Fatores Evolutivos I

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Fatores Evolutivos I
Populações grandes
Gato cíclope
Um gato nascido com apenas um olho e sem nariz em Redmond, Oregon, 
EUA, em 28 de dezembro de 2005. Sobreviveu apenas um dia.
Mutações e a variabilidade genética
Mutações e a variabilidade genética
� Mutações são o combustível da evolução
� Geração de variabilidade genética
� Fatores evolutivos atuam sobre uma diversidade genética 
pré-existente
� Conhecimento derivado da genética mendeliana, 
molecular e de citogenética trouxe grande esclarecimento 
sobre esta questão.
Como alelos novos surgem?
� Pergunta que Darwin não pode responder.
Seleção
Seleção
Como alelos novos surgem?
� Se a informação genética está contida em uma molécula, 
alterações nesta molécula podem alterar o fenótipo?
Como alelos novos surgem?
� Mutação
� Definição
� Sentido amplo – mudanças herdáveis no material 
genético:
� Recombinação
� Mutações cromossômicas
� Mutações de ponto – sentido restrito – geração de 
novos alelos
� Substituições
� Inserções
� Deleções
Reorganização
Mutação de ponto
� Substituição
ATG AAA GGG CCC TTT
Met Lis Gli Pro Fen
ATG AAA AGG CCC TTT
Met Lis Arg Pro Fen
Mutação
� Mudança na matriz de leitura
Ocorrência mutacional em células
Somáticas
São mutações que ocorrem em células somáticas, e não são transmitidas para a
descendência.
Germinativas
Ocorrem nas células da linhagem germinativa, e são transmitidas para a 
descendência. (células germinativas primordiais) 
Tipos de ocorrência 
Espontâneas 
Ocorrem sem causas conhecidas.
Induzidas
Resultam da exposição dos organismos a agentes físicos e químicos conhecidos,
ocasionando modificações no material genético.
Mudanças tautoméricas
� As estruturas das bases de DNA não são
estáticas.
� Os átomos de hidrogênio podem se
mover de posição.
� Alteração do potencial de pareamento de
bases.
Induzidas por Elementos Genéticos de 
Transposição
Radiação Ionizante
� Alta energia (grande poder de penetração)
� Formação de Íons e Radicais Livres
� Podem causar anomalias cromossômicas
Radiação UV (Não-Ionizante)
� Baixa energia (pequeno poder de penetração)
� Absorvida por purinas e pirimidinas (excitação)
� Principal produto: Dímeros de Pirimidina
Induzidas por Radiações
Radiação UV
Induzidas por Substâncias Químicas 
Corantes
•Intercalam entre pb
•Durante replicação ocorrem 
deleções e inserções
Processo não adaptativo, aleatório
Demostra a existência de 
mutantes nas culturas antes 
de sua exposição ao 
antibiótico
“stress” ambiental 
preserva as mutações pré-
existente
Experimento de mutação 
utilizando estreptomicina
Josua e Ester Lenderberg 1952
Regulação genica e a evolução 
Mosca com dois conjuntos de asas
© Eye of Science/Photo Researchers, Inc.
Mosca normal
Uma única mudança regulatória em um gene que controla outros genes
pode mudar o funcionamento de uma rede de genes funcionais, com
consequências drásticas para o fenótipo.
Homeobox gene, Ultrabithorax
Fatores evolutivos
zigoto
Adultos
Gametas
Seleção
Migração
Mutação
Acasalamento
Amostragem aleatória
Aleatórios ou preferenciais
Qual a importância deste fatores para a 
conservação?
Preservar a capacidade 
das espécies de evoluírem 
em resposta a mudanças 
ambientais;
Formas de Seleção Formas de Seleção Formas de Seleção Formas de Seleção 
Natural Natural Natural Natural 
Seleção Natural
"A seleção natural consiste em um mecanismo
gerador de um alto grau de improbabilidade,
principalmente quando depende da adaptabilidade, é
a atuação de viabilidades e fertilidades diferenciais
por motivos genéticos”
(Newton, FREIRE-MAIA, 1988).
Migração e Frequência gênica
Fluxo gênico
Incorporando-se a uma população (imigração) entrada de
genes
Saindo de uma população (emigração). Saída de Genes
Seleção natural
Pela presença do R1b1a2 na Europa
Ocidental, Central e Ilhas Britânicas ele é
identificado como o DNA das populações
celtas.
Migração humana da África (Eurasian Adam,
M168) até a Europa Ocidental (R1b, M343).
Na Europa o R1b se dividiu em vários
subgrupos, entre eles o R1b1a2.
Uma estimativa recente acredita que o
R1b1b2 tenha aparecido entre 5 e 8 mil anos
atrás e seu ancestral mais antigo é um
indivíduo conhecido como ou Adão
Eurasiático “Eurasian Adam” , e que viveu
entre 31 e 79 mil anos atrás e do qual
descende a maioria das populações não
africanas
http://www.rodrigotrespach.com/y-dna/
Deriva gênica 
(desastres ecológicos)
- Drástica alteração casual de ordem natural
- Ocasionada por eventos repentinos
- Frequência de certos alelos podem ser 
alteradas ou desaparecer.
Seleção natural
� Indivíduos com determinados fenótipo sobrevivem até a 
idade reprodutiva a taxas superiores
� Indivíduos com fenótipos específicos produzem maior 
prole durante a idade reprodutiva
� Este processo permite que as espécies lidem com as 
constantes mudanças ambientais – adaptação
Seleção natural
Seleção de fenótipos
Substituição das mariposas (Biston betulania) de coloração clara por mariposas de coloração 
escura (melânica) com o desenvolvimento industrial na região de Manchester na Inglaterra. 
