Deriva genética

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A deriva genética ou deriva alélica, conceito relacionado ao campo da genética de populações, é a mudança na freqüência de um gene variante (alelo) em uma população devido à amostragem aleatória.[1] Em outra definição, a deriva genética é o estabelecimento de certos alelos devido à amostragem aleatória do pool genético.[2] Dobzhansky definiu deriva genética como "flutuações aleatórias de freqüências gênicas em populações pequenas de forma eficaz".[3] A deriva genética refere-se à diminuição na variabilidade genética e na heterozigosidade ao longo do tempo. A freqüência de um alelo em uma população é a fração das cópias de um gene que compartilham uma forma particular. Os alelos que são transmitidos aos descendentes são uma amostra do conjunto de alelos dos pais, e diversos fatores aleatórios influenciam se um determinado indivíduo irá sobreviver e se reproduzir. A deriva genética pode causar o desaparecimento de variantes genéticas completamente e, assim, reduzir a variação genética. Em populações estáveis​​, a deriva genética faz com que a variação genética diminua significativamente mais rápido do que a mutação possa adicionar novas variações. A deriva genética é um processo genético estocástico ou aleatório.[4]


Analogia com bolas de gude em uma jarra

O processo de deriva genética pode ser ilustrado utilizando 15 bolas de gude em uma jarra para representar uma população de 15 organismos. Considere essa jarra de bolinhas de gude como a população de partida. Um terço das bolinhas no frasco são vermelhas, outro terço são amarelas e mais outro terço são azuis, correspondendo a três diferentes alelos de um gene na população.

Em cada nova geração os organismos se reproduzem de forma aleatória. Para representar essa reprodução, selecione aleatoriamente uma bola de gude do frasco original e deposite uma bola de gude nova com a mesma cor que a do seu "pai" no frasco que conterá a nova geração. (A bola de gude selecionada permanece no frasco original). Repita esse processo até obter 15 bolas de gude novas no segundo frasco. A segunda jarra contém então uma segunda geração de "filhos", constituída por 15 bolas de várias cores. A menos que o segundo frasco contenha exatamente cinco bolas de cada cor (vermelho, amarelo e azul), uma mudança aleatória ocorreu nas frequências alélicas.

Repita esse processo um número de vezes, aleatoriamente reproduzindo cada geração de bolinhas para formar a seguinte. O número de bolas vermelhas, amarelas e azuis escolhidas flutua a cada geração: às vezes mais vermelhas, às vezes mais amarelas, às vezes mais azuis. Essa flutuação é a deriva genética - uma alteração na frequência dos alelos da população resultante de variação aleatória na distribuição de alelos de uma geração para a próxima.

É até mesmo possível que, em qualquer geração nenhuma bolinha de uma cor particular, seja escolhida, o que significa que elas não têm descendência. Neste exemplo, se não houver bolinhas vermelhas selecionadas, o frasco que representa a nova geração contém apenas proles azul e amarela. Se isso acontecer, o alelo vermelho foi perdido permanentemente na população. Se as bolinhas amarelas posteriormente se perderem, os alelos restantes azuis se tornarão fixados: todas as gerações futuras serão totalmente azuis. Em pequenas populações, a fixação pode ocorrer em apenas algumas gerações. A taxa de mudança da frequência gênica por deriva genética depende do tamanho da população e os efeitos aleatórios de amostragem são mais importantes em pópulações pequenas.[5] Quanto menor o tamanho da população, maiores são as variações aleatórias nas frequências de genes, e também, menos eficazes se tornam pressões fracas de seleção.[6]

Exemplo ilustrativo de redução da variação genética por deriva genética.

Heterozigosidade e homozigosidade

Heterozigosidade é o grau em que um indivíduo ou população tem diferentes genes no mesmo locus. Por exemplo, um indivíduo com dois genes para olhos azuis é homozigoto, enquanto um indivíduo com um gene para olhos azuis e um gene para olhos castanhos é heterozigoto.

Heterozigocidade é importante para a sobrevivência de uma população, porque as populações heterozigotas exibem uma variação muito maior. Para um exemplo simples, se ambos os pais têm um gene de olhos azuis e um gene de olhos castanhos, então, em média:

  • 1/4 das crianças terão dois genes de olhos azuis;
  • 1/2 das crianças terão um gene para olhos castanhos e um gene para olhos azuis;
  • 1/4 das crianças terão dois genes de olhos castanhos.

