Deriva genética: causas, efeitos, exemplos

A deriva genética ou gene é um mecanismo estocástico evolutiva que faz com que as flutuações ou variações puramente aleatória das frequências alélicas na população.

A seleção natural de Charles Darwin e a deriva genética são os dois processos mais importantes envolvidos na mudança evolutiva das populações.Diferentemente da seleção natural, considerada um processo determinístico e não aleatório, a deriva genética é um processo evidenciado como flutuações aleatórias das frequências alélicas na população ou haplótipos.

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Fonte: Anjile [domínio público], do Wikimedia Commons

A deriva genética leva à evolução não adaptativa. De fato, a seleção natural – e não a deriva genética – é o único mecanismo usado para explicar todas as adaptações de organismos em diferentes níveis (anatômico, fisiológico ou etológico).

Isso não significa que a deriva genética não seja importante. Uma das conseqüências mais marcantes desse fenômeno é observada no nível molecular, entre as diferenças na sequência do DNA e das proteínas.

História

A teoria da deriva genética foi desenvolvida no início da década de 1930 por um importante biólogo e geneticista chamado Sewal Wright.

Da mesma forma, as contribuições de Motoo Kimura foram excepcionais neste campo. Este pesquisador liderou a teoria neutra da evolução molecular, na qual afirma que os efeitos da deriva genética têm uma importante contribuição para a evolução no nível das seqüências de DNA.

Esses autores desenvolveram modelos matemáticos para entender como a deriva genética atua em populações biológicas.

Causas

As causas da deriva genética são fenômenos estocásticos – isto é, aleatórios. À luz da genética populacional, a evolução é definida como uma variação no tempo nas frequências alélicas da população. O desvio se traduz em uma mudança dessas frequências para eventos aleatórios chamados “erros de amostragem”.

A deriva genética é considerada um erro de amostragem. Os genes incluídos em cada geração são uma amostra dos genes que carregam a geração anterior.

Qualquer amostra está sujeita a erro de amostragem. Ou seja, a proporção dos diferentes itens que encontramos em uma amostra está sujeita a alterações por puro acaso.

Imagine que temos uma sacola com 50 fichas brancas e 50 fichas pretas. Se pegarmos dez deles, talvez por puro acaso tenhamos 4 brancos e 6 pretos; ou 7 brancos e 3 pretos. Existe uma discrepância entre os valores teoricamente esperados (5 e 5 de cada cor) e os obtidos experimentalmente.

Efeitos

Os efeitos da deriva genética são evidenciados como alterações aleatórias nas frequências alélicas de uma população. Como mencionado, isso ocorre quando não há relação entre a característica que varia e a adequação. Com o passar do tempo, os alelos acabarão consertando ou perdendo a população.

Na biologia evolutiva, o termo aptidão é amplamente usado e refere-se à capacidade de um organismo de se reproduzir e sobreviver. O parâmetro varia entre 0 e 1.

Assim, a característica que varia por deriva não está relacionada à reprodução e sobrevivência do indivíduo.

A perda de alelos leva ao segundo efeito da deriva genética: a perda de heterozigosidade na população. A variação em um determinado locus diminuirá e, eventualmente, será perdida.

Como calculamos a probabilidade de um alelo ser perdido ou corrigido?

A probabilidade de um alelo é fixa na população é igual à sua frequência no momento em que é estudado. A frequência de fixação do alelo alternativo será 1 – p. Onde p é igual à frequência alélica.

Essa frequência não é afetada pelo histórico anterior da alteração nas frequências alélicas, portanto, não é possível fazer previsões com base no passado.

Se , no entanto, a mutação do alelo surgiu para fixar a sua probabilidade é p = 1/2 N . Onde N é o número da população. Esta é a razão pela qual novos alelos que aparecem por mutação são mais fáceis de corrigir em pequenas populações.

O leitor deve raciocinar como isso afetaria o valor de p quando o denominador for menor. Logicamente, a probabilidade aumentaria.

