Seleção e evolução

Variação 变异 refere-se às diferenças entre indivíduos. Tem três causas possíveis:

• fatores genéticos apenas — definidos pelos alelos 等位基因 que você herda (por exemplo, tipo sanguíneo humano).
• fatores ambientais 环境因素 apenas — definidos pelo seu entorno (por exemplo, uma cicatriz ou a língua que você fala).
• uma combinação de ambos — a maioria das características, como altura e massa corporal, depende de genes e de dieta e estilo de vida.

Existem dois padrões de variação:

• variação descontínua 不连续变异 — grupos claros e separados, sem nada no meio (por exemplo, tipos sanguíneos A, B, AB ou O). Geralmente é controlada por um ou poucos genes 基因, com pouco efeito ambiental.
• variação contínua 连续变异 — uma faixa suave de um extremo ao outro (por exemplo, altura). É controlada por muitos genes juntos, além do ambiente.

Para comparar as médias de duas amostras (por exemplo, alturas de plantas ao sol e à sombra), usa-se o teste t, que indica se a diferença é grande o suficiente para ser real ou apenas devida ao acaso.

Uma população 种群 produz muito mais descendentes 后代 do que podem sobreviver, então os descendentes devem competir 竞争 por recursos como alimento e espaço. Isso é a "luta pela existência". Os indivíduos melhor adaptados 适应 têm maior probabilidade de sobreviver, reproduzir 繁殖 e passar seus alelos para a próxima geração. Ao longo de muitas gerações, os alelos benéficos tornam-se mais comuns na população. Isso é seleção natural 自然选择.

Condições ambientais podem impulsionar a seleção de três formas:

• seleção estabilizadora 稳定选择 favorece a média e elimina os extremos (a população permanece igual).
• seleção direcional 定向选择 favorece um extremo, deslocando a média nessa direção.
• seleção disruptiva 分裂选择 favorece ambos os extremos e elimina a média.

As frequências alélicas também podem mudar de outras formas:

• o efeito fundador 奠基者效应 — alguns indivíduos iniciam uma nova população, carregando apenas alguns dos alelos do grupo original.
• deriva genética 遗传漂变 — em uma pequena população, as frequências alélicas mudam por acaso de geração em geração.
• o efeito gargalo 瓶颈效应 — uma queda súbita no tamanho da população deixa poucos sobreviventes, reduzindo a variedade de alelos.

Resistência a antibióticos como seleção natural

Uma mutação aleatória 突变 torna algumas bactérias resistentes a um antibiótico 抗生素. Quando o antibiótico é usado, as bactérias não resistentes morrem, mas as resistentes sobrevivem e se reproduzem. Com o tempo, a resistência 耐药性 espalha-se pela população. Esta é a seleção natural em ação.

O princípio de Hardy–Weinberg 哈迪-温伯格原理 permite calcular as frequências alélicas 等位基因频率 e as frequências genotípicas 基因型 em uma população. Só se aplica quando há uma grande população, acasalamento aleatório, e ausência de mutações, migração e seleção natural.

Chame a frequência do alelo dominante $p$ e a frequência do alelo recessivo $q$. Como só há dois alelos, temos:

As frequências genotípicas somam 1, onde $p^2$ é homozigoto dominante, $2pq$ é heterozigoto (os portadores), e $q^2$ é homozigoto recessivo:

Exemplo resolvido. Uma condição recessiva afeta $1$ em cada $100$ pessoas. Encontre a frequência de portadores.

Apenas o genótipo homozigoto recessivo ($q^2$) manifesta a condição, logo $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, resultando em $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Então $p = 1 - q = 0.9$. Os portadores são os heterozigotos:

Assim, cerca de $18\%$ da população são portadores — muito mais do que os $1\%$ que manifestam a condição.

Na seleção artificial 选择育种, também chamada de seleção direcionada 人工选择, os seres humanos (e não a natureza) escolhem quais organismos se reproduzem, para que características úteis sejam transmitidas. Exemplos:

• criar resistência a doenças 抗病性 em variedades de trigo e arroz.
• usar endogamia 近交 e híbridos 杂交 (cruzamento de linhagens diferentes) para produzir milho vigoroso e uniforme.
• criar gado leiteiro para melhorar sua produção 产量 de leite.

Evolução 进化 é a lenta formação de novas espécies 物种 a partir das anteriores, enquanto o pool gênico 基因库 (todos os alelos em uma população) muda de geração em geração.

Dados de sequência 序列 de DNA podem mostrar o quão próximas duas espécies são: quanto mais similares forem suas sequências de DNA, mais recentemente elas compartilharam um ancestral comum.

Especiação 物种形成 ocorre quando duas populações tornam-se geneticamente separadas, impedindo que se reproduzam juntas. Esse isolamento 隔离 genético pode ocorrer de duas formas:

• especiação alopatrica 异域物种形成 — as populações são mantidas separadas por uma separação geográfica 地理隔离, como um mar ou uma cadeia de montanhas.
• especiação simpátrica 同域物种形成 — as populações vivem na mesma área, mas são separadas por diferenças no comportamento ou estilo de vida.

• Explicar a seleção natural como uma sequência: variação → pressão seletiva → os melhor adaptados sobrevivem e se reproduzem → mudança na frequência alélica.
• Usar as equações de Hardy–Weinberg ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$); $q^2$ é a frequência do fenótipo recessivo — um cálculo comum.
• Diferenciar seleção estabilizadora, direcional e disruptiva com um exemplo de cada.
• Diferenciar especiação alopátrica vs simpátrica (isolamento geográfico vs reprodutivo).