Hardy-Weinberg e a deriva genética

Os cientistas já se perguntaram por que características dominantes, como manchas de girafa de cor bronzeada, não se tornam mais frequentes a cada geração e substituem características recessivas, como manchas marrom-escuras. Ao pensar sobre esse enigma, em 1908, independentes um do outro, Godfrey H. Hardy e Wilhelm Weinberg derivaram independentemente uma teoria, hoje conhecida como Princípio de Hardy-Weinberg e representada por essa equação.

O princípio afirma que, na ausência de evolução, ou seja, em equilíbrio, as frequências alélicas e genotípicas de uma população permanecerão constantes de uma geração para a seguinte. Para entender essa equação, vamos voltar ao exemplo da girafa. A maiúscula representa o alelo bronzeado, pois é dominante, e a minúscula é para o alelo marrom porque é recessivo. A frequência desses dois alelos na população é designada como p e q, respectivamente. Então, como sabemos a frequência do alelo? Bem, cada indivíduo tem dois alelos. Neste exemplo, 40% dos alelos no pool genético são bronzeados. Assim, a frequência do alelo tan, p, é 0,4, e a frequência do alelo marrom, q, é 0,6. Observe que p mais q é sempre igual a um.

Agora vamos voltar à equação de Hardy-Weinberg. Cada termo na equação representa uma frequência de genótipo. A frequência do genótipo homozigoto dominante é p ao quadrado, e o homozigoto recessivo é representado por q ao quadrado. O genótipo heterozigoto é de dois pq. A razão pela qual multiplicamos por dois aqui é que existem duas maneiras diferentes de gerar um genótipo heterozigoto. Combinados, todos eles representam 100% dos genótipos. Assim, uma frequência total de um. Usando os valores de p e q do nosso exemplo de girafa, podemos determinar a distribuição genotípica dos alelos do gene da cor em nossa população de girafas. Portanto, de acordo com o Princípio de Hardy-Weinberg, em equilíbrio, 16% da população de girafas será homozigótica dominante, 48% será heterozigótica e 36% será homozigótica recessiva.

Para manter esse equilíbrio, o Princípio do Equilíbrio de Hardy-Weinberg afirma que uma população deve atender a cinco suposições principais. Deve haver acasalamento aleatório, grande tamanho da população, nenhuma mutação, nenhuma seleção no gene em questão e nenhum fluxo gênico dentro ou fora da população. A maioria das populações naturais viola pelo menos uma dessas suposições e, portanto, o equilíbrio é raro ... mas, apesar disso, o princípio é usado como um modelo nulo para a genética populacional. Ao comparar esses valores esperados com a frequência real do genótipo em uma população, pode-se determinar se essa população está no equilíbrio de Hardy-Weinberg. Se não, isso significa que alguma forma de evolução ou mudança na frequência do alelo está ocorrendo.

Um equívoco geral sobre a evolução é que ela requer que a seleção natural ocorra. No entanto, nem sempre é esse o caso. A deriva genética é um mecanismo pelo qual a evolução pode ocorrer sem seleção natural. É definido como uma mudança na frequência alélica de uma população devido ao acaso. Para imaginar isso, vamos voltar ao exemplo de uma população de girafas e imaginar seus alelos de castanho e marrom sendo representados por bolinhas de gude de duas cores diferentes. Vamos supor aqui que cada cor começa igualmente abundante. Se fôssemos começar uma nova geração a partir dessa população, precisaríamos criar pares de indivíduos e, assim, selecionar entre quatro alelos por par. Se selecionarmos um casal reprodutor aleatoriamente, podemos acabar com duas bolinhas de gude de cada cor. No entanto, apenas por acaso, alguns pares terão apenas uma cor de mármore, ou três de uma cor e uma da outra. Esses desvios casuais de 50-50 em vários pares para criar uma nova geração podem significar que a próxima geração não tem mais uma mistura igual de cada alelo.

É essa variação das frequências alélicas relativas ao longo do tempo que define a deriva genética. Portanto, ao contrário da evolução adaptativa, onde a frequência do alelo muda para selecionar características adequadas ao ambiente, como joaninhas com uma quantidade maior de melanina sobrevivendo melhor em climas mais frios devido a uma capacidade aprimorada de absorver calor, a deriva genética representa um tipo de evolução que é puramente devido à mudança estocástica. Por exemplo, a remoção aleatória de uma seção de uma população por meio de um evento catastrófico.

Neste laboratório, você realizará simulações de computador e contas coloridas do equilíbrio de Hardy-Weinberg e da deriva genética em uma população e, em seguida, testará o que acontece quando as suposições do equilíbrio são violadas.