
business. In fact, "success in science depends not only on rational
argument but on a mixture of subterfuge, rhetoric, and propaganda"
(attributed to Feyerabend by Broad 1979).
>
> Moss, W.W., 1983. Taxa Taxonomists, and Taxonomy. *Numerical Taxonomy*, 72–75. [doi:10.1007/978-3-642-69024-2_8](doi:10.1007/978-3-642-69024-2_8)
> **Taxonomists**. Taxonomists have always had the reputation of being
difficult. Intransigence may be rooted in the necessity of defending
prolonged self-immersion in a taxon that others find a total bore; it
is frustrating to have one's life work greeted with a yawn. Numerical
taxonomists have proved to be just as prickly as conventional
taxonomists, possibly more so because some of the brightest people in
systematics are involved in the current taxonomic battles. The
political maneuvering and character assassination that characterize
certain taxonomists today may not be atypical for science; they
certainly provide a fine example of its seamier side. If Feyerabend
is correct, it may be even a requirement of human nature that
scientific progress occur in this manner. Nevertheless, numerical
taxonomists are part of a larger community of systematic and evolutionary biologists, and of biology as a whole.
>
> Moss, W.W., 1983. Taxa Taxonomists, and Taxonomy. *Numerical Taxonomy*, 72–75. [doi:10.1007/978-3-642-69024-2_8](doi:10.1007/978-3-642-69024-2_8)
- Filogeneticistas [Cladística]: Genealogia
Não deixe de conferir o livro de Ernst Mayr: `Isto é biologia: a ciência do mundo vivo` para aprofundar os conhecimentos sobre a história da Biologia e das classificações biológicas.
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**Ernst W. Mayr** (1904--2005)
:::
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<br>
O mundo experimentava uma grande revolução tecnocientífica que levou a uma nova episteme, o pós-modernismo. A pós-modernidade, no âmbito das tecnociências `r Cite(referencias, "Luz2014")`, foi caracterizada pelo surgimento da cibernética, informática, robótica, biologia molecular e a medicina nuclear, entre outras áreas de desenvolvimento tecnológico.
A gênese da informática insere-se na história do desenvolvimento do pensamento sistêmico e da lógica, e intrinsecamente correlacionada ao pensamento biológico contemporâneo. Suas raízes filosóficas, epistemológicas, podem ser buscadas na filosofia da linguagem e no positivismo lógico, cujos precursores pertenciam ao **Círculo de Viena**, que se dedicaram especialmente à **Filosofia da Ciência**.
O Círculo de Viena era composto por cientistas que, apesar de atuarem em várias áreas como física, economia, etc., buscaram resolver problemas sobre os fundamentos da ciência. Com as ideias desenvolvidas no Círculo de Viena, a Filosofia da Ciência passa a se ocupar especialmente acerca da analise do método e da linguagem das ciências. A filosofia passa a ser vista como necessária à análise lógica da linguagem e a descoberta de modos de redução das ambiguidades nas ciências.
O Círculo de Viena adotou uma forma de **empirismo indutivista**, fazendo uso de instrumentos analíticos, como a lógica e a matemática, para auxiliar na formulação dos enunciados científicos.
::: {style="color: black; background: lightgray; text-align: justify; border: 5px outset lightgray; padding: 10px;"}
Fonte para "Círculo de Viena":
- O Círculo de Viena e o início da Filosofia Contemporânea da Ciência: [https://brasilescola.uol.com.br/filosofia/o-circulo-viena-inicio-filosofia-contemporanea-ciencia.htm](https://brasilescola.uol.com.br/filosofia/o-circulo-viena-inicio-filosofia-contemporanea-ciencia.htm)
- Rodrigues, J.P., *sem data*. Neopositivismo – Círculo de Viena: [https://sublimefilosofia.com.br/neopositivismo-o-circulo-de-viena](https://sublimefilosofia.com.br/neopositivismo-o-circulo-de-viena).
:::
<br>
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O **Círculo de Viena** foi o nome como ficou conhecido um grupo de filósofos que se juntou informalmente na **Universidade de Viena** de 1922 a 1936 com a coordenação de **Moritz Schlick**. Também foi chamado de "Sociedade Ernst Mach" em homenagem a **Ernst Mach** (*Stanford Encyclopedia of Philosophy*). Em reuniões semanais procuravam reconceitualizar o **Empirismo** a partir das novas descobertas científicas e demonstrar as fragilidades da Metafísica. Suas atividades cessam quando Schlick é assassinado por um fanático nazista em 1936 `r Cite(referencias, "wikiCirculoViena")`.
Seu sistema filosófico ficou conhecido como o "**Positivismo Lógico**", ou ainda, "**Empirismo Lógico**" ou "**Neopositivismo**" `r Cite(referencias, "wikiCirculoViena")`.
