Prof. Roberth Fagundes

Prof. Roberth Fagundes

Prof. Dr. Roberth Fagundes

A variação fenotípica entre indivíduos em um população resulta dos efeitos do genótipo e do ambiente.

Potentilla glandulosa Hiesey, W. M., Clausen, J., & Keck, D. D. (1942). Relations between climate and intraspecific variation in plants. American Naturalist, 5-22.

Local Baixa altitude Média altitude Alta altitude Tamanho Pequenas Médias Grandes

Hipótese: Não há variação genéticas entre populações. Se não há variação genética, todas as populações crescerão igualmente.

Resultado: Houve variação no crescimento das populações. Conclusão: efeito do ambiente + efeito dos genes

Altura da planta (cm) 70 hábitat 60 Do vale Da encosta Do topo 50 40 30 20 10 limite de tolerância 0 Baixa Média Alta Fator limitante Altitude

Flores

Sobrevivência

Sobrevivência + Crescimento + Reprodução = Fitness Ecótipos

Potentilla nivia nivia Potentilla nivia Potentilla nivia insularis Potentilla nivia chamissonis Grande e peluda Potentilla pulchella Pequena e glabra (cascalho da praia) Pequena e peluda (areia da praia) 17 populações 10 P. nivea 7 P. pulchella 64 medidas de forma 146 indivíduos 35 marcadores RAPD 146 indivíduos

Ordenação de Componentes Principais (PCO)

PCO Fenótipo

PCO Genótipo Mais variação entre que dentro

Potentilla nivia Potentilla nivia nivia Potentilla nivia insularis Potentilla nivia chamissonis Potentilla pulchella Grande e peluda Pequena e glabra (cascalho da praia) Pequena e peluda (areia da praia)

Habitat: Deserto Tamanho: 44cm Peso: 400g Come ervas e gramas, ou folhas na escassez N = 20 populações (Arizona) Temperatura: 23.8 35 C Pluviosidade: 35 194mm/ano Altitude: 4 1.166m Sauromalus obesus

Frequência na população (%) Tamanho do corpo (mm)

Regressão linear Maior tamanho do corpo onde chove mais

A pluviosidade aumenta com a altitude Crescimento das gramíneas = Quantidade de recurso Variação da chuva reduz com a elevação Sobrevivência e Brotamento das gramíneas = Previsibilidade do recurso

15 jovens lagartos 6 populações: Altitude (200 890m) Criou em laboratório Hipótese: A variação no tamanho das populações não é causada por diferenças genéticas Resultado: Lagartos de áreas elevadas crescem mais Conclusão: Existe variação genética em populações vivendo em diferentes altitudes.

Jovens de baixa altitude crescem mais rápido Adultos de alta altitude crescem mais rápido

Condições ambientais Baixa elevação Alta frequência de secas Estação de crescimento curta Gradiente altitudinal Alta elevação Alta frequência de chuvas Estação de crescimento longa Energia armazenada para sobrevivência Pequeno tamanho corporal Adaptações Energia para crescimento e reprodução Grande tamanho corporal

descrevendo dados biológicos

Frequência na população (%) Variabilidade genética Variância Tamanho do corpo (mm)

Tamanho do peixe: Alimentação Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Comprimento do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58 Comprimento do corpo (41mm; 70mm) Amplitude: A = max min = 70 41 = 29mm Variância = V = 56,2mm² Desvio padrão = V = 56,2mm² Média amostral: A = N1, N2, Ni N = 568 10 = 56,8 Mediana amostral: A = valor médio = 57, 58 = 57,5

Tamanho do peixe: Alimentação Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Comprimento do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58 Média amostral: X = 56,8mm Variância = V = SS = 505,6 = 505,6 n 1 10 1 9 = 56,2mm 2 Desvio padrão DP = V = 56,2 = 7,5mm Soma do quadrados: SS = (Ni X)² = 60 56,8 2 + 70 56,8 2 + 56 56,8 2 + 53 56,8 2 + 52 56,8 2 + 59 56,8 2 + 62 56,8 2 + 41 56,8 2 + 57 56,8 2 + 58 56,8 2 = 505,6mm² Comprimento do corpo de peixes = X ± DP (N) = 56,8 ± 7,5 mm (N=10)

