Em formação

Princípio de Hardy-Weinberg


O seguinte parágrafo da Wikipedia sobre o princípio de Hardy-Weinberg está me incomodando.

Deve ser mencionado que o as frequências do genótipo após a primeira geração não precisam ser iguais às frequências do genótipo da geração inicial, por exemplo. f1 (AA) ≠ f0 (AA). Contudo, as frequências do genótipo para todos os tempos futuros serão iguais às frequências de Hardy-Weinberg, por exemplo. ft (AA) = f1 (AA) para t> 1. Isso se segue, uma vez que as frequências do genótipo da próxima geração dependem apenas das frequências dos alelos da geração atual que, conforme calculado pelas equações (1) e (2), são preservadas desde a geração inicial:

Por que as frequências do genótipo dependem da geração anterior, mas não no caso da primeira em comparação com a geração inicial?

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hardy%E2%80%93Weinberg_principle#math_1


Não consigo pensar em uma maneira mais sucinta de formular isso do que a explicação em seu post.

"... as frequências do genótipo da próxima geração dependem apenas do alelo frequências da geração atual ... "

As frequências do genótipo ainda dependem da geração inicial, elas dependem apenas do alelo frequências da geração anterior, não as frequências do genótipo. Por exemplo, uma geração inicial consistindo apenas em (XX) e (xx) genótipos produzirá descendentes F1 com (XX), (Xx) e (xx) genótipos por meio de acasalamento aleatório. Como a frequência do genótipo (Xx) era 0% na geração inicial e> 0% nas gerações subsequentes, ela não pode ser igual à da geração inicial. Mas ainda será uma função das frequências relativas dos dois alelos na população, (X) e (x).


Princípio de Hardy-Weinberg - Biologia

No início do século XX, o matemático inglês Godfrey Hardy e o médico alemão Wilhelm Weinberg declararam o princípio do equilíbrio para descrever a composição genética da população & # 8217s. A teoria, que mais tarde ficou conhecida como o princípio de equilíbrio de Hardy-Weinberg, afirma que as frequências de alelo e genótipo de uma população são inerentemente estáveis ​​- a menos que algum tipo de força evolutiva esteja agindo sobre a população, nem o alelo nem as frequências genotípicas mudariam. O princípio de Hardy-Weinberg assume condições sem mutações, migração, emigração ou pressão seletiva a favor ou contra o genótipo, além de uma população infinita. Embora nenhuma população possa satisfazer essas condições, o princípio oferece um modelo útil para comparar as mudanças reais da população.

Trabalhando com essa teoria, os geneticistas populacionais representam diferentes alelos como diferentes variáveis ​​em seus modelos matemáticos. A variável p, por exemplo, muitas vezes representa a frequência de um alelo particular, digamos Y para o traço de amarelo nas ervilhas de Mendel, enquanto a variável q representa a frequência de alelos y que conferem a cor verde. Se esses forem os únicos dois alelos possíveis para um determinado locus na população, p + q = 1. Em outras palavras, todos os alelos p e todos os alelos q compreendem todos os alelos para aquele locus na população.

No entanto, o que em última análise interessa à maioria dos biólogos não são as frequências dos diferentes alelos, mas as frequências dos genótipos resultantes, conhecidas como estrutura genética da população, a partir da qual os cientistas podem supor a distribuição do fenótipo. Se observarmos o fenótipo, podemos conhecer apenas o alelo homozigoto recessivo & genótipo # 8217s. Os cálculos fornecem uma estimativa dos genótipos restantes. Uma vez que cada indivíduo carrega dois alelos por gene, se conhecermos as frequências dos alelos (p e q), prever as frequências dos genótipos & # 8217 é um cálculo matemático simples para determinar a probabilidade de obtenção desses genótipos se extrairmos dois alelos aleatoriamente do gene piscina. No cenário acima, uma planta de ervilha individual poderia ser pp (YY) e, assim, produzir ervilhas amarelas pq (Yy), também amarelas ou qq (yy) e, assim, produzir ervilhas verdes (Figura 1). Em outras palavras, a frequência de indivíduos pp é simplesmente p 2, a frequência de indivíduos pq é 2pq e a frequência de indivíduos qq é q 2. Novamente, se p e q forem os únicos dois alelos possíveis para uma determinada característica na população, essas frequências de genótipos somarão um: p 2 + 2pq + q 2 = 1.

