Seleção Natural DNA codifica informações que em conjunto com ambiente influenciam fenótipo • Seleção Natural: Sobrevivência e reprodução diferencial de indivíduos na população • Valor Adaptativo: progênie gerada que sobrevive e reproduz na próxima geração • Seleção natural requer variação herdável para valor adaptativo (não basta sorte!) • Define valor adaptativo esperado de um genótipo em um ambiente específico Entre características que podem ser influenciadas por respostas geneticamente determinadas ao ambiente estão: 1. A Viabilidade no ambiente 2. Uma vez vivo, o sucesso reprodutivo no ambiente 3. Uma vez vivo e tendo reproduzido, a fertilidade ou fecundidade no ambiente. Estes são os componentes do valor adaptativo Seleção Natural O ambiente influencia a probabilidade de vários genótipos replicarem o seu DNA. Seleção Natural Seleção favorece um caráter que aumente o valor adaptativo. Enquanto valor adaptativo for herdável, as diferenças na contribuição à próxima geração induzidas pela seleção natural irão alterar o pool gênico. Indivíduos com maior valor adaptativo tendem a passar mais genes para a próxima geração. Seleção natural tende a aumentar o valor adaptativo médio da população. Enquanto valor adaptativo for herdável, as diferenças na contribuição à próxima geração induzidas pela seleção natural irão alterar o pool gênico. Este aumento do valor adaptativo médio é a adaptação ao meio ambiente. Valor Adaptativo (“Fitness”) • Embora seja individual, definimos em relação a grupos de indivíduos: – De mesmo genótipo – De mesmo fenótipo • Contribuição genética coletiva à próxima geração. • Evitem usar “a sobrevivência do mais apto”. • Porquê? – Vários argumentam que é tautológico. • Quem são os mais aptos? • Os que sobrevivem!!! – A maioria das pessoas não compreende os termos “sobrevivência” e “apto”. Seleção Natural em um locus único em um deme se reproduzindo ao acaso Freqüências zigóticas Meio Ambiente Viabilidades Freqüências no adulto ∝ Meio Ambiente Prob. acasalamento AA ZAA Aa ZAa aa Zaa lAA lAa laa AA ZAAlAA /l Aa ZAalAa /l mAA mAa AA Freqüências em adultos que ∝ mAAZAAlAA acasalaram / lm Meiose Pool Gênico 1*bAA maa aa Aa mAa ZAalAa /lm 1/ b 2 Aa aa Zaalaa /l maa Zaalaa / lm 1/ b 2 Aa 1*bAa A a p’= (bAAmAAZAAlAA + 1/2bAamAaZAalAa) / w q’= (baamaaZaalaa + 1/2bAamAaZAalAa) / w 1 Façamos wAA = bAAmAAlAA; wAa = bAamAalAa; waa = baamaalaa Freqüências zigóticas AA ZAA Meio Ambiente Valor Adaptativo Aa ZAa WAA WAa Waa AA Freqüências em adultos que ∝ Z W acasalaram pelo # prole AA AA Aa ZAaWAa aa ZaaWaa Aa ZAaWAa / W aa ZaaWaa / W Converter para Freq ao dividir por μ = W = p2WAA+2pqWAa+q2Waa Freqüência de adultos que se acasalaram Meiose Pool Gênico AA ZAAWAA / W 1 1/ 2 1/ 2 A p’= ZAAWAA/W + ½ZAAWAa/W Pool Gênico aa Zaa 1 A a p’= p2 WAA/W + pqWAa/W q’= q2 Waa/W + pqWAa/W p’= p2 WAA/W + pqWAa/W =( p2 WAA+ pqWAa)/W = p(pWAA+ qWAa)/W a q’= ZaaWaa/W + ½ZAaWAa/W Quando ocorrerá evolução? Pool Gênico A a p’= p2 WAA/W + pqWAa/W q’= q2 Waa/W + pqWAa/W Δp = p’ - p = p(pWAA+ qWAa)/W - p = p[pWAA+ qWAa)/W - 1] p’= p2 WAA/W + pqWAa/W =( p2 WAA+ pqWAa)/W Δp = p[pWAA+ qWAa- W]/W p’ = p(pWAA+ qWAa)/W Quando ocorrerá evolução? Quando ocorrerá evolução? Observe que W = W(p+q)=pW+qW Observe que W = W(p+q)=pW+qW Δp = p[pWAA+ qWAa- W]/W Δp = p[pWAA+ qWAa- W]/W = p[pWAA+ qWAa- pW - qW]/W = p[pWAA+ qWAa- pW - qW]/W =p[p(WAA-W)+ q(WAa-W)]/W =p[p(WAA-W)+ q(WAa-W)]/W Desde que p e W serão sempre > 0, esta é a única parte da equação que pode mudar de sinal e portanto determinar a direção da evolução sob seleção natural. 