Frecuencias alélicas y selección natural en poblaciones
En un bosque cercano a una fábrica, una naturalista fotografía las polillas posadas en los troncos durante años. Al principio casi todas son claras. Décadas después, la mayoría son oscuras. Nadie "pintó" a las polillas y ninguna cambió de color durante su vida. ¿Entonces, qué cambió? Para contestarlo hay que dejar de mirar individuos y empezar a mirar poblaciones.
La población como unidad evolutiva
Una población es un conjunto de individuos de la misma especie que viven en un mismo lugar y tiempo y que pueden reproducirse entre sí. Por ejemplo: los guanacos de una reserva patagónica o los zorros colorados de un partido bonaerense. Se la describe con su tamaño (cuántos individuos hay) y su densidad (cuántos individuos por unidad de superficie o volumen).
Los individuos no evolucionan: nacen con un genotipo y lo conservan toda su vida. Lo que cambia con las generaciones es la composición genética de la población. Por eso decimos que la población es la unidad evolutiva.
Dos conceptos ecológicos ayudan a ubicar a la población en su ambiente:
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Hábitat: el lugar donde vive (el pastizal pampeano, el bosque andino-patagónico).
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Nicho ecológico: el "modo de vida" de la especie, es decir, qué recursos usa, qué come, cuándo y dónde actúa y qué relaciones tiene con otras especies.
Definí qué es el reservorio génico (o acervo génico) de una población y qué es la frecuencia alélica. Dá un ejemplo con un gen que tenga dos alelos.
Definí qué es el reservorio génico (o acervo génico) de una población y qué es la frecuencia alélica. Dá un ejemplo con un gen que tenga dos alelos.
Reservorio génico y frecuencias alélicas
El reservorio génico (o acervo génico, pool génico) es el conjunto de todos los alelos de todos los genes que tiene una población. Cada individuo aporta una muestra pequeña de ese reservorio, y los hijos se arman a partir de él.
La frecuencia alélica es la proporción de un alelo determinado respecto del total de alelos de ese gen en la población. Se expresa como decimal, fracción o porcentaje. Para un gen con dos alelos, A y a, llamamos $p$ a la frecuencia de A y $q$ a la de a:
Como los individuos son diploides, cada uno tiene dos alelos por gen. Entonces, en una población de $N$ individuos hay $2N$ alelos de ese gen. Para contarlos:
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cada AA aporta 2 alelos A;
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cada Aa aporta 1 alelo A y 1 alelo a;
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cada aa aporta 2 alelos a.
Si de una generación a la siguiente las frecuencias cambian, el reservorio génico cambió: eso es evolución. Puede deberse a la selección natural, a la deriva génica (azar en poblaciones pequeñas), al flujo génico (migración de individuos que traen o se llevan alelos) o a mutaciones.
En una población, un gen tiene dos alelos, A y a. La frecuencia del alelo A es $p = 0{,}7$. Calculá la frecuencia del alelo a, sabiendo que solo existen esos dos alelos,…
En una población, un gen tiene dos alelos, A y a. La frecuencia del alelo A es $p = 0{,}7$. Calculá la frecuencia del alelo a, sabiendo que solo existen esos dos alelos, y explicá qué relación usaste.
En una población de 200 individuos diploides, 98 son AA, 84 son Aa y 18 son aa. a) Calculá cuántos alelos hay en total en la población. b) Calculá la frecuencia del…
En una población de 200 individuos diploides, 98 son AA, 84 son Aa y 18 son aa.
- a) Calculá cuántos alelos hay en total en la población.
- b) Calculá la frecuencia del alelo A y la del alelo a.
- c) Si en la generación siguiente la frecuencia de A baja a 0{,}50, ¿qué indica eso sobre el reservorio génico?
Variabilidad y selección natural
Los individuos de una población no son idénticos. Parte de esa variación es genética (distintos alelos, que se originan por mutación y se recombinan en la reproducción sexual) y parte es ambiental (por ejemplo, una planta crece más con más agua; ese efecto no se hereda).
La selección natural opera sobre la variación genética, con esta lógica:
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Hay variación entre individuos en un carácter.
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Al menos parte de esa variación es heredable.
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Algunos individuos, por sus características en un ambiente dado, sobreviven y dejan más descendientes fértiles que otros.
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En la generación siguiente, los alelos de los más exitosos aumentan su frecuencia.
El valor adaptativo de un genotipo es justamente esa reproducción diferencial: depende del ambiente. No hay "mejores" genotipos en general, sino genotipos mejor ajustados a un ambiente determinado.
El caso de la polilla moteada
La polilla moteada (Biston betularia) descansa de día sobre troncos. Hay dos variantes de color determinadas genéticamente: clara y oscura. Las aves las cazan cuando las ven.
La historia, según el relato clásico:
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Antes de la Revolución Industrial, los troncos de los bosques ingleses eran claros: las polillas claras se camuflaban y sobrevivían más. El alelo oscuro era raro.
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Con el hollín de las fábricas, los troncos se oscurecieron: ahora las oscuras se camuflaban mejor, las claras eran más cazadas y la frecuencia del alelo oscuro aumentó.
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Con las leyes de control de la contaminación, los troncos volvieron a aclararse y la frecuencia de polillas oscuras disminuyó.
