Evolución en poblaciones

¿Cuál es la definición de evolución de una población?

Una población es un grupo de individuos de la misma especie que habitan en la misma zona y pueden reproducirse entre sí para producir descendencia viable. La evolución de una población se define como sigue:

La escala más pequeña de cambio evolutivo se produce como un cambio en las frecuencias alélicas de una población a lo largo de generaciones. Esto se denomina microevolución. Los procesos evolutivos también pueden dar lugar a nuevas especies y grupos taxonómicos superiores. Esto se denomina macroevolución.

La figura 1 distingue entre microevolución y macroevolución.

¿Qué son los alelos? ¿Qué es la Variación Genética?

Un requisito previo para la evolución a cualquier escala es la Variación Genética, o las diferencias en la composición genética de los individuos de una población.

Cada individuo vivo contiene ADN que está formado por Genes. Un gen es un segmento de ADN que codifica un rasgo específico. Un rasgo puede ser monomórfico o polimórfico:

• Un rasgo monomórfico sólo tiene una forma. Esto significa que la secuencia de pares de bases para este rasgo es siempre la misma.

• Un rasgo polimórfico tiene múltiples formas. Esto significa que este rasgo tiene múltiples versiones de secuencias de pares de bases.

Las variaciones de un gen se denominan alelos.

Los rasgos fenotípicos pueden ser discretos o continuos:

• Los rasgosdiscretos se danen una base "o" o "o". Estos rasgos suelen estar determinados por un único locus (o localización ) genético , con alelos diferentes que codifican fenotipos distintos.

  • Por ejemplo, una persona puede tener alelos para ser zurda o diestra.

• Los rasgoscontinuos se producen como gradaciones en un continuo. Estos rasgos suelen estar determinados por dos o más genes.

  • Algunos ejemplos de rasgos continuos son la estatura humana y el color del pelaje de los caballos.

Un individuo con dos alelos diferentes para un locus determinado se denomina heterocigótico, mientras que un individuo con dos alelos idénticos para ese locus se denomina homocigótico.

Todos los individuos de una población son homocigóticos para un alelo si sólo hay un alelo para un locus determinado en esa población, en cuyo caso se dice que el alelo está fijado en el acervo genético. Sin embargo, los individuos pueden ser homocigóticos o heterocigóticos si hay dos o más alelos presentes para un determinado locus en una población.

Cada alelo tiene una frecuencia específica en una población. El conjunto de todos los alelos de una población se denomina acervo genético.

Los biólogos no sólo estudian las frecuencias alélicas de una población, sino también las frecuencias de los genotipos resultantes, lo que se denomina estructura genética de la población . Al identificar la estructura genética de una población, los biólogos pueden conjeturar la distribución de los fenotipos.

¿Cuáles son los tipos de evolución en la población?

Las condiciones ambientales actuales determinan si un rasgo es ventajoso o no. Los factores que afectan a la supervivencia y la reproducción se conocen como presiones selectivas.

Como una población puede estar separada geográficamente y sometida a presiones selectivas diferentes, las dos Poblaciones pueden evolucionar en direcciones distintas, dando lugar a dos Poblaciones genéticamente distintas. Con el tiempo, esto puede conducir a la Especiación, o aparición de nuevas especies. Este patrón de evolución se denomina evolución divergente .

La evolución divergente puede observarse en la forma en que varían los órganos reproductores entre las Plantas con flores: aunque algunas especies comparten anatomías básicas, tienen formas distintas porque se adaptan a entornos y relaciones ecológicas diferentes.

Por otra parte, organismos que no están estrechamente relacionados entre sí pueden tener rasgos fenotípicos similares. Estas similitudes surgen porque están expuestos a presiones selectivas similares, un patrón de evolución denominado evolución convergente. Puede observarse en aves, murciélagos e insectos voladores, que tienen todos alas a pesar de no estar estrechamente relacionados.

¿Cómo sabemos si una población está evolucionando?

Si las frecuencias alélicas y genotípicas permanecen constantes de una generación a otra, se dice que la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg, un estado en el que una población no evoluciona.

