seleção natural: diferentes tipos e suas consequências

Prática:
SELEÇÃO NATURAL: DIFERENTES TIPOS E SUAS CONSEQUÊNCIAS
Introdução
Vários fatores – casuais ou não – podem
interferir na transmissão dos diferentes alelos de um gene de
uma geração para a outra. Isso acaba resultando em
mudanças nas frequências genotípicas e fenotípicas nas
populações e/ou espécies ao longo do tempo. A tais
mudanças dá-se o nome de evolução biológica. A evolução
somente é possível de acontecer por que existem diferenças
geneticamente herdáveis entre os indivíduos de uma
população. Ou seja, ela só acontece por conta da presença de
diversidade genética nas populações e/ou espécies. Estas
diferenças podem surgir primariamente por mutações no
material genético que é passado de uma geração à outra.
Embora determinados segmentos do genoma
sejam atingidos em maior ou menor proporção pelas
mutações, ou então, que estas possam ser moduladas por
fatores ambientais, tais eventos são considerados
absolutamente aleatórios. Quer dizer, nada indica que exista
algum mecanismo no organismo que se seja capaz de definir
qual ponto do DNA deverá ser prontamente modificado a
fim de alterar de maneira satisfatória o fenótipo de um
indivíduo frente à uma determinada condição ambiental
adversa. Além disso, deve-se lembrar que, em um organismo
pluricelular, para que essa mutação possa surtir algum efeito
significativo, ela deverá ser passada para muitas células de
seu tecido somático. E, além disso, para ter importância
evolutiva, ela precisará também atingir o seu tecido
germinativo, caso contrário ela não será perpetuada nas
próximas gerações, morrendo com o seu portador.
Por outro lado, ao contrário da mutação, a
evolução pela seleção natural não pode ser considerada um
evento aleatório, tendo em vista que esta privilegia os
organismos melhores adaptados às situações ambientais
atuais. Quer dizer, num determinado momento, aqueles que
forem capazes de obter de uma maneira mais eficiente os
recursos ecológicos necessários para a sua sobrevivência e
reprodução serão os que, em média, produzirão uma maior
quantidade de descendentes (Figura 1). Se essa melhor
habilidade em lidar com determinada situação ambiental
tiver um componente hereditário, há uma grande chance
desses descendentes também herdarem tal característica.
Por isso é que se diz que a seleção natural é
adaptativa: qualquer característica hereditária que aumente a
aptidão do seu portador – em relação às condições ligadas à
sua sobrevivência e a quantidade de descendentes viáveis
que esse poderá produzir – será passada mais vezes para a
próxima geração que as mutações ou características
concorrentes mais infelizes. Como resultado, existe uma
tendência de que as gerações subsequentes se tornem cada
vez mais adaptadas. Contudo, se no meio desse processo de
transmissão hereditária o ambiente sofrer alguma alteração,
pode ser que esses mesmos descendentes não se saiam tão
bem como os seus ancestrais. Por esse motivo é que também
se diz que a seleção natural é incapaz de antecipar qualquer
problema ou situação futura.
Figura 1. Se considerarmos que os indivíduos de genótipo
aa sejam melhores adaptados ao ambiente que os de
genótipo AA e Aa, espera-se que, em média, estes tenham
maior sucesso em passar cópias desse alelo para as
próximas gerações. Ou seja, pela ação da seleção natural,
haverá um aumento na frequência deste tipo de indivíduos
ao longo do tempo.
Seleção natural e a herança mendeliana
Os genes responsáveis pelas características
adaptativas podem interagir de diferentes maneiras e, o
ambiente ocupado pelas espécies pode variar ao longo do
tempo e do espaço. Sendo assim, por depender da interação
de diferentes fatores, a seleção natural pode trilhar caminhos
bastante distintos assumindo desse modo diferentes formas
ou configurações. Por exemplo, fenótipos mais adaptativos,
se governados por alelos dominantes, podem obter uma
resposta evolutiva um pouco diferente daqueles governados
por alelos codominantes e/ou recessivos. Esse mesmo
raciocínio pode ser aplicado para caracteres governados por
1 de 3
poligenes, cujos efeitos individuais são pequenos e onde a
influência ambiental sobre o fenótipo costuma não ser nada
desprezível. Porém, nesse caso, as modificações na
constituição genética das próximas gerações dependerão de
outros fatores, como a segregação independente e a permuta.
Também deve-se lembrar que o efeito de um
determinado alelo pode variar quando inserido em diferentes
genomas, tendo em vista que diferentes genes precisam
interagir para formar pernas, músculos, garras, inteligência
etc. Além disso tudo, a maior ou menor aptidão de
indivíduos homozigotos e heterozigotos nem sempre é
suficiente para determinar quais alelos aumentarão ou
diminuirão em frequência nas populações naturais. E, em
alguns casos, as frequências iniciais dos alelos podem
determinar a forma como a evolução ocorrerá numa
determinada população.
coeficiente de seleção (s) de cada genótipo correspondente.
Para simplificar esse modelo, vamos considerar que:
1.
