Bases genéticas da evolução.

Na natureza, as populações geralmente estão evoluindo. A grama em um campo aberto, os lobos em uma floresta e até mesmo as bactérias no corpo de uma pessoa são todas populações naturais. E todas essas populações são susceptíveis de evoluir por pelo menos alguns dos seus genes. A evolução está acontecendo aqui, agora!

Para deixar claro, não significa que essas populações estejam se encaminhando para um estado final de perfeição. Toda evolução significa que uma população está alterando sua composição genética ao longo de gerações. E as mudanças podem ser sutis — por exemplo, em uma população de lobos, pode haver uma mudança na frequência de uma variante do gene da pelagem preta, ao invés da cinza. Às vezes, esse tipo de alteração se dá por seleção natural. Outras vezes, trata-se de migração de novos organismos para a população ou de eventos aleatórios — o "fruto do acaso" evolutivo.

Equilíbrio de Hardy-Weinberg

Primeiramente, vamos examinar o que acontece quando uma população não está evoluindo. Se uma população se apresenta em um estado chamado de equilíbrio de Hardy-Weinberg, as frequências dos alelos, ou versões dos genes, e os  genótipos, ou conjuntos de alelos, nessa população permanecerão os mesmos ao longo de gerações (satisfazendo também a equação de Hardy-Weinberg). Formalmente, evolução é a mudança das frequência dos alelos em uma população ao longo do tempo, portanto uma população em equilíbrio de Hardy-Weinberg não está evoluindo

Isso é um pouco abstrato, portanto vamos analisar por partes, usando um exemplo. Imagine uma grande população de besouros. Na verdade, apenas por diversão, vamos dizer que a população tem tamanho infinito. Os besouros de nossa população infinitivamente grande vêm em duas cores, cinza escuro e cinza claro e a cor é determinada pelo gene A. Besouros AA e Aasão cinza escuro, e besouros aa são cinza claro.

Nessa população, digamos que o alelo A tem frequência de , ao passo que o alelo a tem frequência de . Se uma população está em equilíbrio de Hardy-Weinberg, as frequências alélicas estarão relacionadas às frequências genotípicas por uma relação matemática específica, a equação de Hardy-Weinberg. Desta forma, podemos prever as frequências genotípicas que serão esperadas (se a população estiver em equilíbrio de Hardy-Weinberg) através das frequências alélicas.

Vamos imaginar que estas são as frequências genotípicas vistas na população de besouro  AA,  Aa,  aaExcelente — nossos besouros parecem estar em equilíbrio de Hardy-Weinberg! Agora, vamos imaginar que os besouros reproduzem-se para formar uma próxima geração. Quais serão as frequências alélicas e genotípicas para essa geração?

Para prever isso, precisamos fazer algumas suposições:

Primeiro, vamos assumir que nenhum genótipo é melhor dos que os outros para fins de sobrevivência ou reprodução. Se for esse o caso, as frequências dos alelos A e a no conjunto de gametas (espermatozoides e óvulos) que se reúnem para formar a próxima geração será a mesma que a frequência geral de cada alelo da geração atual.

Segundo, vamos supor que os besouros acasalam-se aleatoriamente (em contraste a besouros pretos preferindo outros besouros pretos). Se for esse o caso, podemos pensar na reprodução como o resultado de dois eventos aleatórios: seleção de um espermatozoide do reservatório gênico da população e seleção de um óvulo do mesmo reservatório. A probabilidade de formar qualquer genótipo para a prole é simplesmente a mesma probabilidade de formar o conjunto de óvulo e espermatozoide que produz esse genótipo. 

Podemos usar um quadro de Punnett modificado para representar a probabilidade de obter proles de diferentes genótipos. Aqui, temos que multiplicar as frequências dos gametas nos eixos para obter a probabilidade dos eventos de fertilização nos quadrados:

predissemos uma geração de descendentes com as mesmas frequências de genótipo da geração parental:  AA,  Aa,  aa. Se as frequências genotípicas não mudaram, também devemos ter as mesmas frequências alélicas da geração parental:  for A e  for a.

O que acabamos de ver é a essência do equilíbrio de Hardy-Weinberg. Se os alelos no reservatório de gametas espelham exatamente aqueles da geração parental, e se eles reúnem-se aleatoriamente (em um número infinitamente grande de eventos), não há nenhuma razão — na verdade, não há maneira — de frequências alélicas e genotípicas mudarem de uma geração para a seguinte.