Volvé al principio: la naturalista veía cambiar la proporción de polillas oscuras porque cambiaba la frecuencia del alelo oscuro en la población, no el color de cada polilla.
Antes de la Revolución Industrial, en los bosques de Inglaterra la mayoría de las polillas Biston betularia* eran de color claro y pocas eran oscuras. Con el hollín de…
Antes de la Revolución Industrial, en los bosques de Inglaterra la mayoría de las polillas Biston betularia eran de color claro y pocas eran oscuras. Con el hollín de las fábricas, los troncos se oscurecieron y la proporción de polillas oscuras aumentó. Explicá este cambio usando los conceptos de variación, presión de selección (depredación por aves) y cambio en la frecuencia del alelo de color oscuro.
Retomá el caso de la polilla Biston betularia*. Con las leyes de control de la contaminación, los troncos volvieron a aclararse y la frecuencia de polillas oscuras…
Retomá el caso de la polilla Biston betularia. Con las leyes de control de la contaminación, los troncos volvieron a aclararse y la frecuencia de polillas oscuras disminuyó. Un compañero, Thiago, sostiene que «las polillas cambiaron de color porque lo necesitaban». Respondé:
- a) Corregí esa explicación desde la teoría de la selección natural.
- b) Indicá qué tipo de selección se observó en cada etapa (oscurecimiento y aclaramiento) respecto del color.
- c) Explicá por qué un cambio de frecuencias alélicas en una población no implica que cada individuo haya cambiado de color a lo largo de su vida.
Tres modos de selección natural
Muchos caracteres (altura, peso, tamaño del pico) varían de forma continua y su distribución en la población suele parecerse a una campana. Según qué individuos sobrevivan más, la campana cambia de manera distinta.
| Tipo | Quién tiene ventaja | Efecto sobre la distribución |
|---|---|---|
| Estabilizadora | Los valores intermedios | Se angosta; se mantiene el promedio y disminuye la variabilidad |
| Direccional | Un extremo | El promedio se desplaza en esa dirección |
| Disruptiva | Ambos extremos | Aparecen dos grupos; aumenta la variabilidad |
Ejemplos:
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Estabilizadora: el peso al nacer en humanos. Los bebés muy livianos o muy pesados sobreviven menos que los de peso intermedio.
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Direccional: las polillas, que se desplazaron hacia el color oscuro cuando los troncos se oscurecieron (y de vuelta hacia el claro cuando se aclararon). También la cefalización a lo largo de la evolución de ciertos linajes.
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Disruptiva: aves que comen semillas pequeñas y blandas o grandes y duras, con pocas semillas intermedias: ganan los picos pequeños y los grandes. Los pinzones de Darwin ilustran este aumento de la variabilidad. Si además el flujo génico entre ambos grupos disminuye, los dos pueden divergir cada vez más, y a muy largo plazo eso podría llevar a dos especies distintas (lo vas a ver en el apartado de especiación).
Nombrá los tres tipos de selección natural que se distinguen según su efecto sobre la distribución de un carácter (estabilizadora, direccional y disruptiva) y escribí…
Nombrá los tres tipos de selección natural que se distinguen según su efecto sobre la distribución de un carácter (estabilizadora, direccional y disruptiva) y escribí una breve descripción de cada uno.
Un grupo de investigación mide el peso al nacer de bebés humanos en una población. Observa que los bebés de peso intermedio sobreviven más que los muy livianos y que los…
Un grupo de investigación mide el peso al nacer de bebés humanos en una población. Observa que los bebés de peso intermedio sobreviven más que los muy livianos y que los muy pesados. Identificá qué tipo de selección natural describe la situación, dibujá o describí cómo cambia la curva de distribución del peso a lo largo de las generaciones y explicá por qué.
En una isla viven aves que se alimentan de semillas. Hay semillas pequeñas y blandas y semillas grandes y duras; casi no hay semillas de tamaño intermedio. Las aves con…
En una isla viven aves que se alimentan de semillas. Hay semillas pequeñas y blandas y semillas grandes y duras; casi no hay semillas de tamaño intermedio. Las aves con pico pequeño comen las semillas blandas, las de pico grande rompen las duras y las de pico mediano se alimentan con dificultad.
- a) Identificá el tipo de selección que opera y justificalo.
- b) Describí cómo cambiaría la distribución del tamaño del pico a lo largo de muchas generaciones.
- c) Explicá qué podría ocurrir a largo plazo con la población si el flujo génico entre ambos grupos disminuye.
Poblaciones humanas y el concepto de «raza»
La genética de poblaciones también se aplica a nuestra especie. Los datos son consistentes con un único origen africano de Homo sapiens. Las diferencias visibles entre poblaciones (color de piel, por ejemplo) se deben en gran parte a frecuencias alélicas distintas de unos pocos genes, que fueron seleccionados según el ambiente y a otros procesos, como la deriva.
Pero la variación genética entre individuos de una misma población es muy grande y los alelos se reparten de forma gradual y superpuesta: no hay conjuntos de genes exclusivos de un grupo "racial". Por eso la idea de «raza» no es consistente con la genética de poblaciones. Un ejemplo cotidiano es el grupo sanguíneo ABO: los mismos alelos se hallan en todo el mundo, solo con frecuencias diferentes.