Comprimento do corpo (mm) Comprimento do corpo (mm) 70 máximo 70 65 65 Vmax 60 60 55 amplitude 55 mediana média 50 50 Vmin 45 45 mínimo 40 Peixes 40 Peixes

Comprimento do corpo (mm) Comprimento do corpo (mm) 70 70 65 65 60 55 60 55 Comprimento do corpo de peixes = X ± DP (N) = 56,8 ± 7,5 mm (N=10) 50 50 45 45 40 Peixes 40 Peixes

Biólogo 1 31 29 26 29 31 25 Biólogo 2 25 26 29 31 25 31 28 31 27 27 Biólogo 3 29 25 30 27 26 29 25 26 28 29 29 27 26 27 27

Evolução é mudança nas frequências genotípicas da população.

Mudança na frequência genotípica de uma população ao longo do tempo.

12 alelos = 200 cores

Harmonia axyridris

SS = 0.81 SA = 0.18 AA = 0.01 frequência S = SS + (0.5 x SA) = 0.81 + 0.09 = 0.9 frequência A = AA + (0.5 x SA) = 0.01 + 0.09 = 0.1 frequência S + frequência A = 0.9 + 0.1 = 1 probabilidade SS = fs x fs = fs² probabilidade SA = fs x fa + fa x FS = 2 (fs x fa) probabilidade AA = fa x fa = fa² SS = fs² = 0.9² = 0.81 SA = 2 x 0.9 x 0.1 = 0.18 AA = 0.1² = 0.01 Equilíbrio DE HARDY-WEINBERG fs² + 2(fA + fs) + fs² = 1 p² + 2pq + q² = 1

SEM FATOR EVOLUTIVO, TODA A POPULAÇÃO DEVE PERMANECER COM FREQUÊNCIA GÊNICA CONSTANTE. Acasalamentos aleatórios Sem mutações Tamanho populacional grande Sem migração Todos os fenótipos tem fitness igual

Mutações Reprodução sexuada Fluxo e Restrição gênica Seleção Natural

CARACTERÍSTICAS DOS PAIS INFLUENCIANDO A PROLE h 2 = V G V F variância genética hereditariedade variância fenotípica

h 2 = V G (V G +V E )

h 2 = V G (V G +V E ) = V G V G + 0 = V G V G = 1 Totalmente hereditário Nada hereditário h 2 = V G (V G +V E ) = 0 = 0 = 0 0 + V E V E

filhos pais Variavel X Variável Y 2 4 5 3 6 5 8 9 9 7 10 11 12 10 15 13 16 19 18 17

RELAÇÃO ENTRE FATORES Fator X Fator Y NULA LINEAR NEGATIVA LINEAR POSITIVA

MAIOR MAIS

Variavel X Variável Y 2 4 5 3 6 5 8 9 9 7 10 11 12 10 15 13 16 19 18 17

MAIOR

SQ = 60 SQ R² = 0.88 120 SQ p = = 0.03 150 y= 0.9x + 0.02

y = a x + b Valor da resposta Coeficiente de variação (β) Constante (α) Valor do fator y= 0.9x + 0.02

O coeficiente é 0 e indica que não há hereditariedade O coeficiente é médio e indica nível intermediário de hereditariedade O coeficiente é alto e indica nível alto de hereditariedade

r = ln(x 2 ln(x 1 ))/ t taxa de evolução (darwins) dimensão final do caractere dimensão inicial do caractere variação temporal

4,2 3,3 1,7

A seleção natural é resultado das diferenças em sobrevivência e reprodução entre genótipos devido em resposta à pressões ambientais.

A seleção natural age quando a variação fenotípica, devido a variabilidade genética, responde à pressões ambientais.

