9.4: Microevolución

Jornadas Escolares

A excepción de sus refrigeradores de plástico para el almuerzo, podrías pensar que esta foto de niños de camino a la escuela vino del siglo XIX. De hecho, la fotografía es una fotografía que fue tomada en 2006. Los niños son parte de una comunidad religiosa llamada los Amish, cuyos fundadores llegaron por primera vez a Estados Unidos en la década de 1700. La gente amish evita las comodidades modernas como la electricidad y los automóviles. Sus vidas son más similares a las de sus fundadores que a las de la mayoría de las otras personas en Estados Unidos hoy en día. Como aprenderás cuando leas este concepto, los Amish son un ejemplo de una manera en la que las poblaciones pueden evolucionar.

Figura\(\PageIndex{1}\): Amish De camino a la escuela

Genes en Poblaciones

Los individuos no evolucionan porque sus genes no cambian con el tiempo. En cambio, la evolución ocurre a nivel de la población. Una población consiste en organismos de la misma especie que viven en la misma zona. En términos de evolución, se supone que la población es un grupo relativamente cerrado. Esto quiere decir que la mayor parte del apareamiento tiene lugar dentro de la población. El cambio evolutivo que ocurre en períodos de tiempo relativamente cortos dentro de las poblaciones se llama microevolución. La ciencia que se centra en la evolución dentro de las poblaciones es la genética de poblaciones. Es una combinación de teoría evolutiva y genética mendeliana.

El acervo genético

La composición genética de un individuo es el genotipo del individuo. Una población está formada por muchos individuos y por lo tanto muchos genotipos. Todos los genotipos juntos conforman el acervo genético de la población. El acervo genético está formado por todos los genes de todos los miembros de la población. Para cada gen, el acervo genético incluye todos los diferentes alelos del gen que existen en la población. Un alelo se conoce como una versión de un gen. Para un gen dado, la población se caracteriza por la frecuencia de los diferentes alelos en el acervo genético. La frecuencia alélica es la frecuencia con la que aparece un alelo en un acervo genético en relación con los otros alelos para el mismo gen.

Fuerzas de la Evolución

Los factores que hacen que las frecuencias alélicas cambien se denominan las fuerzas de la evolución. Hay cuatro fuerzas de este tipo: mutación, flujo génico, deriva genética y selección natural.

Deriva Genética

La deriva genética es un cambio aleatorio en las frecuencias alélicas que ocurre en una población pequeña. Cuando un pequeño número de padres producen solo unas pocas crías, las frecuencias alélicas en la descendencia pueden diferir, solo por casualidad, de las frecuencias alélicas en los padres. Esto es como arrojar una moneda. Si lanzas una moneda solo unas cuantas veces, puedes, por casualidad, obtener más o menos de las esperadas 50 por ciento de cabezas y 50 por ciento de colas. Debido a tales variaciones de probabilidad en poblaciones pequeñas, las frecuencias alélicas se desplazan con el tiempo.

Hay dos condiciones especiales bajo las cuales se produce la deriva genética. Se les llama el efecto cuello de botella y el efecto fundador.

1. El efecto de cuello de botella ocurre cuando una población repentinamente se vuelve mucho más pequeña. Esto podría suceder debido a un desastre natural como un incendio forestal o una epidemia de enfermedades. Por casualidad, las frecuencias alélicas de los supervivientes pueden ser diferentes de las de la población original.
2. El efecto fundador se produce cuando algunos individuos inician o encuentran una nueva población. Por casualidad, las frecuencias alélicas de los fundadores pueden ser diferentes de las frecuencias alélicas de la población que dejaron. Un ejemplo del efecto fundador ocurrió en los Amish, como se describe en la figura\(\PageIndex{2}\).

Figura\(\PageIndex{2}\): Efecto Fundador en la Población Amish. La población Amish en Estados Unidos y Canadá tenía aproximadamente 200 fundadores que emigraron en la década de 1700. La población ha crecido a casi 250,000 individuos que rara vez interactúan con personas fuera de la comunidad Amish. Uno de los fundadores portaba un alelo recesivo por una rara afección llamada síndrome de Ellis-van Creveld, un tipo de enanismo que resulta en dedos adicionales y extremidades cortas como se ve en esta imagen. Hoy la población Amish tiene muchos más casos de este síndrome que cualquier otra población del mundo.