Figura 1. Quando as populações estão no equilíbrio de Hardy-Weinberg, a frequência alélica é estável de geração em geração e a distribuição dos alelos pode ser determinada a partir da equação de Hardy-Weinberg. Se a frequência alélica medida no campo difere do valor previsto, os cientistas podem fazer inferências sobre quais forças evolutivas estão em jogo.

Pergunta Prática

Nas plantas, a cor violeta da flor (V) é dominante sobre o branco (v). Se p = 0,8 eq = 0,2 em uma população de 500 plantas, quantos indivíduos você esperaria que fossem homozigotos dominantes (VV), heterozigotos (Vv) e homozigotos recessivos (vv)? Quantas plantas você esperaria que tivessem flores violetas e quantas teriam flores brancas?

Em teoria, se uma população está em equilíbrio - isto é, não há forças evolutivas agindo sobre ela - geração após geração teria o mesmo pool genético e estrutura genética, e essas equações seriam todas verdadeiras o tempo todo. É claro que até Hardy e Weinberg reconheceram que nenhuma população natural é imune à evolução. Populações na natureza estão constantemente mudando na composição genética devido à deriva, mutação, possivelmente migração e seleção. Como resultado, a única maneira de determinar a distribuição exata dos fenótipos em uma população é sair e contá-los. No entanto, o princípio de Hardy-Weinberg dá aos cientistas uma base matemática de uma população não evolutiva com a qual eles podem comparar populações em evolução e, assim, inferir quais forças evolutivas podem estar em jogo. Se as frequências de alelos ou genótipos se desviarem do valor esperado da equação de Hardy-Weinberg, então a população está evoluindo.


Lei Hardy-Weinberg com suas aplicações | Genética

Neste artigo, discutiremos sobre a lei de Hardy-Weinberg e suas aplicações.

Em 1908, o matemático G. H. Hardy na Inglaterra e o médico W. Weinberg na Alemanha desenvolveram independentemente uma teoria quantitativa para definir a estrutura genética das populações. A Lei de Hardy-Weinberg fornece uma fórmula algébrica básica para descrever as frequências esperadas de vários genótipos em uma população.

A similaridade de seu trabalho, entretanto, permaneceu despercebida até Stern (1943) chamar a atenção para ambos os artigos e recomendar que os nomes de ambos os descobridores fossem anexados à fórmula populacional. A lei afirma que as frequências gênicas em uma população permanecem constantes de geração em geração se nenhum processo evolutivo como migração, mutação, seleção e deriva estiverem operando.

Assim, se os acasalamentos são aleatórios e nenhum outro fator perturba as habilidades reprodutivas de qualquer genótipo, as frequências genotípicas de equilíbrio são dadas pelo quadrado das frequências alélicas.

Se houver apenas dois alelos A e a com frequências p e q respectivamente, as frequências dos três genótipos possíveis são:

Se houver 3 alelos, digamos A1, A2 e A3 com frequências p, q e r, as frequências genotípicas seriam

(p + q + r) 2 = p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr

Esta expansão quadrada pode ser usada para obter as frequências genotípicas de equilíbrio para qualquer número de alelos.

Deve-se notar também que a soma de todas as frequências alélicas e de todas as frequências genotípicas deve ser sempre 1. Se houver apenas dois alelos p e q, então p + q = 1 e, portanto, p 2 + 2pq + q 2 = (p + q) 2 = 1. Se houver 3 alelos com frequências p, q e r, então p + q + r = 1, bem como (p + q + r) 2 = 1.

O tempo necessário para atingir as frequências de equilíbrio foi determinado. Se uma certa população de indivíduos com um conjunto de frequências alélicas se mistura com outro conjunto e ocorre panmixia completa (isto é, acasalamento aleatório), então os genótipos da próxima geração serão encontrados na proporção p 2 + 2pq + q 2 onde p e q são frequências de alelos nas novas populações mistas.

