Pode-se pensar que a deriva genética seja importante apenas em poucas espécies. Entretanto, a maioria das espécies é formada por demes pequenos e com

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2 Pode-se pensar que a deriva genética seja importante apenas em poucas espécies. Entretanto, a maioria das espécies é formada por demes pequenos e com localização estável Essas populações podem divergir substancialmente através da deriva,dando origem à variação geográfica nas espécies. Até mesmo em espécies como o pinheiro Pinus ponderosa, que tem distribuição contínua sobre vastas extensões, o acasalamento ocorrerá entre os indivíduos mais próximos.

3 O número de indivíduos nas proximidades com os quais um indivíduo têm maior probabilidade de se reproduzir aleatoriamente é 4πs 2 D, onde D é a densidade da população (o número de indivíduos por unidade de área) e s é o desvio padrão das distâncias entre os locais de nascimento dos indivíduos e os dos descendentes. Essas distâncias são frequentemente pequenas.

4 População reprodutora O contingente global de uma população (N) não tem valor algum em genética. As populações se subdividem em isolados Dentro desse isolado o importante é a população reprodutora (N r ) N r é o conjunto de indivíduos que está contribuindo para formar a geração seguinte.

5 População reprodutora Pode acontecer que a variância do número de filhos por casal é muito grande Considere 2 populações com N r = 1000 Em uma das populações a fertilidade tem uma distribuição normal Na outra, a fertilidade tem uma distribuição de Poisson Esses casais que compõem a N r não tem a mesma importância genética, logo sua simples contagem não oferece uma visão realista da estrutura genética da população.

6 População reprodutora Outros problemas com o uso de N r : Ciclos regulares de variação numérica Número diferente de homens e mulheres Elevada taxa de endocruzamento

7 População efetiva Sewall Wright parâmetro fundamental para a genética de populações é a população efetiva (N e ) Existem diversas fórmulas para calcular N e (ver Freire-Maia, 1974, pg ) As estimativas de N e para populações humanas variam em torno de ¼ de N

8 Se apenas metade dos indivíduos de uma população de N = 50 se reproduzir, a perda de heterozigosidade por geração (1/2N) será de 1/50 ao invés de 1/100. A população possuirá um TAMANHO EFETIVO Ne de 25; é Ne que determina a taxa de deriva genética. Um fator que pode reduzir o tamanho efetivo da população é uma proporção sexual desbalanceada.

9 Se, por exemplo, os machos protegem haréns de fêmeas contra outros machos, os poucos machos que se reproduzem contribuem desproporcionalmente às gerações subsequentes, podendo ocorrer aumento da deriva genética. Se a população reprodutiva consiste de Nm machos e Nf fêmeas, o tamanho efetivo da população é Ne= (4NmNf)/(Nm+Nf) Assim, 100 tribos de camundongos, cada uma com um macho e quatro fêmeas, constituem uma população efetiva de 320 ao invés de 500.

10 À medida que alguns indivíduos deixam mais descendentes do que outros, a futura população irá descender de relativamente poucos indivíduos. Se k e σk 2 são, respectivamente, a média e a variância no número de descendentes por pai que sobrevive até a época da reprodução e se σk 2 > k, o tamanho efetivo da população é menor do que o número de indivíduos na população.

11 Qualquer fator que cause tal variação reduz o tamanho efetivo, incluindo a seleção, a qual, é por definição, a desigualdade do sucesso reprodutivo. Eisen (1975), por exemplo, descobriu que a variação genética da taxa de crescimento nos camundongos era virtualmente reduzida a zero após 14 gerações de forte seleção artificial, quando se reduziu o tamanho populacional a 4 ou 8 pares; entretanto, ainda existia variação em linhagens selecionadas mantidas com 16 pares.

12 O tamanho efetivo da população será ainda mais reduzido se as gerações se sobrepuserem de modo que os descendentes possam se acasalar com seus pais (Felsenstein 1971, Giesel 1971) ou se o tamanho da população flutuar ao longo das gerações. As flutuações no tamanho populacional colocamnas em GARGALOS (afunilamento ou "bottenecks") durante os quais a variação genética é reduzida.

13 Uma aproximação do tamanho efetivo Ne, neste caso, é encontrada através da média harmônica do tamanho populacional, 1/Ne= (1/t)Σ(1/N) Por exemplo, se em cinco gerações sucessivas uma população consistir de 100, 150, 25, 150 e 125 indivíduos, Ne seria aproximadamente igual a 70 ao invés da média aritmética, 110; as populações de pequeno tamanho exercem maior influência sobre o valor de Ne que as de grande tamanho.

14 Normalmente é bastante difícil a obtenção de informações suficientes sobre uma população natural - distâncias de dispersão, proporção sexual efetiva, frequência de acasalamentos através das gerações, variância do sucesso reprodutivo - para que se possa medir o tamanho efetivo da população. Mesmo quando apenas um ou poucos desses fatores são avaliados, tal como a variância do sucesso reprodutivo, é comum encontrar em populações humanas e de Drosophila em laboratório um Ne menor que 75 por cento do número real de indivíduos (Crow e Kimura 1970).

15 Merrell (1968) contou o número de oviposições de rãs-leopardo (Rana pipiens) em lagoas cujo número total de rãs havia sido estimado; assumindo-se que cada oviposição resultou de um casal diferente, ele verificou que apenas de 1 a 67 por cento das rãs havia se acasalado com sucesso.