2 Pool Gênico A p’= ZAAWAA/W + ½ZAAWAa/W Δp a q’= ZaaWaa/W + ½ZAaWAa/W = [ZAA(WAA- W) + ½ZAa(WAa -W)]/W Quando ocorrerá evolução? O que é: p(WAA-W)+ q(WAa-W)? = p[ZAA(WAA- W) + ½ZAa(WAa -W)]/pW = p/W[ZAA(WAA- W) + ½ZAa(WAa -W)/p] Quando ocorrerá evolução? Quando ocorrerá evolução? O que é: O que é: p(WAA-W)+ q(WAa-W)? p(WAA-W)+ q(WAa-W)? Fenótipo médio do valor adaptativo Quando ocorrerá evolução? Desvios genotípicos para o fenótipo médio do valor adaptativo Quando ocorrerá evolução? O que é: O que é: p(WAA-W)+ q(WAa-W)? p(WAA-W)+ q(WAa-W)? Freqüência com que os desvios no valor adaptativo serão encontrados na população Este é o excesso médio (Average Excess) do alelo A para o fenótipo do valor adaptativo 3 Quando ocorrerá evolução? Quando ocorrerá evolução? Δp = paA/W Δp = paA/W Seleção Natural será uma força evolutiva quando: p ≠ 0 ou p ≠ 1 (ou seja, quando existir variação genética), e aA ≠ 0 (ou seja, quando existir variação herdável para o valor adaptativo) Para se entender seleção natural Esta é a equação fundamental da Seleção Natural para genótipos mensurados. Apenas o componente herdável do valor adaptativo pode promover mudanças evolutivas por seleção natural. Quando ocorrerá evolução? Δp = paA/W PENSE COMO UM GAMETA! Seleção Natural será uma força evolutiva quando: p ≠ 0 ou p ≠ 1 (ou seja, quando existir variação genética), e aA ≠ 0 (ou seja, quando existir variação herdável para o valor adaptativo Teorema Fundamental de Fisher da seleção natural Δp = paA/W A equação acima descreve a evolução por seleção natural em um locus único. O equivalente para loci quantitativos é uma equação a que Fisher se referiu como FTNS: descreve como a seleção natural opera sobre o fenótipo “valor adaptativo”quando este é considerado como um caráter herdável, mas geneticamente não mensurado. FFTNS Como não temos genótipos sendo medidos, focamos em fenótipos. Neste caso não podemos usar definição “genética” de valor adaptativo, e sim definição “ecológica”, em que definimos W para uma classe fenotípica. Desta forma, temos que o fenótipo médio do caráter x será: μ = ∫ xf ( x)dx x 4 FFTNS FFTNS w = ∫ w ( x)f ( x)dx μs = x Será o fenótipo médio da população - o mesmo já definido anteriormente. Temos então que o fenótipo médio do caráter x será: μs = x w Considerando que R=h2S, S=(μs - μ) e R = (μo - μ), que x= w e μ = w e mais algumas coisinhas: ∫ xw ( x)f ( x)dx x w FFTNS S = μ −μ = ∫ xw ( x)f ( x)dx σ2 +w w 2 FFTNS 2 −w= σ2 +w −w 2 w = σ2 w Acima temos a medida S da intensidade de seleção para o valor adaptativo. No caso de x = w, temos que a resposta a seleção R será Δw e: R=h2S ⎛ σ 2 ⎞⎛ σ 2 ⎞ σ 2 Δ w = ⎜⎜ a2 ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ = a ⎝ σ ⎠⎝ w ⎠ w Implicações do FFTNS Δw = σ a2 w • Seleção natural apenas pode operar quando existe variação genética para valor adaptativo na população • Os únicos efeitos no valor adaptativo que influenciam a resposta à seleção natural são aqueles transmitidos através do gameta Δw = σ a2 w Acima temos o Teorema Fundamental de Fisher sobre Seleção Natural, que diz que: A mudança no valor adaptativo médio da população será proporcional à variância genética aditiva do valor adaptativo na população. Equivalente de caracteres não mensurados à: Δp = paA/W Implicações do FFTNS Δw = σ a2 w • A resposta adaptativa representa uma interação do valor