O que e variabilidade genética e qual sua importância

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Origem da Variação Genética: mutação e recombinação
Importância
Variabilidade Genética e Evolução

A variabilidade genética pode ser definida como a diferença no material genético dos indivíduos de uma determinada população. Essa variação na carga genética de uma população tem um papel fundamental na evolução das espécies, uma vez que a seleção natural atua selecionando os genótipos mais vantajosos em uma determinada condição ecológica e tornando raros os que são desvantajosos para esta condição.

A variação genética entre os indivíduos pode ser resultado de mutações naturais no DNA, fluxo gênico entre populações e da reprodução sexuada.

As mutações são mudanças aleatórias no DNA, o qual determina a aparência, comportamento e a fisiologia dos organismos. Estas mudanças no DNA são as principais responsáveis pela variabilidade genética entre indivíduos de uma população, e elas ocorrem na maioria das vezes de formas naturais, quando o DNA não se replica corretamente. Mudanças no DNA também podem ser causadas por ter fontes externas, como sua exposição a produtos químicos ou radiação.

O fluxo gênico (ou a migração) é um movimento de genes de uma população para outra. Essa troca de genes pode ser feita de diferentes maneiras, como a dispersão de indivíduos que podem se estabelecer em uma população diferente da que nasceu, ou mesmo um grão de pólen sendo transportado a um local distante.

Novas combinações gênicas podem ocorrer em uma população através da reprodução sexuada. Quando os organismos se reproduzem sexualmente ocorre uma mistura genética, resultando em novas recombinações de genes. Isso é percebido facilmente: os filhos nunca são iguais aos seus pais e nem aos seus irmãos (com exceção aos gêmeos idênticos).

Além destes fatores, a variabilidade genética de uma população pode ser alterada pela deriva genética. Este processo modifica aleatoriamente as frequências dos alelos ao longo do tempo, podendo ocasionar a redução da variabilidade genética de uma determinada população e diminuir sua habilidade em se manter caso ocorra alguma alteração em seu ambiente. Além disso, a deriva genética age drasticamente em populações com um número de indivíduos reduzido, sendo particularmente importante para a conservação de espécies raras ou ameaçadas de extinção.

Referência:

AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Biologia em Contexto. 1ª edição. São Paulo: Editora Moderna, 2013.

Fonte: Ariana Vieira Alves

Figura 1: Espécies com baixa variação genética geralmente correm mais riscos de extinção

» Impactos da baixa variação gênica e fragilidade populacional:

Populações naturais normalmente têm níveis altos de variação genética (Nevo, 1978; Solé-Cava e Thorpe, 1991). Essa variação é introduzida continuamente nas populações por mutação ou migração de indivíduos de outras populações e é perdida por deriva genética, por endocruzamento e, no caso de genes não neutros, pela maior parte dos tipos de seleção natural. A variação genética em uma população pode ser medida pela heterozigosidade observada (ho), que é a porcentagem de indivíduos que são heterozigotos para um dado loco gênico (Solé-Cava, 2001).

Como o endocruzemento e a deriva genética são inversamente proporcionais ao tamanho das populações, é comum observar níveis muito baixos de variação gênica em indivíduos que estão (ou estiveram) em extição. O tamanho das populações, nesse caso, não é igual ao número total de indivíduos, mas sim igual ao número de indíviuos viáveis, ou seja, excluindo os que forem jovens ou velhos demais para a reprodução (Wright, 1931).