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A informática se desdobra no conhecimento humano a partir de uma racionalidade que se desenvolveu no século XX e que ficou conhecida como "visão sistêmica" ou "pensamento sistêmico", decorrente dos avanços teóricos especialmente nas áreas da biologia e filosofia da ciência.
**Organicismo -> Emergentismo -> Teoria Geral dos Sistemas -> Cibernética -> Informática**
Londres, década de 30. *The Theoretical Biology Club* --- esse era o nome que Joseph Needham dava às suas reuniões. O objetivo desse núcleo de cientistas (Ross G. Harrison, Joseph Needham, Paul Weiss, Joseph Woodger, John Haldane) era afastar o campo da metáfora da máquina (**mecanicismo -> fisicalismo**) e da metafísica do **vitalismo** para a filosofia empiricamente orientada da biologia organísmica (**organicismo**).
<br>
- **Ludwig von Bertalanffy** (1901--1972): precursor da Teoria Geral dos Sistemas.
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- Austríaco, biólogo
- "Pai do organicismo"?
- Tudo é parte de algum todo.
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- **Norbert Wiener** (1894--1909): Cibernética
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- Americano
- Foi aluno de **`r tippy('Bertrand Russell', tooltip = '<a style="color: blue;">Bertrand Russell (1872–1970)</a><br><img src="./images/Russell.jpg" width="300">')`**.
- Em 1948, Wiener publicou o livro `Cibernética: ou Controle e Comunicação no Animal e na Máquina`:
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- A cibernética é o estudo interdisciplinar da estrutura dos sistemas reguladores, suas estruturas, restrições e possibilidades. Norbert Wiener definiu a cibernética em 1948 como "o estudo científico do controle e comunicação no animal e na máquina" `r Cite(referencias, "wikiCibernetica")`.
- A cibernética é aplicável quando um sistema em análise incorpora um circuito fechado de sinalização --- originalmente chamado de relação "causal circular" --- isto é, onde a ação do sistema gera alguma mudança em seu ambiente e essa mudança é refletida no sistema de alguma maneira (*feedback*) que aciona uma alteração no sistema. A cibernética é relevante para, por exemplo, sistemas mecânicos, físicos, biológicos, cognitivos e sociais `r Cite(referencias, "wikiCibernetica")`.
- **Alan Turing** (1912--1954): Informática
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- Britânico, "pai da computação"
- Criou a "Máquina de Turing", protótipo dos computadores modernos.
- Desenvolveu um máquina para decifrar o código da "Máquina Enigma" (1918), utilizada pelos nazistas durante a Segunda Guerra Mundial.
- A cibernética desempenhou um papel decisivo no surgimento da revolução tecnológica.
- Foi aluno de John von Neumann (outro pioneiro da cibernética). Ambos e Claude Shannon, aluno de Norbert Wiener, com a sua Teoria da Informação, foram os precursores do computador `r Cite(referencias, "wikiCibernetica")`.
- Em 1943, constrói a primeira geração de computadores modernos (a válvula).
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<br>
- O primeiro transistor foi criado com sucesso em 23 de dezembro de 1947, nos Laboratórios *Bell* em *Murray Hill*, Nova Jersey.
- Hautsch, O., 2010. [O que é um transistor e porque ele é importante para o computador?](https://www.tecmundo.com.br/o-que-e/3596-o-que-e-um-transistor-e-porque-ele-e-importante-para-o-computador-.htm)
<br>
Por seu turno, a **Sistemática Filogenética** (cladística), postulada por **Willi Hennig**, foi originalmente concebida, mesmo que apenas em princípios, com a publicação de *Grundzüge einer Theorie der phylogenetischen Systematik*, em 1950.
- A intenção de Hennig era tornar a Sistemática uma ciência com métodos objetivos e reprodutíveis, afastando-a das hipóteses *ad hoc*, idiossincráticas. Por isso, ele desenvolveu não apenas um novo método, mas também ocupou-se de sua justificação teórica.
- Os sistemas de classificação devem refletir unicamente a genealogia.
- Reformou o conceito de "grupo natural", restringindo a sua definição, considerando como um grupo válido exclusivamente um grupo que contenha um ancestral e todos os seus descendentes.
- Grupos válidos precisam compartilhar um ancestral comum exclusivo.
- Hennig era excepcionalmente preocupado com questões filosóficas `r Cite(referencias, "Tremblay2013")`.
- Era muito comum na Alemanha do século XX os biólogos se ocuparem com questões filosóficas, principalmente como resultado da tendência interdisciplinar na cultura acadêmica naquela época.
- Hennig estava extremamente comprometido com a dimensão ontológica e epistemológica do seu sistema filogenético.
- Hennig tinha um interesse profundo em Filosofia, mas não era um filósofo de formação. Usou uma abordagem eclética, buscando ideias em diferentes fontes `r Cite(referencias, "Schmitt2013")`.
- Cursou apenas uma disciplina de Filosofia na Universidade.
- Correspondências com sua esposa, amigos, dentre os quais, Klaus Günther.