adaptativo com a estrutura populacional – Resposta à seleção natural depende do contexto populacional. Mesmo o completo conhecimento do valor adaptativo de cada indivíduo não permite o conhecimento da resposta à seleção 5 Implicações do FFTNS Δw = Implicações do FFTNS σ a2 Δw = w • Equilíbrio seletivo apenas pode ocorrer quando todos os excessos e efeitos médios forem iguais a zero; ou seja, quando os gametas tiverem o mesmo impacto na média. – Isso não implica que não exista variação genética, mas sim que não existe variação genética aditiva para o valor adaptativo. – Caracteres relacionados ao valor adaptativo devem ter menor variação genética aditiva - Merilä & Sheldon (1996) σa – O equilíbrio do ponto anterior deve se referir sempre a um ótimo populacional. – Uma população não pode reduzir seu valor adaptativo médio. Implicações do FFTNS Δw = Implicações do FFTNS 2 w • Seleção natural apenas leva populações a soluções adaptativas locais e não necessariamente ao estado adaptativo com maior valor adaptativo. S.N. pode na verdade impedir que tal estado surja. σ a2 w • Seleção natural normalmente não otimiza, mesmo em nível local, qualquer caráter individual que não o próprio valor adaptativo, mesmo que tal caráter contribua ao valor adaptativo de forma positiva. – Na maioria dos casos, investigamos caracteres relacionados a valor adaptativo, e não o próprio valor adaptativo. Muitas vezes, o processo de adaptação nestes é considerado como sendo igual ao do valor adaptativo. w • Seleção natural age aumentando o valor adaptativo médio da população de uma geração a outra. Implicações do FFTNS Δw = σ a2 Δw = σ a2 w • Seleção natural apenas leva populações a soluções adaptativas locais e não necessariamente ao estado adaptativo com maior valor adaptativo. Implicações do FFTNS • Seleção natural normalmente não otimiza, mesmo em nível local, qualquer caráter individual que não o próprio valor adaptativo, mesmo que tal caráter contribua ao valor adaptativo de forma positiva. Crow and Nagylaki mostram que: weq = w( xeq ) + 1 2 w" ( xeq )σ eq2 ( x) Portanto, xeq apenas será um valor que maximize w(x): w" ( xeq )σ eq2 = 0 6 Implicações do FFTNS w" ( xeq )σ 2 eq =0 Em 2 situações apenas a seleção natural otimiza o valor de um caráter que contribua ao valor adaptativo, mas que não seja o valor adaptativo: – Não exista variância fenotípica no equilíbrio [σ2eq(x) = 0]; – O caráter esteja relacionado ao valor adaptativo de uma forma extritamente linear [w”(xeq) = 0] Se existe não linearidade, e variação fenotípica, o valor do caráter que aumenta o valor adaptativo não é o mesmo que evolui por seleção natural. Seleção não otimiza caracteres individuais, age no todo do indivíduo como medido pelo valor adaptativo. Implicações do FFTNS • As mesmas condições restritivas necessárias para otimizar um caráter individual tem que ser satisfeitas para otimizar cada um dos dois caracteres contribuindo ao valor adaptativo neste caso, e além disso, um outro termo, que depende da covariância de x e y, também deve ser 0. • Pleiotropia pode criar uma covariância entre 2 caracteres, que pode ser inclusive negativa - mesmo alelo estará associado a caracteres que têm efeito oposto no valor adaptativo - como o alelo S. Implicações do FFTNS w" ( xeq )σ eq2 = 0 • O processo de adaptação pode resultar na evolução de alguns caracteres aparentemente não adaptativos. A equação acima apenas considera um caráter contribuindo ao valor