Assim, leva apenas uma geração para atingir o equilíbrio de Hardy-Weinberg, desde que as frequências alélicas sejam as mesmas em homens e mulheres. Se as frequências alélicas forem diferentes nos dois sexos, elas se tornarão iguais em uma geração no caso de alelos em autossomos, e as frequências genotípicas atingirão o equilíbrio em duas gerações.

Em geral, o equilíbrio é alcançado em uma ou, no máximo, algumas gerações. Uma vez atingido o equilíbrio, ele será repetido em cada geração subsequente com as mesmas frequências de alelos e genótipos.

A lei de Hardy-Weinberg é aplicável quando há acasalamento aleatório. O acasalamento aleatório ocorre em uma população quando a probabilidade de acasalamento entre indivíduos é independente de sua constituição genética. Diz-se que essa população é panmictica ou sofre panmixis. Os cruzamentos entre os genótipos ocorrem de acordo com as proporções em que os genótipos estão presentes.

A probabilidade de um determinado tipo de acasalamento pode ser determinada multiplicando-se as frequências dos dois genótipos que estão envolvidos no acasalamento. Os acasalamentos não são aleatórios, por exemplo, quando uma população consiste em raças diferentes, como negros e brancos nos EUA, ou comunidades diferentes como na Índia, pois há acasalamentos preferenciais entre membros do mesmo grupo racial ou comunitário.

Aplicações da Lei Hardy-Weinberg:

(uma) Dominância completa:

Quando existe equilíbrio de Hardy-Weinberg, as frequências de alelos podem até mesmo ser encontradas na presença de dominância completa, onde dois genótipos não podem ser distinguidos. Se dois genótipos AA e Aa têm o mesmo fenótipo devido à dominância completa de A sobre a, as frequências de alelos podem ser determinadas a partir das frequências de indivíduos que apresentam o fenótipo recessivo aa.

A frequência de indivíduos aa deve ser igual ao quadrado da frequência do alelo recessivo q. Vamos supor q = 0,5, então q 2 & # 8211 (0,5) 2 = 0,25. Em outras palavras, quando o fenótipo aa é 0,25 na população, segue-se que a frequência do alelo recessivo a é √0,25 & # 8211 0,5. A frequência do alelo dominante A seria 1 & # 8211 q ou 1 & # 8211 0,25 = 0,75.

(b) Frequências de alelos recessivos prejudiciais:

A Lei de Hardy-Weinberg também pode ser usada para calcular a frequência de portadores heterozigotos de genes recessivos prejudiciais. Se houver dois alelos A e a em um locus autossômico com frequências p e q na população ep + q = 1, então a frequência dos genótipos AA, Aa e aa seria p 2 + 2pq + p 2.

Se o genótipo aa expressa um fenótipo prejudicial, como fibrose cística, então a proporção de indivíduos afetados na população seria q 2, e a frequência dos portadores heterozigotos do alelo recessivo seria 2pq.

Para ilustrar com figuras, suponha que uma em 1.000 crianças seja afetada com fibrose cística, então a frequência q 2 = 0,001, de modo que q = √0,001 que é cerca de 0,032, então 2pq = 2 x 0,032 x 0,968 = 0,062. Isso significa que cerca de 62 indivíduos em 1000 ou um em 16 é portador do alelo da fibrose cística.

Como já mencionado, o número de indivíduos (aa) que são realmente afetados é um em 1000. Isso implica que a frequência de portadores heterozigotos é muito maior do que a de homozigotos afetados.

Cálculos semelhantes mostram que, quando um alelo é muito raro na população, a proporção de portadores ainda é muito maior e de homozigotos afetados muito menor. Assim, quanto menor a frequência de um alelo, maior a proporção desse alelo que existe nos heterozigotos.

(c) Alelos múltiplos:

A Lei de Hardy-Weinberg permite o cálculo de frequências genotípicas em loci com mais de dois alelos, como os grupos sanguíneos ABO. Existem 3 alelos I A, I B e I ° com frequências p, q e r. Aqui, p + q + r = 1. Os genótipos de uma população com acasalamento aleatório seriam (p + q + r) 2.

