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Seleção natural em populações

Como a seleção natural atua no nível de genes, alelos, genótipos, & fenótipos.

Pontos Principais

  • A seleção natural pode causar microevolução (mudança na frequência dos alelos), que faz com que os alelos que aumentam a aptidão se tornem mais comuns na população.
  • A aptidão é uma medida de sucesso reprodutivo (quantos descendentes um organismo deixa para a geração seguinte, em relação a outros no grupo).
  • A seleção natural pode atuar em características determinadas por alelos alternativos de um gene simples ou em traços poligênicos (características determinadas por muitos genes).
  • A seleção natural sobre características determinadas por genes múltiplos pode assumir a forma de seleção estabilizadora, seleção direcional ou seleção disruptiva.

Introdução

Já vimos alguns mecanismos diferentes de evolução. Deriva genética, migração, mutação,... e a lista continua. Todos estes mecanismos podem fazer com que uma população evolua, ou mude sua composição genética com o passar das gerações.
No entanto, há um mecanismo evolutivo um pouco mais famoso do que os outros, que é a seleção natural. O que faz a seleção natural ser tão especial? Entre todos os mecanismos de evolução, ela é a única que pode explicar consistentemente as populações adaptadas, ou mais ajustadas a seus ambientes, com o passar do tempo.
Você pode já ter ouvido sobre a seleção natural como parte da teoria de Darwin sobre a evolução. Neste artigo, mergulharemos fundo nela - na verdade, mais fundo do que o próprio Darwin poderia ir. Examinaremos a seleção natural no nível da genética populacional, em termos das frequências de alelos, genótipos e fenótipos.

Uma revisão rápida sobre a seleção natural

Aqui está uma rápida revisão sobre como uma população evolui através da seleção natural:
  • Organismos com características hereditárias (geneticamente determinadas) que os ajudam a sobreviver e se reproduzir em um determinado meio tendem a deixar mais descendentes do que seu pares.
  • Se isso continuar por gerações, as características hereditárias que ajudam a sobreviver e se reproduzir vão se tornar cada vez mais comuns na população.
  • A população não apenas vai evoluir (mudança em sua composição genética e traços hereditários), mas evoluirá de tal maneira que vai se tornar adaptada ou mais ajustada a seu ambiente.

A seleção natural pode causar microevolução

A seleção natural age sobre o fenótipo de um organismo, ou seja, suas características observáveis. Muitas vezes o fenótipo é, em grande parte, um produto do genótipo (os alelos ou versões de genes que o organismo carrega). À medida que um fenótipo produzido por certos alelos ajuda organismos a sobreviver e se reproduzir melhor do que seus pares, a seleção natural pode aumentar a frequência dos alelos úteis de uma geração para a seguinte - isto é, pode causar uma microevolução.

Exemplo: Cor da pelagem de coelho

Como um exemplo, vamos imaginar uma população de coelhos marrons e brancos cuja cor do pelo é determinada pelos alelos marrom dominante (B) e branco recessivo (b) de um gene simples. Se um predador, tal como um falcão pode enxergar os coelhos brancos (genótipo bb) mais facilmente do que os coelhos marrons (BB e Bb) em contraste com um campo coberto de grama, então os coelhos marrons são mais prováveis de sobreviver à predação pelo falcão do que os coelhos brancos. Uma vez que mais coelhos marrons do que brancos sobreviverão para se reproduzir, a próxima geração provavelmente vai ter uma frequência maior de alelos B.
Podemos demonstrar isso através de um exemplo. Vamos começar com um conjunto de frequências de alelos e fenótipos representado no diagrama abaixo e ver como ele muda em uma geração quando metade dos coelhos brancos (mas nenhum dos coelhos marrons) é comida pelos falcões:
Nesse exemplo, a frequência do alelo B do grupo sobrevivente aumentou de 0,3 para 0,4 em apenas uma geração. A porcentagem da população com o fenótipo marrom que promove a sobrevivência também aumentou de 50% para 65%. (Podemos prever a próxima geração assumindo que os sobreviventes vão se acasalar aleatoriamente e deixar em média igual número de descendentes) Isso é um exemplo inventado, mas nos dá um sentido concreto sobre como a seleção natural pode mudar as frequências dos alelos e fenótipos para tornar uma população mais adaptada a seu ambiente.
O alelo recessivo b desaparecerá da população devido à seleção? Talvez algum dia, mas não imediatamente. Isso porque eles ainda podem se "esconder" de predadores em coelhos marrons heterozigotos (Bb). Este é um bom lembrete de que a seleção natural age sobre os fenótipos e não sobre os genótipos. Um falcão pode distinguir um coelho branco de um marrom, mas não pode distinguir um coelho BB de um Bb.

Aptidão = sucesso reprodutivo

Os fenótipos e genótipos favorecidos pela seleção natural não são necessariamente apenas aqueles que sobrevivem mais. Em vez disso, são aqueles com a maior aptidão geral. A aptidão é a medida de quão bem os organismos sobrevivem e se reproduzem, com ênfase na "reprodução". Oficialmente, a aptidão é definida como o número de descendentes deixados pelos organismos com um determinado genótipo ou fenótipo quando comparados, em média, com os outros na população.
A sobrevivência é um componente importante da aptidão. A fim de deixar algum descendente na próxima geração, um organismo precisa atingir a idade reprodutiva. Por exemplo, no caso acima, os coelhos marrons tiveram uma aptidão maior que os brancos, porque uma fração maior de coelhos marrons sobreviveram para se reproduzir. Viver por um período de tempo mais longo também pode permitir que um organismo se reproduza por mais vezes (por exemplo, com maior número de parceiros ou em vários anos ).
Entretanto, sobreviver não é a única parte da equação de aptidão. A aptidão também depende da habilidade em atrair um parceiro e o número de descendentes gerado por acasalamento. Um organismo que sobreviveu por muitos anos, mas que nunca atraiu um parceiro ou gerou descendentes com sucesso, teria uma aptidão muito baixa (zero).