Assim, os efeitos da deriva genética prosseguem mais rapidamente em pequenas populações. Em uma população diplóide (dois conjuntos de cromossomos, como nós humanos), a fixação de novos alelos ocorre, em média, a cada 4 N gerações. O tempo aumenta proporcionalmente com o aumento da população N.

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Fonte: Professor marginalia [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], da Wikimedia Commons

Número efetivo da população

O N que aparece nas equações anteriores não se refere a um valor idêntico ao número de indivíduos da população. Ou seja, não é equivalente ao censo de organismos.

Na genética populacional, é usado o parâmetro “número efetivo da população” ( Ne ), que geralmente é menor que todos os indivíduos.

Por exemplo, em algumas populações com uma estrutura social dominada por apenas alguns homens, o número efetivo da população é muito baixo, uma vez que os genes desses homens dominantes contribuem desproporcionalmente – se os compararmos com o restante dos homens.

Por esse motivo, a velocidade com que o desvio genético atua (e a velocidade com a qual a heterozigosidade é perdida) será maior que o esperado se fizermos um censo, uma vez que a população é menor do que parece.

Se em uma população hipotética temos 20.000 indivíduos, mas apenas 2.000 são reproduzidos, o número efetivo da população diminui. E esse fenômeno no qual nem todos os organismos ocorrem na população é amplamente distribuído nas populações naturais.

Gargalos e efeito fundador

Como mencionamos (e demonstramos matematicamente), a deriva ocorre em pequenas populações. Onde alelos que não são tão freqüentes têm uma chance maior de se perder.

Esse fenômeno é comum depois que a população experimenta um evento chamado “gargalo”. Isso ocorre quando um número significativo de membros da população é eliminado por algum tipo de evento imprevisto ou catastrófico (por exemplo, uma tempestade ou uma avalanche).

O efeito imediato pode ser uma redução na diversidade genética da população, diminuindo o tamanho da piscina gene ou conjunto de genes .

Um caso particular de gargalo é o efeito fundador, em que um pequeno número de indivíduos é separado da população inicial e desenvolvido isoladamente. Nos exemplos que discutiremos mais adiante, veremos quais são as consequências desse fenômeno.

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Fonte: Anjile [domínio público], do Wikimedia Commons

Efeito nível de DNA: teoria neutra da evolução molecular

A teoria neutra da evolução molecular foi proposta por Motoo Kimura. Antes das idéias desse pesquisador, Lewontin & Hubby já haviam descoberto que uma proporção tão alta de variações no nível da enzima não podia manter ativamente todos esses polimorfismos (variações).

Kimura concluiu que essas alterações nos aminoácidos poderiam ser explicadas por desvios e mutações genéticas. Ele conclui que, no nível do DNA e das proteínas, os mecanismos de desvio de genes desempenham um papel fundamental.

O termo neutro refere-se ao fato de que a maioria das substituições de bases que conseguem ser fixas (atingem uma frequência de 1) é neutra em relação à adequação. Portanto, essas variações que ocorrem por deriva não têm significado adaptativo.

Por que existem mutações neutras?

Existem mutações que não afetam o fenótipo do indivíduo. Todas as informações para construir e desenvolver um novo organismo são criptografadas no DNA. Esse código é decifrado pelos ribossomos no processo de tradução.

O código genético é lido em “trigêmeos” (conjunto de três letras) e a cada três letras codifica um aminoácido. No entanto, o código genético é degenerado, indicando que há mais de um códon que codifica o mesmo aminoácido. Por exemplo, os códons CCU, CCC, CCA e CCG codificam todos os aminoácidos prolina.

Portanto, se na sequência da CCU mudar para CCG, o produto de tradução será prolina e não haverá alterações na sequência da proteína.

Da mesma forma, a mutação pode mudar para um aminoácido cujas propriedades químicas não variam muito. Por exemplo, se uma mudança de alanina para valina pode afectar a funcionalidade da proteína é imperceptível.

Observe que isso não é válido em todos os casos, se a alteração ocorrer em uma porção da proteína indispensável para sua funcionalidade – como o local ativo das enzimas – o efeito no condicionamento físico pode ser muito significativo.

