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1.4.6.6: Variación genética y deriva - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  • Describe los diferentes tipos de variación en una población.

Los individuos de una población a menudo muestran diferentes fenotipos o expresan diferentes alelos de un gen en particular, lo que se conoce como polimorfismos. Las poblaciones con dos o más variaciones de características particulares se denominan polimórficas. La distribución de fenotipos entre los individuos, conocida como variación de la población, está influenciada por una serie de factores, incluida la estructura genética de la población y el medio ambiente (Figura 1). Comprender las fuentes de una variación fenotípica en una población es importante para determinar cómo evolucionará una población en respuesta a diferentes presiones evolutivas.

Varianza genética

La selección natural y algunas de las otras fuerzas evolutivas solo pueden actuar sobre rasgos hereditarios, es decir, el código genético de un organismo. Debido a que los alelos se transmiten de padres a hijos, se pueden seleccionar aquellos que confieren rasgos o comportamientos beneficiosos, mientras que los alelos deletéreos se pueden seleccionar en contra. Los rasgos adquiridos, en su mayor parte, no son heredables. Por ejemplo, si un atleta se ejercita en el gimnasio todos los días, aumentando la fuerza muscular, la descendencia del atleta no necesariamente crecerá para convertirse en fisicoculturista. Si existe una base genética para la capacidad de correr rápido, por otro lado, esto puede transmitirse a un niño.

Antes de que la evolución darwiniana se convirtiera en la teoría predominante del campo, el naturalista francés Jean-Baptiste Lamarck teorizó que los rasgos adquiridos podrían, de hecho, ser heredados; Si bien esta hipótesis no ha sido respaldada en gran medida, los científicos han comenzado recientemente a darse cuenta de que Lamarck no estaba completamente equivocado. Visite este sitio para obtener más información.

Heredabilidad es la fracción de variación fenotípica que puede atribuirse a diferencias genéticas, o varianza genética, entre los individuos de una población. Cuanto mayor es la heredabilidad de la variación fenotípica de una población, más susceptible es a las fuerzas evolutivas que actúan sobre la variación hereditaria.

La diversidad de alelos y genotipos dentro de una población se llama varianza genética. Cuando los científicos participan en la cría de una especie, como con animales en zoológicos y reservas naturales, intentan aumentar la variación genética de una población para preservar la mayor cantidad posible de diversidad fenotípica. Esto también ayuda a reducir los riesgos asociados con endogamia, el apareamiento de individuos estrechamente relacionados, que puede tener el efecto indeseable de unir mutaciones recesivas deletéreas que pueden causar anomalías y susceptibilidad a enfermedades. Por ejemplo, una enfermedad causada por un alelo recesivo raro puede existir en una población, pero solo se manifestará cuando un individuo sea portador de dos copias del alelo. Debido a que el alelo es raro en una población normal y sana con un hábitat sin restricciones, la probabilidad de que dos portadores se apareen es baja e incluso entonces, solo el 25 por ciento de su descendencia heredará el alelo de la enfermedad de ambos padres. Si bien es probable que suceda en algún momento, no sucederá con la frecuencia suficiente para que la selección natural pueda eliminar rápidamente el alelo de la población y, como resultado, el alelo se mantendrá en niveles bajos en el acervo genético. Sin embargo, si una familia de portadores comienza a cruzarse entre sí, esto aumentará drásticamente la probabilidad de que dos portadores se apareen y eventualmente produzcan descendencia enferma, un fenómeno conocido como depresión endogámica.

Los cambios en las frecuencias alélicas que se identifican en una población pueden arrojar luz sobre cómo está evolucionando. Además de la selección natural, hay otras fuerzas evolutivas que podrían estar en juego: deriva genética, flujo de genes, mutación, apareamiento no aleatorio y variaciones ambientales.

Deriva genética

La teoría de la selección natural se deriva de la observación de que algunos individuos de una población tienen más probabilidades de sobrevivir más tiempo y tener más descendencia que otros; por lo tanto, transmitirán más genes a la siguiente generación. Un gorila macho grande y poderoso, por ejemplo, tiene muchas más probabilidades que uno más pequeño y débil de convertirse en el lomo plateado de la población, el líder de la manada que se aparea mucho más que los otros machos del grupo. El líder de la manada engendrará más descendientes, que comparten la mitad de sus genes, y es probable que también crezcan más y sean más fuertes como su padre. Con el tiempo, los genes de mayor tamaño aumentarán en frecuencia en la población y, como resultado, la población crecerá más en promedio. Es decir, esto ocurriría si este particular presión de selección, o fuerza selectiva impulsora, eran los únicos que actuaban sobre la población. En otros ejemplos, un mejor camuflaje o una mayor resistencia a la sequía podrían representar una presión de selección.

Otra forma en que pueden cambiar las frecuencias de alelos y genotipos de una población es deriva genética (Figura 2), que es simplemente el efecto del azar. Por casualidad, algunos individuos tendrán más descendencia que otros, no debido a una ventaja conferida por algún rasgo codificado genéticamente, sino simplemente porque un macho estaba en el lugar correcto en el momento correcto (cuando la hembra receptiva pasó caminando) o porque el otro estaba en el lugar equivocado en el momento equivocado (cuando un zorro estaba cazando).