Hay cinco condiciones que debe cumplir una población para estar en equilibrio de Hardy-Weinberg:

1. Ausencia de mutaciones

2. Apareamiento aleatorio

3. Ausencia de selección natural

4. Tamaño de la población extremadamente grande

5. Ausenciade flujo genético

Es raro que se cumplan todas estas condiciones. Por ello, las frecuencias alélicas y genotípicas suelen fluctuar constantemente.

¿Cuáles son los Mecanismos de la Evolución en las Poblaciones?

La violación de cualquiera de las cinco condiciones necesarias para el equilibrio de Hardy-Weinberg puede hacer que cambien las frecuencias alélicas o genotípicas, impulsando la evolución de una población. Estas desviaciones son las mutaciones, el apareamiento no aleatorio, la selección natural, la Deriva Genética y el Flujo Genético. Discutiremos brevemente las dos primeras. Más adelante, profundizaremos en las tres últimas, que son las principales causas de la evolución en las poblaciones.

Mutaciones

Pueden formarse nuevos alelos como resultado de una mutación, que es un cambio aleatorio en la secuencia de nucleótidos del ADN de un organismo. Las mutaciones pueden tener un impacto positivo o negativo en la supervivencia o el éxito reproductivo de un organismo, mientras que otras mutaciones pueden no tener ningún impacto.

Las mutacionesperjudiciales se seleccionan contra ellas y se eliminan rápidamente de la población. En cambio, las mutaciones beneficiosas tienden a aumentar su frecuencia con el tiempo. Las mutaciones neutras pueden perdurar porque no se ven afectadas por la selección natural. La acumulación de mutaciones a lo largo del tiempo hace que las poblaciones evolucionen.

Sin embargo, las mutaciones son raras, por lo que es probable que un cambio de una generación a la siguiente sea muy pequeño.

Apareamiento no aleatorio

Si los individuos se aparean dentro de un subconjunto específico de la población, cambian las frecuencias de genotipos homocigóticos y heterocigóticos.

Elapareamiento no aleatorio puede producirse por elección de pareja; por ejemplo, las hembras de los pavos reales tienden a elegir parejas con colas más grandes y coloridas. También hay especies cuyos individuos prefieren aparearse con parejas con similitudes fenotípicas con ellos mismos, una forma de elección de pareja llamada apareamiento asortativo.

• La ubicación física también puede provocar un apareamiento no aleatorio, porque los miembros pueden no tener el mismo acceso entre sí.

Aunque el apareamiento no aleatorio puede afectar a las frecuencias genotípicas, no tiene un efecto directo sobre las frecuencias alélicas.

Las tres causas principales de la evolución de una población

Dado que las nuevas mutaciones son relativamente raras y que el apareamiento no aleatorio no tiene un efecto directo sobre las frecuencias alélicas, se considera que las violaciones de las tres condiciones restantes causan la mayoría de los Cambios Evolutivos.

La selección natural

Cuando los individuos de una población tienen rasgos heredables diferentes, aquellos cuyos rasgos confieren una mejor supervivencia y éxito reproductivo tienden a producir más descendencia. Esto significa que los rasgos beneficiosos se transmitirán a la siguiente generación en mayor proporción que los rasgos perjudiciales.

En otras palabras, los rasgos beneficiosos se seleccionan a favor, mientras que los rasgos perjudiciales se seleccionan en contra. Al favorecer los alelos beneficiosos, la selección natural puede conducir a la evolución adaptativa, unproceso en el que los rasgos que mejoran la supervivencia o el éxito reproductivo tienden a ser más frecuentes con el tiempo.

Deriva genética

Se denomina derivagenética al fenómeno por el que el acervo genético y la estructura genética de una población cambian aleatoriamente de generación en generación como resultado de sucesos fortuitos, sobre todo en poblaciones pequeñas.

La deriva genética suele producirse como resultado del efecto fundador o del efecto cuello de botella.

• Efecto fundador: un pequeño número de individuos que se separan de una población mayor pueden pasar a crear una nueva población con un acervo genético distinto del de la población original. Supongamos que unos pocos individuos de una población son arrastrados por una tormenta a una isla despoblada. Como la tormenta sólo desplaza a unos pocos individuos (y sus alelos) de la población principal, el acervo genético de la nueva población estará representado únicamente por los genes y alelos de los "fundadores".

