Equilibrio genetico-Definizione ed esempi

Definizione di equilibrio genetico

Equilibrio genetico è un termine usato per descrivere una condizione di frequenze alleliche statiche o immutabili in una popolazione nel tempo. Tipicamente in una popolazione naturale le frequenze degli alleli tendono a spostarsi con il passare delle generazioni e diverse forze agiscono su una popolazione. Ciò potrebbe essere causato da molti fattori tra cui la selezione naturale, la deriva genetica, la mutazione e altri che cambiano forzatamente la frequenza dell’allele. Tuttavia, se una popolazione è all’equilibrio genetico queste forze sono assenti o si annullano a vicenda. Gli esempi seguenti mostrano l’equilibrio genetico da un contesto di modellazione e in un contesto naturale.

Esempi di equilibrio genetico

Equilibrio di Hardy-Weinberg

Quando si modellano le dinamiche di popolazione, gli scienziati usano spesso il modello di Hardy-Weinberg. Questa equazione prende le frequenze degli alleli in una popolazione e li moltiplica usando i principi del quadrato di Punnett per simulare la distribuzione degli alleli durante l’accoppiamento. Un’immagine di questo modello può essere vista sotto.

Questo diagramma segue un gene, che ha due alleli (A) e (a). La frequenza allele di ogni allele è rappresentata da “p”e “q”. Secondo il modello Hardy-Weinberg, queste frequenze alleliche non cambieranno di generazione in generazione senza influenze esterne. In altre parole, un equilibrio genetico si verifica in assenza di cose come la selezione naturale e la deriva genetica. Se (A) e (a) sono gli unici alleli nel sistema, le frequenze di (A) aggiunte a (a) devono essere 1. Pertanto, in un sistema all’equilibrio genetico, la frequenza dei genotipi nella prole può essere stimata moltiplicando le frequenze dell’allele. Gli individui dominanti omozigoti (AA) possono essere stimati da p2 o dalla frequenza di (A) al quadrato. Lo stesso vale per gli individui omozigoti recessivi (aa); in equilibrio genetico possono essere stimati da q2. Gli individui eterozigoti possono essere stimati di 2pq. All’equilibrio genetico la somma di tutte le frequenze genotipiche per ciascun gene è 1. In termini matematici: p2 + 2pq + q2=1.

Nei primi anni del 1900, la scienza dell’eredità era un campo nuovo ed eccitante. Gregor Mendel aveva dimostrato nel 1800 che gli organismi portano due copie di ogni gene. Queste copie possono venire in diverse forme, o alleli. Tuttavia, gli scienziati erano ancora alle prese con le domande più grandi su come gli alleli cambiano nel tempo. Uno dei problemi fondamentali al momento era capire come i geni interagivano tra loro, in particolare i geni dominanti e recessivi. È stato ipotizzato da alcuni che l’allele dominante sarebbe naturalmente aumentare in una popolazione. Questo è stato confutato indipendentemente da diversi scienziati che usano la matematica. Tuttavia, solo Hardy e Weinberg comunemente ottenere il loro nome collegato alla legge. Equilibrio genetico in questa situazione idealizzata è comunemente indicato come Hardy-Weinberg equilibrio.

Equilibrio genetico dovuto alla selezione di bilanciamento

In natura, le cose non sono mai perfette come le ipotesi fatte nel modello di Hardy-Weinberg. Ciò non significa che l’equilibrio genetico non possa esistere. In effetti, è facile pensare a uno scenario in cui l’equilibrio genetico viene mantenuto di fronte alla selezione naturale. La selezione deve essere semplicemente applicata ugualmente ai diversi allele presenti. In questo modo la frequenza dell’allele sarà mantenuta e la popolazione rimarrà all’equilibrio genetico.

Questo può essere dimostrato da un ipotetico gruppo di animali. Per i nostri scopi considereremo una popolazione di cavallette, con solo due alleli per il gene che codifica per il loro colore. Un allele codici per il verde: Cg. I codici allele Cb per brown. Gli individui omozigoti per entrambi gli allele saranno quel colore. Tuttavia, nel nostro caso ipotetico, fingere che gli individui eterozigoti (CgCb) diventino parte verde e parte marrone. Un campo è pieno di queste cavallette, con parti uguali di ogni tipo di cavalletta.