adaptativo, mas em geral vários contribuem. Quando consideramos 2 caracteres, X e Y, de forma que w(x,y) seja o valor adaptativo dos indivíduos com valores x e y temos que o equivalente à equação acima será: Implicações do FFTNS • As correlações entre caracteres induzida por pleiotropia são algumas vezes chamados de restrições do desenvolvimento (developmental constraints). – Sob certas circunstâncias, tais restrições são essenciais para a evolução adaptativa. Wagner (1988) observou que seleção natural se torna cada vez mais inefetiva à medida que o número de caracteres envolvidos no valor adaptativo aumenta. – O pico associado a uma adaptação complexa está presente em apenas uma pequena porção do espaço genético possível. – Restrições são necessárias para se manter versatilidade adaptativa face à interdependências funcionais e complexidade fenotípica Implicações do FFTNS Δw = σ a2 w • O curso da evolução adaptativa é fortemente influenciado pela arquitetura genética. – A arquitetura genética inclui pleiotropia, epistasia, dominância e recessividade. – A forma da paisagem adaptativa é fortemente influenciada pelas regras de herança, transmissão e encontro de genes na população, como vimos no exemplo da anemia falciforme na África. Anemia Falciforme na África Um exemplo de seleção natural 7 Infecção de uma hemácia pelo parasita da malária A mutação • Células falciformes são filtradas preferencialmente no baço • células infectadas com malária são freqüentemente filtradas pois o processo de “virar falciforme” ocorre antes do parasita completar o ciclo de vida • O alelo S é portanto, um alelo autossômico, dominante para resistência à malária. O fenótipo da anemia falciforme A maioria de mortes devido a anemia falciforme e malária ocorrem antes da fase adulta. Lembrem-se que viabilidade é o fenótipo de viver até a fase adulta! • Em um ambiente sem malária, o alelo S é um alelo recessivo para viabilidade uma vez que apenas os homozigotos desenvolvem a anemia falciforme. • Em um ambiente com malária, o alelo S é um alelo sobredominante para viabilidade uma vez que apenas os heterozigotos são resistentes à malária e não desenvolvem anemia falciforme. Distribuição de anemia falciforme e malária na África e no mundo Duas complicações para esta simples estória na África: • Malária epidêmica é recente na maioria da África tropical úmida, e o processo de adaptação à malária na África ainda não está em equilíbrio. 8 Malária epidêmica na África Malária epidêmica na África ICELAND ICELAND MADAGASCAR MADAGASCAR Há cerca de 2000 anos atrás, uma colônia Malásia-Indonésia estabeleceu-se em Madagascar Malária epidêmica na África Esta colônia introduziu a complexa agricultura Malásia nesta região A agricultura Malásia na África Malária epidêmica na África Esta agricultura foi assimilada por povos que falavam Bantu, e se seguiu uma grande expansão dos Bantu na África há cerca de 1500 anos atrás. Malária epidêmica na África • É associada a uma agricultura de corte e queima: Fornece habitat e sítios de criação para Anopheles gambiae, o principal mosquito vetor da malária. • Resulta em alta densidade local de populações humanas que são necessárias para estabelecer e manter malária como uma doença comum. 