(d) Loci ligados ao sexo:

É possível aplicar a Lei de Hardy-Weinberg para calcular as frequências gênicas no caso de loci ligados ao sexo em homens e mulheres. O daltonismo vermelho-verde é um traço recessivo ligado ao sexo. Seja r o alelo recessivo que produz os indivíduos afetados e R o alelo normal. A frequência de R é pe de r é q onde p + q = 1. As frequências de fêmeas com genótipos RR, Rr, rr seriam p 2, 2pq, q 2 respectivamente.

Os machos são diferentes porque são hemizigóticos, têm apenas um cromossomo X derivado da mãe com um único alelo R ou r. A frequência de machos r afetados seria a mesma que a frequência do alelo r entre os ovos que é q. A frequência de machos R normais seria p. Suponha que a frequência dos alelos r seja 0,08, então a incidência de homens afetados seria 0,08 ou cerca de 8%.

A frequência de mulheres rr afetadas seria (0,08) 2 = 0,0064 ou 0,64%. Assim, a Lei de Hardy-Weinberg explica que os homens seriam afetados cem vezes mais do que as mulheres. Isso é realmente o que é observado. Os homens são mais afetados por traços recessivos ligados ao sexo do que as mulheres.

A diferença entre os sexos é ainda mais pronunciada se o alelo recessivo for ainda mais raro. A incidência de uma forma comum de hemofilia é de um em mil homens, portanto q = 0,001. No entanto, apenas uma em 1.000.000 mulheres será afetada. Assim, os homens podem ter hemofilia mil vezes mais do que as mulheres.

(e) Desequilíbrio de ligação:

Considere dois ou mais alelos em um locus e outro locus no mesmo cromossomo com dois ou mais alelos. Devido à troca genética por recombinação que ocorre regularmente ao longo de um período de tempo, as frequências das combinações alélicas nos dois loci sintênicos atingirão o equilíbrio.

Se o equilíbrio não for alcançado, os alelos estão em desequilíbrio de ligação. O efeito é devido à tendência de dois ou mais alelos vinculados serem herdados juntos com mais frequência do que o esperado. Esses grupos de genes também foram chamados de supergenes.


Pergunta Prática

Nas plantas, a cor violeta da flor (V) é dominante sobre o branco (v). Se p = 0,8 eq = 0,2 em uma população de 500 plantas, quantos indivíduos você esperaria que fossem homozigotos dominantes (VV), heterozigotos (Vv) e homozigotos recessivos (vv)? Quantas plantas você esperaria que tivessem flores violetas e quantas teriam flores brancas?

[linhas da área de prática = & rdquo2 & Prime] [/ área de prática]
[revelar-resposta q = & rdquo84391 & Prime] Mostrar resposta [/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = & rdquo84391 & Prime] A distribuição esperada é de plantas de 320 VV, 160Vv e 20 vv. As plantas com genótipos VV ou Vv teriam flores violetas e as plantas com o genótipo vv teriam flores brancas, portanto, um total de 480 plantas teriam flores violetas e 20 plantas teriam flores brancas.

Em teoria, se uma população está em equilíbrio - isto é, não há forças evolutivas agindo sobre ela - geração após geração teria o mesmo pool genético e estrutura genética, e essas equações seriam todas verdadeiras o tempo todo. É claro que até Hardy e Weinberg reconheceram que nenhuma população natural é imune à evolução. Populações na natureza estão constantemente mudando na composição genética devido à deriva, mutação, possivelmente migração e seleção. Como resultado, a única maneira de determinar a distribuição exata dos fenótipos em uma população é sair e contá-los. Mas o princípio de Hardy-Weinberg dá aos cientistas uma base matemática de uma população não evolutiva com a qual eles podem comparar populações em evolução e, assim, inferir quais forças evolutivas podem estar em jogo. Se as frequências de alelos ou genótipos se desviarem do valor esperado da equação de Hardy-Weinberg, então a população está evoluindo.

