Lei de Hardy-Weinberg

A lei de Hardy-Weinberg estabelece que não há variação genética se a seleção natural ou outros fatores não agir. Fonte: Wikimedia Commons

O que é a lei de Hardy-Weinberg?

O lei de Hardy-Weinberg, Também chamado de princípio ou equilíbrio de Hardy-Weinberg, consiste em um teorema matemático que descreve uma população diplóide hipotética com reprodução sexual que não está evoluindo, ou seja, que as frequências alélicas não mudam de geração para geração para geração.

Esse princípio assume cinco condições necessárias para a população permanecer constante: ausência de fluxo gênico, ausência de mutações, acasalamento aleatório, ausência de seleção natural e um tamanho de população infinitamente grande. Na ausência dessas forças, a população permanece em equilíbrio.

Quando qualquer uma das suposições acima não é cumprida, ocorre uma mudança. Por esse motivo, seleção natural, mutação, migrações e deriva genética são os quatro mecanismos evolutivos.

De acordo com este modelo, quando as frequências alélicas de uma população são p e q, Frequências genotípicas serão p², 2pq e q².

O equilíbrio de Hardy-Weinberg pode ser aplicado no cálculo das frequências de certos alelos de interesse, por exemplo, para calcular a proporção de heterozigotos em uma população humana.

Também podemos verificar se uma população está em equilíbrio e propõe ou não hipótese de que forças estão agindo nessa população.

O que é a teoria de Hardy-Weinberg?

A teoria ou equilíbrio de Hardy-Weinberg é um modelo nulo que nos permite especificar o comportamento de frequências genéticas e alélicas ao longo das gerações.

Em outras palavras, é o modelo que descreve o comportamento dos genes nas populações, sob uma série de condições específicas.

Notação

No teorema de Hardy-Weinberg, a frequência alélica de PARA (alelo dominante) está representado com a letra p, enquanto a frequência alélica de para (alelo recessivo) é representado com a letra q.

As frequências genotípicas esperadas são p², 2pq e q², Para o homozygotus dominante (Aa), heterozigoto (Aa) e recessivo homozigoto (aa), respectivamente.

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Se houver apenas dois alelos no referido locus, a soma das frequências dos dois alelos deve ser necessariamente igual a 1 (P + q = 1).

A expansão do binomial (P + q)² Eles representam as frequências genotípicas p² + 2Pq + q² = 1.

Exemplo

Em uma população, os indivíduos que a integram se cruzam para dar origem aos filhos. Em geral, podemos apontar os aspectos mais importantes desse ciclo reprodutivo: a produção de gametas, a fusão destes para dar origem a um zigoto e o desenvolvimento do embrião para dar origem à nova geração.

Imagine que podemos rastrear o processo de genes mendelianos nos eventos acima mencionados. Fazemos isso porque queremos saber se um alelo ou genótipo aumentará ou diminuirá sua frequência e por que ele faz.

Para entender como as frequências gene e alélicas variam em uma população, seguiremos a produção de gametas a partir de um conjunto de ratos.

Em nosso exemplo hipotético, o acasalamento ocorre aleatoriamente, onde todos os espermatozóides e óvulos são misturados aleatoriamente.

No caso de ratos, essa suposição não é verdadeira e é apenas uma simplificação para facilitar os cálculos. No entanto, em alguns grupos de animais, como certos equinodermos e outros organismos aquáticos, os gametas são expulsos e colidindo aleatoriamente.

Primeira geração de ratos

Agora, vamos concentrar nossa atenção em um locus específico, com dois alelos: PARA e para. Após a lei enunciada por Gregor Mendel, cada gameta recebe um alelo de locus a. Suponha que 60% dos óvulos e espermatozóides recebam o alelo PARA, Enquanto os 40% restantes receberam o alelo para.

Portanto, frequência de alelo PARA é 0,6 e o ​​alelo para É 0,4. Este grupo de gametas será encontrado aleatoriamente para dar origem a um zigoto, o que provavelmente formará cada um dos três genótipos possíveis? Para fazer isso, devemos multiplicar as probabilidades da seguinte maneira:

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Genótipo Aa: 0,6 x 0,6 = 0,36.

