Deriva genetica: cos'è e come influisce sull'evoluzione biologica?

Evoluzione biologica, concepita come l'insieme dei cambiamenti dei caratteri ereditari in esseri viventi attraverso le generazioni, è il motore della vita stessa e l'adattamento al nuovo ambienti.

La variazione all'interno di una popolazione di esseri viventi è data da una serie di mutazioni nel DNA che avvengono casualmente, cioè non risponde ad un meccanismo cosciente. Anche così, i processi di selezione per queste mutazioni possono essere casuali o, al contrario, avere una spiegazione pienamente fondata.

Quindi, l'evoluzione è una forza che viene mantenuta da mutazioni casuali, ricombinazione genetica durante riproduzione sessuale e flusso genico (ingresso di nuovi membri in una popolazione), tra molti altri fattori. Uno di questi fattori di fondamentale importanza che spesso sfugge alla comprensione generale è il termine che qui ci interessa: deriva genetica. Qui spieghiamo tutto su questo affascinante processo.

• Articolo correlato: "La teoria dell'evoluzione biologica"

Cos'è la deriva genetica?

Innanzitutto, possiamo definire questo termine complesso come "una forza evolutiva che agisce in combinazione con la selezione naturale modificando le frequenze alleliche delle specie nel tempo". Come prefazione, va notato che è un processo stocastico, cioè avviene per casualità o sporadici effetti non correlaticor.

Oltre a questa caratteristica iniziale, un altro dei termini che definiscono la deriva genetica è la perdita, poiché questo la forza di selezione favorisce la variazione degli alleli nella popolazione, fissandone alcuni e favorendo la scomparsa di altri. Lo vedremo più in dettaglio nelle righe seguenti.

A proposito di alleli e popolazione

Semplificando i termini genetici, possiamo affermare che un allele è ciascuna delle variazioni che lo stesso gene può presentare. Un classico esempio di ciò sono i semi di pisello usati da Mendel per spiegare la segregazione genetica attraverso le generazioni. Un allele dominante "A" può codificare per un colore del seme verde, mentre un allele recessivo "a" codifica per un colore giallo.

Poiché la maggior parte degli animali sono esseri diploidi (che hanno due serie di cromosomi omologhi nel loro nucleo), ciascuno dei due alleli codificanti di un personaggio verrà rispettivamente dal padre e dalla madre, motivo per cui le possibili variazioni in questo caso sarebbero le seguenti: AA, Aa e aa. Quindi, se comprendiamo che un individuo eredita due alleli per ogni gene, il suo fenotipo (caratteristiche esterne) verrà codificati direttamente dal loro genotipo (combinazioni alleliche nel loro genoma), che viene ereditato come combinazione di quelli di I suoi genitori.

In secondo luogo, il termine "popolazione" deve essere esplorato un po' nel regno della biologia, poiché la deriva genetica agisce sulle popolazioni e non sulla specie stessa. Una specie è un concetto "chiuso", poiché non può scambiare geni con altre entità diverse. D'altra parte, una popolazione è concepita come un compartimento "aperto", poiché possono entrare membri diversi di altri membri. popolazioni ma della stessa specie e si riproducono tra loro, evento che sarà di vitale importanza nelle linee dopo. Una volta stabiliti entrambi i termini in modo generale, siamo pronti per comprendere il fondamento della deriva genetica.

• Potresti essere interessato a: "La speciazione: cos'è e come si sviluppa nell'evoluzione biologica"

Fondamenti teorici della deriva

È tempo di aggrapparsi al sedile, poiché curve e termini diventano un po' complessi da spiegare. Deriva genetica è determinata dalla varianza della frequenza allelica, cioè dalla variabilità dei caratteri rispetto alla media. Quindi, possiamo calcolare questa forza evolutiva usando la seguente formula:

• sp2 corrisponde alla varianza delle frequenze alleliche delle popolazioni, cioè alla deriva genetica stessa.
• p e q sono le frequenze alleliche di due popolazioni per un carattere.
• N è il numero di individui all'interno di ciascuna delle due popolazioni.

Naturalmente, ciascuno di questi parametri è ottenuto attraverso formule complesse, quindi non ci concentreremo più sul fondamento matematico di questa forza evolutiva. Se un'idea deve essere chiara dopo aver letto queste righe, è la seguente: più piccola è la dimensione della popolazione, più potere avrà la deriva genetica sui suoi membri.

La dimensione effettiva della popolazione

Abbiamo introdotto un termine chiave nel paragrafo precedente: dimensione della popolazione. La verità è che, quando si tiene conto dell'entità della deriva genetica, gli scienziati non valgono solo la pena di contare gli individui in una popolazione. In questi casi il numero di animali che si riproducono al suo interno deve essere quantificato in modo attendibile.

