Evolução devido aos eventos ao acaso. O efeito de gargalo e o efeito fundador.
Principais pontos
Deriva genética é um mecanismo de evolução no qual as frequências dos alelos de uma população se alteram ao longo das gerações, devido ao acaso (erro de amostragem).
A deriva genética ocorre em todas as populações de tamanho não infinito, mas seus efeitos são mais fortes em populações pequenas.
A Deriva genética pode resultar na perda de alguns alelos (incluindo os benéficos) e na fixação, ou aumento para de frequência, de outros alelos.
A Deriva genética pode causar maiores efeitos quando uma população tem o tamanho drasticamente reduzido por um desastre natural (efeito gargalo) ou quando um pequeno grupo se separa da população principal para fundar uma nova colônia (efeito fundador).
Introdução
A seleção natural é um importante mecanismo de evolução, mas ele é o único? Não! Na verdade, às vezes a evolução simplesmente acontece ao acaso.
Em genética populacional, defini-se evolução como uma mudança na frequência dos alelos (versões de um gene) em uma população ao longo do tempo. Portanto, evolução é qualquer alteração nas frequências alélicas em uma população ao longo das gerações – não importa se em razão da seleção natural ou de outro mecanismo evolutivo e ainda se essa mudança torna a população mais adaptada a seu ambiente ou não.
Neste artigo, vamos estudar deriva genética, um mecanismo evolutivo que produz mudanças aleatórias (em vez de seleção direcionada) nas frequências dos alelos ao longo do tempo.
O que é deriva genética?
Deriva genética é a mudança na frequência dos alelos de uma população de geração a geração que ocorre em consequência de eventos ao acaso. De forma mais precisa, a deriva genética é a mudança em razão de "erro de amostragem" na seleção de alelos para a geração seguinte a partir do pool gênico da geração atual. Ainda que a deriva genética ocorra em populações de todos os tamanhos, seus efeitos tendem a ser maiores em populações pequenas.
Exemplo de deriva genética
Vamos tornar a ideia de deriva genética mais concreta através de um exemplo. Como demonstrado no diagrama abaixo, temos uma população bem pequena de coelhos que é composta por indivíduos da cor marrom (genótipo BB ou Bb) e indivíduos da cor branca (genótipo bb). Inicialmente, as frequências dos alelos B e b são iguais.
Deriva genética atuando em uma pequena população de coelhos. Na terceira geração, perdeu-se o alelo b da população por mero acaso.
E se, meramente por acaso, somente os indivíduos marcados com círculo da população de coelhos reproduzissem? (Talvez os outros coelhos tenham morrido por razões não relacionadas à cor do pelo, por exemplo, aconteceu de serem apanhados na armadilha de um caçador). No grupo sobrevivente, a frequência do alelo B é e a frequência do alelo b é .
No nosso exemplo, as frequências alélicas dos cinco coelhos sortudos estão perfeitamente representadas na segunda geração, como se vê à direita. Uma vez que as frequências alélicas da "amostra" de coelhos da geração anterior eram diferentes daquelas da população como um todo, as frequências de B e b na população se alteraram para e , respectivamente.
Desta segunda geração, e se somente dois dos descendentes BB sobrevivessem e se reproduzissem para gerar a terceira geração? Nesta série de eventos, na terceira geração o alelo b fica completamente perdido pela população.
O tamanho da população importa
É improvável que ocorra uma mudança tão rápida numa população grande, como resultado da deriva genética. Por exemplo, se seguíssemos uma população de coelhos (em vez de ), seria muito menos provável que o alelo b fosse perdido (e que o alelo B alcançasse de frequência, ou fixação) após um período tão curto de tempo. Se apenas metade da população de coelhos sobrevivesse e se reproduzisse, como a primeira geração do exemplo acima, os coelhos sobreviventes ( deles) tenderiam a ser uma representação muito mais precisa das frequências alélicas da população original - simplesmente porque a amostra seria muito maior.
Isso se parece com tirar cara ou coroa poucas ou muitas vezes. Se jogarmos a moeda poucas vezes, podemos facilmente obter as frequências de cara e de coroa diferentes de . Por outro lado, se jogarmos a moeda algumas centenas de vezes, teremos algo muito próximo de (ou então podemos suspeitar de que a moeda é adulterada)!
