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Definición de flujo genético
El flujogenético se refiere al movimiento (de entrada y salida) de genes y alelos causado por la migración de organismos, o de sus gametos, entre poblaciones.
Aunque solemos pensar en animales cuando hablamos de migración, las plantas también pueden intercambiar material genético con otras poblaciones, por lo que a veces se prefiere el término dispersión al de migración. En las plantas, no es el organismo adulto el que se desplaza, sino los gametos transportados en el polen o las semillas transportadas en los frutos (a través del viento, el agua o por animales como aves y mamíferos). Recuerda que el flujo genético sólo se produce cuando un gen o alelo entra en el acervo genético de una población receptora. Así pues, un organismo no sólo tiene que llegar y vivir en la población receptora, sino que debe reproducirse y transmitir sus genes a esta población.
El nivel de flujo genético entre dos poblaciones puede variar. Las poblaciones de organismos poco móviles (que no se desplazan o no pueden desplazarse grandes distancias) tendrán un flujo genético relativamente bajo. Por ejemplo, las plantas polinizadas por aves o murciélagos obtendrán sus gametos más lejos que las plantas polinizadas por el viento. Los animales como las ranas tampoco se desplazan mucho, por lo que tendrán un índice de flujo genético menor que los organismos más móviles, como las aves.
Cuando existe una tasa significativa de flujo genético entre dos poblaciones, éstas pueden llegar a compartir el mismo acervo genético. De ahí que el flujo genético tienda a homogeneizar la composición genética de las poblaciones.
Los individuos se adaptan a su entorno local mediante la selección natural. ¿Un rasgo o alelo que hace que un individuo se adapte mejor a su entorno tendrá el mismo efecto beneficioso en la población receptora? La introducción o reintroducción de un rasgo en una población a través del flujo genético se considera un acontecimiento aleatorio en genética de poblaciones; por tanto, no significa necesariamente que vaya a beneficiar a la población. Esto dependerá de las presiones selectivas de cada población.
Ejemplos de flujo genético y diagrama
La serpiente de agua, Nerodia sipedon, habita en la zona del lago Erie, en Ohio y Ontario. La especie se divide en varias subpoblaciones que difieren en su coloración. La mayoría de las serpientes del continente tienen un fuerte patrón de bandas, que resulta ventajoso para camuflarse en los pantanos.
En cambio, la mayoría de las serpientes que residen en las islas del lago tienen una coloración uniforme que resulta más ventajosa en las costas rocosas. En las islas, las serpientes sin bandas sobreviven en mayor proporción y se ven favorecidas por la selección natural. Sin embargo, en estas islas sigue habiendo una pequeña fracción de serpientes con bandas.
¿Por qué no han desaparecido los alelos del patrón de bandas de estas poblaciones insulares? Se calcula que entre 3 y 10 serpientes emigran a las islas cada año, reintroduciendo en ellas los alelos para el patrón de bandas. Así pues, el flujo de genes desde el continente mantiene estos alelos en las islas a pesar de ser desventajosos en ese entorno (Figura 1).
Fig. 1 - Diagrama simplificado del flujo genético intraespecífico. Las flechas gruesas representan la selección natural a lo largo de muchas generaciones
Basándonos en el ejemplo de la serpiente de agua, podemos deducir que el flujo genético procedente del continente tiende a homogeneizar la diversidad genética de estas poblaciones y tiende a hacerlas más similares mediante la reintroducción continua de los alelos del patrón de bandas (y, por supuesto, de todo el material genético que estos individuos del continente llevan consigo).
Sin embargo, en este caso, los alelos introducidos son desventajosos en el entorno rocoso de la población receptora. Por tanto, su frecuencia no aumenta debido a la selección natural. Pero, ¿qué ocurriría si el alelo introducido fuera ventajoso en una población receptora?
Otro caso bien documentado de adaptación mediante flujo genético es la adquisición de resistencia a los insecticidas en el Anopheles coluzzii, el mosquito africano de la malaria. El alelo de resistencia a los insecticidas surgió como una nueva mutación en otro mosquito, A. gambiae.
Esta mutación aumentó rápidamente su frecuencia en varias subpoblaciones de A. gambiae, debido a su fuerte ventaja selectiva para estos mosquitos expuestos al insecticida. El alelo acabó entrando en el acervo genético de A . coluzzi a través del flujo genético interespecífico con A . gambiae, en una zona donde están presentes ambas especies. A continuación, el alelo se propaga a otras subpoblaciones de A. coluzzi a través del flujo génico intraespecífico.
El flujo genético puede darse entre poblaciones de la misma especie(intraespecífico) y entre poblaciones de especies diferentes(interespecífico). Es importante observar que el flujo genético entre estas dos especies de Anopheles fue posible porque se trata de especies jóvenes (se separaron hace relativamente poco tiempo). Aún se reproducen en zonas donde viven ambas especies. En estas zonas, producen individuos híbridos (organismos cuyos padres son de especies diferentes). Estos híbridos se aparearon con individuos de A. coluzzi , introduciendo el alelo en el acervo genético de A. coluzzi (Figura 2).