No entanto, se ambos os pais têm dois genes para olhos castanhos, então todos os seus filhos vão ter todos os olhos castanhos, e não haverá variação.

Embora a cor dos olhos não seja uma característica relevante para a sobrevivência, muitas outras são. Por exemplo, a pele clara é melhor adaptado para áreas com menor luz do sol, porque produz mais vitamina D com menos luz, e há menos necessidade de proteger a pele dos danos do sol. A pele negra se adapta melhor às áreas com mais sol, pois oferece maior proteção contra o sol, e há menos necessidade de produção de vitamina D.

Uma população que é heterozigota para a cor da pele, portanto, vai variar muito no tom da pele, portanto, capaz de se adaptar a diferentes ambientes em que as cores de pele diferentes são apropriadas. A população heterozigótica pode se espalhar tanto para climas do norte quanto do sul, e tem diversidade genética nativa para crescer e prosperar lá.

No entanto, assim como com a cor dos olhos descrita acima, uma população que é homozigota para cor da pele não irá variar muito. Assim, aqueles com pele clara vão estar em desvantagem em climas do sul por causa dos danos causados ​​pelo sol, e as populações não serão capazes de se adaptar. Da mesma forma, aqueles com pele escura vão estar em desvantagem em climas do norte, porque não vão ter quantidade suficiente de vitamina D do sol, e a população não será capaz de se adaptar.

Assim, heterozigocidade é um elemento muito importante para a sobrevivência de uma espécie. Quanto menos heterozigosidade, menos uma população é capaz de se adaptar. Quanto menos uma população é capaz de se adaptar, mais vulnerável ela é às condições de mudança. Quanto mais vulnerável é, mais provável é que possa se extinguir.

A deriva genética: a nemesis da heterozigosidade

A deriva genética é o processo pelo qual as populações são despojadas da sua heterozigocidade ao longo do tempo.

Causas da deriva genética

Na reprodução sexual, ambos os pais têm dois de cada um dos cromossomos. Óvulos e espermatozóides, no entanto, contém apenas um de cada cromossomo, e o cromossomo é uma combinação dos genes em ambos os cromossomos de seus doadores. Quando o ovo e o esperma se unem, por conseguinte, o novo zigoto tem dois cromossomas, contendo uma combinação de genes em ambos os cromossomas diferentes de ambos cromossomas de seus pais.

No entanto, pelo fato de que os pais tinham um total de quatro cromossomas e a criança tem apenas dois, ela recebe apenas a metade da informação genética de seus pais. A outra metade morre com os pais (evidentemente parte ou o todo dela pode ser preservado se os pais tiverem mais outros filhos).

Considere o seguinte exemplo. Imagine que em um determinado locus, o pai e a mãe têm os seguintes genes: Pai: A em um cromossomo, C no outro. Mãe: B em um cromossomo, D no outro

--- Quando a criança nasce, digamos que ela recebe o gene B de sua mãe, e o gene C de seu pai. Isso faz ela ter dois cromossomos, contendo B e C.

Neste caso, ele não recebeu os genes A e D. Se os pais têm apenas um filho antes de morrer, os genes A e D são perdidos nesta linagem.

O resultado inevitável é que, se os pais têm apenas um filho, então metade de sua variabilidade genética está perdida para seus filhos. A população começou com 4 genes diferentes, e terminou com apenas dois.

Quanto mais crianças um casal tem, menos significativo é este efeito. Se um casal tem dois filhos, então ambas as crianças , em média, vão receber metade da informação dos pais, e metade das informações genéticas das crianças irão se sobrepor, o que significa que em média, apenas cerca de 25% da variação genética dos pais será perdida.

Menos crianças = mais deriva genética = mais perda de heterozigose; Mais crianças = menos deriva genética = mais conservação de heterozigose;

Crescimento populacional e deriva genética

Como notado acima, quanto mais crianças um casal tem, mais heterozigocidade é preservada. Em uma população estável, no entanto, sem nenhum crescimento da população, em média, cada casal terá dois filhos que sobrevivem para se propagar adiante. Isto resulta num grau significativo de deriva genética, no âmbito desta linhagem.

Este fenômeno ocorre nos demais indivíduos de uma população e isso, ocasionalmente, pode fazer com que um determinado gene se extingua desta população. Em outras palavras, a cada nova geração há uma probabilidade de um ou mais genes não conseguir se propagar para a geração seguinte. Quanto menor a população, maior a possibilidade de ocorrer deriva genética.