Fonte: Ariana Vieira Alves

Figura 2: Endocruzamento e deriva genética são inversamente proporcionais ao tamanhao da população

Segundo Franklin e Frankham (1998), o tamanho populacional efetivo mínimo para evitar depressão por endocruzamento é de 50 indivíduos. Podendo subir para 500 caso se deseje também evitar a perda de variabilidade. Esses valores, embora tenham sido empregados como padrão, foram extraídos de estudos realizados com moscas drosófilas na década de 1950. Portanto ele pode não ser aplicável às outras espécies. É por isso que devemos tomar muito cuidado na determinção de valores mínimos de tamanhos populacionais para fins de conservação. Por exemplo, uma vez perdida a variabilidade gênica, ela só é recuperada muito lentamente (por mutação ou migração), de modo que, mesmo tomando providencias para aumentar o tamanho populacional de uma espécie, ela pode continuar ameaçada de extinção (Avise, 1994).

Um bom exemplo de como essa variabilidade gênica é recuperada lentamente é o caso dos elefantes marinhos, Mirounga angustirostris. Esta espécie foi caçada de 1820 a 1890 devido ao alto valor de seu óleo. A caça foi tão intensa que, por volta de 1884, a espécie foi considerada extinta, até que se encontrou uma população sobrevivente na Ilha de Guadalupe, na Baixa Califórnia. Alguns censos indicaram que menos de 20 indivíduos haviam sobrevivido, quando, então, os governos americano e mexicano tomaram medida radicais aprovando leis rígidas para impedir a extinção desses seres. A partir daí, a população começou a se expandir e fundar novas colônias, aumentando o tamanho populacional, hoje estimado em 175.000 indivíduos. No entanto, essa diminuição drástica do tamanho populacional gerou consequências. Como o tamanho efetivo da população é influenciado fortemente pelos estrangulamentos passados, os níveis de heterozigosidade nessa espécie permaneceram extremamente baixos, a ponto de vários estudos não conseguirem detectar variação genética alguma em 55 locos de isozimas (Bonnell e Selander, 1974). Porém, para surpresa de muitos, os elefantes marinhos, parecem estar vivendo muito bem, com elevado número de indivíduos e ainda em crescimento.

Fonte: https://www.britannica.com/EBchecked/topic-art/133385/99749/Northern-elephant-seal

Figura 3: Elefante marinho (Mirounga angustirostris)

Outro caso interessante é o dos castores da Escandinávia, que quase se extinguiram devido à caça no século passado e agora apresentam uma taxa muito baixa de heterozigosidade, mas têm populações estáveis de mais de 100.000 animais (Ellengren et al., 1993). O mesmo foi observado em tordos (Petroica traversi), uma ave que permaneceu abaixo de 200 indvíduos nos útimos 100 anos, chegando a 5 indivíduos em 1980, dos quais um casal conseguiu se reproduzir, e hoje, sob intenso monitoramento, a espécie possui mais de 200 membros.

Fonte: https://www.flickr.com/photos/67307569@N00/428292197/

Figura 4: Tordo (Petroica traversi)

Esses indivíduos, apesar de apresentarem baixíssima heterozigosidade, são saudáveis e se reproduzem normamente. Isso indica que essa baixa variação gênica não parece estar prejudicando suas chances de sobrevivência, pelo menos nas circunstâncias atuais (Ardern e Lambert, 1997).

Independente do sucesso dessas espécies, nosso papel não deve ser de observadores passivos dessa roleta russa do endocruzamento, deixando que o acaso decida o destino que as espécies vão tomar (Borlase et al., 1993). Progamas de tentativa de recuperação de populações reduzidas devem se preocupar com a manutenção da pouca variabilidade restante. Em casos extremos, em que a espécie está prestes a entrar em extinção, pode até ser considrada a hibridação com subespécies próximas. Contudo, é preciso ter em vista que este procedimento não é normalmente recomendado, pois é considerado uma outra maneira, mais sútil, de extinguir uma espécie através de sua “diluição” em genomas de outra linhagem evolutiva (Rhyner e Simberloff, 1996).

É só pararmos para olhar em volta que podemos notar o quão diferentes somos uns dos outros, dos outros animais e ainda mais das plantas. Essa grande diversidade de formas, cores e detalhes é provocada por um processo chamado de variabilidade genética. É por isso que podemos ver diferentes cores de pele, de olhos, de cabelo em seres humanos, e também em muitos animais.

