Evolução

Mecanismos de Evolução Biológica

O princípio de equilíbrio de Hardy-Weinberg diz que as frequências alélicas em uma população permanecerão constantes na ausência dos quatro fatores que poderiam alterá-las. Esses fatores são seleção natural, mutação, deriva genética e migração (fluxo gênico). Na verdade, sabemos que provavelmente estão sempre afetando as populações.

Seleção natural

Seleção natural já foi discutida. Os alelos são expressos em um fenótipo. Dependendo das condições ambientais, o fenótipo confere uma vantagem ou desvantagem ao indivíduo com o fenótipo em relação aos outros fenótipos na população.

Se for uma vantagem, então esse indivíduo provavelmente terá mais descendentes do que indivíduos com os outros fenótipos, e isso significará que o alelo por trás do fenótipo terá maior representação na próxima geração. Se as condições permanecerem as mesmas, os descendentes, que carregam o mesmo alelo, também serão beneficiados. Com o tempo, o alelo aumentará em freqüência na população.

Mutação

A mutação é uma fonte de novos alelos em uma população. Mutação é uma alteração na sequência de DNA do gene. Uma mutação pode mudar um alelo para outro, mas o efeito líquido é uma mudança na frequência. A mudança na frequência resultante da mutação é pequena, portanto seu efeito na evolução é pequeno, a menos que interaja com um dos outros fatores, como a seleção.

Uma mutação pode produzir um alelo selecionado contra, selecionado para, ou seletivamente neutro. Mutações prejudiciais são removidas da população por seleção e geralmente só são encontradas em frequências muito baixas, iguais à taxa de mutação.

Mutações benéficas se espalharão pela população através da seleção, embora essa propagação inicial seja lenta. Se uma mutação é ou não benéfica ou prejudicial, é determinado se ela ajuda um organismo a sobreviver à maturidade sexual e se reproduzir.

Deriva Genética

Outra maneira pela qual as frequências alélicas de uma população podem mudar é a deriva genética ( Figura), que é simplesmente o efeito do acaso. A deriva genética é mais importante em populações pequenas. A deriva seria completamente ausente em uma população com indivíduos infinitos, mas, claro, nenhuma população é tão grande.

A deriva genética ocorre porque os alelos em uma geração de descendentes são uma amostra aleatória dos alelos na geração pai. Os alelos podem ou não chegar à próxima geração devido a eventos aleatórios, incluindo a mortalidade de um indivíduo, eventos que afetam a localização de um parceiro e até mesmo os eventos que afetam quais gametas acabam em fertilizações.

Se um indivíduo em uma população de dez pessoas morrer antes de deixar qualquer filho para a próxima geração, todos os seus genes – um décimo do patrimônio genético da população – serão subitamente perdidos. Em uma população de 100, esse indivíduo representa apenas 1% do total do pool genético;

Imagine uma população de dez indivíduos, metade com o alelo A e metade com o alelo a (os indivíduos são haploides). Em uma população estável, a próxima geração também terá dez indivíduos.

Escolha aquela geração aleatoriamente lançando uma moeda de dez vezes e deixe cabeças ser A e caudas ser um. É improvável que a próxima geração tenha exatamente metade de cada alelo. Pode haver seis de um e quatro do outro, ou algum conjunto diferente de frequências.

Assim, as frequências alélicas mudaram e a evolução ocorreu. Uma moeda não funcionará mais para escolher a próxima geração (porque as probabilidades não são mais uma metade para cada alelo). A freqüência em cada geração irá variar para cima e para baixo no que é conhecido como um passeio aleatório até que em um ponto ou todos os A ou todos um são escolhidos e esse alelo é fixo a partir desse ponto.

Isso pode levar muito tempo para uma grande população. Essa simplificação não é muito biológica, mas pode ser demonstrado que populações reais se comportam dessa maneira. O efeito da deriva nas frequências é maior quanto menor a população. Seu efeito também é maior em um alelo com uma freqüência distante de uma metade. Deriva influenciará todos os alelos, mesmo aqueles que estão sendo naturalmente selecionados.