Figura 2. Haga clic para ver una imagen más grande. La deriva genética en una población puede llevar a la eliminación de un alelo de una población por casualidad. En este ejemplo, conejos con el alelo del color del pelaje marrón (B) son dominantes sobre los conejos con el alelo del color de la bata blanca (B). En la primera generación, los dos alelos ocurren con la misma frecuencia en la población, lo que da como resultado valores pyq de 0,5. Solo la mitad de los individuos se reproducen, lo que resulta en una segunda generación con valores pyq de .7 y .3, respectivamente. Solo dos individuos de la segunda generación se reproducen y, por casualidad, estos individuos son homocigotos dominantes para el color del pelaje marrón. Como resultado, en la tercera generación se pierde el alelo b recesivo.

Pregunta de práctica

¿Crees que la deriva genética se produciría más rápidamente en una isla o en tierra firme?

[filas del área de práctica = ”2 ″] [/ área de práctica]
[revel-answer q = ”949142 ″] Mostrar respuesta [/ revel-answer]
[hidden-answer a = ”949142 ″] Es probable que la deriva genética ocurra más rápidamente en una isla donde se espera que ocurran poblaciones más pequeñas. [/ hidden-answer]

Las poblaciones pequeñas son más susceptibles a las fuerzas de la deriva genética. Las poblaciones grandes, por otro lado, están protegidas contra los efectos del azar. Si un individuo de una población de 10 individuos muere a una edad temprana antes de dejar descendencia a la siguiente generación, todos sus genes, una décima parte del acervo genético de la población, se perderán repentinamente. En una población de 100, eso es solo el 1 por ciento del acervo genético general; por lo tanto, tiene un impacto mucho menor en la estructura genética de la población.

Vea esta animación de muestreo aleatorio y deriva genética en acción:

Efecto de cuello de botella

La deriva genética también puede verse magnificada por eventos naturales, como un desastre natural que mata, al azar, a una gran parte de la población. Conocido como el efecto de cuello de botella, da como resultado que una gran parte del genoma se borre repentinamente (Figura 3). De una sola vez, la estructura genética de los supervivientes se convierte en la estructura genética de toda la población, que puede ser muy diferente de la población anterior al desastre.

Efecto fundador

Otro escenario en el que las poblaciones pueden experimentar una fuerte influencia de la deriva genética es si una parte de la población se va para comenzar una nueva población en una nueva ubicación o si una población se divide por una barrera física de algún tipo. En esta situación, es poco probable que esos individuos sean representativos de toda la población, lo que da como resultado el efecto fundador. El efecto fundador ocurre cuando la estructura genética cambia para coincidir con la de los padres y madres fundadores de la nueva población. Se cree que el efecto fundador fue un factor clave en la historia genética de la población afrikaner de colonos holandeses en Sudáfrica, como lo demuestran las mutaciones que son comunes en los afrikaners pero raras en la mayoría de las otras poblaciones. Esto probablemente se deba al hecho de que una proporción mayor de lo normal de los colonos fundadores portaban estas mutaciones. Como resultado, la población expresa una incidencia inusualmente alta de la enfermedad de Huntington (EH) y la anemia de Fanconi (FA), un trastorno genético conocido por causar anomalías congénitas y de la médula sanguínea, incluso cáncer.

Mire este breve video para obtener más información sobre el fundador y los efectos de cuello de botella. Tenga en cuenta que el video no tiene audio.

Se ha excluido un elemento de YouTube de esta versión del texto. Puede verlo en línea aquí: pb.libretexts.org/bionm2/?p=120

Prueba del efecto cuello de botella

Pregunta: ¿Cómo afectan los desastres naturales a la estructura genética de una población?

Fondo: Cuando gran parte de una población es aniquilada repentinamente por un terremoto o un huracán, los individuos que sobreviven al evento suelen ser una muestra aleatoria del grupo original. Como resultado, la composición genética de la población puede cambiar drásticamente. Este fenómeno se conoce como efecto de cuello de botella.

Hipótesis: Los desastres naturales repetidos producirán diferentes estructuras genéticas de población; por lo tanto, cada vez que se ejecute este experimento, los resultados variarán.

Prueba la hipótesis: Cuente la población original usando cuentas de diferentes colores. Por ejemplo, las cuentas rojas, azules y amarillas pueden representar individuos rojos, azules y amarillos. Después de registrar el número de cada individuo en la población original, colóquelos a todos en una botella con un cuello estrecho que solo permitirá que salgan unas pocas cuentas a la vez. Luego, vierte 1/3 del contenido de la botella en un tazón. Esto representa a las personas sobrevivientes después de que un desastre natural mata a la mayoría de la población. Cuente el número de cuentas de diferentes colores en el recipiente y anótelo. Luego, vuelva a colocar todas las cuentas en la botella y repita el experimento cuatro veces más.