Exemplos

Exemplo hipotético: caracóis e vacas

Imagine um prado onde caracóis e vacas coexistem. Na população de caracóis, podemos distinguir duas cores: uma casca preta e uma casca amarela. Um fator decisivo na mortalidade de caracóis é o passo das vacas.

No entanto, observe que, se um caracol é pisado, ele não depende da cor de sua concha, pois é um evento aleatório. Neste exemplo hipotético, a população de caracóis começa com a mesma proporção de cores (50 pretos e 50 amarelos). No caso de vacas eliminar 6 pretos e apenas 2 amarelos, a proporção de cores mudaria.

Da mesma forma, no evento a seguir, os amarelos podem morrer em maior proporção, uma vez que não há relação entre a cor e a probabilidade de ser esmagado (no entanto, não há efeito “compensador”).

Como a proporção de caracóis varia ao longo do tempo?

Durante esse processo aleatório, as proporções de conchas pretas e amarelas flutuam ao longo do tempo. Eventualmente, uma das conchas atingirá um dos dois limites: 0 ou 1.

Quando a frequência atingida é 1 – suponha que o alelo da casca amarela – todos os caracóis sejam desta cor. E, como podemos intuir, o alelo da casca preta será perdido.

A única maneira de obter esse alelo novamente é a população entrar por migração ou por mutação.

Deriva de genes em ação: os Cheetahs

O fenômeno da deriva genética pode ser observado em populações naturais, e o exemplo mais extremo é o dos chitas. Estes felinos rápidos e estilizados pertencem à espécie Acinonyx jubatus .

Cerca de 10.000 anos atrás, os chitas – e outras grandes populações de mamíferos – experimentaram um evento extremo de extinção. Este evento causou um “gargalo” na cidade de Cheetahs, onde apenas alguns indivíduos sobreviveram.

Os sobreviventes do fenômeno catastrófico do Pleistoceno deram origem a todos os chitas de hoje. Os efeitos da deriva, juntamente com a consanguinidade, homogeneizaram a população quase completamente.

De fato, o sistema imunológico desses animais é praticamente idêntico em todos os indivíduos. Se, por qualquer motivo, algum dos membros necessitar de uma doação de um órgão, qualquer um de seus parceiros poderá fazê-lo sem nenhuma probabilidade de rejeição.

As doações são procedimentos que são realizados com cuidado e é necessário suprimir o sistema imunológico do destinatário para que ele não ataque o “agente externo”, mesmo que seja de um parente muito próximo – chame-o de irmão ou filho.

Exemplo em populações humanas: os Amish

Gargalos e o efeito fundador também ocorrem nas populações atuais de seres humanos e têm consequências muito relevantes no campo da medicina.

Os Amish são um grupo religioso. Eles são caracterizados por um estilo de vida simples, livre de tecnologia e outros confortos atuais – além de transportar uma frequência extremamente alta de doenças e patologias genéticas.

Cerca de 200 colonos chegaram à Pensilvânia (EUA), da Europa, e começaram a se reproduzir entre os mesmos membros.

Especula-se que entre os colonizadores havia portadores de doenças genéticas autossômicas recessivas, incluindo a síndrome de Ellis-van Creveld. Essa síndrome é caracterizada por traços de nanismo e polidactilia (alto número de dedos, maior que cinco dígitos).

A doença estava na população inicial com uma frequência de 0,001 e aumentou significativamente para 0,07.

Referências

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologia: ciência e natureza . Pearson Education.
  2. Curtis, H. & Schnek, A. (2006). Convite para Biologia . Pan-American Medical Ed.
  3. Freeman, S. e Herron, JC (2002). análise evolutiva . Prentice Hall.
  4. Futuyma, DJ (2005). Evolução Sinauer
  5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC e Garrison, C. (2001). Princípios integrados de zoologia (Vol. 15). Nova York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolução e diversidade da vida: ensaios selecionados . Harvard University Press.
  7. Rice, S. (2007). Enciclopédia da Evolução . Fatos no arquivo.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologia: a ciência dinâmica. Nelson Educação
  9. Soler, M. (2002). Evolução: a base da biologia . Projeto Sul

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