En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo cambia los alelos de una población un cambio en el ambiente?
La selección natural actúa sobre las características, pero la evolución queda registrada en los genes de una población. En esta lección aprenderás a describir una población con sus frecuencias alélicas, a calcular cómo las cambia una presión selectiva y a entender por qué las bacterias pueden volverse resistentes a los antibióticos. También verás que el azar puede cambiar las frecuencias alélicas.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
El acervo génico y la frecuencia alélica
- Acervo génico: todos los alelos de una población
- Frecuencia alélica: la proporción de un alelo en el acervo génico
- Las frecuencias de todos los alelos de un gen suman 1
- La evolución es un cambio en las frecuencias alélicas a lo largo de las generaciones
Cada escarabajo tiene dos alelos de un gen del color: G (verde, dominante) y g (café, recesivo). Juntos, los alelos de todos los escarabajos de la población forman el acervo génico. La frecuencia alélica es la fracción del acervo génico que corresponde a un alelo. En el diagrama, 10 escarabajos tienen 20 alelos. Un escarabajo GG tiene dos alelos G, un escarabajo Gg tiene un alelo G y uno g, y un escarabajo gg tiene dos alelos g, así que hay 12 alelos G y 8 alelos g. La frecuencia de G es 12 ÷ 20 = 0.60 y la frecuencia de g es 8 ÷ 20 = 0.40. Las dos frecuencias siempre suman 1. En biología, la evolución es un cambio en las frecuencias alélicas de una población a lo largo de las generaciones.
Presiones selectivas
- Una presión selectiva es un factor del ambiente que afecta la supervivencia o la reproducción
- Favorece a unos alelos sobre otros
- Las presiones pueden ser vivas o no vivas
- Los alelos que ayudan en ese ambiente aumentan
| Presión selectiva | Ejemplo | Alelos que aumentan |
|---|---|---|
| Depredadores | Las aves se comen a los escarabajos que se ven con facilidad | Alelos del camuflaje |
| Enfermedad | Una enfermedad nueva mata a la mayor parte de una población | Alelos de la resistencia |
| Clima | Los inviernos se vuelven más fríos | Alelos del pelaje grueso o de la grasa |
| Suministro de alimento | Una sequía deja solo semillas duras | Alelos de los picos fuertes |
Una presión selectiva es cualquier factor del ambiente que afecta qué tan bien sobreviven y se reproducen los individuos. Los depredadores, las enfermedades, el clima y el suministro de alimento son presiones selectivas. Cuando una presión elimina a más individuos con una característica que con otra, los alelos de la característica útil pasan a ser una parte mayor del acervo génico en la siguiente generación. Si la presión continúa, el cambio continúa. Por lo tanto, un cambio en el ambiente puede cambiar qué alelos se favorecen.
Las frecuencias alélicas cambian con el tiempo
- La selección actúa sobre las características, pero cambia las frecuencias alélicas
- Aquí, los escarabajos cafés (gg) tienen 50% menos probabilidad de sobrevivir
- El alelo g se vuelve menos común en cada generación
- La disminución se hace más lenta porque g se esconde en los escarabajos Gg
La gráfica es un modelo de una población en la que las aves se comen a los escarabajos cafés (gg), así que los escarabajos gg tienen 50% menos probabilidad de sobrevivir. La frecuencia de g baja de 0.40 a cerca de 0.15 en la generación 10. La disminución se hace más lenta con el tiempo. Los escarabajos Gg se ven verdes, así que las aves no se los comen, y todos los escarabajos Gg todavía llevan un alelo g. La selección solo puede actuar sobre los alelos por medio de las características que producen, así que un alelo recesivo se elimina despacio. Un cambio en la frecuencia alélica a lo largo del tiempo es lo que los científicos llaman evolución.
Resistencia a los antibióticos
- Las mutaciones crean variación en las bacterias
- Un antibiótico mata a las bacterias susceptibles
- Las bacterias resistentes que sobreviven se reproducen
- La población se vuelve resistente
Las bacterias se reproducen rápido, y una mutación puede hacer que una bacteria sea resistente a un antibiótico. En una población sin el antibiótico, esta bacteria resistente no tiene ninguna ventaja especial. Cuando se usa un antibiótico, este mata a las bacterias susceptibles, así que la bacteria resistente sobrevive y se reproduce. Pronto, casi todas las bacterias de la población son resistentes. El antibiótico no causó la mutación. Fue una presión selectiva que favoreció a las bacterias resistentes. Por eso los antibióticos solo deben usarse cuando hacen falta y hay que terminar el tratamiento completo.
El azar también cambia las frecuencias alélicas
- Deriva génica: cambio aleatorio en las frecuencias alélicas
- La deriva tiene el mayor efecto en las poblaciones pequeñas
- Los alelos se pueden perder o fijar por azar
- En la deriva, ningún alelo tiene ventaja
No todo cambio en la frecuencia alélica lo causa la selección. En cualquier generación, qué alelos se transmiten depende en parte del azar, como al lanzar monedas. Este cambio aleatorio se llama deriva génica. Las gráficas muestran una simulación sin ninguna selección. En una población pequeña de 10 escarabajos, el azar por sí solo cambia mucho la frecuencia de G, y en dos de las tres corridas se perdió G por completo. En una población grande de 500, los mismos sucesos al azar cambian las frecuencias mucho menos. La deriva es más fuerte en las poblaciones pequeñas, como los sobrevivientes de un desastre.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Calcular frecuencias alélicas
Una población de 100 escarabajos tiene 36 GG (verdes), 48 Gg (verdes) y 16 gg (cafés). (a) Encuentra la frecuencia de G y de g. (b) Las aves se comen la mitad de los escarabajos cafés. Encuentra las nuevas frecuencias de G y de g.
| Genotipo | Número de escarabajos |
|---|---|
| GG | 36 |
| Gg | 48 |
| gg | 16 |
Mostrar la solución
- (a) Cuenta los alelos: 100 escarabajos tienen 200 alelos. Alelos G = (2 × 36) + 48 = 120. Alelos g = 48 + (2 × 16) = 80.
