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¿Cómo se “eliminan” los rasgos sin efectos negativos a través de la evolución?

¿Cómo se “eliminan” los rasgos sin efectos negativos a través de la evolución?


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Si solo aquellos que son más aptos para reproducir son los que se reproducen más, tiene sentido que los rasgos que impiden que uno se reproduzca eventualmente desaparezcan de una población.

Pero, ¿qué pasa con los rasgos que no tienen ningún efecto sobre la reproducción, como la presencia de muelas del juicio? Los humanos no los necesitan, pero tampoco nos inhiben de reproducirnos. Entonces, ¿cómo evolucionan los humanos más allá del punto de tener muelas del juicio u otros rasgos similares sin efectos negativos?


¡Vaya, escribí mucho! Esta es una introducción casi muy breve a algunos conceptos de genética de poblaciones.

Primero un poco de terminología

Lugar

Un locus (plur. Loci) es una posición en un cromosoma.

Alelo

En un locus específico, diferentes individuos pueden tener diferentes variantes. Un individuo podría serATTCTAmientras que otro podría serATTCAApor ejemplo. Estas variantes se denominan "alelos". Todo el objetivo de la genética evolutiva es comprender la creación (mutación) y el cambio en la frecuencia de los diferentes alelos de la población.

Heterocigosidad

Probablemente sepa que en muchas especies, tenemos dos copias de cada cromosoma. Por lo tanto, un individuo puede portar dos veces el mismo alelo en un locus dado o puede portar diferentes alelos. La heterocigosidad esperada ($ H $) en un locus dado es la fracción de la población que porta dos alelos diferentes en este locus único.

Fijación

Cuando un alelo alcanza una frecuencia de 1 (100%), es decir, solo este alelo existe en la población (y por lo tanto los demás alelos han sido eliminados), decimos que ha alcanzado la fijación.

Seleccion natural

El proceso que describe en su primer párrafo se llama selección natural.

La selección natural es una diferencia de aptitud (= una función tanto del éxito reproductivo como de la supervivencia) entre diferentes genotipos. Como dijiste (pero con otras palabras), los alelos deletéreos disminuirán en frecuencia a lo largo del tiempo y eventualmente terminarán siendo eliminados de la población a través de la selección natural.

Deriva genética

Hay otros procesos evolutivos además de la selección natural. Por lo general, el que nos interesará para abordar su pregunta es la deriva genética.

¿Qué es la deriva genética?

La deriva genética se refiere al muestreo aleatorio de una población para construir la población de la próxima generación. Existen diferentes formas de modelar la deriva genética (modelo de Wright-Fisher, modelo de Moran, modelo de coalescencia) pero sin tener que hablar de los detalles de estos modelos matemáticos, es importante que se pueda concebir el papel del muestreo aleatorio en el cambio de alelo. frecuencia a través del tiempo. Para esto, los invito a leer primero ¿Por qué la fuerza de la deriva genética es inversamente proporcional al tamaño de la población? y cuando hayas terminado, vuelve a esta publicación.

En la siguiente figura, puede ver el efecto de la deriva en el tiempo. El siguiente gráfico considera un locus bialélico (un locus donde existen 2 y solo 2 alelos diferentes en la población) comenzando con una frecuencia inicial de 0.5 (= 50%). Cada línea es una simulación separada y muestra la frecuencia de solo uno de los dos alelos.

El gráfico anterior consideró una población de tamaño $ N = 100 $ individuos. A continuación, los mismos tipos de simulación con un tamaño de población de $ N = 25 $ individuos. Como puede ver, la deriva genética es más fuerte.

Cada locus está sujeto a la deriva genética, ya sea que esté bajo selección o no. Sin embargo, si un locus está bajo una fuerte selección, entonces la deriva genética tiene poco poder para explicar qué alelo se fijará en comparación con cuando el locus es neutral.

Deriva genética y pérdida de alelos.

En el gráfico anterior se desprende claramente que la deriva genética también borra la variante de la población. Simplemente no sabemos con certeza qué variante se eliminará. Para ser más precisos, la heterocigosidad esperada debido a la deriva genética se reduce en un factor $ frac {1} {2N} $ cada generación. Se pueden hacer muchos cálculos a partir de modelos básicos de deriva genética. Por ejemplo, el tiempo esperado para ser eliminado es $ bar t (p_0) = - 4N left ( frac {p_0} {1-p_0} right) ln (p_0) $, donde $ p_0 $ es el inicio frecuencia del alelo de interés.

Un resultado interesante es que la probabilidad de que un alelo alcance la fijación es igual a su frecuencia. Si hay individuos $ N $ en las poblaciones, hay alelos $ 2N $ (pero no alelos diferentes $ 2N $). Si los hay, digamos 235 alelosAen la población y $ 2n - 235 $ alelosBen la población, luego, a largo plazo (de modo que uno necesariamente fijará) la probabilidad de fijación del aleloAes $ frac {235} {2N} $ y la probabilidad de fijación del aleloBes $ frac {2N-235} {2N} = 1- frac {235} {2N} $.