Alelo benéfico ou prejudicial não importa
Deriva genética, ao contrário da seleção natural, não considera o benefício (ou prejuízo) de um alelo para um indivíduo. Isto é, um alelo benéfico pode ser perdido, ou um gene ligeiramente prejudicial pode ser fixado, simplesmente ao caso.
Um alelo, benéfico ou prejudicial está sujeito à seleção, bem como à deriva, mas deriva forte (por exemplo, em uma população pequena) ainda pode causar a fixação de um alelo prejudicial ou a perda de um benéfico.
O efeito gargalo
O efeito gargalo é um exemplo extremo da deriva genética que acontece quando o tamanho de uma população é severamente reduzido. Eventos como desastres naturais (terremotos, enchentes, incêndios) podem dizimar a população, matando quase todos os indivíduos e deixando um pequeno e aleatório grupo de sobreviventes.
As frequências alélicas nesse grupo pode ser bastante diferentes daquela da população anterior ao evento e alguns alelos podem ter sido perdidos inteiramente. A população menor também será mais susceptível aos efeitos da deriva genética por gerações (até que seus números retornem à normalidade), potencialmente causando a perda de mais alelos ainda.
Como um evento gargalo pode reduzir a diversidade genética? Imagine uma garrafa cheia de bolinhas de gude, na qual as bolinhas representam os indivíduos em uma população. Se um evento gargalo acontecer, uma variedade pequena e aleatória de indivíduos vai sobreviver ao evento e passar pelo gargalo (para dentro do copo), enquanto a grande maioria será morta (permanecerá na garrafa). A composição genética dos sobreviventes aleatórios é, agora, a composição genética de toda a população.
Um gargalo da população produz uma variedade limitada e aleatória de indivíduos. Essa pequena população estará agora sob influência da deriva genética por várias gerações.
O efeito fundador é mais um exemplo extremo de deriva, que ocorre quando um pequeno grupo de indivíduos de uma população maior se separa para estabelecer uma colônia. A nova colônia é isolada da população original, e os indivíduos fundadores não representam a diversidade genética completa da população original. Ou seja, os alelos na população fundadora podem estar presentes em frequências diferentes da população original, e alguns alelos podem não estar presentes. Conceitualmente efeito fundador é semelhante ao efeito gargalo, mas ocorre através de um mecanismo diferente (colonização ao invés de catástrofe).
Ilustração simplificada do efeito fundador. A população original contendo quantidades iguais de indivíduos quadrados e redondos é fracionada em diversas colônias. Cada colônia contém uma variedade pequena e aleatória de indivíduos, os quais não refletem a diversidade genética da população maior, original. Essas colônias menores estarão susceptíveis aos efeitos da deriva genética por muitas gerações.
_Crédito da Imagem: "Founder effect," by qz10, domínio público._
Na figura à direita, vê-se a população formada por iguais números de quadrados e círculos. (Assumindo que a forma de um indivíduo é determinada por seus alelos para um determinado gene).
Grupos aleatórios que partem para estabelecer novas colônias provavelmente contêm diferentes frequências de quadrados e círculos daquela da população original. Portanto, as frequências dos alelos nas colônias (círculos menores) podem ser diferentes em relação à população original. Além disso, o tamanho reduzido das novas colônias significa que essas vão sofrer uma forte deriva genética por gerações.
Resumo
Ao contrário da seleção natural, a deriva genética não depende dos efeitos benéficos ou prejudiciais dos alelos. Em vez disso, a deriva altera as frequências alélicas puramente ao acaso, já que subconjuntos aleatórios de indivíduos (e os gametas desses indivíduos) são amostrados para produzir a próxima geração.
Toda população experimenta deriva genética, mas populações pequenas sentem seus efeitos mais fortemente. A deriva genética não leva em consideração o valor adaptativo de um alelo para a população, e pode resultar na perda de um alelo benéfico ou na fixação (aumento da frequência a to ) de um alelo prejudicial em uma população.
O efeito fundador e o efeito gargalo são casos nos quais uma população pequena é formada a partir de uma população maior. Essas "amostras" da populações geralmente não representam a diversidade genética da população original, e seus tamanhos reduzidos indicam que vão experimentar forte deriva por gerações.
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