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**Willi Hennig** (1913–1976)
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- O trabalho de Hennig ficou mais conhecido somente com a publicação do livro *Phylogenetic Systematics*, em 1965, publicado em inglês, e quando suas ideias passaram a serem difundidas por outros taxonomistas:
> O trabalho de Hennig está escrito em alemão bastante difícil, algumas frases sendo praticamente ininteligíveis. Em nenhum lugar se refere aos escritos de Huxley, Mayr, Rensch, Simpson e outros autores que cobriram em parte o mesmo terreno nas décadas anteriores. Novos termos e definições são introduzidos casualmente, mas não há um índice que guie a pessoa para as páginas relevantes. Não surpreendentemente, o volume foi inicialmente ignorado universalmente, exceto por alguns autores alemães. Não se tornou mais conhecido até 1965 e 1966, quando foram publicadas versões em inglês da metodologia de Hennig. Na década de 1970, um culto virtual de Hennig se desenvolveu, embora alguns de seus chamados seguidores tenham se afastado bastante dos princípios originais de Hennig.
>
>`r Cite(referencias, "Mayr1982")`
- Marco histórico da divulgação do programa de pesquisa Hennigiano foi a apresentação da tese de doutorado de Lars Brundin (1907--1993) no *4^th^ Nobel Symposium Current Problems of Lower Vertebrate Phylogeny*, realizado em 12--16 de junho de 1967.
- Tese de Doutorado 1966: **Transantarctic Relationships and Their Significance, as Evidenced by Chironomid Midges, with a Monograph of the Subfamilies Podonominae and Aphroteniinae and the Austral Heptagyiae**.
- Formalizou o método que ficou conhecido como **Biogeografia Filogenética** `r Citet(referencias, "Mattox2011")`.
- A tese de Brundin utilizando os método hennigiano chamou a atenção de **Gareth Nelson** (1937--), ictiologista, e grande difusor dos princípios da sistemática filogenética.
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Fotografia de Gareth Nelson (à dir.) junto a Lars Brundin (à esq.), tirada por Christopher Humphries em 1988, próximo ao Museu Sueco de História Natural em Estocolmo [publicada originalmente em Nelson (2000)] `r Citet(referencias, "Mattox2011")`.
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- Gareth Nelson foi, sobretudo, um defensor do método.
> Darwin's philosophy of classification is differently interpreted. Mayr (1974:120), for example, states "Evolutionary taxonomists have long been convinced that they strictly follow Darwinian principles of classification by giving equal consideration to branching and to phyletic change." By "evolutionary taxonomists," Mayr means those taxonomists who might agree with his philosophy of classification (e.g., Mayr, 1969). Mayr (1974:95) states, also: "The synthetic or evolutionary method of classification thus combines components of cladistics and of phenetics... The method in which cladistic and phenetic components are combined was originated by Darwin." I have elsewhere suggested that Darwin's philosophy of classification agrees better with Hennig (1950, 1966) than with Mayr (Nelson, 1971); the implication is that Mayr's "synthetic or evolutionary method of classification" is not of Darwinian but rather of Mayrian manufacture.
>
> Darwin-Henning Classification: A Reply to Ernst Mayr, `r Citet(referencias, "Nelson1974")`.
- Como a sistemática se tornou filogenética...
> The furor engendered by the upstart arrival of Hennig's ideas has long since died down—and phylogenetic systematics is now the de facto order of the day. By the 1980s, recognizing that the essence of the analytic approach is the precise mapping of the distribution of characteristics in the attempt to separate relatively derived (advanced) from primitive features (and from "convergent" or "homoplastic" characters as well)—with groups to be defined and recognized solely on shared possession of "derived" features, algorithms that did the job on computers began to replace hand drawn cladograms on paper (whether napkins or otherwise).
>
>`r Citet(referencias, "Eldredge2010")`
- De grande importância é a edição especial sobre como ensinar filogenia da periódico científico [*Evolution: Education and Outreach*](https://link.springer.com/journal/12052/volumes-and-issues/3-4), editado por Daniel R. Brooks, em 2010.
- A emergência da cladística hennigiana foi revolução científica kuhnina ou não foi?
- Sim: `r Citet(referencias, "Terra2010")`
- Não: `r Citet(referencias, c("Santos2008", "Santos_Klassa2012"))`
<br>
- Um dos primeiros esforços para estabelecer uma agenda para a sistemática biológica claramente definida ocorreu em meados da década de 70. Entretanto, não se tratava de uma iniciativa global `r Cite(referencias, "Eshbaugh")`.
- O *workshop* realizado em 1974 no Missouri Botanical Garden, St. Louis, EUA, pode ser considerado um marco para a Filoinformática.
- Nele, foram definidas tendências, prioridades e necessidades no campo da biologia sistemática e evolutiva.