A aptidão depende do ambiente

Quais traços são favorecidos pela seleção natural (isto é, quais características tornam um organismo mais apto) depende do ambiente. Por exemplo, um coelho marrom é mais apto do que um coelho branco em um cenário de grama amarronzada que tenha predadores com visão aguçada. Entretanto, em um cenário de coloração clara (tal como areias e dunas), os coelhos brancos podem ser melhores em evitar os predadores do que os coelhos marrons. E se não houver predadores, as duas pelagens podem ser igualmente adequadas!
Em muitos casos, um traço também envolve vantagens e desvantagens. Isto é, ele pode ter efeitos negativos e positivos na aptidão. Por exemplo, uma determinada pelagem pode tornar um coelho menos visível a predadores, mas também pode ser menos atrativa para parceiros em potencial. Uma vez que a aptidão é uma função tanto de sobrevivência quanto de reprodução, se a cor do pelo resultará em "vantagem", vai depender das forças relativas da predação e da preferência do parceiro.

Seleção natural pode agir nos traços controlados por muitos genes

Em alguns casos, diferentes fenótipos em uma população são determinados por apenas um gene. Por exemplo, esse foi o caso com nossos coelhos hipotéticos. É também verdade em alguns casos reais de seleção natural para a cor do pelo (tal como em ratos)1,2.
No entanto, em muitos casos, os fenótipos são controlados por múltiplos genes que trazem, cada um, uma pequena contribuição para o resultado final. Tais fenótipos são frequentemente chamados traços poligênicos e tipicamente constituem um espectro, tomando formas ligeiramente diferentes. Se plotarmos a frequência das formas diferentes de uma população, o resultado geralmente será um gráfico com uma curva em formato de sino. A altura (veja o gráfico abaixo) e muitos outros traços em seres humanos são poligênicos.
Histograma mostrando as alturas, em polegadas, de alunos homens do terceiro ano do Ensino Médio de uma amostra. O histograma tem forma mais ou menos de sino, com apenas alguns indivíduos nas caudas (60 polegadas e 77 polegadas) e vários indivíduos no meio, aproximadamente 69 polegadas.
Imagem modificada de "Continuous variation: Quantitative traits," de J. W. Kimball (CC BY 3.0).
Podemos saber se a seleção natural está atuando em um traço poligênico através da observação de como a distribuição dos fenótipos na população muda com o passar do tempo. Certas mudanças de características nos dizem que a seleção está acontecendo, ainda que não saibamos exatamente quais genes controlam a característica.

Como a seleção natural pode mudar as distribuições de fenótipos

Há três maneiras básicas pelas quais a seleção natural pode influenciar a distribuição de fenótipos de traços poligênicos em uma população. Para ilustrar estas formas de seleção, vamos usar uma população imaginária de besouros cuja cor é controlada por muitos genes e varia em um espectro de verde claro a verde escuro.
  1. Seleção estabilizadora. Na seleção estabilizadora, fenótipos intermediários são mais aptos do que os fenótipos extremos. Por exemplo, besouros de cor verde-médio podem ser melhores em se camuflar, assim, melhores em sobreviver em uma floresta coberta por plantas verde-médio, A seleção estabilizadora tende a estreitar a curva.
  2. Seleção direcional. Um fenótipo extremo é mais apto do que todos os outros fenótipos. Por exemplo, se a população de besouros migra para um novo ambiente com solo e vegetação escuros, os besouros verde-escuro podem se esconder melhor e sobreviver mais do que os besouros mais claros. A seleção direcional muda a curva na direção do fenótipo mais favorável.
  3. Seleção disruptiva. Os fenótipos dos dois extremos são mais aptos do que aqueles do meio. Por exemplo, se os besouros migram para um novo ambiente com porções de musgo verde claro e arbustos verde escuro, tanto os besouros verde-claro quanto os verde-escuro poderão se esconder melhor (e sobreviver) do que os besouros de cor verde-médio. A seleção diversificadora produz múltiplos picos na curva.

Resumo

A seleção natural pode causar microevolução ou uma mudança nas frequências alélicas ao longo do tempo, com alelos que favorecem a aptidão se tornando cada vez mais comuns na população através das gerações. A aptidão é uma medida relativa do sucesso reprodutivo. Ela se refere a quantos descendentes os organismos de um determinado genótipo ou fenótipo vão deixar para a próxima geração, em relação a outros no grupo.
A seleção natural pode agir nos traços determinados por diferentes alelos de um único gene, ou nos traços poligênicos (traços determinados por muitos genes). Os traços poligênicos em uma população geralmente produzem uma distribuição no formato de sino. A seleção natural nos traços poligênicos pode assumir a forma de:
  • Seleção estabilizadora: Fenótipos intermediários têm aptidões maiores e a curva na forma de sino tende a se estreitar.
  • Seleção direcional: Um dos fenótipos extremos tem a maior aptidão. A curva se desloca na direção do fenótipo mais adaptado ao meio.
  • Seleção disruptiva: Os fenótipos dos dois extremos têm aptidão maior do que os fenótipos intermediários. A curva desenvolve dois picos.

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