Diversidad genetica - Genetic diversity
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La diversidad genética es el número total de características genéticas en la composición genética de una especie, varía ampliamente desde el número de especies hasta las diferencias dentro de las especies y puede atribuirse al lapso de supervivencia de una especie. Se distingue de la variabilidad genética , que describe la tendencia de las características genéticas a variar.
La diversidad genética sirve como una forma para que las poblaciones se adapten a los entornos cambiantes. Con más variación, es más probable que algunos individuos de una población posean variaciones de alelos que se adapten al medio ambiente. Esos individuos tienen más probabilidades de sobrevivir para producir descendencia con ese alelo. La población continuará por más generaciones debido al éxito de estos individuos.
El campo académico de la genética de poblaciones incluye varias hipótesis y teorías sobre la diversidad genética. La teoría neutral de la evolución propone que la diversidad es el resultado de la acumulación de sustituciones neutrales. La selección diversificada es la hipótesis de que dos subpoblaciones de una especie viven en ambientes diferentes que seleccionan alelos diferentes en un locus particular. Esto puede ocurrir, por ejemplo, si una especie tiene un rango amplio en relación con la movilidad de los individuos dentro de ella. La selección dependiente de la frecuencia es la hipótesis de que a medida que los alelos se vuelven más comunes, se vuelven más vulnerables. Esto ocurre en las interacciones huésped-patógeno , donde una alta frecuencia de un alelo defensivo entre el huésped significa que es más probable que un patógeno se propague si es capaz de superar ese alelo .
Dentro de la diversidad de especies
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Un estudio realizado por la National Science Foundation en 2007 encontró que la diversidad genética (dentro de la diversidad de especies) y la biodiversidad dependen una de la otra, es decir, que la diversidad dentro de una especie es necesaria para mantener la diversidad entre las especies y viceversa. Según el investigador principal del estudio, el Dr. Richard Lankau, "si se elimina cualquier tipo del sistema, el ciclo puede romperse y la comunidad queda dominada por una sola especie". Se ha encontrado diversidad genotípica y fenotípica en todas las especies a nivel de proteínas , ADN y organismos ; en la naturaleza, esta diversidad no es aleatoria, está muy estructurada y se correlaciona con la variación y el estrés ambientales .
La interdependencia entre la diversidad genética y de especies es delicada. Los cambios en la diversidad de especies conducen a cambios en el medio ambiente, lo que lleva a la adaptación de las especies restantes. Los cambios en la diversidad genética, como la pérdida de especies, conducen a una pérdida de diversidad biológica . También se ha estudiado la pérdida de diversidad genética en las poblaciones de animales domésticos y se ha atribuido a la extensión de los mercados y la globalización económica .
Importancia evolutiva de la diversidad genética
Adaptación
La variación en el acervo genético de las poblaciones permite que la selección natural actúe sobre los rasgos que permiten que la población se adapte a los entornos cambiantes. La selección a favor o en contra de un rasgo puede ocurrir con el entorno cambiante, lo que da como resultado un aumento de la diversidad genética (si se selecciona y mantiene una nueva mutación ) o una disminución de la diversidad genética (si se selecciona un alelo desventajoso). Por tanto, la diversidad genética juega un papel importante en la supervivencia y adaptabilidad de una especie. La capacidad de la población para adaptarse al entorno cambiante dependerá de la presencia de la diversidad genética necesaria. Cuanto más diversidad genética tenga una población, más probabilidades tendrá de adaptarse y sobrevivir. Por el contrario, la vulnerabilidad de una población a los cambios, como el cambio climático o las enfermedades nuevas , aumentará con la reducción de la diversidad genética. Por ejemplo, la incapacidad de los koalas para adaptarse para combatir la clamidia y el retrovirus del koala (KoRV) se ha relacionado con la baja diversidad genética del koala. Esta baja diversidad genética también tiene a los genetistas preocupados por la capacidad de los koalas para adaptarse al cambio climático y los cambios ambientales inducidos por el hombre en el futuro.