Fig. 2 - Diagrama simplificado del flujo genético interespecífico.Las flechas gruesas representanla selección natural a lo largo demuchas generaciones, las flechas finas representan el flujo genético y los puntos de color representanlos alelos .
Sin embargo, estos híbridos de mosquito tienen una aptitud reducida, lo que significa que se está produciendo un fuerte aislamiento reproductivo. Si se detiene el flujo genético entre estas poblaciones, seguirán divergiendo genéticamente mientras cada especie sigue adaptándose a las condiciones locales. Para las subpoblaciones de la misma especie, como en el caso de las serpientes de agua, la falta de flujo genético acabaría conduciendo a la especiación.
La evolución humana también es un ejemplo de flujo genético entre especies. Los tibetanos son portadores de un gen asociado a las diferencias de concentración de hemoglobina a gran altitud. Se hipotetiza que este gen procede de poblaciones denisovanas o relacionadas con los denisovanos y habría ayudado a los tibetanos a adaptarse a las condiciones de poco oxígeno donde viven.
Los denisovanos son homínidos extintos cuyos orígenes aún no están claros; pueden haber sido antepasados tanto de los neandertales como de los humanos modernos, o posiblemente sólo de los neandertales. También postulamos que adquirimos de los neandertales(Homo neanderthalensis) el gen relacionado con la diabetes humana. De hecho, todos compartimos algunos porcentajes de genes derivados del linaje neandertal. Así pues, los eventos de flujo genético entre especies de Homo no fueron tan raros.
El flujo genético puede causar evolución
El flujo genético produce cambios en las frecuencias alélicas de una población; por tanto, es uno de los principales mecanismos que impulsan la evolución, junto con la deriva genética y la selección natural. Sin embargo, estos cambios sólo serán adaptativos si los genes o alelos introducidos son beneficiosos para la población receptora, como ocurre con el alelo de resistencia a los insecticidas en los mosquitos. En este sentido, la introducción de nuevas variantes mediante el flujo genético es aleatoria, similar a una mutación. Y de forma similar, tras ser introducida, depende del efecto de la selección natural aumentar o disminuir la frecuencia de un alelo introducido.
¿En qué se diferencian el Flujo génico y la Deriva genética?
Como ya se ha mencionado, el flujo genético y la deriva genética son mecanismos que impulsan la evolución, junto con la selección natural. A diferencia de la selección natural, los cambios en las frecuencias de los alelos causados por el flujo genético o la deriva genética son aleatorios ( no están relacionados con el efecto ventajoso o desventajoso de un alelo sobre la aptitud). Por ejemplo, la reintroducción continua del patrón de coloración en bandas en las poblaciones de las islas es desventajosa para las serpientes de agua.
Sin embargo, el flujo genético y la deriva genética difieren en sus causas específicas y en la dirección de sus resultados.
El flujogenético está causado por la dispersión de organismos o sus gametos a una población diferente.
La derivagenética está causada por desplazamientos aleatorios de las frecuencias alélicas de una generación a la siguiente (lo que se conoce como error de muestreo).
En cuanto a sus resultados, hemos debatido cómo el flujo genético puede aumentar la diversidad genética de una población (mediante la introducción de nuevos alelos) y disminuir las diferencias entre poblaciones (compartiendo alelos). Por otra parte, la deriva genética (y la selección natural) tienden a reducir la diversidad genética dentro de una población y a aumentar las diferencias entre poblaciones.
Flujo genético - Puntos clave
- El flujo genético es uno de los principales mecanismos que impulsan la evolución, la deriva genética y la selección natural.
- El flujo genético se produce entre poblaciones de la misma especie (intraespecífico) o entre poblaciones de especies diferentes (interespecífico).
- El nivel de flujo genético entre poblaciones depende de la movilidad o capacidad de dispersión de los individuos adultos o de sus gametos para llegar a otra población.
- Un alelo desventajoso puede mantenerse en una población si se reintroduce continuamente mediante el flujo genético.
- El flujo genético puede contrarrestar los efectos de la selección natural y la deriva genética. Aumenta la variación genética de una población (mediante la introducción de nuevos alelos) y disminuye las diferencias genéticas entre poblaciones (al compartir alelos).
- Cuando el flujo genético se reduce o se detiene, cada población se adapta a las condiciones locales y su acervo genético sigue divergiendo, lo que finalmente conduce a la especiación.
Referencias
1. Anna Tigano y Vicky Friesen, Genómica de la adaptación local con flujo genético, Molecular Ecology, 2016.
2. Campbell et al., Biología 7ª edición, 2020.
3. Huerta-Sánchez et al., Altitude adaptation in Tibetans caused by introgression of Denisovan-like DNA, Nature, 2014.
4. Las profundas raíces de la diabetes, Comprender la Evolución, 2014. (https://evolution.berkeley.edu/evo-news/the-deep-roots-of-diabetes/)
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