Use esta calculadora online para determinar a estrutura genética de uma população.


Subdominância

Dinâmica Evolutiva

Equilíbrio instável

Em um equilíbrio, a frequência do alelo não muda com o tempo. Um equilíbrio é estável se pequenas perturbações levarem de volta a ele. É instável se pequenas perturbações conduzem para longe, normalmente em direção a outros equilíbrios estáveis. Espera-se que diferenças hereditárias de aptidão levem a mudanças evolutivas em uma população ao longo do tempo, impulsionadas pela seleção natural. No caso de subdominância, espera-se que os heterozigotos produzam menos descendentes na geração seguinte, correspondendo à desvantagem de aptidão. De acordo com o princípio de Hardy-Weinberg (emparelhamento aleatório de alelos), os alelos que são raros em uma população (baixa frequência inicial) são mais frequentemente emparelhados com alelos de outro tipo, resultando em um genótipo heterozigoto. Assim, espera-se que a subdominância resulte em uma desvantagem de alelos raros, que tendem a ser removidos da população por seleção natural. No entanto, os mesmos alelos podem prosseguir para a fixação em uma população se ocorrerem como homozigotos com frequência suficiente, o que requer uma alta frequência inicial. Há uma frequência de equilíbrio instável que divide esses dois regimes. A direção da seleção na subdominância é, portanto, oposta à da sobrdominância, que é caracterizada por uma frequência de equilíbrio polimórfico estável (ver Figura 2 ).

Figura 2 . Evolução da frequência do alelo A de um sistema de dois alelos de locus único com subdominância. Para simplificação, uma população infinitamente grande com acasalamento aleatório é assumida. A adequação dos homozigotos AA é 0,9 e a adequação dos homozigotos BB é 1. Os heterozigotos têm uma desvantagem de adequação relativa de 0,45 (conforme ilustrado na inserção). As trajetórias são mostradas para as cinco frequências alélicas iniciais 0,2, 0,4, 0,55, 0,6 e 0,8. Para as duas primeiras condições iniciais, A extingue-se. Para as duas últimas condições iniciais, A prossegue para a fixação. Neste exemplo, 0,55 é exatamente os pequenos desvios da frequência do alelo de equilíbrio instável, por exemplo, causados ​​por ruído demográfico, afastam-se dele.

Estabilidade Geográfica

Um padrão geograficamente estável pode surgir quando diferentes alelos que levam à subdominância em heterozigotos se estabelecem em diferentes populações. Considere duas populações de ilhas que trocam um pequeno número de indivíduos migrantes. Na primeira ilha, o genótipo AA está em alta frequência. Na segunda ilha, o genótipo BB está em alta frequência. Se os migrantes são raros, eles tendem a acasalar com o genótipo oposto, produzindo heterozigotos menos adequados na geração seguinte, que serão removidos pela seleção natural. Isso pode resultar em um equilíbrio de seleção de migração, onde a diferença nas frequências de alelos entre as duas populações é mantida por seleção, desde que as taxas de migração estejam abaixo dos níveis críticos. Se as taxas de migração forem muito altas, as duas populações das ilhas se reduzem essencialmente a uma única população mista, que pode manter apenas um dos alelos que estão em subdominância entre si.

Não se espera necessariamente que as mutações que podem resultar em subdominância, uma vez estabelecidas localmente, se espalhem nem se percam. Isso pode fornecer uma base para que outras forças seletivas atuem, como a escolha do parceiro, para fortalecer a divisão genética entre as populações.