9 Duas complicações para esta simples estória na África: • • Malária epidêmica é recente na maioria da África tropical úmida, e o processo de adaptação à malária na África ainda não está em equilíbrio. Existe um terceiro alelo, Hemoglobina C, também envolvido na adaptação à malária na África. A Mutação Hemoglobina C Hb-S Hb-A GTG GAG Valina Ácido Glutâmico Hb-C AAG 6o Códon Lisina Hb-A, S e C Genótipos AA AS Anemia Não Não SS Hb-A, S e C AC CS CC Sim Sim Não NÃO (Severa) (Leve) Resistência à Não Sim Malária Sim Não Sim Sim Viabilidade sem Malária 0.2 1 0.71 1 1 1 Genótipos AA AS Anemia Não Não Anemia AC CS CC Resistência à Não Sim Malária Sim Não Sim Sim Viabilidade sem Malária 0.2 1 0.71 1 1 CC Sim Sim Não NÃO (Severa) (Leve) Sim Não Sim Sim Viabilidade sem Malária 0.2 1 0.71 1 1 1 Hb-A, S e C Sim Sim Não Não Não NÃO (Leve) (Severa) 1 CS Resistência à Não Sim Malária Hb-A, S e C SS AC Os alelos A e S definem uma doença genética autossômica recessiva: A seleção irá garantir que continue rara, mas será difícil de eliminá-la em uma população acasalando-se ao acaso. Estes valores podem ser usados como valores adaptativos relativos Genótipos AA AS SS Os alelos A e C definem um conjunto de alelos neutros em um ambiente sem malária: Suas freqüências são determinadas pela deriva genética, migração e mutação. Genótipos AA AS Anemia SS AC CS CC Sim Sim Não Não Não NÃO (Leve) (Severa) Resistência à Não Sim Malária Sim Não Sim Sim Viabilidade sem Malária 1 0.2 1 0.71 1 1 0.2 0.89 0.7 1.31 1 Viabilidade 0.89 com Malária Viabilidades relativas observadas na África Tropical 10 Hb-A, S e C • CC é sem dúvida o melhor genótipo! • Se seleção natural é a “sobrevivência do mais apto”, então a freqüência do alelo C e do genótipo CC deve aumentar. • Ao contrário do que se diz, a seleção natural não é a “sobrevivência do mais apto.” • Seleção natural é variação herdável no valor adaptativo, portanto, pense como um gameta: Qual gameta terá o maior excesso médio (ou seja, terá filhos que serão em média os melhores)? Valor adaptativo médio inicial após transição para a agricultura Malásia Pool gênico inicial pré-Malária pS=.005 pC=.005 A pA = 0.99 Fenótipos iniciais após transição para a agricultura Malásia pS=.005 pC=.005 pS=.005 pC=.005 A pA = 0.99 Com acasalamento ao acaso, fenótipo médio = W = 0.901 Fenótipos iniciais após transição para a agricultura Malásia Genótipos AA AS SS AC CS CC Viabilidade com 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 Malária Desvios Genotípicos -.001 .099 -.701 -.001 -.201 .399 (W = 0.901) aA = -0.0005 aS = 0.0935 aC = 0.0000 A pA = 0.99 Genótipos Viabilidade c/ Malária Desvios genotípicos (W = 0.901) AA AS SS AC CS CC 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 -.001 .099 -.701 -.001 -.201 .399 Fenótipos iniciais após transição para a agricultura Malásia Δpx = pxax/W aA = -0.0005 aS = 0.0935 aC = 0.0000 A resposta adaptativa inicial a um ambiente com malária é: diminuir A, aumentar S, deixar C do mesmo jeito 11 Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária pC=.005 A pA = 0.95 W = 0.907 S pS = 0.045 pC = 0.005 Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária Após a resposta adaptativa inicial a malária, seleção natural continua a diminuir A aumentar S, e diminuir C aA = -0.003 aS = 0.055 aC = -0.014 Um equilíbrio por seleção natural irá ocorrer apenas quando Δp = 0 para todos os alelos. A pA = 1-pS Genótipos S pS AA AS SS Viabilidade c/ Malária 0.9 1 A pA = 0.95 Genótipos Viabilidade com Malaria Desvios genotípicos (W = 0.907) S .045 AA AS SS AC CS CC 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 -.007 .093 -.707 -.007 -.207 .393 Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária pC ≈ 0 A pA ≈1-pS Genótipos S pS AA AS SS AC CS CC Viabilidade c/ Malária 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 À medida que pS aumenta, W aumenta e os desvios genotípicos ficam cada vez mais negativos. Portanto, a seleção natural elimina o alelo C. Um equilíbrio por seleção natural irá ocorrer apenas quando Δp = 0 para todos os alelos. A pA = 1-pS S pS aA = (1-pS)(0.9-W)+pS(1-W) = aS = (1-pS)(1-W)+pS(0.2-W) 0.2 aA = (1-pS)(0.9-W) + pS(1-W) = 0 = aS = (1-pS)(1-W) + pS(0.2-W) Coeficientes de Seleção (s) – mede o valor do valor adaptativo do genótipo em relação a alguma referência 12 Um equilíbrio por seleção natural irá ocorrer apenas quando Δp = 0 para todos os alelos. A pA = 1-pS As freqüências alélicas no equilíbrio são mantidas por seleção natural em um polimorfismo balanceado S pS aA = (1-pS)(0.9-W)+pS(1-W) = aS = (1-pS)(1-W)+pS(0.2-W) (1-pS)(0.9)+pS(1) = (1-pS)(1)+pS(0.2) 0.9+0.1pS = 1-0.8pS 0.9pS = 0.1 pS = 0.1/0.9 = 0.11 A pA = 0.89 Portanto, em equilíbrio, pS = 0.11 e pA=0.89 As freqüências alélicas no equilíbrio são mantidas por seleção natural em um polimorfismo balanceado A pA = 0.89 S pS=0.11 Este balanço ocorre porque quando pS < 0.11, aS > 0 (resistência à malária domina o excesso médio), e quando pS > 0.11, aS < 0 (a anemia domina o excesso médio) S pS=0.11 O equilíbrio A pA = 0.89 S pS=0.11 AA 0.79 AS 0.20 SS 0.01 WAA = 0.9 WAS = 1 WSS =0.2 No equilíbrio, existe variação genotípica no valor adaptativo, mas não existe variação genética aditiva (Excessos médios = 0). Um equilíbrio por seleção natural irá ocorrer quando Δp = 0 para todos os alelos. aA = p(wAA-w) + (1-p)(wAa-w) = (1-p)(waa-w) + p(wAa- w) = aa pwAA + (1-p)wAa = pwAa + (1-p)waa (1-p) (wAa - wAA) = p(wAa -waa) Se considerarmos WAa = 1, temos que (1-peq) t = peqs peq = t / (s+ t) • Seleção tem dois efeitos: – Promover mudança adaptativa – Impedir alteração ao impedir alteração do status quo peq = t / (s+ t) 13 Duas respostas possíveis à Malária Duas respostas possíveis à Malária A pA ≈1 A pA ≈1 pS ≈ 0 pC ≈ 0 A pA = 0.89 S pS=.11 pS ≈ 0 pC ≈ 0 A pA = 0.89 C pC = 1 S pS=.11 1. O genótipo mais apto é eliminado 1. O genótipo mais apto é fixado 2. Valor adaptat. médio vai de .9 a .91. 2. Valor adaptat. médio vai de .9 a 1.3. 3. 20% dos indivíduos tem viabilidade relativa de 1 e 80% ou tem anemia ou susceptibilidade à malaria. 3. 100% dos indivíduos tem viabilidade relativa de 1.3 e nenhum tem anemia ou susceptibilidade à malaria. Duas respostas possíveis a Malária Hb-A, S e C Genótipos A pA ≈1 pS ≈ 0 pC ≈ 0 A pA = 0.89 S pS=.11 C pC = 1 Com uma exceção 1. O genótipo mais apto é eliminado 1. O genótipo mais apto é fixado 2. Valor adaptat. médio vai de .9 a .91. 2. Valor adaptat. médio vai de .9 a 1.3. 3. 20% dos indivíduos tem viabilidade relativa de 1 e 80% ou tem anemia ou susceptibilidade à malaria. 3. 100% dos indivíduos tem viabilidade relativa de 1.3 e nenhum tem anemia ou susceptibilidade à malaria. Hb-A, S e C Genótipos AA AS SS AC CS CC Viabilidade sem Malária 0.2 1 0.7 1 1 1 C pC = 1 C é um alelo neutro em relação a A, logo, algumas vezes o alelo C terá sua freqüência aumentada por deriva. Viabilidade sem Malaria AA AS 1 1 SS AC CS CC 0.2 1 0.7 1 S é um alelo recessivo, deletério em relação a A, portanto, seleção natural irá mantê-lo raro em um ambiente pré-Malária. Imagine que existisse um deme com este pool gênico antes da agricultura começar A pA = 0.95 C .045 pS=.005 