Agentes evolutivos
Entonces, hemos visto cómo se puede usar la ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg para probar el estado evolutivo de una población. Un agente evolutivo es cualquier fuerza que altera la estructura genética de una población. Si ningún agente evolutivo afecta a una población, la población está en equilibrio porque la frecuencia alélica y genotípica no cambia. Al utilizar la ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg para analizar las frecuencias alélicas y genotípicas dentro de una población de hámsteres voladores, pudimos determinar que el rasgo del color del pelaje está en equilibrio.
Sin embargo, el poder real de la ecuación de Hardy-Weinberg es identificar poblaciones que no están en equilibrio. Cuando una población no cumple con las predicciones de equilibrio de Hardy-Weinberg, podemos intentar inferir qué agente (o agentes) evolutivo está afectando a la población. Al generar una conjetura o hipótesis fundamentadas, podemos proporcionar la base para una mayor experimentación para explorar la evolución de esa población.
Bueno, salgamos a la naturaleza y comencemos a examinar las poblaciones de hámsters voladores.
Apareamiento no aleatorio
Comencemos con la población donde encontramos los diferentes colores de cola.
Sabes, estoy pensando que probablemente sería una buena idea revisar nuestro cuaderno de laboratorio para refrescar nuestra memoria sobre este rasgo. Muy bien, de acuerdo con nuestras notas, el rasgo del color de la cola fue un ejemplo de dominancia incompleta , lo que significa que el heterocigoto exhibe un fenotipo que está a medio camino entre los dos homocigotos. Usamos B para representar el alelo de cola azul e Y para representar el alelo de cola amarilla. Los hámsteres con un genotipo BB tienen colas azules, aquellos con un genotipo BY tienen verdes y aquellos con un genotipo YY tienen colas amarillas.
Incluyendo el flujo de genes en el equilibrio de Hardy-Weinberg
Podríamos hacer una hipótesis de que la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg. Eso nos permitirá usar la ecuación de Hardy-Weinberg para determinar si eso es cierto. Si la población satisface todos los requisitos que hemos discutido anteriormente, nuestros datos observados deben coincidir con los números predichos por la ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg.
Después de caminar por el área y contar hámsteres, determinamos que la población contiene 526 hámsteres de cola azul, 42 de cola verde y 432 de cola amarilla.
Dado que cada hámster de cola azul aporta dos alelos B y cada hámster de cola verde aporta un alelo B, hay 1.094 alelos B de un acervo genético de 2.000 alelos. Eso significa que p = 0.547.
Como determinamos anteriormente que p + q = 1, podemos, por lo tanto, decir que q = 0.453.
Insertemos estos valores en nuestra práctica ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg. Queremos saber la frecuencia con la que debería ocurrir cada clase fenotípica en la población. Cada valor de esta ecuación representa una de esas clases; por lo tanto, si resolvemos para p ^ 2 + 2 pq + q ^ 2, podemos determinar esas frecuencias. Y dado que estamos tratando con una población de 1,000 hámsters, podemos predecir cuántos de cada tipo podemos esperar si la población está en equilibrio. La ecuación predice que deberíamos ver 299 hámsteres de cola azul, 496 de cola verde y 205 de cola amarilla. Dado que el número de hámsteres en cada categoría que observamos es diferente de lo que esperábamos, un agente evolutivo puede estar afectando a la población.
Pero es de esperar alguna variación más allá de los valores predichos. Por ejemplo, el hecho de que no obtengo exactamente una división 50/50 cuando lanzo una moneda no significa que no haya una posibilidad entre dos de obtener cara o cruz. La pregunta es ‘¿cómo puedo saber la diferencia entre la variación aleatoria entre conjuntos de datos y conjuntos de datos que son significativamente diferentes?’ Para responder a esta pregunta, necesitamos usar estadísticas.
La prueba de chi-cuadrado es una prueba estadística que se usa comúnmente para determinar si los valores observados son significativamente diferentes de los valores esperados. Si evaluamos nuestros datos con esta prueba, encontramos que la diferencia es significativa. Eso significa que podemos rechazar nuestra hipótesis de que la población está en equilibrio Hardy-Weinberg y predecir que uno o más agentes evolutivos están alterando la población.
Al realizar más estudios, es posible que podamos formular una hipótesis para identificar los principales agentes evolutivos que afectan a la población.
Por ejemplo, mientras hacíamos nuestros recuentos, noté que los hámsteres de cola azul parecen preferir aparearse con otros hámsteres de cola azul y los hámsteres de cola amarilla tienden a aparearse con otros de cola amarilla. Esta observación puede ser una indicación de que los hámsteres de la población no se aparean al azar. El apareamiento no aleatorio altera la frecuencia genotípica, lo que a su vez altera la composición fenotípica de una población.
Ok genial. Eso podría ser un proyecto de investigación realmente interesante. Aunque no podemos excluir otras posibilidades simplemente basándonos en esta observación, podemos realizar algunos experimentos controlados para proporcionar más evidencia que respalde nuestra hipótesis. Pero hagámoslo más tarde. Por ahora, continuemos con nuestra investigación de campo.
Reacciones de equilibrio homogéneas y heterogéneas: ejemplos
Seleccion natural
Cambiemos nuestros estudios al rasgo de respirar fuego. Si volvemos a consultar nuestro cuaderno de laboratorio, vemos que el rasgo de respirar fuego es un rasgo autosómico recesivo. Representamos el alelo que no respira fuego con ‘F’ y el alelo que respira fuego con ‘f’.