Papel na Especiação

No início, os rearranjos cromossômicos resultando em subdominância foram considerados um possível mecanismo para conduzir os estágios iniciais de especiação. Este efeito é conhecido como "especiação cromossômica". A hipótese mais tarde caiu em desuso: percebeu-se que uma nova (e, portanto, rara e freqüentemente heterozigótica) mutação subdominante atingindo alta frequência em uma população inicial é extremamente improvável, com desvantagem de aptidão crescente. Vários efeitos possíveis foram propostos para ajudar a aliviar isso, como impulso meiótico de rearranjos cromossômicos ou vantagens de aptidão associadas ao novo alelo, mas a força e a frequência desses efeitos adicionais permaneceram obscuros. No entanto, rearranjos cromossômicos potencialmente subdominantes se acumulam rapidamente (em uma escala de tempo evolutiva) entre espécies intimamente relacionadas. Portanto, deve haver algum mecanismo para que essas mudanças se estabeleçam em alta frequência em uma população. Algumas espécies de moscas não apresentam redução de aptidão em indivíduos com inversões cromossômicas que devem ser subdominantes, porque a recombinação parece estar suprimida. Recentemente, também foi descoberto que as translocações afetam os padrões de expressão de genes em todo o genoma. Isso fornece o potencial para diferenças de aptidão (talvez localmente adaptativas) que estão associadas a um rearranjo cromossômico para aparecer simultaneamente com uma barreira ao fluxo gênico. Isso poderia ajudar a ressuscitar as hipóteses de especiação cromossômica. Trabalhos recentes também enfocaram os efeitos de auto-organização de muitos loci com subdominância fraca, que têm uma probabilidade individual mais alta de atingir frequências mais altas.

Formulários

O campo do manejo genético de pragas está focado no uso de técnicas genéticas para controlar ou alterar as populações na natureza. Um subconjunto desse campo procura utilizar os efeitos da subdominância de duas maneiras, não mutuamente exclusivas. No primeiro caso, o objetivo é suprimir as populações selvagens produzindo um grande número de heterozigotos após a liberação de um grande número de indivíduos portadores de alelos alternativos. A segunda abordagem baseia-se na transformação genética de populações selvagens com alelos desejáveis: a resistência a doenças causada por um gene efetor pode ser ligada a um mecanismo de direção subdominante. O trabalho inicial para estabelecer subdominância em espécies de mosca essencialmente falhou, porque os homozigotos geneticamente alterados eram muito inadequados para serem competitivos na natureza. No entanto, novas abordagens e técnicas podem permitir que a subdominância seja usada para transformar populações selvagens de uma maneira que não é apenas geograficamente estável, mas também potencialmente reversível ao estado original do tipo selvagem.


Genética populacional: o princípio de Hardy-Weinberg

Como um pesquisador saberia se a seleção, a deriva ou mesmo a mutação estavam alterando as frequências dos alelos para a população? Em outras palavras, podemos usar os mecanismos de para detectar a evolução acontecendo em populações reais? Para fazer isso, precisaríamos de uma expectativa nula ou uma linha de base para medir a mudança. Chamamos essa linha de base de Equilíbrio de Hardy-Weinberg (HWE). Lembre-se de que a definição moderna de evolução é um mudança nas frequências dos alelos em uma população. Para calcular quais frequências de alelos (p e q no exemplo abaixo) devem estar no ausência de qualquer evolução, precisamos assumir que a população não está passando por nenhuma seleção, nenhuma mutação, nenhuma deriva, nenhum fluxo gênico e que os indivíduos estão selecionando parceiros aleatoriamente.
Lembre-se também de que cada indivíduo é um diplóide, carregando duas cópias (alelos) de cada gene. Suponha que toda a população tenha apenas duas variantes, ou alelos, para um gene para a cor da ervilha. Indivíduos que carregam pelo menos um Y alelo tem coloração amarela, enquanto aqueles que carregam duas cópias do y alelos são verdes. Na figura abaixo, a frequência do y alelo é q, e a frequência do Y alelo é p ep + q = 1. A análise de Hardy-Weinberg na metade inferior da figura modela o resultado do acasalamento aleatório na ausência de seleção, deriva, mutação ou migração (por exemplo, na ausência de evolução). A geração da progênie terá frequências genotípicas nas seguintes proporções:

Se a população estiver em equilíbrio de Hardy-Weinberg, duas coisas serão verdadeiras:

  1. as frequências de alelos não mudarão de uma geração para a próxima (lembre-se de nossa definição de evolução biológica), e
  2. a real as frequências de genótipos observadas na população corresponderão ao acima previsto genótipos baseados no Princípio de Hardy-Weinberg.

