Hardy-Weinberg y la deriva genética

Los científicos alguna vez se preguntaron por qué los rasgos dominantes, como las manchas de jirafa de color bronceado, no se vuelven más frecuentes con cada generación y reemplazan a los rasgos recesivos como las manchas marrones oscuras. Al pensar en este enigma, en 1908, Godfrey H. Hardy y Wilhelm Weinberg derivaron independientemente una teoría, hoy conocida como el Principio de Hardy-Weinberg y representada por esta ecuación.

El principio establece que en ausencia de evolución, es decir, en equilibrio, las frecuencias alélicas y genotípicas de una población permanecerán constantes de una generación a la siguiente. Para entender esta ecuación, volvamos al ejemplo de la jirafa. La A mayúscula representa el alelo tostado ya que es dominante, y la A minúscula es para el alelo marrón porque es recesivo. La frecuencia de estos dos alelos en la población se designa como p y q respectivamente. Entonces, ¿cómo sabemos la frecuencia alélica? Bueno, cada individuo tiene dos alelos. En este ejemplo, el 40% de los alelos del acervo genético son bronceados. Por lo tanto, la frecuencia del alelo tan, p, es 0,4, y la frecuencia del alelo marrón, q, es 0,6. Nótese que p más q siempre es igual a uno.

Ahora volvamos a la ecuación de Hardy-Weinberg. Cada término de la ecuación representa una frecuencia de genotipo. La frecuencia del genotipo homocigoto dominante es p al cuadrado, y el homocigoto recesivo se representa mediante q al cuadrado. El genotipo heterocigoto es de dos pq. La razón por la que multiplicamos por dos aquí es que hay dos formas diferentes de generar un genotipo heterocigótico. Combinados, todos ellos representan el 100% de los genotipos. Por lo tanto, una frecuencia total de uno. Usando los valores de p y q de nuestro ejemplo de jirafa, podemos determinar la distribución genotípica de los alelos del gen de color en nuestra población de jirafas. Por lo tanto, según el principio de Hardy-Weinberg, en equilibrio, el 16% de la población de jirafas será homocigota dominante, el 48% será heterocigota y el 36% será homocigota recesiva.

Para mantener este equilibrio, el Principio de Equilibrio de Hardy-Weinberg establece que una población debe cumplir cinco supuestos principales. Debe haber apareamiento aleatorio, gran tamaño de la población, sin mutación, sin selección en el gen en cuestión y sin flujo de genes dentro o fuera de la población. La mayoría de las poblaciones naturales violan al menos uno de estos supuestos y, por lo tanto, el equilibrio es raro... pero a pesar de esto, el principio se utiliza como un modelo nulo para la genética de poblaciones. Al comparar estos valores esperados con la frecuencia real del genotipo en una población, se puede determinar si esa población está en equilibrio de Hardy-Weinberg. Si no es así, significa que se está produciendo algún tipo de evolución o cambio en la frecuencia alélica.

Un concepto erróneo general sobre la evolución es que requiere de la selección natural para ocurrir. Sin embargo, no siempre es así. La deriva genética es un mecanismo por el cual la evolución puede ocurrir sin selección natural. Se define como un cambio en la frecuencia alélica de una población debido al azar. Para imaginar esto, volvamos al ejemplo de una población de jirafas e imaginemos que sus alelos de color canela y marrón están representados por canicas de dos colores diferentes. Asumiremos aquí que cada color comienza siendo igualmente abundante. Si fuéramos a comenzar una nueva generación a partir de esta población, necesitaríamos criar pares de individuos y, por lo tanto, seleccionar entre cuatro alelos por par. Si seleccionamos una pareja reproductora al azar, entonces podríamos terminar con dos canicas de cada color. Sin embargo, solo por casualidad, algunos emparejamientos tendrán solo un color de mármol, o tres de un color y uno del otro. Estas desviaciones fortuitas de 50-50 en múltiples emparejamientos para crear una nueva generación podrían significar que la próxima generación ya no tiene una mezcla igual de cada alelo.

Es esta variación de las frecuencias alélicas relativas a lo largo del tiempo lo que define la deriva genética. Por lo tanto, a diferencia de la evolución adaptativa, donde la frecuencia alélica cambia para seleccionar rasgos que son adecuados para el medio ambiente, como las mariquitas con una mayor cantidad de melanina que sobreviven mejor en climas más fríos debido a una mayor capacidad para absorber calor, la deriva genética representa un tipo de evolución que se debe puramente al cambio estocástico. Por ejemplo, la eliminación aleatoria de una sección de una población a través de un evento catastrófico.

En este laboratorio, realizará simulaciones por computadora y de cuentas de colores del equilibrio de Hardy-Weinberg y la deriva genética en una población, y luego probará qué sucede cuando se violan las suposiciones del equilibrio.