Ora, un nuovo predatore viene introdotto sul campo. Un uccello piomba sul campo, raccogliendo cavallette come va. L’uccello usa la visione dei colori per scegliere la sua preda, e le cavallette verdi e marroni solide sono facilmente prelevate. Le cavallette eterozigoti hanno un camuffamento naturale e non possono essere viste dagli uccelli. Chiaramente, queste varietà sarebbero state selezionate nel tempo. Alla fine, questo cambierà la distribuzione dei genotipi. Tuttavia, fino a quando gli omozigoti sono selezionati contro ugualmente le frequenze allele non cambierà. Mentre l’organismo viene mangiato, il rapporto complessivo degli alleli non cambierà perché gli eterozigoti vengono selezionati e contengono entrambi gli alleli, preservando il rapporto. Pertanto l’equilibrio genetico viene mantenuto anche di fronte a questa selezione di bilanciamento.

Equilibrio genetico casuale

Ci sono un’ampia varietà di forze che agiscono sulla genetica delle popolazioni. Mentre Hardy-Weinberg assume queste forze non sono al lavoro, è altrettanto probabile che essi potrebbero annullare l “un l” altro fuori. Hardy-Weinberg presuppone che la popolazione non sta vivendo la selezione, mutazione, o qualsiasi immigrazione o emigrazione che potrebbe interrompere le frequenze allele. Proprio come con le cavallette, è facile escogitare una situazione in cui queste forze potrebbero equilibrarsi a vicenda e mantenere le frequenze allele.

Mentre una forza di selezione potrebbe tentare attivamente di rimuovere un allele da una popolazione, la mutazione potrebbe mantenerlo nella popolazione. Questo è vero per molte condizioni genetiche create da alleli non funzionanti. La selezione cerca naturalmente di ridurre questi alleli mutati, ma il tasso di mutazione può mantenere la malattia a un certo livello di base in una popolazione. Questo sarebbe un caso di equilibrio genetico, causato da una confluenza di diversi fattori. Si può anche vedere come la mutazione potrebbe essere facilmente sostituita da una varietà di altri fattori che potrebbero servire allo stesso scopo.

Quiz

1. Uno scienziato sta osservando una piccola popolazione di armadilli. Nel corso del tempo, le frequenze allele di questa piccola popolazione si spostano, ma lo scienziato non può individuare la causa del cambiamento. Non sembra essere una selezione naturale di alcun tipo. Quale dei seguenti è un motivo per cui la popolazione non è in equilibrio genetico?
A. Deriva genetica
B. Un nuovo predatore sta spostando gli alleli
C. Lo scienziato è cattivo nel misurare

La risposta alla domanda #1

A è corretta. La ragione per cui le frequenze degli alleli stanno cambiando è molto probabilmente deriva genetica. Dato che una piccola popolazione contiene solo una manciata di alleli, la perdita casuale di un individuo può essere molto notata. Una popolazione più piccola significa che la diversità delle specie è portata solo in pochi individui. Perdere uno di questi per un incidente casuale e un’intera sezione di diversità è persa.

2. Un tuo compagno di classe cerca di sostenere che l’equilibrio genetico è la prova che almeno alcune popolazioni non si evolvono. Cosa gli dici?
A. Sono corretti!
B. L’evoluzione è un processo nel tempo, dove l’equilibrio è solo un punto su quella linea temporale
C. Equilibrio significa che l’evoluzione è finita

La risposta alla domanda #2

B è corretta. Sulla strada per il supermercato, ci si ferma per un pedone. Mentre la tua velocità per quella parte del viaggio era zero, non significa che il viaggio non sia avvenuto. Lo stesso vale per l’equilibrio genetico. Mostra semplicemente che le frequenze degli alleli non si muovono, almeno non a questo punto del viaggio. Sappiamo che l’evoluzione esiste perché possiamo vedere le popolazioni cambiare nel tempo in nuove specie.

3. Ci sono 8 lumache in una popolazione. Ci sono due lumache bianche, sei lumache rosa e due lumache rosse. Le lumache rosa sono gli eterozigoti. Questa popolazione è in equilibrio?
A. Sì
B. No
C. Informazioni insufficienti

La risposta alla domanda #3

C è corretta. Da questa domanda puoi fare molte cose. Ad esempio, è possibile calcolare le frequenze alleliche dei vari alleli e i rapporti genotipici. Tuttavia, per capire se questa popolazione è in equilibrio, avremmo bisogno di osservare la prossima generazione. Quindi potremmo confrontare le frequenze genotipiche ottenute dal modello Hardy-Weinberg con le frequenze effettive della popolazione. Solo allora potremmo dire se la popolazione stava mantenendo l’equilibrio genetico.