a deriva genética aumenta ou diminui a variabilidade genética?

diminui, já que aniquila variedades, em detrimento de outras pelo acaso. Lembrando que seres humanos, não sofrem com isso, muito menos com a seleção natural por causa dos movimentos migratórios.<3

Conteúdo principal

Deriva genética

Google Sala de Aula

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 $100 %$ ‍ 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

8

indivíduos da cor marrom (genótipo BB ou Bb) e

2

indivíduos da cor branca (genótipo bb). Inicialmente, as frequências dos alelos B e b são iguais.

E se, meramente por acaso, somente os

5

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

0, 7

e a frequência do alelo b é

0, 3

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

5

coelhos da geração anterior eram diferentes daquelas da população como um todo, as frequências de B e b na população se alteraram para

0, 7

0, 3

, respectivamente.

Não! Esta é outra maneira na qual os alelos são "aleatoriamente amostrados" em populações de tamanho finito. Toda vez que dois indivíduos se reproduzem, eles têm uma certa probabilidade de produzir descendentes com um determinado genótipo. No entanto, se eles produzirem um número não infinito de descendentes, pode haver um desvio ao acaso nas proporções esperadas (que assim, podem não refletir com precisão as frequências alélicas dos pais).

Por exemplo, vamos considerar o caso no qual coelhos Bb reproduzem-se entre si.

Em média, eles devem produzir descendentes BB, Bb, e bb em uma proporção de

1 : 2 : 1

, como poderíamos prever em um quadrado de Punnett. Mas, o caso é este, em média. Em qualquer caso em que dois coelhos tenham uma ninhada, essa ninhada de tamanho não infinito (que deve ter cerca de

6

-

8

filhotes) pode não se adaptar à proporção

1 : 2 : 1

perfeitamente

^{1}

. Em muitos casos, a proporção pode ser perdida por

1

2

coelhos e em alguns casos pode se perder por consideravelmente mais.

Se temos um grande grupo de coelhos reproduzindo, essas diferenças serão compensadas, mas se há um grupo pequeno de coelhos, eles podem ter um impacto significativo sobre as frequências alélicas

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

1000

coelhos (em vez de

10

), seria muito menos provável que o alelo b fosse perdido (e que o alelo B alcançasse

100 %

de frequência, ou fixação) após um período tão curto de tempo. Se apenas metade da população de

1000

coelhos sobrevivesse e se reproduzisse, como a primeira geração do exemplo acima, os coelhos sobreviventes (

500

deles) tenderiam a ser uma representação muito mais precisa das frequências alélicas da população original - simplesmente porque a amostra seria muito maior.

Para entender como isso funciona, vamos nos concentrar em como o alelo branco se perdeu na população de

10

coelhos. Naquela população havia apenas dois coelhos brancos (genótipo bb) e ambos foram incapazes de se reproduzir e passar adiante seus alelos. Esta foi uma das razões principais para o alelo b ter se perdido da pequena população (

40 %

dos alelos bpertenciam a apenas esses dois coelhos!).

Em uma população de

1000

coelhos com as mesmas frequências alélicas haveria

200

coelhos brancos em vez de apenas

2

. Qual a probabilidade de que todos os coelhos brancos, aleatoriamente, fracassem em passar seus genes para a próxima geração? E se a população for de

100,

000

coelhos (

20,

000

brancos) ou

1,

000,

000

coelhos (

200,

000

brancos)? Como podemos ver, conforme as populações aumentam, vão ficando cada vez mais "protegidas" dos efeitos da deriva genética.

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

50

-

50

. Por outro lado, se jogarmos a moeda algumas centenas de vezes, teremos algo muito próximo de

50

-

50

(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.

Seleção natural e deriva genética, ambas resultam na mudança da frequência dos alelos em uma população, portanto ambas são mecanismos de evolução. No entanto, os dois processo diferem na maneira como levam as frequências a mudar. A deriva genética causa evolução ao acaso devido à erro de amostragem, ao passo que a seleção natural causa evolução baseada na aptidão.

Na seleção natural, indivíduos cujas características hereditárias os tornam mais adaptados (mais capazes de sobreviver e reproduzir) deixam mais descendentes em relação a outros membros da população. Isto é, um indivíduo com mais aptidão tem maior probabilidade de passar seu material genético (alelos) para a próxima geração. Os alelos que ajudaram a tornar o indivíduo mais adaptado provavelmente vão beneficiar os descendentes de maneira similar e devem ter um aumento da frequência na população ao longo do tempo. Portanto, a evolução pela seleção natural não é dependente do acaso; ela depende do efeito do alelo sobre o sucesso reprodutivo. Alelos que melhoram a aptidão tem maior probabilidade de aumentar sua frequência, enquanto os alelos que reduzem a aptidão vão diminuir sua frequência.