A variabilidade genética é causada pelos diferentes genes que compõem nosso DNA. Confira abaixo mais informações sobre o que é e como ocorre a variabilidade genética.

O que é

A variabilidade genética é fundamental para a manutenção da biodiversidade e sua continuidade evolutiva. Ela ocorre das modificações no DNA dos organismos que acontecem através da mutação dos genes ou pela sua recombinação.

Origem da Variação Genética: mutação e recombinação

A mutação é um processo que acontece ao acaso e que tem chances muito pequenas de acontecer. Quando ocorre, a mutação faz com que surjam novos genes pela troca, inserção ou deleção de algum nucleotídeo que compõem a sequência do DNA e, consequentemente, dará origem à uma proteína que será expressa nas nossas características físicas. Em alguns casos, essa modificação no DNA pode não resultar em mudanças significativas, uma vez que o código genético é degenerado*. Outro problema, é que a maioria das mutações são deletérias, ou seja, acabam causando a morte do indivíduo e, portanto, não é mantida na população.

Quando a mutação é efetiva, surgem novos genótipos que podem ser mais adaptados ao ambiente em que o organismo está inserido. Além disso, as mutações podem ocorrer em um ou mais locos dos genes, que podem ter efeito cumulativo ou não na expressão fenotípica. Essa alteração no DNA pode ser mantida ou não na população, dependendo da sobrevivência desse novo individuo com os genes mutantes no ambiente. Se for mantida, pode significar uma população melhor adaptada às condições ambientais.

Essas variações podem acontecer pelo simples acaso, influenciada apenas pela deriva genética, ou adaptativa, influenciada pela combinação da deriva genética e pela seleção natural.

Já a recombinação genica é a troca de genes entre indivíduos da mesma espécie. Isso acontece durante a reprodução sexuada e aumenta a variabilidade genética da população. Enquanto algumas recombinações podem se perpetuar, alguns casos podem causar câncer e serem deletérios, assim como as mutações.

*Código genético degenerado significa que muitos aminoácidos, moléculas que forma as proteínas, podem ser codificados por mais de um códon. Códon é a sequência de três nucleotídeos, que podem ser adenina, timina, citosina e guanina.

Importância

A variabilidade genética, como mencionamos, é importante para a manutenção da biodiversidade e também para o contínuo processo evolutivo das espécies. Dessa forma, esses conceitos podem ser aplicados por exemplo, na agricultura, criando novas espécies que são mais adaptadas para determinados tipos de ambientes.

É por isso que existem coleções que mantém grande parte de exemplares de plantas com diferentes características, para que pesquisadores possuam materiais para usar. Um dos exemplos do uso da variabilidade genética é na criação de organismos transgênicos, onde genes de um indivíduo (ou de uma espécie) são transferidos para outro de forma artificial. Através dos transgênicos, hoje existem:

Vegetais resistentes às pragas
Vegetais mais nutritivos
Aumento da produção de alimento
Produção de insulina
Hormônio do crescimento de bovino

Variabilidade Genética e Evolução

A variabilidade genética é a principal responsável pela evolução dos organismos, pois cria modificações em seus genes que podem resultar em expressões fenotípicas diferentes. É através desse processo que os organismos conseguem lidar com as mudanças ambientais.

A seleção natural, por sua vez, é o mecanismo que vai determinar quais genótipos possuem melhores condições de se perpetuar no ambiente. Assim, se o genótipo mutante for mais vantajoso, ele terá mais chances de se reproduzir e deixar descentes com o mesmo genótipo no ambiente por diversas gerações.

Entender como esses processos funcionam é importante para se estabelecer estratégias de conservação para as espécies que estamos querendo preservar. Além disso, implica sobre como os organismos que modificamos em laboratório podem se reproduzir com os indivíduos “selvagens” e se proliferar no ambiente.