Antecedentes de la genética de poblaciones
Digamos que estamos estudiando un gran grupo de escarabajos, el 86% de los cuales son verdes, el 14% son marrones. ¿Cuál será el porcentaje en las generaciones futuras? ¿Por qué? Ahora pensamos en términos de genética de poblaciones. La genética de poblaciones es el estudio de la variación alélica, genotípica y fenotípica en una población. Nos dice algo sobre cómo están evolucionando las poblaciones y puede ayudarnos a hacer predicciones sobre lo que está impulsando la evolución.
El equilibrio de Hardy-Weinberg
El equilibrio de Hardy-Weinberg nos brinda una herramienta para observar cómo evolucionan (o no) las poblaciones. Afirma que las frecuencias de los alelos y genotipos permanecerán iguales a lo largo de las generaciones siempre que no haya influencias evolutivas. En otras palabras, nuestros escarabajos se mantendrán 86% verdes a lo largo del tiempo siempre que se cumplan los siguientes requisitos:
- El apareamiento debe ser aleatorio
- El tamaño de la población debe ser grande, por lo que un individuo no representa una parte significativa del acervo genético.
- Sin migración, lo que significa que las personas no pueden entrar ni salir de la población
- Sin mutaciones aleatorias en los genes en estudio.
- Sin selección natural en los genes que se estudian
Mientras nuestros escarabajos sigan estos principios, estarán en un equilibrio de Hardy-Weinberg. Puede imaginarse que en nuestro impredecible planeta este tipo de estabilidad no es la norma. Entonces, ¿de qué sirve este concepto? Bueno, nos da una especie de base. Si la población se desvía del equilibrio, sabremos que algo está pasando en términos de evolución.
La ecuación de Hardy-Weinberg
La ecuación de Hardy-Weinberg nos permite calcular y predecir las frecuencias de los genotipos en grandes poblaciones que satisfacen los requisitos de equilibrio. La ecuación de Hardy-Weinberg es:
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Para un gen con dos alelos posibles, p y q representan la frecuencia alélica. Dado que estamos tratando con frecuencias y probabilidades, la ecuación suma 1.
Ecuación de heredabilidad en sentido estricto y amplio y aplicaciones
Usemos un diagrama para ver cómo funciona esta ecuación con nuestros escarabajos. Solo hay dos alelos que controlan el fenotipo verde y marrón: ‘A’, el alelo verde dominante, y ‘a’, el alelo marrón recesivo. Tenemos 1.000 escarabajos en nuestra población madre: 360 son verdes con el genotipo AA, 480 son verdes con el genotipo Aa y 160 son marrones con el genotipo aa. Entonces podemos calcular la frecuencia de cada genotipo dividiendo el número de cada genotipo por 1,000, lo que nos da 0.36, 0.48 y 0.16.
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Pero, ¿cuál es la frecuencia de cada alelo? Recuerde, cada genotipo incluye los dos alelos heredados. Para los genotipos AA y aa, cada individuo tiene dos alelos idénticos, por lo que la frecuencia alélica de esos miembros puede transferirse de las frecuencias del genotipo (0,36 y 0,16). Para el genotipo Aa, la mitad de los alelos será A y la mitad será a, por lo que dividiremos esa frecuencia (0.48) a la mitad para cada alelo y la agregaremos a las frecuencias de nuestros individuos AA y aa.
La frecuencia de ‘A:’ 0.24 + 0.36 = 0.6
La frecuencia de ‘a:’ 0.24 + 0.16 = 0.4
Ahora podemos decir que la frecuencia de ‘A’ es 0.6 y la frecuencia de ‘a’ es 0.4. Si elegimos al azar un escarabajo de nuestra población, hay un 60% de probabilidad de que tenga un alelo ‘A’ y un 40% de probabilidad de que tenga un alelo ‘a’.
¿Qué es la Ecuación de la Energía en Termodinámica?