Muelas del juicio

En su pregunta, está interesado en un locus supuestamente puramente neutral. Sospecho que hablaste de las muelas del juicio más como un ejemplo que porque te interesa este rasgo.

Supongamos que la presencia de muelas del juicio es completamente neutra. Por cierto, tenga en cuenta que, como regla general, si $ 2 N s << 1 $, (donde $ s $ es el coeficiente de selección de un alelo determinado), entonces el alelo se comportará esencialmente como si fuera un alelo neutral. Entonces, si las muelas del juicio son neutrales, entonces la probabilidad de que este rasgo desaparezca a largo plazo depende de la frecuencia del alelo que causa este rasgo. Hasta ahora, asumí que estábamos interesados ​​en un solo locus. En realidad, la variación en muchos rasgos se debe a la variación en varios loci. En tal caso, los cálculos son un poco menos sencillos (pero aún factibles). No conozco la base genética de las muelas del juicio, por lo que no puedo hacer buenas predicciones sobre la evolución de este rasgo en particular.

Otros procesos evolutivos

Aquí hay algunos ejemplos de interés.

Flujo de genes

Tenga en cuenta, por supuesto, que hay otros procesos a considerar al intentar predecir el destino de un alelo o rasgo determinado. Por ejemplo, en una población determinada, es posible que haya un flujo de migrantes que provienen de una población en la que un alelo está fijo y, por lo tanto, afecta la frecuencia del alelo en la población focal. Esto se llama flujo de genes.

Efectos de Hill-Robertson

Nunca olvide que un locus no está solo en su cromosoma. Está físicamente ligado a otros loci y las presiones selectivas en otros loci afectarán la frecuencia alélica en el locus focal. A esto se le llama efectos de Hill-Robertson.

Mutaciones

Por supuesto, cuando un locus no es polimórfico (tiene un solo alelo), las mutaciones son la fuente última de variación. Cuando un locus es polimórfico, es probable que las mutaciones tengan un efecto menor en la frecuencia de los alelos (aunque depende del tamaño y tipo de locus y depende de si las mutaciones pueden formar nuevos alelos funcionales).

Pleiotropía y covarianza entre rasgos fenotípicos

El rasgo fenotípico no evoluciona de forma independiente. Si las muelas del juicio son una consecuencia de la activación de la vía molecular para la resistencia al VIH (que muy probablemente no lo sea), entonces las muelas del juicio no evolucionarán como un rasgo neutral. Se dice que un locus que afecta a varios rasgos tiene efectos pleiotrópicos.


Tiene razón al pensar que los rasgos que mejoran (impiden) la tasa de reproducción deben extenderse (eliminarse) de la población mediante selección. Sin embargo, el proceso de evolución se basa en algo más que en la selección.

Hay cuatro mecanismos por los que opera la evolución; mutación, migración, deriva y selección. La mutación trae una nueva variación en las poblaciones, con cambios que ocurren en el ADN (por ejemplo, unAse convierte en unTen la secuencia genética). La migración puede agregar y eliminar la variación de las poblaciones, pero es un mecanismo de evolución dentro de las especies (por definición, no debería haber migración genética entre especies). La deriva es el cambio en la variación genética que proviene de la variación aleatoria en el éxito reproductivo. Con la deriva no existe un vínculo entre los genes y la tasa de reproducción, es decir, los portadores de un alelo tienen la misma probabilidad de reproducirse igual de bien que los portadores de alelos alternativos.

La selección opera cuando hay covarianza entre la reproducción (aptitud) y los genes que uno porta, es decir, hay una tendencia a que los portadores de un alelo produzcan más descendencia que los portadores de un alelo alternativo. Esto podría surgir porque, por ejemplo, el gen mejora la fertilidad.

Cuando está considerando la evolución de rasgos neutrales (o casi neutrales), está considerando la evolución a través de los primeros tres mecanismos (mutación, migración, deriva). Las poblaciones pequeñas son más propensas a perder variación genética por deriva que las grandes, aquí hay una simulación de 10 poblaciones durante 250 generaciones, donde el tamaño de la población es 200 a la izquierda y 2000 a la derecha. Puede ver que las poblaciones más pequeñas tienen una mayor tendencia a la fijación de un alelo, esto es sin que se produzca selección.

Muchos rasgos neutrales persisten durante muchas generaciones porque es solo una lotería, eventualmente deberían perderse de la población, pero no podemos decir cuándo.

Además, los genes que causan variación neutra pueden no estar bajo selección directa, pero podrían estar ligados con loci bajo selección, por lo tanto, verse afectados por la selección indirecta, o podrían tener múltiples efectos (pleiotropía; p. Ej., El gen que causa la expresión de un gen neutro rasgo también afecta la expresión de un rasgo seleccionado).


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