Na ausência de outros fatores, você pode imaginar este processo ocorrendo repetidamente, geração após geração, mantendo as mesmas frequências alélicas e genotípicas. Uma vez que evolução é uma mudança nas frequências alélicas numa população ao longo de gerações, uma população em equilíbrio de Hardy-Weinberg não está, por definição, evoluindo.

Alguns genes podem satisfazer Hardy-Weinberg, enquanto outros não

Note que podemos pensar no equilíbrio de Hardy-Weinberg, de duas maneiras: para apenas um gene ou para todos os genes do genoma.

• Se olharmos para um gene, verificamos se os critérios acima são verdadeiros  para apenas esse gene. Por exemplo, perguntaríamos se houve mutações no gene ou se organismos acasalaram-se aleatoriamente com relação a seus genótipos para esse gene.
• Se nós olhamos para todos os genes do genoma, as condições têm de ser atendidas para cada gene isoladamente.

Embora seja possível que essas condições sejam mais ou menos atendidas para um único gene sob certas circunstâncias, é muito improvável que sejam atendidas para todos os genes no genoma. Portanto, enquanto uma população pode estar em equilíbrio de Hardy-Weinberg para alguns genes (não evoluindo para esses genes), é improvável que esteja em equilíbrio de Hardy-Weinberg para todos os seus genes (não evoluindo de nenhuma forma).

Mecanismos de evolução

Os diferentes pressupostos de Hardy-Weinberg, quando violados, correspondem aos diferentes mecanismos de evolução.

• Mutação. Ainda que a mutação seja a fonte original de toda variação genética, a taxa de mutação para a maioria dos organismos é bem baixa. Portanto, o impacto de novas mutações nas frequências alélicas de uma geração para a outra geralmente não é grande. (Contudo, a seleção natural atuando sobre os resultados de uma mutação pode ser um poderoso mecanismo.
  Acasalamentos não aleatórios. Nos acasalamentos não aleatórios, os organismos podem preferir acasalar com outros de mesmo genótipo ou de genótipos diferentes. Esses acasalamentos não alteram as frequências alélicas na população por si, embora possam alterar as frequências genotípicas. Isso impede que a população entre em equilíbrio de Hardy-Weinberg, mas é discutível se conta como evolução, já que as frequências alélicas continuam as mesmas.
  Fluxo gênico. O fluxo gênico envolve a circulação de genes para dentro ou para fora de uma população, em função de qualquer movimento de organismos individuais ou de seus gametas (óvulos e espermatozoides, por exemplo, através da dispersão do pólen de uma planta). Organismos e gametas que entram em uma população podem ter novos alelos ou podem trazer alelos já existentes, mas em proporções diferentes daquelas na população. O fluxo do gênico pode ser um agente poderoso de evolução.
  Tamanho da população não infinito (deriva genética). A deriva genética envolve mudanças na frequência alélica por causa de eventos ao acaso – literalmente, "erros de amostragem" na seleção de alelos para a próxima geração. A deriva pode ocorrer em qualquer população de tamanho não infinito, mas tem um efeito mais forte em pequenas populações. Vamos estudar em detalhe a deriva genética e os efeitos do tamanho da população.
  Seleção natural. Finalmente, o mais famoso mecanismo de evolução! A seleção natural ocorre quando um alelo (ou combinação de alelos de genes diferentes) torna um organismo mais adaptado ou menos, isto é, capaz de sobreviver e se reproduzir em um determinado ambiente. Se um alelo reduz a aptidão, sua frequência tenderá a cair de uma geração para a próxima. Vamos estudar em detalhe nas diferentes formas de seleção natural que ocorrem em populações.
  Todos os cinco dos mecanismos de evolução acima podem atuar em certa medida, em qualquer população natural. De fato, a trajetória evolutiva de um determinado gene (ou seja, como seus alelos mudam em frequência na população ao longo das gerações) pode ser o resultado de vários mecanismos evolutivos agindo ao mesmo tempo. Por exemplo, as frequências alélicas do gene podem ser modificadas por fluxo gênico e deriva genética. Para outro gene, a mutação pode produzir um alelo novo, que é então favorecido (ou desfavorecido) pela seleção natural.
  
  
  Conceitos de evolução 
  
  Referência:
  "Mecanismos da evolução"; Khan academy. Disponível em:https://pt.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/hardy-weinberg-equilibrium/a/hardy-weinberg-mechanisms-of-evolution#:~:text=S%C3%A3o%20elas%3A%20muta%C3%A7%C3%A3o%2C%20acasalamentos%20n%C3%A3o,deriva%20gen%C3%A9tica)%20e%20sele%C3%A7%C3%A3o%20natural.Acesso em 07 de abril de 2024