Analiza los datos: Compare las cinco poblaciones que resultaron del experimento. ¿Todas las poblaciones contienen el mismo número de cuentas de diferentes colores o varían? Recuerde, todas estas poblaciones provienen de la misma población de padres.

Forme una conclusión: Lo más probable es que las cinco poblaciones resultantes difieran dramáticamente. Esto se debe a que los desastres naturales no son selectivos: matan y perdonan a las personas al azar. Ahora piense en cómo esto podría afectar a una población real. ¿Qué sucede cuando un huracán golpea la costa del golfo de Mississippi? ¿Cómo les va a las aves marinas que viven en la playa?

Flujo de genes

Otra fuerza evolutiva importante es flujo de genes: el flujo de alelos dentro y fuera de una población debido a la migración de individuos o gametos (Figura 4). Si bien algunas poblaciones son bastante estables, otras experimentan más cambios. Muchas plantas, por ejemplo, envían su polen a todas partes, por el viento o por las aves, para polinizar otras poblaciones de la misma especie a cierta distancia. Incluso una población que inicialmente puede parecer estable, como una manada de leones, puede experimentar su parte justa de inmigración y emigración cuando los machos en desarrollo dejan a sus madres para buscar una nueva manada con hembras no emparentadas genéticamente. Este flujo variable de individuos dentro y fuera del grupo no solo cambia la estructura genética de la población, sino que también puede introducir una nueva variación genética en poblaciones en diferentes ubicaciones geológicas y hábitats.

Mutación

Las mutaciones son cambios en el ADN de un organismo y son un importante impulsor de la diversidad en las poblaciones. Las especies evolucionan debido a la acumulación de mutaciones que ocurren con el tiempo. La aparición de nuevas mutaciones es la forma más común de introducir una nueva variación genotípica y fenotípica. Algunas mutaciones son desfavorables o dañinas y se eliminan rápidamente de la población por selección natural. Otros son beneficiosos y se esparcirán por la población. El hecho de que una mutación sea beneficiosa o dañina depende de si ayuda a un organismo a sobrevivir hasta la madurez sexual y reproducirse. Algunas mutaciones no hacen nada y pueden permanecer, sin verse afectadas por la selección natural, en el genoma. Algunos pueden tener un efecto dramático sobre un gen y el fenotipo resultante.

Apareamiento no aleatorio

Si los individuos se aparean de forma no aleatoria con sus compañeros, el resultado puede ser una población cambiante. Hay muchas razones apareamiento no aleatorio ocurre. Una razón es la simple elección de pareja; por ejemplo, las pavas hembras pueden preferir pavos reales con colas más grandes y brillantes. Los rasgos que conducen a más apareamientos para un individuo son seleccionados por selección natural. Una forma común de elección de pareja, llamada Emparejamiento selectivo, es la preferencia de un individuo por aparearse con parejas que son fenotípicamente similares a ellos.

Otra causa de apareamiento no aleatorio es la ubicación física. Esto es especialmente cierto en poblaciones grandes distribuidas en grandes distancias geográficas donde no todos los individuos tendrán el mismo acceso entre sí. Algunos pueden estar a millas de distancia a través de bosques o sobre terreno accidentado, mientras que otros pueden vivir inmediatamente cerca.

Varianza ambiental

Los genes no son los únicos actores involucrados en la determinación de la variación de la población. Los fenotipos también están influenciados por otros factores, como el medio ambiente (Figura 5). Es probable que un bañista tenga la piel más oscura que un habitante de la ciudad, por ejemplo, debido a la exposición regular al sol, un factor ambiental. Algunas características importantes, como el sexo, están determinadas por el entorno de algunas especies. Por ejemplo, algunas tortugas y otros reptiles tienen una determinación del sexo dependiente de la temperatura (TSD). TSD significa que los individuos se convierten en machos si sus huevos se incuban dentro de un cierto rango de temperatura, o las hembras en un rango de temperatura diferente.

La separación geográfica entre poblaciones puede dar lugar a diferencias en la variación fenotípica entre esas poblaciones. Tal variación geográfica se observa en la mayoría de las poblaciones y puede ser significativo. Un tipo de variación geográfica, llamado cline, puede verse como las poblaciones de una especie determinada varían gradualmente a lo largo de un gradiente ecológico. Las especies de animales de sangre caliente, por ejemplo, tienden a tener cuerpos más grandes en los climas más fríos más cercanos a los polos de la tierra, lo que les permite conservar mejor el calor. Esto se considera un cline latitudinal. Alternativamente, las plantas con flores tienden a florecer en diferentes momentos dependiendo de dónde se encuentren a lo largo de la ladera de una montaña, lo que se conoce como cline altitudinal.

Si hay un flujo de genes entre las poblaciones, es probable que los individuos muestren diferencias graduales en el fenotipo a lo largo de la línea. El flujo de genes restringido, por otro lado, puede conducir a diferencias abruptas, incluso a la especiación.


Ver el vídeo: Genetics of Copy Number Variants (Agosto 2022).