Organismos geram organismos semelhantes Existem variações entre organismos em uma população que são herdáveis A cada geração nascem mais organismos que o ambiente suporta. Alguns organismos sobrevivem e reproduzem mais devido a características físicas e comportamentais próprias (adaptações)

Seleção Natural é o mecanismo evolutivo que resulta do diferencial de sobrevivência e reprodução entre fenótipos sob determinada pressão ecológica. Princípio da variabilidade genética Princípio da hereditariedade Principio da reprodução diferencial Princípio da sobrevivência

Grandes almofadas, muda de cor Corpo comprido, membros e calda finos Perna dianteira comprida, corpo achatado Corpo achatado, rabo comprido Corpo curto, membros traseiros compridos Corpo grande, almofadas grandes

Hipótese alternativa: nula: Não Há há efeito do do ambiente. Hipótese alternativa: Altura da árvore é um fator limitante. Gradiente de altura da vegetação Ilha fonte 2-6 machos 3-9 fêmeas 14 ilhas experimentais (10-14 anos) Lagartos terão Lagartos terão tamanho tamanho diferente de semelhante diferente da ao acordo com o da ilha fonte. ambiente Caractere: Tamanho dos membros

Tamanho e peso maior Lamelas maiores

árvores do continente tem 10m de altura árvores das ilhas entre 1 e 3m Ilhas diferentes do continente tem lagartos diferentes

Ilhas com árvores de galhos grossos tem lagartos com pernas compridas

Predação: Insetos e Plantas

Sapindaceae Jadera haematoloma

Consumo de semente Filogenia de Sapindáceas e as raças de Jaderos pequeno grande Largura do fruto

Hemípteros com probóscide maior em plantas com frutos mais grossos

espécies exóticas

Hemípteros tem tamanho semelhante mas maior probóscide em plantas nativas = adaptação

Crescimento Filhotes são semelhantes aos pais mas têm fitness maior em planta de origem

Sobrevivência e reprodução Sobrevivência maior quando come planta de origem Diferentes estratégias reprodutivas dependendo da planta hospedeira

produz semente continuamente sementes ricas em nitrogênio Tamanho e fenologia da planta são fatores evolutivos produz semente sazonalmente sementes ricas em lipídeos

Calicebus miltoni

Processos neutros, como deriva genética, podem mudar as frequências genéticas das populações, especialmente de populações pequenas.

Processos aleatórios que podem mudar a frequência genética em uma população, principalmente quando pequenas. DERIVA GENÉTICA MUTAÇÕES MIGRAÇÕES

Alteração aleatória em um gene que origina um novo gene com nova expressão fenotípica. Pode ser selecionado ou perdido por seleção natural, ou não ter efeito sobre o fitness do indivíduo.

Quando indivíduos saem ou entram na população alterando a frequência genética. Pode ocorrer também a fragmentação da população com possível formação de novas subpopulações.

Evolução de populações que ocorre pela seleção aleatória de diferentes alelos através das gerações sem causas adaptativas.

Margeando rios na face fria das montanhas 15 2,441m As populações isoladas sofreram deriva genética? As populações atuais podem desaparecer por deriva genética?

Diversidade genética Eletroforese em gel (16 sistemas enzimáticos) Populações maiores são mais geneticamente diversas Tamanho populacional (Log N)

Relação entre a distância genética entre subpopulações (acima) e a distância geográfica (abaixo, Km). 37Km = 3,8% 559Km = 1%

Plantago lanceolata Veronica spicata Aland, Finlândia Hipótese: Campinas maiores tem populações maiores da borboleta Miliateae cinxia

Densidade populacional (Ln X, N/m²) Densidade populacional (resíduos) Área da mancha de campina (Ln X, m²) Isolamento (m) endogamia

baixa sobrevivência baixa fecundidade baixa sobrevivência dos ovos larvas pequenas crescimento lento das larvas 200 EXTINÇÕES 114 COLONIZAÇÕES ENDOGAMIA

A variabilidade fenotípica entre indivíduos de uma população é resultado de efeitos combinados do genótipo e do ambiente. O modelo de equilíbrio de Hardy-Weinberg ajuda a identificar as forças evolutivas que podem mudar as frequências genéticas das populações. Seleção natural é o mecanismo de evolução das populações através das diferenças em sobrevivência, crescimento e reprodução entre fenótipos de uma população. A importância da variabilidade genética para a variabilidade fenotípica determina a força evolutiva da seleção natural. Processos evolutivos aleatórios, como a deriva genética, podem mudar as frequências gênicas, especialmente em pequenas e isoladas populações.