A deriva genética e a mutação

As taxas de Mutação são geralmente bem abaixo de uma mutação em várias gerações. Taxas de mutações vantajosas são ainda mais baixas, se de fato ocorrem. Numa população estável, no entanto, a taxa de deriva genética é significativamente maior do que esta. O resultado é que as mutações são eliminadas da população mais rapidamente do que elas são introduzidas. Populações estáveis ​​não se tornam mais diversificadas. Elas se tornam menos diversificadas.

Efeito da deriva genética

No longo prazo, a deriva genética e a seleção natural fazem as populações ser muito especializadas e adaptadas ao seu ambiente particular, mas exibindo variações pequenas de modo que as torna incapazes de se adaptar a outros ambientes.

Os brancos europeus, por exemplo, perderam a capacidade para o tom de pele negra, e os africanos negros perderam a capacidade para o tom de pele branca. Eles são ambos bem adaptados aos seus respectivos ambientes, mas ambos pouco adaptados para o outro, e ambos incapazes de rapidamente adaptar-se ao outro ambiente.

Assim, o efeito líquido do desvio genético é que as populações tornam-se adaptadas a um ambiente particular, mas incapazes de se adaptarem aos outros.

E a medida que a população se torna mais isolada em seu ambiente, a deriva genética aumenta continuamente, até que a população fique quase totalmente homozigótica: bem adaptados a um ambiente, mas pouco receptivos à mudança.

Implicações

  • A alegação evolucionista de que as populações aumentam em diversidade ao longo do tempo é comprovadamente falsa. Populações diminuem de diversidade ao longo do tempo, porque a deriva genética privam a variabilidade de populações mais rapidamente do que a mutação pode adicioná-la;

A tendência de diminuição da heterozigosidade mostra que a vida no passado exibiu maior heterozigosidade que a vida hoje, fato consistente com o criacionismo;

  • O desenvolvimento das raças humanas pode ser explicado em termos de uma rápida deriva genética devido ao isolamento de populações imediatamente após o dilúvio. A medida que as populações espalhavam-se pelo planeta e tornavam-se isoladas das outras, elas perdiam heterozigosidade que as permitiria manter os traços de outras populações. Assim, as características raciais são uma consequência da endogamia em vez de evolução progressiva. Esta involução devido a endogamia é consistente com a rápida diminuição da expectativa de vida imediatamente após o Grande dilúvio.
  • A especiação dentro dos tipos criados pode ser explicada pelo mesmo mecanismo. A especiação não ocorre pelo aumento na diversidade da população, mas na perda de heterozigosidade em populações isoladas. A especiação é um meio de criar diversidade entre tipos de seres vivos, mas a macroevolução é muito mais do que a diversidade, porque exige adição de nova informação genética.[7]
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Ver também

Referências

  1. Masel J. (2011). "Genetic drift". Current Biology 21: R837–R838. DOI:10.1016/j.cub.2011.08.007. PMID 22032182.
  2. Lester, Lane P; Bohlin, Raymond G. The Natural Limits to Biological Change. 2ª ed. Dallas: Probe Books, 1989. p. 117. ISBN 0-945241-06-2
  3. Mayr, Ernst. Populations, Species, and Evolution: An Abridgment of Animal Species and Evolution. Cambridge, Massachusetts: Belknap Press/Harvard University Press, 1971. p. 120-121. Library of Congress Catalog Card Number 79-111486
  4. Dobzhansky, Theodosius. Genetic Diversity & Human Equality:The Facts & Fallacies in the Explosive Genetics & Education Controversy. New York: Basic Books, 1973. p. 78. ISBN 0-465-09710-3
  5. Ridley, Mark. Evolution (em inglês). 2ª ed. Cambridge, Massachusetts: Blackwell Science, 2004. Capítulo: 6:Random events in Population Genetics, 719 p. p. 135. ISBN 0-86542-495-0
  6. Dobzhansky, Theodosius. Genetics of the Evolutionary Process. New York and London: Columbia University Press, 1971. p. 232. ISBN 0-23102837-7
  7. Davis, Percival; Kenyon, Dean H. Of Pandas and People: The Central Question of Biological Origins. 2ª ed. Dallas, Texas: Haughton Publishing Company. p. 19. ISBN 0-914513-40-0