- O evento foi financiado por pelo *Systematic Biology Program* da *Division of Biological and Medical Sciences* da agência governamental americana *National Science Foundation*. O encontro resultou na publicação do relatório: *Trends, Priorities, and Needs in Systematics and Evolutionary Biology* `r Cite(referencias, "TrendsandPriorities")`.
- Na década de 80, grandes avanços ocorrem na Sistemática Filogenética, com a publicação de importantes livros teórico-didáticos e o surgimento dos primeiros programas de computadores para realização de análises filogenéticas.
- A filogenética fez a transição para uma estrutura baseada em probabilidade com o artigo *Evolutionary trees from DNA sequences: A maximum likelihood approach* de **Joseph Felsenstein** (1942--), publicado em 1981: `r Citet(referencias, "Felsenstein1981")`.
- Este trabalho inovador lançou as bases para o campo emergente da filogenética estatística, fornecendo uma maneira tratável de encontrar estimativas de máxima probabilidade (ML) de árvores evolutivas a partir de dados de sequência de DNA `r Cite(referencias, c("Holland2013", "Posada2021"))`.
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Felsenstein (2004)
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- Importante teórico foi o paleoictiólogo **Collin Patterson** (1933--1998).
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Joysey & Friday (1982)
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- Um dos primeiros trabalhos que focaram no conceito de homologia.
- Investiga a tradicional noção de homologia sob a nova luz da sistemática filogenética moderna (de Pinna, 2012).
- "Homologia é sinapomorfia"
- Conhecido por ter formulado o "teste de homologia" `r Cite(referencias, c("Holland2013", "Patterson1982"))`, basedo em três atributos:
1. similaridade
- topográfica [posicional], ontogenética, composicional
2. conjunção
- Uma homologia não pode coexistir em um mesmo organismo
> "A homologia de braços humanos e asas de pássaros como membros anteriores de tetrápodes seria refutada pela existência de anjos com braços e asas"
 Imagem publicada em *On the Nature of Limbs: A Discourse*, de Richard Owen.
3. congruência
- Coerência de declarações de caráter (com outras homologias)
- Paralelismo é uma falha no teste de congruência
- Convergência é uma falha no teste de similaridade e congruência
- Já no início da década de 90, outra contribuição importante para a formulação do conceito filogenético (originalmente proposto por Hennig) de homologia foi postulado por **Mario de Pinna**, em 1991: *Concepts and tests of homology in the cladistic paradigm* `r Cite(referencias, "Pinna1991")`.
- Ele propõe como justificativa para a equivalência entre homologia e sinapomorfia, corroborando e difundindo a ideia de que "homologia é sinapomorfia".
- Veja também a importante revisão de "conceito de homologia" em `r Citet(referencias, "Brower2012")`.
- Propôs os conceitos de **homologia primária** e **homologia secundária**.
- Veja a emérita aula no Fórum de Sistemática e Evolução - USP, em 2012: https://www.youtube.com/watch?v=UmbFLVjnJs0
- A partir do início dos anos 90, sistematas começaram a se envolver cada vez mais na conservação e no papel desempenhado pela sistemática na solução de problemas da sociedade. O senso de urgência e um apelo à comunidade sistemática de biologia para definir claramente suas prioridades e agenda de pesquisa levaram a uma reunião de aproximadamente uma dúzia de pesquisadores, representando a *American Society of Plant Taxonomists*, a *Society of Systematic Biologists* e a *Willi Hennig Society* do *American Museum of Natural History*, em março de 1991. No início da reunião, reconheceu-se a necessidade de uma iniciativa abrangente para integrar os esforços em prol de objetivos comuns `r Cite(referencias, c("Cracraft", "Eshbaugh"))`.
- O marco teórico da filoinformática, isto é, o momento no qual os pressupostos gerais e conceitos específicos desse campo do conhecimento começaram a ser desenvolvidos, tem sido demarcado pela publicação da [*Systematics Agenda 2000*](https://archive.org/details/systematicsagend00syst), em 1994 `r Cite(referencias, "Cracraft")`.
 *Systematics Agenda 2000: Charting the Biosphere*. Publicada em 1994.
- Três missões:
1. Descobrir, descrever e inventariar a diversidade global de espécies.
2. Analisar e sintetizar informações em um sistema de classificação preditivo que reflita a história da vida.
3. Organizar informações em uma forma eficientemente recuperável de modo que atenda às necessidades da ciência e da sociedade.
## Bioinformática > Filoinformática
A bioinformática é um campo interdisciplinar que desenvolve métodos e ferramentas de software para a compreensão de dados biológicos, em particular quando os conjuntos de dados são grandes e complexos. Como um campo interdisciplinar da ciência, a bioinformática combina biologia, química, física, ciência da computação, engenharia da informação, matemática e estatística para analisar e interpretar os dados biológicos. A bioinformática tem sido utilizada para análises ***in silico*** de consultas biológicas utilizando técnicas computacionais e estatísticas `r Cite(referencias, "wikiBioinformatics")`.