A deriva genética não leva em consideração os efeitos do alelo sobre a aptidão porque é um processo aleatório. Pense de novo na população de coelhos discutida acima. E se os coelhos brancos fossem mais adaptados do que os coelhos marrons (mais capazes, em média, de sobreviver e reproduzir no meio em que vivem)? No exemplo, os únicos coelhos brancos da população falharam em se reproduzir, resultando em uma perda dos alelos benéficos que portavam. Esse resultado foi meramente obra do acaso e ilustra a maneira como a deriva genética pode causar a perda de alelos benéficos em populações pequenas.

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.

Durante o século XIX, elefantes marinhos do norte foram caçados quase à extinção por sua gordura rica em óleo

^{2}

. O governo dos Estados Unidos interveio para proteger esses elefantes e dar oportunidade para a população se recuperar. A população saltou de um tamanho de cerca de

100

para os cerca de mais de

30,

000

indivíduos atuais.

A caça excessiva atuou como um evento gargalo, reduzindo a população a um número pequeno de indivíduos que representam apenas uma minúscula fração da diversidade genética original da população. Como as colônias de elefantes marinhos tipicamente contêm um único macho dominante que acasala com mais de

100

femêas, pode ser que todos os elefantes vivos atualmente, tenham sua ascendência relacionada a um único macho!

Embora a população tenha experimentado uma incrível recuperação ao longo do século passado, os cientistas estão preocupados com a sobrevivência a longo prazo da população desses animais, devido à sua reduzida diversidade genética. Em geral aceita-se que uma redução extrema da diversidade genética resulte em uma população mais suscetível a doenças. Se um patógeno se disseminasse na população, os elefantes marinhos potencialmente seriam dizimados, já que todos eles podem ser igualmente não resistentes (ou seja, pode ser que não exista nenhum alelo que confira resistência).

Em uma população normal, geneticamente diversa, haveria níveis mais elevados de variação genética permanente, tornando mais provável que alguns indivíduos tenham um variante de gene que confere resistência.

O efeito fundador

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).

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.

A composição genética de certas populações humanas ilustram o efeito fundador

^{3}

. Por exemplo, a Síndrome de Ellis-Van Creveld (cujos sintomas incluem polidactilia, ou dedos extras, e outras anormalidades físicas) é muito mais prevalente na população Amish da Pensilvânia oriental do que no restante da população dos Estados Unidos.

A população Amish atual pode traçar sua ancestralidade até um grupo fundador composto por cerca de

200

indivíduos, e desde esse evento fundador, a população Amish se manteve mais ou menos isolada reprodutivamente do restante da população americana. Acredita-se que um único casal dentre os

200

fundadores originais portava o alelo recessivo da Síndrome de Ellis-Van Creveld.

A deriva genética em combinação com o isolamento reprodutivo causou o aumento na frequência desse alelo na população. Isso ocasionou uma prevalência muito mais alta da síndrome entre os Amish do que no restante da população americana.

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

100 %

) 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.

Créditos:

Este artigo foi produzido com base nos seguintes artigos:

"Population size and genetic drift," by Douglas Wilkin and Barbara Akre, CK-12 Foundation, CC BY-NC 3.0.
"Genética Populacional," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.

O artigo adaptado está autorizado sob a licença CC BY-NC-SA 4.0

Referências:

Krempels, Dana. (2006). Why spay or neuter my rabbit? In Houserabbit adoption, rescue, and education. Acessado em http://www.bio.miami.edu/hare/scary.html.
Haw, J. (2013, May 24). Northern elephant seals: Increasing population, decreasing biodiversity. In Scientific american. Acessado em http://blogs.scientificamerican.com/expeditions/northern-elephant-seals-increasing-population-decreasing-biodiversity/.
Genetic drift and the founder effect. (2001). In Evolution. Acessado em http://www.pbs.org/wgbh/evolution/library/06/3/l_063_03.html.

Outras referências

Genetic drift. (2016, April 19). Acessado em 19 de maio de 2016 em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_drift.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Genetic drift may cause large changes in small populations. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 468-469). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Genetic drift. In Campbell biology (10th ed., pp. 488-490). San Francisco, CA: Pearson.

University of California Museum of Paleontology. (2016). Bottlenecks and founder effects. In Understanding evolution. Acessado em http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/bottlenecks_01.

University of California Museum of Paleontology. (2016) Genetic drift. In Understanding evolution. Acessado em http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_24.

Quer participar da conversa?

Entrar

Classificar por:

Gordyz Ev
Publicado há há 5 anos. Link direto para a postagem “a deriva genética aumenta...” de Gordyz Ev
a deriva genética aumenta ou diminui a variabilidade genética?
Botão para a página de cadastroComentar sobre a postagem “a deriva genética aumenta...” de Gordyz Ev
(1 voto)
Resposta
- Maria Paula Bastos
  Publicado há há 4 anos. Link direto para a postagem “diminui, já que aniquila ...” de Maria Paula Bastos
  diminui, já que aniquila variedades, em detrimento de outras pelo acaso. Lembrando que seres humanos, não sofrem com isso, muito menos com a seleção natural por causa dos movimentos migratórios.<3
  Botão para a página de cadastro
  (4 votos)

Você entende inglês? Clique aqui para ver mais debates na versão em inglês do site da Khan Academy.

Biblioteca de Biologia

Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 25