Así que contemos los hámsters en la población; sin embargo, esta vez necesitaremos realizar una prueba de genotipado para distinguir los individuos FF de Ff. Esos esfuerzos arrojan los siguientes resultados: 119 FF, 265 Ff y 616 hámsteres que escupen fuego (ff).
Como antes, podemos usar estos datos para calcular la frecuencia alélica. 119 hámsteres FF se traducen en 238 alelos F y 265 hámsteres Ff contribuyen con 265 alelos F al acervo genético. Eso significa que de un acervo genético de 2,000 alelos, 503 son F. Podemos simplificar esta información como p = 0.252. Y, conectando ese valor p en nuestra ecuación alélica, p + q = 1, encontramos que q = 0,748.
Ahora, si introducimos esos valores en la ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg, predecimos que deberíamos ver 63 FF, 377 Ff y 560 hámsteres que escupen fuego.
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Un análisis estadístico de los datos esperados versus los observados nos dice que podemos rechazar la hipótesis de que la población está en equilibrio con respecto al gen que escupe fuego. Creo que nuestras observaciones mientras contamos y tipificamos a los hámsteres en la población nuevamente brindan una fuerte indicación con respecto al menos a un agente evolutivo que puede estar afectando a la población. Vimos a más de un hámster que escupe fuego usar su aliento para defenderse de los depredadores mientras se comían sus pobres homólogos que no respiraban fuego. ¿Qué agente evolutivo crees que podría estar trabajando aquí? Dado que parece que un fenotipo tiene una ventaja de supervivencia sobre otro, parece que la selección naturalestá proporcionando a los hámsteres que escupen fuego en esta población de bestias la oportunidad de contribuir con más crías a la próxima generación. Nuevamente, estudios adicionales podrían proporcionar evidencia para esta hipótesis.
Deriva genética
Bueno, hasta ahora, creo que hemos recopilado muchos datos interesantes, ciertamente suficientes para que cada uno de nosotros realice su propia investigación independiente.
Sin embargo, justo cuando estamos a punto de volver al laboratorio, encontramos un descubrimiento asombroso. Allí, frente a nosotros, hay un hámster volador que de alguna manera parece tener alas que se mueven más como un helicóptero que las alas de hámster volador que estamos acostumbrados a ver. Sin embargo, justo cuando estamos a punto de capturarlo, observamos con horror cómo una roca gigante cae de una colina y la aplasta.
Está bien, no hay problema. Solo encontraremos otro. Quiero decir, no es como si no hubiéramos contado miles de hámsters durante nuestro estudio de campo ni nada.
Cuando contamos los hámsters en esta población, encontramos que la población es realmente pequeña y no podemos encontrar otro hámster helicóptero. Mientras que hemos estado contando mil hámsteres en las otras poblaciones, solo podemos encontrar otros cinco en esta población. Debido a que la población era tan pequeña, un evento aleatorio que mató al hámster helicóptero ha alterado drásticamente la composición genética de la población porque resultó ser el único hámster con ese fenotipo. La pérdida aleatoria de individuos y los alelos que poseen se denomina deriva genética .
Ahora puede ver por qué el equilibrio de Hardy-Weinberg requiere una gran población. Cuanto mayor sea la población, más fácil será para la población absorber la pérdida aleatoria de alelos sin ningún efecto significativo en el acervo genético. Cuando el tamaño de la población disminuye significativamente, como se ve en este ejemplo, se dice que la población experimenta un cuello de botella poblacional .
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También aprendimos sobre otra forma de deriva genética antes, cuando consideramos el ejemplo de hámsteres de alas más fuertes que escapan de la devastación de una explosión volcánica en una isla. Solo un subconjunto de la población pudo sobrevivir mudándose a un nuevo terreno. El hámster de alas fuertes puede haber sido el fenotipo minoritario en la población anciana, pero ahora son la mayoría. Esta forma especial de cuello de botella poblacional, en la que un pequeño grupo abandona la población principal para formar una nueva población, se denomina efecto fundador .
La representación desproporcionada de los alelos en la población provoca un cambio drástico en el acervo genético y altera el equilibrio.
Resumen de la lección
En resumen, un agente evolutivo es cualquier fuerza que altera la estructura genética de una población.
La ecuación de Hardy-Weinberg se puede utilizar para identificar poblaciones que no están en equilibrio.
Una hipótesis es una conjetura educada propuesta para explicar un fenómeno.
El apareamiento no aleatorio es un agente evolutivo que altera la frecuencia genotípica.
La selección natural es un agente evolutivo que permite a ciertos individuos de una población contribuir con más descendencia a la siguiente generación en relación con los demás.
La deriva genética es la pérdida aleatoria de individuos y los alelos que poseen.
Un cuello de botella poblacional ocurre cuando una población disminuye significativamente en tamaño.
El efecto fundador es una forma especial de cuello de botella poblacional en el que un pequeño grupo abandona la población principal para formar una nueva población.
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección, debería poder:
- Definir agente evolutivo
- Describir cómo el apareamiento no aleatorio, la selección natural, la deriva genética, el cuello de botella poblacional y el efecto fundador pueden afectar a una población.
- Comprender cómo utilizar la ecuación de Hardy-Weinberg para determinar si una población está o no en equilibrio.
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