A filoinformática é uma subárea da bioinformática (Bioinformática > Filoinformática).
## Passado
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- A rápida acumulação de dados e informações sobre a filogenia dos seres vivos compeliu a comunidade científica do campo da Sistemática a buscar o estabelecimento de bases de dados filogenéticas `r Cite(referencias, "Sanderson")`
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- A emergência desse novo campo de pesquisa surgiu a partir da necessidade e dos esforços para alcançar a integração de dados sobre o conhecimento filogenético mantidos em bancos de dados isolados, independentes, e não-intercambiáveis `r Cite(referencias, "Yates")`
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- A filoinformática é uma empreitada interdisciplinar, liderada pela Informática e Biologia, mas também desenvolvida pela Matemática e Estatística.
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- Programas com **código fechado** e **preços muito elevados**.
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## Presente
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- Em direção a **programas gratuitos** com **códigos abertos** e **dados livres**. ("*Data must be free*")
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<script type="text/javascript">
function swapImage(){
if (document.getElementById("pic").src.endsWith('images/make_sense1.png') == true){
document.getElementById("pic").src = "images/make_sense2.png";
} else if (document.getElementById("pic").src.endsWith('images/make_sense2.png') == true){
document.getElementById("pic").src = "images/make_sense1.png";
}
}
</script>
<img src="images/make_sense1.png" id="pic" onclick="swapImage()"/>
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- "Informações disponíveis" fazem sentido para nós, mas não para os computadores.
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(Clique na imagem acima)
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- A busca pela **integração** dos dados continua.
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- Busca pela **interoperabilidade**
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## Futuro
- A próxima revolução do século XXI será dirigida pela Biologia & Informática.
> O **Dataísmo** declara que o universo consiste em fluxos de dados e que o valor de qualquer fenômeno ou entidade é determinada pela contribuição que dá para o processamento de dados
>
> Harari, Y.N. 2016. Homo deus: Uma Breve História do Amanhã
### Interoperabilidade
- A interoperabilidade pode ser entendida como uma característica que se refere à capacidade de diversos sistemas e organizações trabalharem em conjunto (interoperar) de modo a garantir que pessoas, organizações e sistemas computacionais interajam para trocar informações de maneira eficaz e eficiente `r Cite(referencias, "ePING")`.
- Nos sistemas de informações interoperáveis, ao invés de apenas documentos conectados...
...temos uma arquitetura de dados como autores, bibliografias, documentos e outros objetos acessíveis em uma base que permite o processamento desses dados.
### Evolução da Web
A primeira versão da web --- Web 1.0 ---, também conhecida como **Web Sintática ou Web somente leitura**, é a era (1990-2000) em que o papel de um usuário é limitado à leitura de informações fornecidas pelos produtores de conteúdo. Não há opção para o usuário ou consumidor comunicar as informações aos produtores de conteúdo. Exemplo de Web 1.0 são sites estáticos e sites pessoais `r Cite(referencias, "WebEvolution")`.
A Web 2.0 também conhecida como **Web Social ou Web de leitura e escrita** é a era (2000-2010 e continua até agora) que facilita a interação entre os usuários da web e os sites internos que permitem que os usuários se comuniquem com outros usuários. Nesta era cada usuário pode ser um produtor de conteúdo e o conteúdo é distribuído e compartilhado entre os sites. Algumas das famosas aplicações Web 2.0 são Facebook, Youtube, Flickr, Twitter etc., As tecnologias web como HTML5, CSS3 e frameworks Javascript como ReactJs, AngularJs, VueJs etc. esta Rede Social. A Web 2.0 é construída em torno dos usuários, o produtor só precisa criar uma maneira de habilitá-los e envolvê-los `r Cite(referencias, "WebEvolution")`.
A Web 3.0 também conhecida como **Web Semântica ou leitura-gravação-execução** é a era (2010 e superior) que se refere ao futuro da web. Nesta era, os computadores podem interpretar informações como humanos por meio de Inteligência Artificial e Aprendizado de Máquina, que ajudam a gerar e distribuir de forma inteligente conteúdo útil adaptado a uma necessidade específica dos usuários `r Cite(referencias, "WebEvolution")`.
### O futuro integrativo da Sistemática
#### Padrão DarwinCore
Darwin Core Standard (DwC) é um padrão mantido pelo [*Darwin Core Maintenance Interest Group*](https://www.tdwg.org/community/dwc). Inclui um glossário de termos (em outros contextos, podem ser chamados de propriedades, elementos, campos, colunas, atributos ou conceitos) destinados a facilitar o compartilhamento de informações sobre diversidade biológica, fornecendo identificadores, rótulos e definições. O Darwin Core é baseado principalmente em taxa, sua ocorrência na natureza documentada por observações, espécimes, amostras e informações relacionadas.
