Deriva genética: o que é e como afeta a evolução biológica?

Evolução biológica, concebida como o conjunto de mudanças nas características hereditárias em seres vivos ao longo das gerações, é o motor da própria vida e a adaptação a novos ambientes.

A variação dentro de uma população de seres vivos é dada por uma série de mutações no DNA que acontecem aleatoriamente, ou seja, não responde a um mecanismo consciente. Mesmo assim, os processos de seleção para essas mutações podem ser aleatórios ou, ao contrário, ter uma explicação bem fundamentada.

Assim, a evolução é uma força que é mantida por mutações aleatórias, recombinação genética durante reprodução sexual e fluxo gênico (entrada de novos membros em uma população), entre muitos outros fatores. Um desses fatores de importância essencial que muitas vezes escapa ao entendimento geral é o termo que nos interessa aqui: deriva genética. Aqui explicamos tudo sobre esse processo fascinante.

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O que é deriva genética?

Em primeiro lugar, podemos definir este termo complexo como "uma força evolutiva que atua em conjunto com a seleção natural, mudando as frequências dos alelos das espécies ao longo do tempo". Como prefácio, deve-se notar que

é um processo estocástico, ou seja, ocorre devido ao acaso ou a efeitos esporádicos não correlacionados.

Além dessa característica inicial, outro dos termos que definem a deriva genética é perda, uma vez que este a força de seleção promove a variação de alelos na população, fixando alguns e promovendo o desaparecimento de outras. Veremos isso com mais detalhes nas linhas a seguir.

Sobre alelos e população

Simplificando os termos genéticos, podemos afirmar que um alelo é cada uma das variações que o mesmo gene pode apresentar. Um exemplo clássico disso são as sementes de ervilha usadas por Mendel para explicar a segregação genética entre as gerações. Um alelo "A" dominante pode codificar para uma cor de semente verde, enquanto um alelo "a" recessivo codifica para uma cor amarela.

Como a maioria dos animais são seres diplóides (que têm dois conjuntos de cromossomos homólogos em seu núcleo), cada um dos dois alelos codificadores de um personagem virá do pai e da mãe respectivamente, por isso as variações possíveis neste caso seriam as seguintes: AA, Aa e aa. Assim, se entendermos que um indivíduo herda dois alelos para cada gene, seu fenótipo (características externas) virá codificado diretamente por seu genótipo (combinações alélicas em seu genoma), que é herdado como uma combinação daqueles de seus pais.

Em segundo lugar, o termo "população" precisa ser explorado um pouco no reino da biologia, uma vez que a deriva genética atua nas populações e não na espécie em si. Uma espécie é um conceito "fechado", uma vez que não pode trocar genes com outras entidades diferentes. Por outro lado, uma população é concebida como um compartimento "aberto", uma vez que podem entrar diferentes membros de outros membros. populações mas da mesma espécie e se reproduzem entre elas, evento que será de vital importância nas linhas mais tarde. Uma vez que tenhamos estabelecido ambos os termos de uma maneira geral, estamos prontos para entender os fundamentos da deriva genética.

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Fundamento teórico da deriva

É hora de segurar o assento, pois as curvas e os termos são um pouco complexos para explicar. Deriva genética é determinado pela variância da frequência alélica, ou seja, a variabilidade dos caracteres em relação à média. Assim, podemos calcular essa força evolutiva usando a seguinte fórmula:

• sp2 corresponde à variância das frequências alélicas das populações, ou seja, a própria deriva genética.
• p e q são as frequências de alelos de duas populações para um caractere.
• N é o número de indivíduos em cada uma das duas populações.

Claro, cada um desses parâmetros é obtido por meio de fórmulas complexas, portanto, não vamos nos concentrar mais na base matemática desta força evolutiva. Se uma ideia precisa ficar clara depois de ler essas linhas, é a seguinte: quanto menor o tamanho da população, mais poder a deriva genética terá sobre seus membros.

O tamanho efetivo da população

Introduzimos um termo-chave no parágrafo anterior: tamanho da população. A verdade é que, ao levar em conta a magnitude da deriva genética, os cientistas não valem apenas a contagem dos indivíduos de uma população. Nestes casos o número de animais que se reproduzem dentro dela deve ser quantificado de forma confiável.