O ambiente que a espécie ocupa permanecerá
absolutamente constante ao longo das gerações
simuladas;
2.
Não haverá mutações que levem ao aumento ou
diminuição das frequências desses alelos;
3.
Se se trata de uma população de fertilização
cruzada;
4.
Não há endocruzamento, dentre outras coisas.
Instruções
1.
Esta atividade exige a utilização do arquivo
“selecao_natural.ods” e da planilha eletrônica Calc do
programa LibreOffice;
2.
Esta planilha permite a colocação das frequências
alélicas iniciais, bem como o coeficiente de seleção de
cada um dos genótipos;
3.
Feito isso, automaticamente serão exibidos gráficos
que mostram os resultados da simulação da seleção
natural em 100 e em 1.000 gerações;
4.
• Seleção direcional: quando, por exemplo, os
indivíduos A¹A¹ estão mais adaptados que os outros
dois genótipos. Nessa situação, o alelo A¹ deverá
aumentar em frequência e o A², diminuir;
Existem gráficos específicos para as frequências
alélicas, genotípicas e o valor adaptativo médio (Ŵ)
ao longo das gerações;
5.
• Seleção estabilizadora: quando os indivíduos de
genótipo intermediário (no nosso exemplo, os
heterozigotos A¹A²) estão mais adaptados que os dois
homozigotos. Aqui se espera que tanto o alelo A¹ como
o A² sejam mantidos na população;
Sendo assim, os estudantes deverão proceder as
diferentes simulações disponíveis no Quadro 1 e, em
seguida, analisar em cada uma delas as mudanças
ocorridas ao longo das gerações;
6.
Por fim, eles deverão buscar informações sobre que
tipo de seleção natural estaria sendo representada em
cada simulação, bem como determinar quais são os
aspectos mais relevantes de cada uma delas.
Como a seleção pode operar
Existem 3 maneiras distintas da seleção natural
atuar sobre os caracteres geneticamente herdados. Para
entendermos como isso acontece, vamos considerar que em
uma determinada população existam os alelos A¹ e A² e os
seus respectivos genótipos A¹A¹, A¹A¹ e A²A². Podemos
classificar a forma como a seleção natural opera sobre esses
genótipos da seguinte forma:
• Seleção disruptiva: quando os indivíduos de
genótipos extremos, tais como A¹A¹ e A²A² estão mais
adaptados que os intermediários (A¹A²). Nesse caso, as
frequências iniciais de A¹ e de A² poderão influenciar
qual deles será perdido e qual será fixado na
população.
Quadro 1. Simulações para a ação da seleção natural.
Frequência
Coeficiente de seleção (s)*
Simulação
A¹
A²
A¹A¹
A¹A²
A²A²
01
0,10
0,90
0,00
0,00
0,50
02
0,10
0,90
0,00
0,00
0,05
03
0,10
0,90
0,00
0,05
0,05
04
0,90
0,10
0,05
0,00
0,05
05
0,90
0,10
0,05
0,00
0,10
06
0,50
0,50
0,00
0,05
0,00
07
0,20
0,80
0,00
0,15
0,10
08
0,26
0,74
0,00
0,15
0,10
*Lembrando que W = 1 - s
O resultado disso tudo é que, dependendo da
forma como um caráter é governado (ou mesmo da
frequência dele na população), ele poderá evoluir de
maneiras bastante distintas. Como a evolução pela seleção
natural é um evento difícil de ser seguido na natureza –
devido ao tempo que esta normalmente toma e aos vários
componentes que dificultam a sua caracterização – uma das
maneiras práticas de se perceber o seu funcionamento é por
meio de simulações em computador. Portanto, esta atividade
tem por objetivo mostrar os possíveis efeitos dos diferentes
tipos de seleção natural sobre genes e genótipos ao longo de
várias gerações em um computador.
Questões a serem trabalhadas
Atividade proposta
O Quadro 1 apresenta diferentes populações que
variam com relação às frequências dos alelos A¹ e A² e ao
2 de 3
1.
Em qual tipo de seleção natural cada simulação se
enquadraria?
2.
Existiriam diferenças nas taxas de eliminação e/ou
fixação de um alelo caso esse exiba um efeito
fenotípico do tipo dominante ou recessivo?
3.
Embora os coeficientes de seleção sejam bastante
discrepantes nas simulações 1 e 2, porque o alelo
menos favorecido não é completamente eliminado da
população após 1.000 gerações de simulação?
4.
Por que os resultados das simulações 7 e 8 levam a
resultados diferentes quanto a fixação e/ou perda do
alelo que confere maior aptidão?
Bibliografia recomendada
FREEMAN S, HERRON JC (2009). Análise evolutiva. 4ª
Ed. Ed. Artmed. 848p.
RIDLEY M (2006). Evolução. Porto Alegre: Artmed. 752 p.
BEIGUELMAN B (2008). Genética de populações
humanas.
Ribeirão
Preto:
SBG,
293p.
http://www.sbg.org.br/ebooks.html (acessado em
22/02/2010).
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