El poder de la ecuación de Hardy-Weinberg surge cuando nuestra población comienza a producir descendencia. Ahora podemos mirar a nuestra descendencia para ver si las frecuencias alélicas coinciden con la generación de los padres. Podemos usar la ecuación de Hardy-Weinberg para predecir cuáles serían nuestras frecuencias alélicas en ausencia de presión evolutiva sobre nuestro alelo de interés. Cada madre y padre de nuestra generación de padres tiene un 60% de posibilidades de transmitir un alelo ‘A’ (asignado como p en nuestra ecuación) y un 40% de posibilidades de transmitir un alelo ‘a’ (asignado como q en nuestra ecuación) .
- La probabilidad de obtener un individuo AA es la probabilidad de ‘A’ (0.6) multiplicada por la probabilidad de ‘A’ (0.6), op al cuadrado.
- La probabilidad de obtener un individuo aa es la probabilidad de ‘a’ (0.4) multiplicada por la probabilidad de ‘a’ (0.4), o q al cuadrado.
- Para los individuos AA, multiplicar la probabilidad de ‘A’ (0,6) por la probabilidad de ‘A’ (0,4), o p veces q . Multiplique eso por 2, ya que hay dos opciones para obtener este genotipo, dependiendo de qué alelo provenga de mamá o papá.
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La frecuencia para cada genotipo en la población descendiente coincide exactamente con las frecuencias genotípicas en la población parental. No es muy emocionante, ¿eh? Pero recuerde, las frecuencias de los genotipos solo se mantienen constantes si no hay presiones evolutivas sobre nuestro alelo. Sin embargo, si hay un agente evolutivo, puedes ponerte el sombrero de científico y tratar de averiguar qué factor está impulsando el cambio.
Diferentes agentes evolutivos
Un agente evolutivo es cualquier fuerza que altera la estructura genética de una población. Algunos ejemplos de agentes evolutivos incluyen la elección de pareja, la deriva genética y la selección natural. La elección de pareja es cuando un sexo comienza a preferir ciertos rasgos en su pareja. Como si las mariquitas de nuestra población comenzaran a preferir los lindos escarabajos marrones en lugar de los verdes. Entonces podemos predecir que con el tiempo el alelo ‘a’ se volvería más frecuente en nuestra población.
La deriva genética es un proceso aleatorio que da como resultado que ciertos individuos y sus alelos se pierdan de la población. Esto es poco probable en una gran población, pero no se puede descartar. Por ejemplo, si una enfermedad matara a un número desproporcionadamente grande de escarabajos verdes, notaríamos un efecto directo en nuestras frecuencias alélicas y las de las generaciones posteriores. Finalmente, la selección natural representa cambios ambientales que resultan en una ventaja selectiva para uno o más genotipos. Si una especie de ave es capaz de ver mejor los escarabajos verdes en la corteza de los árboles, los escarabajos verdes a menudo no sobrevivirán lo suficiente para reproducirse. Por lo tanto, los escarabajos marrones transmitirán sus alelos con mayor frecuencia.
Resumen de la lección
El equilibrio de Hardy-Weinberg nos dice que las frecuencias alélicas seguirán siendo las mismas si no hay agentes evolutivos. La ecuación de Hardy-Weinberg nos permite calcular y predecir frecuencias genotípicas en grandes poblaciones. Esta ecuación solo es válida cuando una población satisface el requisito de equilibrio: apareamiento aleatorio, un tamaño de población grande, sin migración, sin mutaciones aleatorias y sin selección natural. Podemos usar la ecuación para predecir qué frecuencias alélicas serán durante generaciones. Si observamos desviaciones de esas frecuencias predichas, eso nos da pistas de que la evolución está sucediendo y podemos ir en busca de los agentes evolutivos , que son cualquier fuerza que altera la estructura genética de una población, influyendo en nuestro gen. Los agentes evolutivos incluyenelección de pareja , que es cuando un sexo comienza a preferir ciertos rasgos en su pareja; deriva genética , que es un proceso aleatorio que da como resultado que ciertos individuos y sus alelos se pierdan de la población; y selección natural , que representa cambios ambientales que resultan en una ventaja selectiva para uno o más genotipos.
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