[https://dwc.tdwg.org](https://dwc.tdwg.org/)
```{r echo=FALSE}
library(xaringanExtra)
embed_xaringan(
url = "https://dwc.tdwg.org/",
ratio = "4:2"
)
```
### W3C
{width="200px"}
- O [Consórcio da Rede Mundial Web (*World Wide Web Consortium* -- W3C)](https://www.w3.org/) é a principal organização de padronização da *World Wide Web*.
- Consiste em um consórcio internacional com 450 membros, agrega empresas, órgãos governamentais e organizações independentes com a finalidade de estabelecer padrões para a criação e a interpretação de conteúdos para a Web `r Cite(referencias, "wikiW3C")`.
O W3C foi fundado por Tim Berners-Lee em 1994 para levar a Web ao seu potencial máximo, por meio do desenvolvimento de protocolos comuns e fóruns abertos que promovam a sua evolução e assegurem a sua **interoperabilidade**. Sites desenvolvidos segundo esses padrões podem ser acessados e visualizados por qualquer pessoa ou tecnologia, independente dos hardware ou software utilizados, como celulares e **`r tippy("PDAs", tooltip = "<i>Personal digital assistants</i>")`**, de maneira rápida e compatível com os novos padrões e tecnologias que possam surgir com a evolução da internet `r Cite(referencias, "wikiW3C")`.
::: {style="color: black; background: lightgray; text-align: justify; border: 5px outset lightgray; padding: 10px;"}
Tim Berners-Lee é o criador da *World Wide Web*, tendo feito a primeira proposta para sua criação a 12 de março de 1989. Em 25 de dezembro de 1990, com a ajuda de Robert Cailliau e um jovem estudante do CERN, implementou a primeira comunicação bem-sucedida entre um cliente HTTP e o servidor através da internet `r Cite(referencias, "wikiTim")`.
Proposta de Berners-Lee onde a ideia da Web foi apresentada: [Information Management: A Proposal](https://cdsweb.cern.ch/record/1405411/files/ARCH-WWW-4-010.pdf)
Tim Berners-Lee também é o fundador da [*World Wide Web Foundation*](https://webfoundation.org). No aniverário de 30 anos da WWW, Tim Berners-Lee reflete sobre como a web transformou o nosso mundo e o que temos que fazer para construir uma web melhor para servir a humanidade: [30 years on, what’s next #ForTheWeb?](https://webfoundation.org/2019/03/web-birthday-30/)
:::
### *Web* Semântica (Web 3.0)
- O objetivo da *Web Semântica* é tornar os dados da Internet legíveis por máquinas.
- Essa visão descreve uma teia de tecnologias vinculadas que englobam dados para permitir que as pessoas criem armazenamentos de dados online, construam vocabulários e escrevam regras para lidar com dados.
- A Web semântica é uma extensão da *World Wide Web* que permite aos computadores e humanos trabalharem em cooperação.
Ela interliga significados de palavras e, neste âmbito, tem como finalidade conseguir atribuir um significado (sentido) aos conteúdos publicados na Internet de modo que seja compreensível tanto pelo humano como pelo computador. A ideia da Web semântica surgiu em 2001, quando Tim Berners-Lee, James Hendler e Ora Lassila publicaram um artigo na revista *Scientific American*, intitulado: "Web Semântica: um novo formato de conteúdo para a Web que tem significado para computadores vai iniciar uma revolução de novas possibilidades" ([Berners-Lee et al. 2002](http://khabib.staff.ugm.ac.id/downloads/lecture/S3/The%20Semantic%20Web.pdf)).
::: {style="color: black; background: lightgray; text-align: justify; border: 5px outset lightgray; padding: 10px;"}
- Em discussões recentes sobre Web 3.0, a terminologia tornou-se intercambiável com o termo Web3 no contexto de criptografia, porém suas origens são diferenciadas.
- A definição de Web 3.0 de Berners-Lee como Web Semântica é a ideia de que os dados da Internet são legíveis por máquina.
- O termo Web3 foi cunhado em 2014 pelo fundador da Polkadot e cofundador da Ethereum, Gavin Wood, refere-se a um ecossistema online descentralizado baseado em blockchain
- De acordo com Lemuel Park, cofundador e CTO da empresa de software BrightEdge, Foster City, Califórnia, a Web3 é simplesmente a evolução da Web 3.0. O conceito é impulsionado pela futura web descentralizada, concentrando-se na tecnologia blockchain, criptografia e criptomoedas. Isso inclui ainda tecnologias de AI que ajudam a prever tendências futuras e a aplicação de VR e AR e, agora, o metaverso.
- Blockchain e criptomoedas estão alimentando grande parte da tendência, especialmente porque o blockchain muda fundamentalmente o modelo de centralizado para descentralizado, e é uma tecnologia que tem transformado toda base da arquitetura da Web.