Mutación

La mutación crea una nueva variación genética en un acervo genético. Es como surgen primero todos los alelos nuevos. En las especies que se reproducen sexualmente, las mutaciones que importan para la evolución son las que ocurren en los gametos. Sólo estas mutaciones se pueden pasar a la descendencia. Para cualquier gen dado, la probabilidad de que ocurra una mutación en un gameto dado es muy baja. Así, las mutaciones por sí solas no tienen mucho efecto sobre las frecuencias alélicas. Sin embargo, las mutaciones proporcionan la variación genética necesaria para que otras fuerzas de la evolución actúen.

Flujo de genes

El flujo de genes ocurre cuando los individuos entran o salen de una población. Si la tasa de migración es alta, esto puede tener un efecto significativo en las frecuencias alélicas. Las frecuencias alélicas pueden cambiar en la población a la que salen los migrantes así como en la población a la que ingresan los migrantes. Un ejemplo de flujo de genes ocurrió durante la guerra de Vietnam en las décadas de 1960 y 1970. Muchos jóvenes militares estadounidenses tuvieron hijos con mujeres vietnamitas. La mayoría de los militares regresaron a Estados Unidos después de la guerra. Sin embargo, dejaron copias de sus genes atrás en su descendencia. De esta manera, cambiaron las frecuencias alélicas en el acervo genético vietnamita. ¿Crees que el acervo genético de Estados Unidos también se vio afectado? ¿Por qué o por qué no?

Selección Natural

La selección natural ocurre cuando hay diferencias en la aptitud entre los miembros de una población. Como resultado, algunos individuos pasan más genes a la siguiente generación que otros miembros de la población. Esto hace que las frecuencias alélicas cambien con el tiempo. El ejemplo de anemia falciforme, que se muestra en la siguiente tabla y se describe a continuación, muestra cómo la selección natural puede mantener incluso un alelo dañino en un acervo genético.

Cuadro\(\PageIndex{1}\): Anemia de células falciformes y selección natural

Genotipo	Fenotipo	Fitness
AA	Hemoglobina 100% normal	Aptitud algo reducida debido a que no hay resistencia a la malaria
AS	Suficiente hemoglobina normal para prevenir la anemia falciforme	Mayor estado físico debido a la resistencia a la malaria
SS	Hemoglobina 100% anormal, causando anemia falciforme	Gran reducción de la condición física debido a la anemia falciforme

El alelo (S) para la anemia falciforme es un alelo autosómico recesivo dañino. Es causada por una mutación en el alelo normal (A) para la hemoglobina (la proteína portadora de oxígeno en los glóbulos rojos). La malaria es una enfermedad tropical mortal que es común en muchas poblaciones africanas. Los heterocigotos (AS) con el alelo de células falciformes son resistentes a la malaria. Por lo tanto, es más probable que sobrevivan y se reproduzcan. Esto mantiene el alelo S en el acervo genético.

El ejemplo de células falciformes muestra que la aptitud física depende de los fenotipos y también del ambiente. ¿Qué crees que podría pasar si se eliminara la malaria en una población africana con una frecuencia relativamente alta del alelo S? ¿Cómo podría cambiar la aptitud de los diferentes genotipos? ¿Cómo podría afectar esto a la frecuencia del alelo S?

El rasgo de células falciformes está controlado por un solo gen. La selección natural de rasgos poligénicos, que están controlados por múltiples genes, es más compleja, aunque es menos complicada si se consideran solo fenotipos para rasgos poligénicos en lugar de genotipos. Hay tres formas principales en las que la selección natural puede afectar la distribución de fenotipos para un rasgo poligénico. Las tres vías se muestran en las gráficas de la Figura\(\PageIndex{3}\).

1. La selección disruptiva ocurre cuando se seleccionan fenotipos en el medio del rango. Esto da como resultado dos fenotipos superpuestos, uno en cada extremo de la distribución. Un ejemplo es un dimorfismo sexual. Esto se refiere a las diferencias entre los fenotipos de machos y hembras de la misma especie. En los humanos, por ejemplo, los machos y las hembras tienen diferentes alturas promedio y formas corporales.
2. La selección estabilizante ocurre cuando se seleccionan fenotipos en ambos extremos de la distribución fenotípica. Esto reduce el rango de variación. Un ejemplo es el peso humano al nacer. Los bebés que son muy grandes o muy pequeños al nacer tienen menos probabilidades de sobrevivir, y esto mantiene el peso al nacer dentro de un rango relativamente estrecho.
3. La selección direccional ocurre cuando se selecciona uno de los dos fenotipos extremos para. Esto desplaza la distribución hacia ese extremo. Este es el tipo de selección natural que los Grants observaron en el tamaño del pico de los pinzones de Galápagos. Se seleccionaron picos más grandes durante la sequía, por lo que el tamaño del pico aumentó con el tiempo.

