Mecanismos de evolución

El principio de equilibrio de Hardy-Weinberg dice que las frecuencias alélicas en una población permanecerán constantes en ausencia de los cuatro factores que podrían cambiarlas. Esos factores son la selección natural, la mutación, la deriva genética y la migración (flujo de genes). De hecho, sabemos que probablemente siempre están afectando a las poblaciones.

Seleccion natural

La selección natural ya ha sido discutida. Los alelos se expresan en un fenotipo. Dependiendo de las condiciones ambientales, el fenotipo confiere una ventaja o desventaja al individuo con el fenotipo en relación con los otros fenotipos en la población. Si es una ventaja, entonces ese individuo probablemente tendrá más descendencia que los individuos con los otros fenotipos, y esto significará que el alelo detrás del fenotipo tendrá una mayor representación en la próxima generación. Si las condiciones siguen siendo las mismas, los descendientes, que llevan el mismo alelo, también se beneficiarán. Con el tiempo, el alelo aumentará en frecuencia en la población.

Mutación

La mutación es una fuente de nuevos alelos en una población. La mutación es un cambio en la secuencia de ADN del gen. Una mutación puede cambiar un alelo a otro, pero el efecto neto es un cambio en la frecuencia. El cambio en la frecuencia resultante de la mutación es pequeño, por lo que su efecto en la evolución es pequeño a menos que interactúe con uno de los otros factores, como la selección. Una mutación puede producir un alelo seleccionado contra, seleccionado para, o selectivamente neutral. Las mutaciones nocivas se eliminan de la población mediante selección y generalmente solo se encontrarán en frecuencias muy bajas iguales a la tasa de mutación. Las mutaciones beneficiosas se extenderán a través de la población mediante la selección, aunque esa propagación inicial es lenta. Si una mutación es o no beneficiosa o nociva está determinada por si ayuda a un organismo a sobrevivir hasta la madurez sexual y a reproducirse. Cabe señalar que la mutación es la fuente principal de variación genética en todas las poblaciones: nuevos alelos y, por lo tanto, surgen nuevas variaciones genéticas a través de la mutación.

Deriva genética

Otra forma en que las frecuencias alélicas de una población pueden cambiar es la deriva genética, que es simplemente el efecto del azar. La deriva genética es más importante en poblaciones pequeñas. La deriva estaría completamente ausente en una población con infinitos individuos, pero, por supuesto, ninguna población es tan grande. La deriva genética ocurre porque los alelos en una generación de descendencia son una muestra aleatoria de los alelos en la generación parental. Los alelos pueden o no llegar a la próxima generación debido a eventos fortuitos, incluida la mortalidad de un individuo, eventos que afectan a la búsqueda de una pareja e incluso los eventos que afectan a los gametos que terminan en fertilizaciones. Si un individuo de una población de diez individuos muere antes de dejar descendencia a la próxima generación, todos sus genes, una décima parte del acervo genético de la población, se perderán repentinamente. En una población de 100, ese individuo representa solo el 1 por ciento del conjunto genético total; por lo tanto, tiene mucho menos impacto en la estructura genética de la población y es poco probable que elimine todas las copias, incluso de un alelo relativamente raro.

Imagine una población de diez individuos, la mitad con el alelo A y la otra mitad con el alelo a (los individuos son haploides). En una población estable, la próxima generación también tendrá diez individuos. Elija esa generación al azar lanzando una moneda diez veces y deje que las caras sean A y las colas sean a. Es poco probable que la próxima generación tenga exactamente la mitad de cada alelo. Puede haber seis de uno y cuatro del otro, o algún conjunto diferente de frecuencias. Por lo tanto, las frecuencias alélicas han cambiado y la evolución ha ocurrido. Una moneda ya no funcionará para elegir la próxima generación (porque las probabilidades ya no son la mitad para cada alelo). La frecuencia en cada generación se desplazará hacia arriba y hacia abajo en lo que se conoce como una caminata aleatoria hasta que en un punto se elijan todas las A o todas las a y ese alelo se arregle a partir de ese punto. Esto podría llevar mucho tiempo para una gran población. Esta simplificación no es muy biológica, pero se puede demostrar que las poblaciones reales se comportan de esta manera. El efecto de la deriva en las frecuencias es mayor cuanto más pequeña es una población. Su efecto también es mayor en un alelo con una frecuencia lejos de la mitad. La deriva influirá en cada alelo, incluso en aquellos que se seleccionan naturalmente.

La deriva genética en una población puede conducir a la eliminación de un alelo de una población por casualidad. En cada generación, se reproduce un conjunto aleatorio de individuos para producir la próxima generación. La frecuencia de alelos en la próxima generación es igual a la frecuencia de alelos entre los individuos que se reproducen.

La deriva genética también puede ser magnificada por eventos naturales o causados por el hombre, como un desastre que mata al azar a una gran parte de la población, lo que se conoce como el efecto de cuello de botella que provoca que una gran parte del genoma se elimine repentinamente. De un solo golpe, la estructura genética de los sobrevivientes se convierte en la estructura genética de toda la población, que puede ser muy diferente de la población anterior al desastre. El desastre debe ser uno que mate por razones ajenas a los rasgos del organismo, como un huracán o flujo de lava. Es probable que una matanza masiva causada por temperaturas inusualmente frías en la noche afecte a las personas de manera diferente dependiendo de los alelos que poseen que confieren resistencia al frío.

Un evento fortuito o catástrofe puede reducir la variabilidad genética dentro de una población.

Otro escenario en el que las poblaciones pueden experimentar una fuerte influencia de la deriva genética es si una parte de la población se va para comenzar una nueva población en una nueva ubicación, o si una población se divide por una barrera física de algún tipo. En esta situación, es poco probable que esos individuos sean representativos de toda la población, lo que resulta en el efecto fundador. El efecto fundador ocurre cuando la estructura genética coincide con la de los padres y madres fundadores de la nueva población. Se cree que el efecto fundador fue un factor clave en la historia genética de la población afrikaner de colonos holandeses en Sudáfrica, como lo demuestran las mutaciones que son comunes en los afrikaners pero raras en la mayoría de las otras poblaciones. Esto probablemente se deba a una proporción más alta de lo normal de los colonos fundadores, que eran una pequeña muestra de la población original, portaron estas mutaciones. Como resultado, la población expresa incidencias inusualmente altas de la enfermedad de Huntington (HD) y la anemia de Fanconi (FA), un trastorno genético que se sabe que causa médula ósea y anomalías congénitas, e incluso cáncer.

Flujo de genes

Otra fuerza evolutiva importante es el flujo de genes, o el flujo de alelos dentro y fuera de una población como resultado de la migración de individuos o gametos. Mientras que algunas poblaciones son bastante estables, otras experimentan más flujo. Muchas plantas, por ejemplo, envían sus semillas a lo largo y ancho, por el viento o en las tripas de los animales; Estas semillas pueden introducir alelos comunes en la población de origen a una nueva población en la que son raros.

El flujo de genes puede ocurrir cuando un individuo viaja de una ubicación geográfica a otra y se une a una población diferente de la especie. En el ejemplo que se muestra aquí, el alelo marrón se introduce en la población verde.

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