Fontes:
[Why Web3 and Web 3.0 Are Not the Same](https://www.reworked.co/information-management/why-web3-and-web-30-are-not-the-same/)
[Web3 Vs Web 3.0: How Are They Different?](https://www.leewayhertz.com/web3-vs-web3-0/)
:::
### Sistemas de Organização do Conhecimento
Segundo a W3C, são considerados sistemas de organização do conhecimento:
- tesauros;
- [Pinheiro & Ferrez, 2014. Tesauro Brasileiro de Ciência da Informação. Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia - ibict](https://www.gov.br/ibict/pt-br/central-de-conteudos/publicacoes/TESAUROCOMPLETOFINALCOMCAPA_24102014.pdf)
- esquemas de classificação;
- listas de assuntos;
- taxonomias;
- **ontologias**; e
- outros tipos de vocabulários controlados
### Ontologias
Bases de dados estruturadas como redes ontológicas sobre a biodiversidade têm sido muito desenvolvidas nas áreas aplicadas tais quais a medicina, farmácia e agricultura (*OBO Foundry*, *Open Biological Ontologies*, *Gene Ontology*, *Planteome*, *Plant Ontology*).
::: {style="color: black; background: lightblue; text-align: justify; border: 5px outset lightgray; padding: 10px;"}
Há iniciativas nesse sentido na formação de novos taxonomistas e sistematas?
O uso de ontologias parece ser ainda incipiente.
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#### Fundamentos epistemológicos
- Gottlob Frege (1848--1925)
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{width="300px"}
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- Alemão
- Um dos principais criadores da lógica matemática moderna
- O grande contributo de Frege para a lógica matemática foi a criação de um sistema de representação simbólica (Begriffsschrift, conceitografia ou ideografia) para representar formalmente a estrutura dos enunciados lógicos e suas relações, e a contribuição para a implementação do cálculo dos predicados `r Cite(referencias, "wikiFrege")`.
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- Bertrand Russell (1872--1970)
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{width="300px"}
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- Britânico
- Elaborou algumas das mais influentes teses filosóficas do século XX, e, com elas, ajudou a fomentar uma das suas tradições filosóficas, a assim chamada **Filosofia Analítica**.
- Dentre essas teses, destacam-se a tese logicista, ou da lógica simbólica, de fundamentação da Matemática. Segundo Russell, todas as verdades matemáticas --- e não apenas as da aritmética, como pensava Frege --- poderiam ser deduzidas a partir de umas poucas verdades lógicas, e todos os conceitos matemáticos reduzidos a uns poucos conceitos lógicos primitivos.
- Concebeu a teoria das **descrições definidas**. A análise lógica precisa de frases declarativas contendo descrições definidas `r Cite(referencias, "wikiRussell")`.
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Quine
`r Cite(referencias, "wikiInteroperabilidadeSemantica")`.
**interoperabilidade semântica**
#### *Web Ontology Language*
{width="100px"}
- **A W3C Web Ontology Language (OWL) é uma linguagem da Web Semântica projetada para representar conhecimento rico e complexo sobre coisas, grupos de coisas e relações entre coisas** `r Cite(referencias, "Yates")`..
- OWL é uma linguagem baseada em lógica computacional tal que o conhecimento expresso em OWL pode ser explorado por programas de computador, por exemplo, para verificar a consistência desse conhecimento ou tornar o conhecimento implícito explícito. Os documentos OWL, conhecidos como ontologias, podem ser publicados na World Wide Web e podem referir-se ou ser referidos a partir de outras ontologias OWL. OWL faz parte da pilha de tecnologia da Web Semântica do W3C, que inclui RDF, RDFS, SPARQL, etc `r Cite(referencias, "Yates")`.
Ontologias biológicas são **`r tippy("grafos acíclicos dirigidos", tooltip = "É um grafo dirigido sem ciclo; isto é, para qualquer vértice v, não há nenhuma ligação dirigida começando e acabando em v. Estes grafos aparecem em modelos onde não faz sentido que um vértice tenha uma ligação com si próprio.")`** de vocabulários controlados. Eles são projetados para capturar conceitos e descrições biológicas de uma maneira que possa ser facilmente categorizada e analisada com computadores.
#### *Resource Description Framework*
- O modelo de dados *Resource Description Framework* (RDF) é um modo de representação e de descrição de recursos que visa à interoperabilidade e o acesso à informação em ambientes digitais.
- O *RDF Schema* (*Resource Description Framework Schema* - RDFS) é um conjunto de classes com certas propriedades usando o modelo de dados de representação de conhecimento extensível RDF que fornece elementos básicos para a descrição de ontologias.
- Rede de conceitos
- Conceitos conectados por sentenças (*statements*)
- *Resource Description Framework* (RDF)
- Tripla:
- Sentença = Sujeito + predicado (ou propriedade) + objeto
Exemplo de uma sentença com dados filogenéticos:
- Sujeito: tree1
- Predicado: hasLikelihood
- Objeto: 2451.342
#### *Extensible Markup Language*
- A linguagem *Extensible Markup Language* (XML) é uma recomendação da W3C para gerar linguagens de marcação para necessidades especiais.
