Tamanho da população - Population size

Em genética populacional e ecologia populacional , o tamanho populacional (geralmente denominado N ) é o número de organismos individuais em uma população . O tamanho da população está diretamente associado à quantidade de deriva genética e é a causa subjacente de efeitos como gargalos populacionais e o efeito fundador. A deriva genética é a principal fonte de diminuição da diversidade genética dentro das populações, o que leva à fixação e pode potencialmente levar a eventos de especiação.

Deriva genética

Das cinco condições necessárias para manter o equilíbrio de Hardy-Weinberg , o tamanho infinito da população sempre será violado; isso significa que algum grau de deriva genética está sempre ocorrendo. O menor tamanho da população leva a um aumento da deriva genética , o que tem sido hipotetizado para dar a esses grupos uma vantagem evolutiva para a aquisição da complexidade do genoma. Uma hipótese alternativa postula que, embora a deriva genética desempenhe um papel maior em pequenas populações em desenvolvimento de complexidade, a seleção é o mecanismo pelo qual grandes populações desenvolvem complexidade.

Gargalos populacionais e efeito fundador

Os gargalos populacionais ocorrem quando o tamanho da população é reduzido por um curto período de tempo, diminuindo a diversidade genética da população.

O efeito fundador ocorre quando poucos indivíduos de uma população maior estabelecem uma nova população e também diminui a diversidade genética, e foi originalmente delineado por Ernst Mayr . O efeito fundador é um caso único de deriva genética, já que a população fundadora menor reduziu a diversidade genética que moverá os alelos dentro da população mais rapidamente em direção à fixação .

Modelagem de deriva genética

A deriva genética é normalmente modelada em ambientes de laboratório usando populações bacterianas ou simulação digital. Em organismos digitais, uma população gerada sofre evolução com base em parâmetros variáveis, incluindo aptidão diferencial, variação e hereditariedade definida para organismos individuais.

Rozen et al. use cepas bacterianas separadas em dois meios diferentes, um com componentes de nutrientes simples e outro com nutrientes anotados para ajudar as populações de bactérias a desenvolverem mais heterogeneidade. Uma simulação digital com base no design do experimento bacteriano também foi usada, com atribuições variadas de aptidão e tamanhos populacionais efetivos comparáveis ​​aos das bactérias usadas com base em designações de populações pequenas e grandes. Em ambientes simples e complexos, populações menores demonstraram maior variação populacional do que populações maiores, que não mostraram diversidade de aptidão significativa. Populações menores aumentaram a aptidão e se adaptaram mais rapidamente no ambiente complexo, enquanto populações grandes se adaptaram mais rápido do que populações pequenas no ambiente simples. Esses dados demonstram que as consequências do aumento da variação em pequenas populações dependem do ambiente: ambientes mais desafiadores ou complexos permitem que a variação presente em pequenas populações confere maior vantagem. A análise demonstra que populações menores têm níveis mais significativos de adequação da heterogeneidade dentro do grupo, independentemente da complexidade do ambiente; as respostas adaptativas são aumentadas em ambientes mais complexos. As adaptações em populações assexuadas também não são limitadas por mutações, pois a variação genética dentro dessas populações pode conduzir à adaptação. Embora pequenas populações tendam a enfrentar mais desafios por causa do acesso limitado à ampla adaptação à mutação benéfica dentro dessas populações, é menos previsível e permite que as populações sejam mais plásticas em suas respostas ambientais. O aumento da aptidão ao longo do tempo em pequenas populações assexuadas é conhecido por estar fortemente correlacionado positivamente com o tamanho da população e a taxa de mutação, e a probabilidade de fixação de uma mutação benéfica está inversamente relacionada ao tamanho da população e à taxa de mutação.

LaBar e Adami usam organismos haplóides digitais para avaliar diferentes estratégias para acumular complexidade genômica. Este estudo demonstrou que tanto a deriva quanto a seleção são eficazes em populações pequenas e grandes, respectivamente, mas que esse sucesso depende de vários fatores. Dados da observação de mutações de inserção neste sistema digital demonstram que pequenas populações desenvolvem tamanhos maiores de genoma a partir da fixação de mutações deletérias e grandes populações evoluem tamanhos maiores de genoma a partir da fixação de mutações benéficas. Observou-se que pequenas populações têm uma vantagem em atingir a complexidade genômica total devido à complexidade fenotípica impulsionada pela deriva. Quando as mutações de deleção foram simuladas, apenas as maiores populações tiveram qualquer vantagem de aptidão significativa. Essas simulações demonstram que populações menores corrigem mutações deletérias por aumento da deriva genética. Essa vantagem é provavelmente limitada por altas taxas de extinção. Populações maiores desenvolvem complexidade por meio de mutações que aumentam a expressão de genes específicos; a remoção de alelos deletérios não limita o desenvolvimento de genomas mais complexos nos grupos maiores e um grande número de mutações de inserção que resultaram em elementos benéficos ou não funcionais dentro do genoma não foram necessários. Quando as mutações de deleção ocorrem com mais frequência, as populações maiores têm uma vantagem que sugere que populações maiores geralmente têm uma vantagem evolutiva para o desenvolvimento de novas características.

Taxa de mutação crítica

A taxa de mutação crítica, ou limite de erro , limita o número de mutações que podem existir dentro de uma molécula auto-replicante antes que a informação genética seja destruída nas gerações posteriores.

Ao contrário dos achados de estudos anteriores, observou-se que a taxa de mutação crítica depende do tamanho da população tanto em populações haplóides quanto diplóides. Quando as populações têm menos de 100 indivíduos, a taxa de mutação crítica pode ser excedida, mas levará à perda de material genético, o que resulta em maior declínio populacional e probabilidade de extinção. Este 'limite de velocidade' é comum em pequenas populações assexuadas adaptadas e é independente da taxa de mutação.

Tamanho efetivo da população ( N e )

O tamanho efetivo da população ( N e ) é definido como "o número de indivíduos reprodutores em uma população idealizada que apresentaria a mesma quantidade de dispersão de frequências de alelos sob deriva genética aleatória ou a mesma quantidade de endogamia que a população em consideração." N e é geralmente menor que N (o tamanho absoluto da população) e isso tem aplicações importantes na genética da conservação .

A superpopulação pode indicar qualquer caso em que a população de qualquer espécie de animal possa exceder a capacidade de suporte de seu nicho ecológico .

Veja também

Referências