• Efecto de cuello de botella: una población puede reducirse sustancialmente como consecuencia de un acontecimiento medioambiental abrupto, como un incendio o una inundación. El efecto de cuello de botella puede producirse por una disminución brusca del tamaño de la población. Por puro azar, ciertos alelos pueden estar sobrerrepresentados, otros infrarrepresentados y otros pueden incluso faltar por completo entre los supervivientes.

Laderiva genética puede provocar una pérdida de alelos (y, por tanto, de Variación Genética) dentro de una población, lo que puede influir en la eficacia con la que una población se adapta a los cambios del entorno. También puede hacer que los alelos perjudiciales se fijen (o alcancen una frecuencia del 100%) en poblaciones muy pequeñas. Algunos alelos también pueden sustituir completamente a otros alelos con el tiempo.

Por ello, incluso sin fuerzas selectivas externas, la deriva genética puede hacer que una población se convierta en dos poblaciones divergentes.

Flujo genético

El flujo genético-latransferencia de alelos de una población a otra debido al movimiento de individuos fértiles o de sus gametos- también puede cambiar las frecuencias alélicas.

Por ejemplo, una población que emigra a una zona distinta y se aparea con individuos de la población local introduce sus alelos en la población local.

Al transferir alelos entre poblaciones, el flujo genético puede reducir las diferencias genéticas entre las dos poblaciones y, si es lo suficientemente amplio, puede llevar a la combinación de ambas en una sola población con un acervo genético compartido.

¿Influye el Medio Ambiente en la Evolución de una Población?

Además de los mecanismos señalados anteriormente, lavarianza medioambiental también puede ser una fuerza evolutiva. Las condiciones ambientales influyen en fenotipos como la coloración e incluso el sexo.

Laseparación geográfica también puede dar lugar a variaciones fenotípicas entre poblaciones. Pueden observarse diferencias graduales entre las poblaciones de una especie a lo largo de un gradiente ecológico; dicha variación geográfica se denomina clina.

Por ejemplo, el periodo de floración de las Plantas con flor puede diferir según su ubicación a lo largo de la ladera de una montaña; esto se denomina clina altitudinal (Fig. 2).

Si existe flujo genético entre poblaciones,es probable quelosindividuos de ambas poblaciones muestren cambios fenotípicos graduales a lo largo de la clina. Por el contrario, si el flujo de genes está restringido, los individuos pueden mostrar cambios más drásticos e incluso dar lugar a la Especiación.

¿Cuáles son los ejemplos de evolución de una población?

Veamos ejemplos de evolución de una población en humanos y en moscas de la fruta.

Evolución de una población humana

En 1814, quince colonos británicos establecieron un asentamiento en Tristán da Cunha, un conjunto de pequeñas islas situadas a medio camino entre África y Sudamérica. Resulta que uno de los colonos tenía un alelo recesivo para la retinosis pigmentaria, un tipo de ceguera que afecta a los individuos homocigóticos.

A finales de los años 60, los quince colonos tenían 240 descendientes, cuatro de los cuales padecían retinosis pigmentaria. En este ejemplo, podemos ver cómo el efecto fundador condujo a una mayor frecuencia de un alelo causante de la enfermedad en Tristán da Cunha en comparación con las poblaciones de las que procedían los fundadores.

Evolución de una población de moscas de la fruta

A principios de la década de 1930, las moscas de la fruta recogidas en la naturaleza tenían una frecuencia alélica del 0% para un alelo que confiere resistencia a insecticidas como el DDT. Sin embargo, en las moscas recogidas después de 1960 -tras más de 20 años de uso de DDT- la frecuencia alélica aumentó al 37%.

Este alelo o bien se desarrolló entre 1930 y 1960 como resultado de una mutación, o bien estaba presente en 1930 pero era extremadamente infrecuente. En cualquiera de los dos casos, el aumento de la frecuencia de este gen fue causado muy probablemente por el DDT, un potente veneno que ejerce una importante presión de selección sobre las poblaciones de moscas expuestas a él.