16 MUTAÇÕES EM POPULAÇÕES FINITAS Em uma população muito grande, a taxa de mudança da frequência gênica provocada apenas por mutação é provavelmente baixa, porque a taxa de mutação em um loco provavelmente estará por volta de u = 10-5 ou 10-6 por gameta por geração. Se aceitarmos que o alelo A (com frequência p) muta para A' (com freqüência q = 1 - p) numa taxa u e que a taxa de mutação de A' para A é v, a mudança na frequência de A' será q = u(1 - q) vq por geração.

17 Assim, se q = 0,5, u = 10-5 e v = 10-7, q passará para 0, na próxima geração. Nesta taxa, serão necessárias aproximadamente gerações para se chegar a meio caminho da frequência gênica de equilíbrio. A frequência gênica de equilíbrio, é encontrada colocando-se q = 0 e procurando-se a solução para q, é q = /( + v) Assim, se u = 10-5 e v = 10-7, a frequência de equilíbrio estável seria q = 0,99, mas levaria um tempo muito longo para ser alcançada; a mutação, por si só, é uma força muito fraca.

18 A derivação anterior pressupõe que existam apenas dois alelos distinguíveis, como ocorre algumas vezes com características fenotípicas grosseiras. Se, entretanto, reconhecermos como alelos quaisquer diferenças na sequência de nucleotídeos de um gene grande, uma dada sequência pode mutar para qualquer uma de milhares de outras sequências e a taxa de reversão à sequência de nucleotídeos anterior será desprezível. Deste modo, por mutação somente, qualquer alelo se tornará extremamente raro e a população irá conter um vasto número de sequências de nucleotídeos diferentes.

19 Em uma população finita de tamanho efetivo Ne, os alelos são perdidos por deriva genética e a mutação é, portanto, importante por restabelecer a variação genética. Se as taxas de mutação e o tamanho populacional permanecerem constantes por um tempo suficientemente longo, ocorrerá eventualmente um balanceamento entre as taxas de perda e ganho de alelos por mutação

20 O nível de variação genética é medido pela proporção média de heterozigotos em um loco e será então H (4Neu)/ (4Neu + 1) Assim, H depende do fluxo de novas mutações o qual é, novamente, proporcional ao tamanho populacional Ne e à taxa de mutação u.

21 Por exemplo, se u = 10-6 e Ne = , H será, aproximadamente, 0,11. Tenha em mente que Ne é o tamanho populacional efetivo e que estamos considerando apenas alelos hipotéticos com efeitos precisamente equivalentes sobre a sobrevivência e a reprodução.

22 EFEITO DO FUNDADOR Os acidentes genéticos inerentes às populações de tamanho pequeno podem ser importantes durante a colonização. Se ocorre a colonização, por um ou poucos indivíduos, de uma ilha ou fragmento de um novo hábitat não ocupado anteriormente por uma espécie, todos os genes da população originada derivarão dos poucos portados pelos fundadores e de mutações e imigrantes subsequentes.

23 Uma colônia fundada por um par de indivíduos diplóides pode ter, no máximo, quatro alelos por loco, embora possa existir um número muito maior de alelos na população de onde vieram. Entretanto, ainda que o número de alelos seja reduzido, o grau de heterozigosidade, e portanto a variância genética, é quase tão alto quanto o da população de onde vieram os colonizadores.

24 Na média é (1-1/2N)Ho, onde Ho é a proporção de heterozigotos na população originadora e N é o número de colonizadores. Isto ocorre simplesmente porque os alelos raros pouco contribuem para o nível de heterozigosidade da população originadora e são esses mesmos alelos que provavelmente estarão ausentes da colônia.

25 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Série1 0,3 0,2 0,

26 Entretanto, se a colônia permanecer pequena, a heterozigosidade da colônia diminuirá rapidamente por deriva genética e apenas lentamente haverá sua recomposição por mutação e deriva; a menos que a seleção natural aumente a freqüência dos alelos raros. Se, entretanto, a colônia crescer rapidamente, não haverá grande redução na quantidade de variação genética.

27 Linhas contínuas: pop fundada por 2 indivíduos Linhas pontilhadas: pop fundada por 10 indivíduos r = taxa de crescimento

28 O mesmo princípio aplica-se a qualquer população que passe por um acentuado gargalo. Mayr (1954, 1963) argumentou que o EFEITO DO FUNDADOR afetaria de tal forma a constituição genética de uma população que haveria uma antecipação de seu desenvolvimento em uma nova espécie.

29 Um exemplo extremo do efeito de gargalo é provido pelo elefantemarinho-do-norte (Mirounga angustirostris). A caça reduziu esta espécie a aproximadamente 20 animais por volta de 1890; desde então a população cresceu para mais de

30 O tamanho efetivo da população deve ter sido menor que 20 no seu ponto mais crítico, uma vez que a espécie é poligínica - menos de 20% dos machos copulam com todas fêmeas.

31 Bonnell e Selander (1974), através de eletroforese, não descobriram nenhuma variação genética em uma amostra de 24 locos eletroforéticos nessa espécie. Já no caso do elefantemarinho-do-sul (M. leonina), que nunca sofreu redução tão drástica no número de indivíduos, têm sido observada variação genética.

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33 Referências Freire-Maia, N. Genética de Populações Humanas. Hucitec Capítulo 5 Futuyma, D. Biologia Evolutiva. 2a ed. SBG Capítulo 5, pg 139 a 144