Podemos ver que esta população de plantas de ervilha parece estar em equilíbrio H-W, porque a proporção dos genótipos YY, Yy e yy correspondem às previsões H-W de p ^ 2, 2pq e q ^ 2, respectivamente.

Quando as populações estão no equilíbrio de Hardy-Weinberg, a frequência alélica é estável de geração em geração e as frequências do genótipo correspondem às proporções de Hardy-Weinberg. Se a frequência alélica medida no campo difere do valor previsto, os cientistas podem fazer inferências sobre quais forças evolutivas estão em jogo. (Fonte: OpenStax Biology)

Que tal outra população de plantas de ervilha, composta por 300 plantas YY, 100 plantas Yy e 100 plantas Yy? Esta segunda população está em equilíbrio H-W?
Abaixo está um vídeo Crash Course Biology sobre Population Genetics que explica o equilíbrio de Hardy-Weinberg dinamicamente & # 8230 usando o fenótipo de cera de ouvido em humanos.

Leituras Recomendadas
Grant e Grant. 2002. Evolução imprevisível em um estudo de 30 anos dos tentilhões de Darwin. Science 296: 707-711.


Hardy e Weinberg e Microevolução

A Teoria da Evolução de Charles Darwin abordou brevemente as características favoráveis ​​que são passadas de pais para filhos, mas o mecanismo real para isso era falho. Gregor Mendel não publicou seu trabalho até depois da morte de Darwin. Tanto Hardy quanto Weinberg entenderam que a seleção natural ocorria por causa de pequenas mudanças nos genes das espécies.

O foco dos trabalhos de Hardy e Weinberg era em mudanças muito pequenas em um nível de gene devido ao acaso ou outras circunstâncias que mudaram o pool genético da população. A frequência com que certos alelos aparecem mudou ao longo das gerações. Essa mudança na frequência dos alelos foi a força motriz por trás da evolução em nível molecular, ou microevolução.

Como Hardy era um matemático muito talentoso, ele queria encontrar uma equação que predisse a frequência dos alelos em populações para que pudesse encontrar a probabilidade de a evolução ocorrer ao longo de várias gerações. Weinberg também trabalhou independentemente para a mesma solução. A Equação de Equilíbrio de Hardy-Weinberg usou a frequência dos alelos para prever genótipos e rastreá-los ao longo de gerações.


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Esquilos Hardy Weinberg

Esta atividade foi criada para os alunos realizarem por conta própria durante a pandemia de Covid-19. O equilíbrio de Hardy Weinberg pode ser um conceito difícil, mesmo com orientação de classe, então eu & # 8217 tentei quebrá-lo em pequenos pedaços do tamanho de uma mordida.

A atividade começa com uma descrição dos esquilos norte-americanos, em sua maioria cinzentos. Esquilos pretos podem ser encontrados em algumas áreas. Os alunos usam a equação de Hardy Weinberg para determinar a frequência dos esquilos pretos (o preto é um alelo dominante) e usam os resultados para determinar se as populações mostram evidências de que a evolução ocorreu.

Um vídeo da academia khan está embutido na lição para explicar como usar a equação. Se estivéssemos em aula, eu provavelmente explicaria e mostraria exemplos, mas o vídeo torna bastante simples para os alunos tentarem fazer por conta própria.

A última seção da atividade requer que os alunos usem um baralho de cartas para ver se a equação HW pode prever com precisão a frequência de cartas vermelhas e pretas no baralho. Os alunos desenham vinte cartas aleatoriamente, com o preto representando o alelo dominante (B) e o vermelho representando o alelo cinza recessivo (b). Depois de tirar 20 cartas, eles podem usar a equação para ver se chegam perto de uma proporção de 50/50 nos alelos pretos e vermelhos. Se os alunos não tiverem um baralho de cartas, eles são aconselhados a usar outros tipos de cartas ou até mesmo usar um simulador de cartas online.