Figura\(\PageIndex{3}\): Selección natural para un rasgo poligénico. La selección natural puede afectar la distribución de un rasgo poligénico. El panel superior muestra la selección disruptiva en los tonos de concha de ostra. Los tonos más claros y oscuros son más frecuentes. El panel central muestra la selección estabilizadora. La mayoría de los lagartos tienen colas de tamaño mediano. El panel inferior inferior muestra la selección direccional del tamaño del cuello de la jirafa.

Reportaje: La biología humana en las noticias

Investigaciones reportadas recientemente pueden ayudar a resolver uno de los misterios más importantes y duraderos de la biología humana. El misterio es por qué las personas con el genotipo AS para la hemoglobina falciforme están protegidas de la malaria. Como leíste anteriormente, su hemoglobina de células falciformes les da mayor condición física en las zonas de malaria que los homocigotos normales (AA) que solo tienen hemoglobina normal.

El parásito de la malaria y su mosquito vector fueron descubiertos a fines del siglo XIX. La base genética de la anemia por hemoglobina falciforme y la resistencia a la malaria que confiere se descubrieron alrededor de 1950. Desde entonces, los científicos han asumido, y algunas pruebas han sugerido, que los pocos glóbulos rojos en forma de hoz de los heterocigotos los convierten en huéspedes menos hospitalarios para el parásito de la malaria que los glóbulos rojos completamente normales de los homocigotos AA. Esto parece una hipótesis razonable, pero ¿es la correcta? La nueva investigación sugiere una hipótesis diferente.

Trabajando con ratones genéticamente modificados como organismos modelo, investigadores en Portugal descubrieron que una enzima que produce el gas monóxido de carbono se expresa a niveles mucho más altos en presencia de hemoglobina falciforme que la hemoglobina normal. Además, el gas parece proteger al huésped infectado de desarrollar las lesiones y síntomas de la malaria, aunque no parece interferir con el ciclo de vida del parásito de la malaria en los glóbulos rojos. Estos hallazgos pueden conducir a nuevas terapias para tratar la malaria, que sigue siendo uno de los problemas de salud pública más graves del mundo. Los hallazgos también pueden arrojar luz sobre otras variantes anormales de hemoglobina que se sabe protegen contra la malaria.

Revisar

1. ¿Por qué las poblaciones, más que los individuos, son las unidades de evolución?
2. ¿Qué es un acervo genético?
3. Enumerar y definir las cuatro fuerzas de la evolución.
4. ¿Por qué es necesaria la mutación para que ocurra la evolución, a pesar de que generalmente tiene poco efecto sobre las frecuencias alélicas?
5. ¿Cuál es el efecto fundador? Dé un ejemplo.
6. Identificar tres tipos de selección natural para rasgos poligénicos.
7. Explique por qué la deriva genética es más probable que ocurra en una población muy pequeña.
8. En algunas especies, las hembras prefieren aparearse con machos que tienen ciertas características genéticamente determinadas, como coloración brillante o una cola grande y vistosa. ¿Cómo alterará esto la frecuencia alélica en una población?
9. ¿Cuál de los siguientes puede causar deriva genética?
   1. Un desastre natural
   2. Una gran población donde los miembros se aparean entre sí y también con nuevos migrantes que llegan a la población.
   3. Una isla sin aves que llega a ser poblada por un pequeño número de una especie de ave.
   4. Tanto A como C
10. Verdadero o Falso. Las frecuencias alélicas pueden cambiar dentro de un organismo.
11. Verdadero o Falso. La mayoría de las poblaciones en la Tierra están en equilibrio Hardy-Weinberg.
12. Verdadero o Falso. La frecuencia del genotipo puede cambiar si hay migración dentro o fuera de la población.

Explora más

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Atribuciones

1. Amish de camino a la escuela por Gladjoboy, con licencia CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
2. Polidactilia de Baujat G, Le Merrer M. CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
3. Tabla de tipos de selección, por Azcolvin429, CC BY-SA 3.0; vía Wikimedia.org
4. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0