- Frecuencias: G = 120 ÷ 200 = 0.60. g = 80 ÷ 200 = 0.40.
- (b) Después de las aves: se comen la mitad de los 16 escarabajos gg, y quedan 8. Hay 36 + 48 + 8 = 92 escarabajos y 184 alelos. Alelos G = (2 × 36) + 48 = 120. Alelos g = 48 + (2 × 8) = 64.
- Nuevas frecuencias: G = 120 ÷ 184 = 0.652. g = 64 ÷ 184 = 0.348. (Comprueba: 0.652 + 0.348 = 1.000.)
- Respuesta: Antes: G = 0.60, g = 0.40. Después: G = 0.652, g = 0.348.
Ejemplo 2: Polillas oscuras en un bosque contaminado
A continuación se muestran datos de muestra de una población de polillas en un bosque cercano a fábricas. El hollín oscureció la corteza de los árboles durante este tiempo. (a) ¿Cuántos puntos porcentuales aumentaron las polillas oscuras de 1850 a 1890? (b) ¿En qué periodo de 10 años fue más rápido el aumento? (c) Explica el cambio con la selección natural.
| Año | Polillas oscuras (%) | Polillas claras (%) |
|---|---|---|
| 1850 | 2 | 98 |
| 1860 | 12 | 88 |
| 1870 | 35 | 65 |
| 1880 | 70 | 30 |
| 1890 | 95 | 5 |
Mostrar la solución
- (a) Aumento total: 95% − 2% = 93 puntos porcentuales.
- (b) Periodo más rápido: los cambios en cada década fueron de 10, 23, 35 y 25 puntos porcentuales. El mayor, 35, fue de 1870 a 1880.
- (c) Explicación: el color se hereda. En la corteza oscura, las aves podían ver con más facilidad a las polillas claras y se comían más de ellas, así que las polillas oscuras sobrevivieron y se reprodujeron más. Los alelos del color oscuro se volvieron más comunes en el acervo génico.
- Respuesta: (a) 93 puntos porcentuales. (b) De 1870 a 1880. (c) Las aves se comieron más polillas claras sobre la corteza oscura.
Ejemplo 3: ¿Selección o deriva?
Las gráficas muestran simulaciones en las que ningún alelo tiene ventaja. En la población de 10 escarabajos, el alelo G se perdió en dos corridas y se convirtió en el único alelo en una corrida. En la población de 500, las tres corridas se quedaron entre 0.27 y 0.62. (a) ¿Podría la selección explicar estos resultados? (b) ¿Por qué las dos poblaciones se comportan de manera tan distinta?
Mostrar la solución
- (a) No es selección: en la simulación, ningún alelo ayuda a la supervivencia, así que los cambios los causó el azar. Esto es deriva génica.
- (b) Tamaño de la población: en una población pequeña, unos cuantos sucesos al azar pueden cambiar mucho la frecuencia, y un alelo puede desaparecer. En una población grande, los sucesos al azar se promedian, así que las frecuencias cambian mucho menos.
- Respuesta: (a) No. Los cambios se deben a la deriva génica. (b) El azar importa más en las poblaciones pequeñas.
Práctica
Cuenta los alelos de un acervo génico, calcula cómo cambia una presión selectiva las frecuencias alélicas, lee una gráfica del cambio a lo largo de las generaciones y explica la resistencia a los antibióticos y la deriva génica. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: Presiones selectivas y frecuencias alélicas (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Presiones selectivas y frecuencias alélicas (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Frecuencia alélica: la proporción de un alelo en el acervo génico
- Las presiones selectivas favorecen a unos alelos sobre otros
- La evolución es un cambio en las frecuencias alélicas
- Los antibióticos seleccionan a las bacterias resistentes
- La deriva génica cambia a las poblaciones pequeñas por azar
De vuelta a la pregunta esencial: un cambio en el ambiente crea una presión selectiva que favorece a unos alelos sobre otros, así que la frecuencia de esos alelos aumenta en la población de una generación a la siguiente. La resistencia a los antibióticos es un ejemplo. Los sucesos al azar, llamados deriva génica, también pueden cambiar las frecuencias alélicas, sobre todo en las poblaciones pequeñas. A continuación, verás dos tipos más de selección: la selección artificial que hacen los humanos y la selección sexual que hacen las parejas.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS4-3: Aplicar conceptos de estadística y probabilidad para respaldar explicaciones de que los organismos con una característica heredable ventajosa tienden a aumentar en proporción frente a los organismos que no tienen esa característica.
- HS-LS4-4: Construir una explicación basada en evidencia de cómo la selección natural lleva a la adaptación de las poblaciones.
Ideas disciplinarias básicas: LS4.B Selección natural; LS4.C Adaptación