- É um dos subtipos da **SGML** (acrônimo de *Standard Generalized Markup Language* ou Linguagem Padronizada de Marcação Genérica) capaz de descrever diversos tipos de dados. Seu propósito principal é a facilidade de compartilhamento de informações por intermédio da internet `r Cite(referencias, "wikiXML")`.
- O HTML e o XML derivam do SGML.
- A XML é uma tentativa de simplificar SGML para aplicações de aplicação geral, tais como a Web semântica.
Fonte: `r Citet(referencias, c("Souza_Alvarenga_2004", "Almeida_2002"))`.
#### OBO Foundry
A *Open Biological and Biomedical Ontologies Foundry* (*OBO Foundry*) é formada por um grupo de pessoas dedicadas a construir e manter ontologias relacionadas às ciências da vida. A *OBO Foundry* estabelece um conjunto de princípios para o desenvolvimento de ontologias para a criação de um conjunto de ontologias de referência interoperáveis no domínio biomédico. Atualmente, existem mais de uma centena de ontologias que seguem os princípios da OBO Foundry. Uma das mais difundidas é a *Gene Ontology* (GO), que descreve a função de genes. Existem também ontologias que descrevem fenótipos `r Cite(referencias, "wikiBioinformatics")`.
A maioria dos desenvolvedores de ontologias em OBO usa o formato *Web Ontology Language* (OWL) para construí-las.
#### Gene Ontology
A *Gene Ontology* (GO) é uma importante iniciativa de bioinformática para unificar a representação de genes e atributos de produtos gênicos em todas as espécies. Mais especificamente, o projeto visa:
1. Manter e desenvolver seu vocabulário controlado de genes e atributos de produtos gênicos;
2. Anotar genes e produtos gênicos e assimilar e disseminar dados de anotação; e
3. Fornecer ferramentas para facilitar o acesso a todos os aspectos dos dados fornecidos pelo projeto e permitir a interpretação funcional dos dados experimentais usando o GO, por exemplo, por meio de análise de enriquecimento.
A *Gene Ontology* foca na função dos genes e produtos gênicos. O GO também estende o esforço usando linguagem de marcação para tornar os dados (não apenas dos genes e seus produtos, mas também de atributos curados) legíveis por máquina, e fazê-lo de forma unificada em todas as espécies (enquanto as convenções de nomenclatura de genes variam de acordo com o táxon biológico) `r Cite(referencias, "wikiGO")`.
#### Plant Ontology
[https://archive.plantontology.org](https://archive.plantontology.org/)
Ancestrais ("pais") de:
- `nucellus` ([PO:0020020](http://purl.obolibrary.org/obo/PO_0020020))
- `pollen sac` ([PO:0025277](http://purl.obolibrary.org/obo/PO_0025277))
+
Descendentes ("filhos") de:
- `fruit` ([PO:0009001](http://purl.obolibrary.org/obo/PO_0009001)).
```{r echo=FALSE, message=FALSE, warning=FALSE}
library(ontologyIndex)
library(ontologyPlot)
library(dplyr)
PO <- get_ontology(
"http://purl.obolibrary.org/obo/po.obo",
propagate_relationships = "is_a",
extract_tags = "everything",
merge_equivalent_terms = TRUE
)
group <- get_ancestors(
PO,
c(
"PO:0020020",
"PO:0025277",
"PO:0009001",
"PO:0030109",
"PO:0030108",
"PO:0030105",
"PO:0030104",
"PO:0030107",
"PO:0030106",
"PO:0030101",
"PO:0030100",
"PO:0030103",
"PO:0030102",
"PO:0030110",
"PO:0030111",
"PO:0030091",
"PO:0030099",
"PO:0030098"
)
)
group.length <- length(group)
group.n <- 1:group.length
nodes.id <- group.n
nodes.label <- NULL
for(i in group.n){
nodes.label.this <- PO$name[which(group[i] == PO$id)]
nodes.label <- c(nodes.label, nodes.label.this)
}
nodes.title <- NULL
for(i in group.n){
nodes.title.this <- PO$comment[which(group[i] == PO$id)]
nodes.title <- c(nodes.title, nodes.title.this)
}
nodes <- data.frame(
id = nodes.id,
label = nodes.label,
title = nodes.title
)
edges.is_a <- data.frame(
from = names(PO$is_a),
to = as.character(PO$is_a)
)
edges.is_a <- edges.is_a %>% dplyr::filter(from %in% group)
for(i in group.n){
edges.is_a$from[i] <- which(edges.is_a$from[i] == rownames(nodes))
}
edges.is_a$to <- sub("BFO.*", "", edges.is_a$to)
for(i in group.n){
if(length(which(edges.is_a$to[i] == rownames(nodes))) == 0){} else {
edges.is_a$to[i] <- which(edges.is_a$to[i] == rownames(nodes))
}
}
edges <- data.frame(