Um exemplo muito claro da diferença entre a população total e o tamanho efetivo da população são os estudos demográficos de anfíbios. Uma população comum de sapos, por exemplo, pode ser composta por 120 membros. Se recorrermos à análise genética, podemos observar que, certamente, apenas cerca de 40 adultos no total se reproduzem anualmente, deixando no máximo uma prole. Assim, o tamanho efetivo da população (Ne) que sofreria os efeitos da deriva seria de 40, não 120.

Os efeitos da deriva genética

A deriva genética tem vários efeitos nas populações de seres vivos, mas podemos dividi-los em dois grandes blocos:

• Produz uma mudança nas frequências dos alelos na população. Isso pode significar que estes aumentam ou diminuem, pois é uma questão de puro acaso.
• Reduz a variação genética de longo prazo nas populações.

Este último ponto é de fundamental importância, uma vez que a deriva genética diminui a variabilidade, o que acaba se traduzindo em uma maior vulnerabilidade da população às mudanças ambientais. Vamos dar um exemplo prático.

Se tivermos em uma população fictícia de 10 pássaros, 8 vermelhos e 2 amarelos, é natural pensar que, por puro acaso, é mais provável que no próxima geração, os membros vermelhos aparecem mais representados (porque se desses 10 apenas 3 forem reproduzidos, existe a possibilidade de que todos os 3 sejam coloridos Vermelho). Na primeira geração, a frequência alélica do caractere vermelho "p" seria 0,8, enquanto o caractere amarelo "q" teria uma freqüência de 0,2.

Se apenas 3 machos e fêmeas de cor vermelha se reproduzissem em um evento, teoricamente o alelo q poderia desaparecer em a próxima geração, então p = 1 eq = 0, todos os descendentes sendo vermelhos (o caractere p teria sido definir). Este é o efeito real da deriva genética, que ao acaso, produz uma fixação dos personagens mais distribuídos na população e acaba descartando os mais singulares.

A salvação das populações

Felizmente, temos uma força que evita amplamente essa seleção aleatória: a seleção natural. Neste caso, estamos diante de um motor evolutivo que não corresponde de forma alguma aos processos aleatórios e estocásticos, uma vez que as características de cada indivíduo podem determinar sua sobrevivência, reprodução e conseqüente representação nas gerações futuras.

Também deve ser notado que o exemplo citado acima é bastante manco devido ao reducionismo auto-imposto, já que claramente muitos caracteres morfológicos são codificados por mais de um gene (como a cor dos olhos, para exemplo). Além disso, em uma população de 1000 indivíduos em vez de 10, é claro que o desaparecimento de um alelo é muito mais complexo do que seu "apagamento" em uma única geração.

Por outro lado, o fluxo gênico é outro conceito-chave que evita os efeitos da deriva genética. Um alelo pode ser fixado em uma população ao longo do tempo, mas se novos membros aparecerem com alelos e reproduzir com os indivíduos da população inicial, uma variabilidade genética renovada é introduzida na seguinte gerações.

Finalmente, é necessário limitar que mutações ocorrem aleatoriamente em coisas vivas. Assim, podem surgir variações no DNA que codificam para novos alelos, e é por isso que (em menos teoricamente) em uma população fechada, novos personagens podem continuar a aparecer em um esporádico.

Retomar

Como vimos, deriva genética é o principal motor evolutivo dos seres vivos junto com a seleção natural, mas difere deste último devido à sua natureza fortuita e aleatória. Do ponto de vista puramente teórico, se não houvesse eventos como o fluxo gênico, o surgimento de mutações ou a seleção natural, todas as populações acabariam tendo um único alelo para cada gene, mesmo que demorasse muitos gerações.

Isso, naturalmente, se traduz em menor variabilidade genética, o que significa uma pior resposta em nível populacional e individual às mudanças e inclemências ambientais. Assim, a deriva genética é neutralizada pela própria vida, já que, é claro, ela tem um claro caráter deletério.

Referências bibliográficas:

• Deriva genética, khanacademy.org. Retirado em 23 de outubro em 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% 20other% 20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A., & Souza, V. (2010). Fluxo gênico, diferenciação e estrutura genética de populações, com exemplos em espécies de plantas mexicanas. Laboratório de Evolução Molecular e Experimental, Departamento de Ecologia Evolutiva, Instituto de Ecologia, Universidade Nacional Autônoma do México, 1-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Biologia Evolutiva (Vol. 2). 2. ed. Ribeirão Preto: SBG.