Deriva genetică: ce este și cum afectează evoluția biologică?

Evoluția biologică, concepută ca ansamblul modificărilor caracteristicilor ereditare din ființele vii de-a lungul generațiilor, este motorul vieții în sine și al adaptării la nou medii.

Variația într-o populație de ființe vii se datorează unei serii de mutații în ADN care se întâmplă aleatoriu, adică nu răspunde la un mecanism conștient. Chiar și așa, procesele de selecție pentru aceste mutații pot fi aleatorii sau, dimpotrivă, pot avea o explicație pe deplin fundamentată.

Astfel, evoluția este o forță care este menținută de mutații aleatorii, recombinarea genetică în timpul reproducerea sexuală și fluxul de gene (intrarea de noi membri într-o populație), printre mulți alți factori. Unul dintre acești factori de importanță esențială care adesea scapă înțelegerii generale este termenul care ne privește aici: deviere genetică. Aici explicăm totul despre acest proces fascinant.

• Articol asociat: „Teoria evoluției biologice”

Ce este deriva genetică?

În primul rând, putem defini acest termen complex ca fiind „o forță evolutivă care acționează împreună cu selecția naturală prin schimbarea frecvențelor alelelor speciilor în timp”. Ca prefață, trebuie remarcat faptul că

este un proces stocastic, adică se întâmplă din cauza întâmplării sau a unor efecte sporadice necorelate.

În plus față de această caracteristică inițială, un alt dintre termenii care definesc deriva genetică este pierderea, deoarece aceasta forța de selecție promovează variația alelelor în populație, fixând unele și promovând dispariția alții. O vom vedea mai detaliat în rândurile următoare.

Despre alele și populație

Simplificarea termenilor genetici, putem afirma că o alelă este fiecare dintre variațiile pe care le poate prezenta aceeași genă. Un exemplu clasic în acest sens îl reprezintă semințele de mazăre folosite de Mendel pentru a explica segregarea genetică între generații. O alelă dominantă „A” poate codifica o culoare verde de sămânță, în timp ce o alelă recesivă „a” codifică o culoare galbenă.

Deoarece majoritatea animalelor sunt ființe diploide (care au două seturi de cromozomi omologi în nucleul lor), fiecare dintre cele două alele codatoare a unui personaj va veni de la tată și respectiv mamă, motiv pentru care posibilele variații în acest caz ar fi următoarele: AA, Aa și aa. Astfel, dacă înțelegem că un individ moștenește două alele pentru fiecare genă, va veni fenotipul său (caracteristicile externe) codificate direct de genotipul lor (combinații alelice din genomul lor), care este moștenit ca o combinație a celor de Părinții lui.

În al doilea rând, termenul „populație” trebuie explorat puțin în domeniul biologiei, deoarece deriva genetică acționează asupra populațiilor și nu asupra speciei în sine. O specie este un concept „închis”, deoarece nu poate face schimb de gene cu alte entități diferite. Pe de altă parte, o populație este concepută ca un compartiment „deschis”, întrucât pot intra diferiți membri ai altor membri. populații, dar din aceeași specie și se reproduc între ele, eveniment care va avea o importanță vitală pe linii mai tarziu. Odată ce am stabilit ambii termeni în mod general, suntem pregătiți să înțelegem fundamentul derivei genetice.

• S-ar putea să vă intereseze: „Speciație: ce este și cum se dezvoltă în evoluția biologică”

Fundamentarea teoretică a derivei

Este timpul să ne ținem de scaun, deoarece curbele și termenii devin puțin complexi de explicat. Deviere genetică este determinată de varianța frecvenței alelice, adică de variabilitatea caracterelor față de medie. Astfel, putem calcula această forță evolutivă folosind următoarea formulă:

• sp2 corespunde varianței frecvențelor alelice ale populațiilor, adică derivării genetice în sine.
• p și q sunt frecvențele alele a două populații pentru un personaj.
• N este numărul de indivizi din fiecare dintre cele două populații.

Desigur, fiecare dintre acești parametri este obținut prin formule complexe, deci nu ne vom concentra mai mult pe fundamentarea matematică a acestei forțe evolutive. Dacă o idee trebuie să fie clară după citirea acestor rânduri, aceasta este următoarea: cu cât dimensiunea populației este mai mică, cu atât va avea mai multă putere derivată genetică asupra membrilor săi.

Mărimea efectivă a populației

Am introdus un termen cheie în paragraful anterior: dimensiunea populației. Adevărul este că, luând în considerare amploarea derivei genetice, oamenii de știință nu merită să numere doar indivizii dintr-o populație. În aceste cazuri numărul animalelor care se reproduc în interiorul acestuia trebuie să fie cuantificat în mod fiabil.