Antes do desenvolvimento industrial na Inglaterra, as populações de mariposas brancas eram 
maiores do que de mariposas escura (negra).
Árvores eram recobertas por liquens coloração branco-acinzentada
Após o desenvolvimento industrial nesta região, houve a liberação de uma grande quantidade 
de fumaça e fuligem, tornando os troncos das árvores escuros, bem como as paredes e o solo.
Mariposas escuras ficavam mimetizadas no ambiente e as claras agora eram facilmente 
predadas pelo pássaros.
Alteração na frequência gênica destas populações,
Foi aumentada a frequência da espécimes de cor escura (melânica) e diminuída a frequência 
cor clara da mariposa (Biston betularia).
Revolução Industrial e a seleção de fenótipos
Seleção natural
Seleção natural
� Em qualquer sistema em que as seguintes condições são
satisfeitas
� Variação� Nas populações os indivíduos são variáveis;
Seleção natural
� Hereditariedade � As variações entre os indivíduos são
transmitidas, pelo menos parcialmente, dos genitores a prole;
Seleção natural
Variação na aptidão individual � Em cada
geração alguns indivíduos são mais bem
sucedidos que outros na sobrevivência e
reprodução;
Sobrevivência e reprodução não é
aleatória � Indivíduos com variações
favoráveis sobrevivem e se reproduzem
mais.
Seleção natural
Seleção e a mudança na 
frequência genotípica
Seleção (Mysoma virus)
� Exemplo 1. Coelhos introduzidos na Austrália
Number of epizootics
M
o
r
t
a
l
i
t
y
r
a
t
e
1.0
0,5
0
0 2 4 6
Seleção
� Seleção e a mudança na freqüência genotípica
� Geração 1
� A1A1 (25) A1A2 (50) A2A2 (25)
� F(A1)=0,5 e F(A2)=0,5
� Suponha que a taxa de reprodução de A1A2 seja 75% de A1A1 
e a taxa de reprodução de A2A2 seja 50% de A1A1
� A1A1 – 200 gametas A1 (25 indivíduos)
� A1A2 – 75 gametas A1, 75 gametas A2 (50 indivíduos)
� A2A2 – 100 gametas A2 (25 indivíduos)
8750 gametas A1 e 6250 gametas A2 contribuindo para a próxima geração
58,0
15000
8750)( 1 ==Af 42,058,01)( 2 =−=Af
Seleção
� Simulação no popcycle
� Simulação AlleleA1
Seleção
� Fórmula geral
� Considere
� w11 – taxa de sobrevivência de A1A1
� w12 – taxa de sobrevivência de A1A2
� w22 – taxa de sobrevivência de A2A2
� A1A1 (25) A1A2 (50) A2A2 (25)
� w11=1, w12=0,75, w22=0,5
� Aptidão média de população (adaptabilidade média)
22
2
1211
2 2 wqpqwwpw ++=
75,0
5,025,075,05,0125,0
=
⋅+⋅+⋅=
w
w
Seleção
� Frequência genotípica entre os adultos (após seleção) 
será
33,0
75
25)(
33,0
75,0
125,0)(
11
11
2
11
==
=
⋅
==
AAf
w
wpAAf
5,0
75
5,37)(
5,0
75,0
75,05,02)(
21
12
21
==
=
⋅
=
⋅
=
AAf
w
wpqAAf
17,0
75
5,12)(
17,0
75,0
5,025,0)(
22
22
2
22
==
=
⋅
=
⋅
=
AAf
w
wqAAf
Obtém a proporção dos indivíduos após a seleção e em que proporção cada 
genótipo vai contribuir para a geração seguinteSeleção
� Novas freqüências alélicas
w
pqwwpp 1211
2
'
+
=
w
pqwwqq 1222
2
'
+
=
p'=
0,25( ) 1( )+ 0,25( ) 0,75( )
0,75
≅ 0,58
q'=
0,25( ) 0,5( )+ 0,25( ) 0,75( )
0,75
≅ 0,42
Exercício:
Considere uma população hipotética. 
� A1A1 (25) A1A2 (50) A2A2 (25) (Frequência genotípica)
� w11= 0,8, w12=0,5, w22=0,2 (taxa de sobrevivência )
Qual são as novas frequências genotípicas e alélicas obtidas após 
o evento de seleção?
Seleção
� A seleção natural pode afastar as freqüências genotípicas 
do esperado pelo equilíbrio de Hardy-Weinberg?
� Considere a situação inicial 
� A1A1 (25) A1A2 (50) A2A2 (25)
� Sobrevivência até a maturidade sexual de A1A1 e A2A2 seja de 60%
� A1A1 (15) A1A2 (50) A2A2 (15)
� Freqüências de A1 e A2 = 0,5
� Esperado de A1A1=20, A1A2=40, A2A2=20 
Padrões de Seleção
� Contra o recessivo
� Contra o dominante
� A favor do heterozigoto
� Contra o heretozigoto
� Simulação em AlleleA1
Padrões de Seleção
� Contra o recessivo
� Manutenção do alelo 
� Contra o dominante
� Perda do alelo ( se impedir a reprodução)
� A favor do heterozigoto
� Equilíbrio estável
� Favorecer a manutenção do alelo recessivo desvantajoso
� Contra o heterozigoto
� Equilíbrio instável
Seleção em características quantitativas
� Direcional
� Disruptiva
� Estabilizadora
Mutação como mecanismo evolutivo
� Mecanismo evolutivo de ação lenta
� Cálculo da alteração da freqüências alélica por mutação
� Simulação AlleleA1;
ne
n Pp
pp
pppp
ppp
pqq
ppp
µ
µ
µ
µ
µ
0
'
'
'
=
−=∆
−−=∆
−=∆
+=
−=