Genótipo Aa: 0,6 x 0,4 = 0,24. No caso de Heterozygotus, há duas formas em que pode ser originada. O primeiro, que o esperma carrega o alelo PARA e o óvulo do alelo para, ou o caso reverso, o esperma o para e o óvulo PARA. Portanto, adicionamos 0,24 + 0,24 = 0,48.

Genótipo aa: 0,4 x 0,4 = 0,16.

Segunda geração de ratos

Agora, vamos imaginar que esses zigotos se desenvolvem e se tornem ratos adultos que produzirão novamente gametas, esperamos que as frequências alélicas sejam iguais ou diferentes da geração anterior?

O genótipo Aa Produzirá 36% dos gametas, enquanto os heterozigotos produzirão 48% dos gametas e genótipo aa 16%.

Para calcular a nova frequência alelo, adicionamos a frequência do homozygotus mais metade do heterozigoto, como segue:

Frequência de alelos PARA: 0,36 + ½ (0,48) = 0,6.

Frequência de alelos para: 0,16 + ½ (0,48) = 0,4.

Se os compararmos com as frequências iniciais, perceberemos que elas são idênticas. Portanto, de acordo com o conceito de evolução, uma vez que não há mudanças nas frequências alélicas ao longo das gerações, a população está em equilíbrio, não evolui.

Suposições de equilíbrio de Hardy-Weinberg

Que condições a população anterior deve atender para que suas frequências alélicas permaneçam constantes com a passagem de gerações? No modelo de equilíbrio de Hardy-Weinberg, a população que não evolui atende às seguintes suposições:

A população é infinitamente grande

- A população deve ter um tamanho extremamente grande para evitar os efeitos estocásticos ou aleatórios da deriva do gene.

- Quando as populações são pequenas, o efeito do desvio do gene (mudanças aleatórias nas frequências alélicas, de uma geração para outra) devido ao erro de amostragem é muito maior e pode produzir a fixação ou perda de certos alelos.

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Não há fluxo de genes

- As migrações não existem na população, portanto não podem alcançar ou deixar alelos que podem alterar as frequências genéticas.

Não há mutações

- Mutações são mudanças na sequência de DNA e podem ter causas diferentes. Essas mudanças aleatórias modificam a coleção de genes na população, pela introdução ou eliminação de genes em cromossomos.

Acasalamento aleatório

- A mistura dos gametas deve ser realizada aleatoriamente -como a suposição que usamos no exemplo dos ratos-. Portanto, não deve haver escolha de casal entre os indivíduos da população, incluindo endogamia (reprodução de indivíduos relacionados).

- Quando o acasalamento não é aleatório, não causa uma mudança nas frequências alélicas de uma geração para a próxima, mas pode gerar desvios das frequências genotípicas esperadas.

Não há seleção

- Não há sucesso reprodutivo diferencial de indivíduos com diferentes genótipos que possam alterar as frequências de alelos dentro da população.

Em outras palavras, na população hipotética, todos os genótipos têm a mesma probabilidade de reproduzir e sobreviver.

Quando uma população não atende a essas cinco condições, o resultado é a evolução. Logicamente, as populações naturais não cumprem essas suposições. Portanto, o modelo Hardy-Weinberg é usado como uma hipótese nula que nos permite fazer estimativas aproximadas de genes e frequências alélicas.

Além da falta dessas cinco condições, existem outras causas possíveis para as quais a população não está em equilíbrio.

Um deles ocorre quando loci estão ligados a fenômenos de sexo ou distorção na segregação ou MEIOTIC DRIVE (Quando cada cópia de um gene ou cromossomo não é transmitida com igual probabilidade à próxima geração).

Referências

1. Andrews, c. (2010). O princípio de Hardy-Weinberg. Conhecimento na educação da natureza.
2. Futuyma, d. J. (2005). Evolução. Sinauer.
3. Soler, m. (2002). Evolução: a base da biologia. Projeto Sul.