Un exemplu foarte clar al diferenței dintre populația totală și dimensiunea efectivă a populației este studiile demografice amfibiene. O populație de broaște comune, de exemplu, poate fi alcătuită din 120 de membri. Dacă apelăm la analiza genetică, putem observa că, cu siguranță, doar aproximativ 40 de adulți în total se reproduc anual, lăsând un număr maxim de descendenți. Astfel, dimensiunea efectivă a populației (Ne) care ar suferi efectele derivării ar fi de 40, nu de 120.

Efectele derivei genetice

Deriva genetică are mai multe efecte asupra populațiilor de ființe vii, dar le putem împărți în două blocuri mari:

• Produce o schimbare a frecvențelor alelelor în cadrul populației. Acest lucru poate însemna că acestea cresc sau scad, deoarece este o chestiune de pură șansă.
• Reduce variația genetică pe termen lung a populațiilor.

Acest ultim punct are o importanță esențială, deoarece deriva genetică scade variabilitatea, ceea ce se traduce în cele din urmă într-o vulnerabilitate mai mare a populației la schimbările de mediu. Să luăm un exemplu practic.

Dacă avem într-o populație fictivă de 10 păsări, 8 roșii și 2 galbene, este firesc să credem că, din pură întâmplare, este mai probabil decât în generația următoare, membrii roșii par mai reprezentați (pentru că dacă din cele 10 sunt reproduse doar 3, există posibilitatea ca toate cele 3 să fie colorate Roșu). În prima generație, frecvența alelică a caracterului roșu „p” ar fi de 0,8, în timp ce caracterul galben „q” ar avea o frecvență de 0,2.

Dacă doar 3 masculi și femele de culoare roșie se reproduc într-un eveniment, teoretic alela q ar putea dispărea în generația următoare, deci p = 1 și q = 0, toți descendenții fiind roșii (caracterul p ar fi fost a stabilit). Acesta este efectul real al derivei genetice, care întâmplător, produce o fixare a celor mai distribuite personaje din populație și ajunge să le arunce pe cele mai unice.

Mântuirea populațiilor

Din fericire, avem o forță care evită în mare măsură această selecție aleatorie: selecția naturală. În acest caz, ne confruntăm cu un motor evolutiv care nu corespunde deloc proceselor aleatorii și stochastice, deoarece caracteristicile fiecărui individ pot determina supraviețuirea, reproducerea și reprezentarea lor în generațiile viitoare.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că exemplul citat mai sus este destul de șchiopătat din cauza reducționismului autoimpus, deoarece în mod clar multe caractere morfologice sunt codificate de mai multe gene (cum ar fi culoarea ochilor, pentru exemplu). Mai mult, într-o populație de 1000 de indivizi decât 10, este clar că dispariția unei alele este mult mai complexă decât „ștergerea” acesteia într-o singură generație.

Pe de altă parte, fluxul genetic este un alt concept cheie care evită efectele derivei genetice. O alelă ar putea fi fixată într-o populație în timp, dar dacă apar noi membri cu alele și reproduce cu indivizii populației inițiale, o variabilitate genetică reînnoită este introdusă în cele ce urmează generații.

În cele din urmă, este necesar să se limiteze acest lucru mutațiile apar aleatoriu în viețuitoarele. Astfel, pot apărea variații în ADN care codifică noi alele, motiv pentru care (la mai puțin teoretic) într-o populație închisă, personaje noi pot continua să apară într-o sporadic.

Relua

După cum am văzut, deriva genetică este principalul motor evolutiv al ființelor vii alături de selecția naturală, dar diferă de acesta din urmă datorită naturii sale întâmplătoare și aleatorii. Din punct de vedere pur teoretic, dacă nu au existat evenimente cum ar fi fluxul de gene, apariția mutațiilor sau selecția naturală, toate populațiile ar ajunge să aibă o singură alelă pentru fiecare genă, chiar dacă ar fi nevoie de multe generații.

Acest lucru, în mod firesc, se traduce printr-o variabilitate genetică mai redusă, ceea ce înseamnă un răspuns mai slab la nivel de populație și individual la schimbări și inclemența mediului. Astfel, deriva genetică este contracarată de viața însăși, deoarece, desigur, are un caracter clar dăunător.

Referințe bibliografice:

• Deriva genetică, khanacademy.org. Luat pe 23 octombrie la 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% 20altele% 20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A. și Souza, V. (2010). Fluxul de gene, diferențierea și structura genetică a populațiilor, cu exemple la speciile de plante mexicane. Laboratorul de Evoluție Moleculară și Experimentală, Departamentul de Ecologie Evolutivă, Institutul de Ecologie, Universitatea Națională Autonomă din Mexic, 1-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Biologie evolutivă (Vol. 2). 2. ed. Ribeirão Preto: SBG.