Poblaciones pequeñas
Es más probable que las poblaciones grandes mantengan material genético y, por lo tanto, generalmente tengan una mayor diversidad genética. Es más probable que las poblaciones pequeñas experimenten la pérdida de diversidad a lo largo del tiempo por azar, lo que se denomina deriva genética . Cuando un alelo (variante de un gen) se desplaza hacia la fijación, el otro alelo en el mismo locus se pierde, lo que resulta en una pérdida de diversidad genética. En poblaciones pequeñas , es más probable que ocurra la endogamia o el apareamiento entre individuos con una estructura genética similar, perpetuando así alelos más comunes hasta el punto de fijación, disminuyendo así la diversidad genética. Por lo tanto, las preocupaciones sobre la diversidad genética son especialmente importantes con los grandes mamíferos debido a su pequeño tamaño de población y los altos niveles de efectos poblacionales causados por el hombre. [dieciséis]
Un cuello de botella genético puede ocurrir cuando una población pasa por un período de baja cantidad de individuos, lo que resulta en una rápida disminución de la diversidad genética. Incluso con un aumento en el tamaño de la población, la diversidad genética a menudo continúa siendo baja si toda la especie comenzó con una población pequeña, ya que las mutaciones beneficiosas (ver más abajo) son raras y el acervo genético está limitado por la pequeña población inicial. Esta es una consideración importante en el área de la genética de la conservación , cuando se trabaja hacia una población o especie rescatada que sea genéticamente sana.
Mutación
Las mutaciones aleatorias generan variaciones genéticas de manera constante . Una mutación aumentará la diversidad genética a corto plazo, a medida que se introduzca un nuevo gen en el acervo genético. Sin embargo, la persistencia de este gen depende de la deriva y la selección (ver arriba). La mayoría de las mutaciones nuevas tienen un efecto neutral o negativo sobre la aptitud, mientras que algunas tienen un efecto positivo. Es más probable que una mutación beneficiosa persista y, por lo tanto, tenga un efecto positivo a largo plazo sobre la diversidad genética. Las tasas de mutación difieren a lo largo del genoma y las poblaciones más grandes tienen mayores tasas de mutación. En poblaciones más pequeñas, es menos probable que persista una mutación porque es más probable que se elimine por deriva.
Flujo de genes
El flujo de genes , a menudo por migración, es el movimiento de material genético (por ejemplo, por polen en el viento o la migración de un ave). El flujo de genes puede introducir nuevos alelos en una población. Estos alelos pueden integrarse en la población, aumentando así la diversidad genética.
Por ejemplo, surgió una mutación resistente a insecticidas en los mosquitos africanos Anopheles gambiae . La migración de algunos mosquitos A. gambiae a una población de mosquitos Anopheles coluzziin resultó en una transferencia del gen de resistencia beneficiosa de una especie a otra. La diversidad genética se incrementó en A. gambiae por mutación y en A. coluzziin por flujo de genes.
En agricultura
En cultivos
Cuando los seres humanos empezaron a cultivar, utilizaron la cría selectiva para transmitir los rasgos deseables de los cultivos y omitir los indeseables. La cría selectiva conduce a monocultivos : granjas enteras de plantas casi genéticamente idénticas. Poca o ninguna diversidad genética hace que los cultivos sean extremadamente susceptibles a enfermedades generalizadas; las bacterias se transforman y cambian constantemente y cuando una bacteria que causa una enfermedad cambia para atacar una variación genética específica, puede eliminar fácilmente grandes cantidades de la especie. Si la variación genética que la bacteria ataca mejor resulta ser la que los humanos han criado selectivamente para usar en la cosecha, toda la cosecha desaparecerá.
La Gran Hambruna del siglo XIX en Irlanda fue causada en parte por la falta de biodiversidad. Dado que las nuevas plantas de papa no provienen de la reproducción, sino más bien de partes de la planta madre, no se desarrolla diversidad genética, y todo el cultivo es esencialmente un clon de una papa, es especialmente susceptible a una epidemia. En la década de 1840, gran parte de la población de Irlanda dependía de las patatas como alimento. Sembraron a saber, la variedad de papa "lumper", que era susceptible a un oomiceto causante de pudrición llamado Phytophthora infestans . El hongo destruyó la gran mayoría de la cosecha de papa y dejó a un millón de personas muriendo de hambre.
La diversidad genética en la agricultura no solo se relaciona con las enfermedades, sino también con los herbívoros . De manera similar, al ejemplo anterior, la agricultura de monocultivo selecciona características que son uniformes en toda la parcela. Si este genotipo es susceptible a ciertos herbívoros, esto podría resultar en la pérdida de una gran parte del cultivo. Una forma en que los agricultores solucionan este problema es mediante el cultivo intercalado . Al plantar hileras de cultivos no relacionados o genéticamente distintos como barreras entre los herbívoros y su planta huésped preferida, el agricultor reduce efectivamente la capacidad del herbívoro para extenderse por toda la parcela.