CONEXÃO VISUAL
Uma população tem dez coelhos. Três desses coelhos são homozigotos dominantes para o alelo A e têm coloração marrom. Cinco são heterozigotas e também possuem coloração marrom. Dois são homozigóticos recessivos e apresentam coloração branca. A frequência do alelo A maiúsculo, p, é 0,5 e a frequência do alelo a pequeno, q, também é 0,5. Apenas cinco dos coelhos, incluindo dois homozigotos dominantes e três heterozigotos, produzem descendentes. Cinco dos descendentes resultantes são homozigóticos dominantes, quatro são heterozigóticos e um é homozigótico recessivo. A freqüência de alelos na segunda geração é p = 0,7 e q = 0,3. Apenas dois coelhos da segunda geração produzem descendentes, e ambos são homozigotos dominantes. Como resultado, o pequeno alelo recessivo é perdido na terceira geração,
A deriva genética em uma população pode levar à eliminação de um alelo de uma população por acaso. Em cada geração, um conjunto aleatório de indivíduos se reproduz para produzir a próxima geração. A freqüência de alelos na geração seguinte é igual à freqüência de alelos entre os indivíduos que se reproduzem.

Você acha que a deriva genética aconteceria mais rapidamente em uma ilha ou no continente?

Deriva genética também podem ser ampliados por eventos naturais ou causada-humanos, tais como um desastre que mata aleatoriamente uma grande porção da população, o que é conhecido como o efeito de gargalo que resulta em uma grande porção do genoma de repente ser eliminado ( Figura ).

De uma só vez, a estrutura genética dos sobreviventes torna-se a estrutura genética de toda a população, que pode ser muito diferente da população pré-desastrosa. O desastre deve ser aquele que mata por razões não relacionadas às características do organismo, como um furacão ou fluxo de lava.

Uma matança em massa causada por temperaturas anormalmente frias à noite provavelmente afetará os indivíduos de maneira diferente, dependendo dos alelos que eles possuírem, que conferem resistência ao frio.

A ilustração mostra uma garrafa de gargalo estreito cheia de bolinhas vermelhas, laranjas e verdes com ponta para que as bolinhas de gude vazem em um copo. Por causa do gargalo, apenas sete bolinhas escapam, e todas elas são laranja e verdes. Os mármores na garrafa representam a população original, e os mármores no vidro representam a população sobrevivente. Por causa do efeito gargalo, a população sobrevivente é menos diversificada que a população original.
Um evento fortuito ou uma catástrofe pode reduzir a variabilidade genética dentro de uma população.

Outro cenário em que as populações podem experimentar uma forte influência da deriva genética é se parte da população deixa para iniciar uma nova população em um novo local, ou se uma população é dividida por algum tipo de barreira física.

Nessa situação, é improvável que esses indivíduos sejam representativos de toda a população, o que resulta no efeito fundador. O efeito fundador ocorre quando a estrutura genética coincide com a dos pais e mães fundadores da nova população.

Acredita-se que o efeito fundador tenha sido um fator chave na história genética da população africânder de colonos holandeses na África do Sul, conforme evidenciado por mutações que são comuns em africânderes, mas raras na maioria das outras populações.

Isto é provavelmente devido a uma proporção maior do que o normal dos colonos fundadores, que eram uma pequena amostra da população original, portavam essas mutações. Como resultado, a população expressa incidências extraordinariamente altas de doença de Huntington (HD) e anemia de Fanconi (FA), um distúrbio genético conhecido por causar anormalidades na medula óssea e congênitas, e até mesmo câncer.

Para entender melhor o assunto veja também:

Fluxo Genético

Outra força evolutiva importante é o fluxo gênico , ou o fluxo de alelos dentro e fora de uma população resultante da migração de indivíduos ou gametas ( Figura ). Enquanto algumas populações são razoavelmente estáveis, outras experimentam mais fluxo.

Muitas plantas, por exemplo, enviam suas sementes para longe, pelo vento ou nas entranhas dos animais; estas sementes podem introduzir alelos comuns na população de origem para uma nova população em que eles são raros.

Ilustração mostra um indivíduo de uma população de besouros marrons viajando em direção a uma população de besouros verdes.
O fluxo gênico pode ocorrer quando um indivíduo viaja de uma localização geográfica para outra e se junta a uma população diferente da espécie. No exemplo mostrado aqui, o alelo marrom é introduzido na população verde.

Resumo da seção

Existem quatro fatores que podem alterar as frequências alélicas de uma população. A seleção natural funciona selecionando alelos que conferem traços ou comportamentos benéficos, ao mesmo tempo em que selecionam aqueles para qualidades deletérias.

Mutações introduzem novos alelos em uma população. A deriva genética deriva da ocorrência aleatória de alguns indivíduos terem mais descendentes do que outros e resulta em alterações nas frequências alélicas que são aleatórias na direção. Quando os indivíduos saem ou se juntam à população, as frequências alélicas podem mudar como resultado do fluxo gênico.

Referências:

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