Variação e hereditariedade

Em um estudo com pessoas na Jordânia, 26.1 por cento dos genes do sistema sanguíneo ABO carregavam o alelo A; uma mudança em um número como esse é o que os biólogos chamam de evolução.

A seleção natural só pode atuar sobre diferenças entre indivíduos, e apenas sobre diferenças hereditárias. Uma criança que cresce e fica alta por ter boa alimentação não terá filhos mais altos por esse motivo. Músculos desenvolvidos na academia também não passam à geração seguinte. Darwin e Wallace sabiam que boa parte da variação era herdada, mas nenhum dos dois sabia como. A resposta já havia sido publicada: Gregor Mendel publicou seus experimentos com ervilhas em 1866, poucos anos depois da publicação de Origin, mas quase ninguém os leu até 1900. Na década de 1940, os biólogos haviam unido a genética de Mendel à seleção de Darwin, combinação conhecida como síntese moderna.

De onde vem a nova variação

Há duas fontes principais. A mutação, uma alteração no DNA, é a única fonte de alelos inteiramente novos. Uma mutação pode diminuir a chance de um organismo sobreviver ou se reproduzir, aumentá-la ou não fazer diferença alguma. Nesse último caso, ela é chamada neutra, e muitas mutações são assim. A reprodução sexuada é a segunda fonte. Ela não produz alelos novos, mas cada óvulo e espermatozoide carrega uma mistura diferente dos alelos do progenitor, dando a cada descendente uma combinação nova. Nos animais, há uma condição: uma mutação em uma célula da pele ou do fígado fica naquele corpo. Só alterações nas células que originam óvulos ou espermatozoides podem chegar à geração seguinte.

O laboratório abaixo começa com 100 besouros fictícios, todos de tom intermediário, e aves que ignoram a cor (pressão de seleção 0). Pressione Próxima geração algumas vezes. A mutação produz alguns besouros mais claros e mais escuros; sem seleção, suas proporções sobem e descem ao acaso de uma geração para outra. Depois, aumente a pressão de seleção e veja as barras se concentrarem nos tons próximos à cor da casca.

Contar alelos em uma população

A genética de populações examina uma população inteira, e não apenas uma família. A frequência alélica é a proporção de todas as cópias de um gene na população que correspondem a um determinado alelo. A OpenStax apresenta um exemplo real: um estudo na Jordânia encontrou os alelos do sistema sanguíneo ABO nas frequências de 26.1 por cento para A, 13.4 por cento para B e 60.5 por cento para O, que somam 100 por cento. Na genética de populações, evolução significa mudança nas frequências alélicas ao longo das gerações. A seleção natural é uma das formas de isso acontecer. Outra é a deriva genética, uma mudança puramente ao acaso, mais intensa em populações pequenas. Quando poucos indivíduos iniciam uma nova população, por exemplo em uma ilha, seus alelos podem não representar os da população original. Esse caso particular é chamado efeito fundador.

Uma população que não muda

No início dos anos 1900, o matemático Godfrey Hardy e o médico Wilhelm Weinberg descreveram como seria uma população se nada a estivesse alterando. Chamemos a frequência de um alelo de p e a do outro de q, de modo que p + q = 1. Se os acasalamentos ocorrerem ao acaso, as frequências dos genótipos serão p² para os homozigotos dominantes, 2pq para os heterozigotos e q² para os homozigotos recessivos, com p² + 2pq + q² = 1. O modelo pressupõe uma população enorme, sem mutação, migração ou seleção. Nenhuma população real reúne tudo isso, e essa é a utilidade do modelo: se as contagens observadas diferirem da previsão, algo está atuando sobre a população. No exemplo da OpenStax, uma população de 500 plantas tem p = 0.8 para o alelo violeta V e q = 0.2 para o branco v. O modelo prevê 0.64 × 500 = 320 plantas VV, 0.32 × 500 = 160 plantas Vv e 0.04 × 500 = 20 plantas vv.

Populações que mudam depressa mostram a utilidade prática disso. Os vírus da gripe se copiam rapidamente e sofrem mutações com frequência, então as cepas em circulação mudam de um ano para outro. A cada ano, os cientistas estudam essas mudanças e escolhem as cepas que entrarão na próxima vacina. É por isso que a vacina do ano passado pode não proteger bem neste ano.