En ganado
La diversidad genética de las especies de ganado permite la cría de animales en una variedad de entornos y con una variedad de objetivos diferentes. Proporciona la materia prima para los programas de cría selectiva y permite que las poblaciones de ganado se adapten a medida que cambian las condiciones ambientales.
La biodiversidad del ganado se puede perder como resultado de la extinción de razas y otras formas de erosión genética . A junio de 2014, de las 8.774 razas registradas en el Sistema de Información sobre la Diversidad de los Animales Domésticos ( DAD-IS ), operado por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación ( FAO ), el 17 por ciento estaban clasificadas como en riesgo de extinción y 7 por ciento ya extinto. Actualmente existe un Plan de acción mundial para los recursos zoogenéticos que se elaboró bajo los auspicios de la Comisión de Recursos Genéticos para la Alimentación y la Agricultura en 2007, que proporciona un marco y directrices para la gestión de los recursos zoogenéticos.
La conciencia de la importancia de mantener los recursos zoogenéticos ha aumentado con el tiempo. La FAO ha publicado dos informes sobre el estado de los recursos zoogenéticos mundiales para la alimentación y la agricultura , que abarcan análisis detallados de nuestra diversidad ganadera mundial y la capacidad para gestionarlos y conservarlos.
Implicaciones virales
Debe tenerse en cuenta la alta diversidad genética de los virus al diseñar las vacunas. La alta diversidad genética dificulta el diseño de vacunas dirigidas y permite que los virus evolucionen rápidamente para resistir la letalidad de la vacunación. Por ejemplo, las vacunas contra la malaria se ven afectadas por los altos niveles de diversidad genética en los antígenos proteicos. Además, la diversidad genética del VIH-1 limita el uso de las pruebas de carga viral y resistencia actualmente disponibles.
Hacer frente a la baja diversidad genética
Natural
El mundo natural tiene varias formas de preservar o aumentar la diversidad genética. Entre el plancton oceánico , los virus ayudan en el proceso de cambio genético. Los virus oceánicos, que infectan el plancton, portan genes de otros organismos además del propio. Cuando un virus que contiene los genes de una célula infecta a otra, la estructura genética de esta última cambia. Este cambio constante de la estructura genética ayuda a mantener una población saludable de plancton a pesar de los cambios ambientales complejos e impredecibles.
Los guepardos son una especie amenazada . La baja diversidad genética y la mala calidad del esperma resultante han dificultado la reproducción y la supervivencia de los guepardos. Además, solo alrededor del 5% de los guepardos sobreviven hasta la edad adulta. Sin embargo, se ha descubierto recientemente que las hembras de guepardos pueden aparearse con más de un macho por camada de cachorros. Se someten a ovulación inducida, lo que significa que se produce un nuevo óvulo cada vez que una hembra se aparea. Al aparearse con varios machos, la madre aumenta la diversidad genética dentro de una sola camada de cachorros.
Intervención humana
Los intentos de aumentar la viabilidad de una especie aumentando la diversidad genética se denominan rescate genético. Por ejemplo, ocho panteras de Texas fueron presentadas a la población de panteras de Florida , que estaba disminuyendo y sufría de depresión endogámica. Por tanto, la variación genética se incrementó y dio como resultado un aumento significativo en el crecimiento de la población de Florida Panther. Crear o mantener una alta diversidad genética es una consideración importante en los esfuerzos de rescate de especies, a fin de garantizar la longevidad de una población.
Medidas
La diversidad genética de una población se puede evaluar mediante algunas medidas sencillas.
- La diversidad genética es la proporción de loci polimórficos en todo el genoma .
- La heterocigosidad es la fracción de individuos en una población que son heterocigotos para un locus particular.
- Los alelos por locus también se utilizan para demostrar la variabilidad.
- La diversidad de nucleótidos es la extensión de los polimorfismos de nucleótidos dentro de una población, y comúnmente se mide a través de marcadores moleculares como secuencias de micro y minisatélites, ADN mitocondrial y polimorfismos de un solo nucleótido (SNP).
Además, el software de simulación estocástica se usa comúnmente para predecir el futuro de una población con medidas como la frecuencia de los alelos y el tamaño de la población.
La diversidad genética también se puede medir.Las diversas formas registradas de medir la diversidad genética incluyen:
- La riqueza de especies es una medida del número de especies.
- Abundancia de especies una medida relativa de la abundancia de especies
- Densidad de especies una evaluación del número total de especies por unidad de área
Ver también
- La biodiversidad
- Centro de diversidad
- Variación genética
- Variación genética humana
- Proyecto Human Variome
- Proyecto Internacional HapMap