Os alunos também podem fazer o Conjunto de problemas Hardy Weinberg, mas, neste ponto, não tenho certeza se vou exigi-lo para meus alunos durante este tempo. A atividade Squirrel visa apenas dar a eles uma introdução básica ao equilíbrio de Hardy Weinberg e a oportunidade de trabalhar com a equação.

2 comentários

Abby Hongsermeier

Olá, a suposição de 50/50 no início deste laboratório não está correta. Os alelos não ocorrem frequentemente nas frequências 50/50, e esta não é a razão pela qual a evolução ocorreu. We actually cannot tell wether evolution has occurred because we only have on set of frequencies and nothing to compare it to. Hope this help improve this HW practice!

Admin

I get what you are saying. Students are checking for changes in frequency, not a mythical 50/50 ratio. This is a difficult concept – the equilibrium part of the equation. I think I can make a minor adjustment. Obrigado!


Master Hardy-Weinberg Principle with Picmonic for College

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Hardy-Weinberg Principle

The Hardy-Weinberg Principle states that allele and genotype frequencies in an ideal population, one without evolutionary forces, will remain constant between generatinons.

The evolutionary forces can also be described as 5 conditions that need to be met for a population to be in Hardy-Weinberg equilibrium.

One of the conditions is no selection. This means that there can be no selection against inferior traits or for beneficial traits in the population.This would cause a boon to the beneficial alleles and removal from Hardy-Weinberg equilibrium.

Small population sizes can result in deviations from Hardy-Weinberg equilibrium due to genetic drift. This occurs because the effects of random sampling are more prominent in a smaller population size. That is why large populations are needed for Hardy-Weinberg equilibrium.

If individuals are allowed to migrate from population to population, that can shift the allelic and genotypic frequencies over time.

Individuals must mate randomly to preserve Hardy-Weinberg equilibrium. If not, situations like inbreeding can occur which will cause an increase in homozygous phenotypes for all genes.

Mutations can change the genotype and phenotype of an individual. No net mutations means that there can be some mutations, as long as they cancel each other out. For example, if a mutation causes A to change to B in one individual and another mutation causes B to change to A in a different individual, those two effects cancel out.

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Mendelian genetics was rediscovered in 1900. However, it remained somewhat controversial for several years as it was not then known how it could cause continuous characters. Udny Yule (1902) argued against Mendelism because he thought that dominant alleles would increase in the population. The American William E. Castle (1903) showed that without selection, the genotype frequencies would remain stable. Karl Pearson (1903) found one equilibrium position with values of p = q = 0.5. Reginald Punnett, unable to counter Yule's point, introduced the problem to G. H. Hardy, a British mathematician, with whom he played cricket. Hardy was a pure mathematician and held applied mathematics in some contempt his view of biologists use of mathematics comes across in his 1908 paper where he describes this as "very simple".

To the Editor of Science: I am reluctant to intrude in a discussion concerning matters of which I have no expert knowledge, and I should have expected the very simple point which I wish to make to have been familiar to biologists. However, some remarks of Mr. Udny Yule, to which Mr. R. C. Punnett has called my attention, suggest that it may still be worth making. Suppose that Aa is a pair of Mendelian characters, A being dominant, and that in any given generation the number of pure dominants (AA), heterozygotes (Aa), and pure recessives (aa) are as p:2q:r. Finally, suppose that the numbers are fairly large, so that mating may be regarded as random, that the sexes are evenly distributed among the three varieties, and that all are equally fertile. A little mathematics of the multiplication-table type is enough to show that in the next generation the numbers will be as (p+q)^2:2(p+q)(q+r):(q+r)^2, or as p1:2q1:r1, say. The interesting question is &mdash in what circumstances will this distribution be the same as that in the generation before? It is easy to see that the condition for this is q^2 = pr. And since q_1^2 = p_1r_1, whatever the values of p, q, and r may be, the distribution will in any case continue unchanged after the second generation

The principle was thus known as Hardy's law in the English-speaking world until Stern (1943) pointed out that it had first been formulated independently in 1908 by the German physician Wilhelm Weinberg (see Crow 1999).


Assista o vídeo: Prawo Hardyego-Weinberga (Janeiro 2022).