14 Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária Fenótipos iniciais após transição para a agricultura Malásia Genótipos AA AS SS AC CS CC Viabilidade com Malaria 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 Desvios genotípicos (W = 0.902) .05 C 0.17 S -.002 .098 -.702 -.002 -.202 .398 A resposta adaptativa inicial a um ambiente com malária é o aumento da freqüência de S e de C. aA = -0.001 aS = 0.081 aC = 0.015 A pA = 0.78 Genótipos AA AS SS AC CS CC Viabilidade com Malária 0.9 1 0.2 0.9 0.7 1.3 Desvios Genotípicos (W = 0.914) -.01 .09 -.71 -.01 -.21 .39 Pool Gênico após várias gerações de seleção em um ambiente com malária Após a resposta adaptativa inicial à malária, a seleção natural continua a reduzir A, aumentar C, e agora também irá reduzir S. aA = -0.009 aS = -0.005 aC = 0.044 Existe uma correlação negativa entre as freqüências de S e C em regiões com malária na África 0.25 Excesso médio de C em ambiente com malária 0.20 o.15 C Allele Frequency 0.10 o.o5 o.o o.o o.o5 0.10 o.15 S Allele Frequency in 72 West African Populations 15 Adaptação por seleção natural Excesso médio de C em ambiente com malária Adaptação por seleção natural depende da história: Quais mutações estão presentes e quais suas freqüências. Destas condições iniciais, a seleção natural modifica o pool gênico a partir da perspectiva do gameta até que não haja mais herdabilidade para o valor adaptativo (ou seja, não exista mais variação genética aditiva). Adaptação por seleção natural Adaptação por seleção natural depende também do presente: Quais mutações estão presentes, quais suas freqüências e como eles se encontram (sistema de acasalamento). Como vocês esperam que este sistema se adapte à malária caso não haja acasalamento ao acaso, e sim uma pequena endogamia? Como vocês esperam que este sistema se adapte caso não haja acasalamento ao acaso, e sim uma pequena endogamia? • Como vimos, a existência de endogamia aumenta a freqüência de homozigotos e diminui a de heterozigotos na população. • A vantagem do alelo S se expressa em heterozigose e a desvantagem em homozigotos SS, logo, um aumento da endogamia aumentará a seleção contra S • Por outro lado, a vantagem do alelo C se expressa em homozigose e a desvantagem em heterozigotos, logo, um aumento da endogamia aumentará a seleção favorável a C Como vocês esperam que este sistema se adapte caso não haja acasalamento ao acaso, e sim uma pequena endogamia? Genótipos AA AS Anemia SS AC CS CC Sim Sim Não Não Não NÃO (Severa) (Leve) Resistência à Não Sim Malária Sim Não Sim Sim Viabilidade sem Malária 1 0.2 1 0.7 1 1 0.2 0.9 0.7 1.3 1 Viabilidade 0.9 com Malária Adaptação como um processo poligênico • Variação na região de Hbβ foi uma forma das populações se adaptarem à malária, mas não foi a única. • Mais de 300 mutações independentes foram identificadas para G6PD, que está envolvida em estresse oxidativo celular. Tais deficiências limitam capacidade de Plasmodium de sobreviver nas células. • Mutações associadas à talassemia também foram associadas à resistência a malária. Mais de 80 mutações induzem à α- talassemia e mais de 200 a β - talassemia. 16 Adaptação por Seleção Natural • O curso da adaptação é sempre restrito pela disponibilidade de variação genética. • Mesmo pressões de seleção uniformes podem criar respostas adaptativas diferentes. • Adaptação em geral envolvem vários loci, com funções bioquímicas, celular e/ou no desenvolvimento distintas. 17