Un esempio molto chiaro della differenza tra la popolazione totale e la dimensione effettiva della popolazione sono gli studi demografici sugli anfibi. Una popolazione comune di rospi, ad esempio, può essere composta da 120 membri. Se ricorriamo all'analisi genetica, possiamo osservare che, sicuramente, solo una quarantina di adulti in totale si riproducono annualmente, lasciando un massimo di prole. Pertanto, la dimensione effettiva della popolazione (Ne) che subirebbe gli effetti della deriva sarebbe 40, non 120.

Gli effetti della deriva genetica

La deriva genetica ha diversi effetti sulle popolazioni di esseri viventi, ma possiamo dividerli in due grandi blocchi:

• Produce un cambiamento nelle frequenze alleliche all'interno della popolazione. Ciò può significare che questi aumentino o diminuiscano, poiché è una questione di puro caso.
• Riduce la variazione genetica a lungo termine nelle popolazioni.

Quest'ultimo punto è di fondamentale importanza, poiché la deriva genetica diminuisce la variabilità, che alla fine si traduce in una maggiore vulnerabilità della popolazione ai cambiamenti ambientali. Facciamo un esempio pratico.

Se abbiamo in una popolazione fittizia di 10 uccelli, 8 rossi e 2 gialli, è naturale pensare che, per puro caso, è più probabile che nel generazione successiva i membri rossi appaiono più rappresentati (perché se di quei 10 solo 3 vengono riprodotti, c'è la possibilità che tutti e 3 siano colorati Rosso). Nella prima generazione, la frequenza allelica del carattere rosso "p" sarebbe 0,8, mentre il carattere giallo "q" avrebbe una frequenza di 0,2.

Se in un evento si riproducono solo 3 maschi e femmine di colore rosso, teoricamente l'allele q potrebbe scomparire in la generazione successiva, quindi p = 1 eq = 0, tutti i discendenti sono rossi (il carattere p sarebbe stato impostato). Questo è il vero effetto della deriva genetica, che per caso, produce una fissazione dei personaggi più distribuiti nella popolazione e finisce per scartare i più singolari.

La salvezza dei popoli

Fortunatamente, abbiamo una forza che evita in gran parte questa selezione casuale: la selezione naturale. In questo caso, siamo di fronte a un motore evolutivo che non corrisponde affatto a processi casuali e stocastici, poiché le caratteristiche di ogni individuo possono determinarne la sopravvivenza, la riproduzione e la conseguente rappresentazione nelle generazioni future.

Va anche notato che l'esempio sopra citato è piuttosto zoppicante a causa del riduzionismo autoimposto, poiché chiaramente molti caratteri morfologici sono codificati da più di un gene (come il colore degli occhi, per esempio). Inoltre, in una popolazione di 1000 individui anziché 10, è chiaro che la scomparsa di un allele è molto più complessa della sua "cancellazione" in una sola generazione.

D'altro canto, il flusso genico è un altro concetto chiave che evita gli effetti della deriva genetica. Un allele potrebbe essere fissato in una popolazione nel tempo, ma se compaiono nuovi membri con alleli diversi e riprodursi con gli individui della popolazione iniziale, si introduce una rinnovata variabilità genetica nel seguito generazioni.

Infine, è necessario limitare che le mutazioni avvengono casualmente negli esseri viventi living. Pertanto, possono sorgere variazioni nel DNA che codificano per nuovi alleli, motivo per cui (at meno teoricamente) in una popolazione chiusa, nuovi personaggi possono continuare ad apparire in a sporadico.

Curriculum vitae

Come abbiamo visto, la deriva genetica è il principale motore evolutivo degli esseri viventi insieme alla selezione naturale, ma differisce da quest'ultimo per la sua natura casuale e casuale. Da un punto di vista puramente teorico, se non ci fossero eventi come il flusso genico, la comparsa di mutazioni o la selezione naturale, tutte le popolazioni finirebbero per avere un solo allele per ogni gene, anche se ne servissero molti generazioni.

Questo, naturalmente, si traduce in una minore variabilità genetica, che significa una peggiore risposta a livello di popolazione e individuale ai cambiamenti e alle inclemenze ambientali. Pertanto, la deriva genetica è contrastata dalla vita stessa, poiché ovviamente ha un chiaro carattere deleterio.

Riferimenti bibliografici:

• Deriva genetica, khanacademy.org. Ritirato il 23 ottobre alle https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/population-genetics/a/genetic-drift-founder-bottleneck#:~:text=La%20deriva%20g%C3%A9nica%20sucede%20en, 0% 25% 20% 2C% 20de% 20altro% 20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A., & Souza, V. (2010). Flusso genico, differenziazione e struttura genetica delle popolazioni, con esempi in specie vegetali messicane. Laboratorio di Evoluzione Molecolare e Sperimentale, Dipartimento di Ecologia Evolutiva, Istituto di Ecologia, Università Nazionale Autonoma del Messico, 1-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Biologia Evoluzionistica (Vol. 2). 2. ed. Ribeirão Preto: SBG.