Legge Hardy-Weinberg

La legge di Hardy-Weinberg stabilisce che non esiste una variazione genetica se la selezione naturale o altri fattori non agiscono. Fonte: Wikimedia Commons

Cos'è la legge di Hardy-Weinberg?

IL Legge di Hardy-Weinberg, Chiamato anche principio o equilibrio di Hardy-Weinberg, è costituito da un teorema matematico che descrive un'ipotetica popolazione diploide con una riproduzione sessuale che non si sta evolvendo, cioè che le frequenze alleliche non cambiano da generazione in generazione.

Questo principio presuppone cinque condizioni necessarie affinché la popolazione rimanga costante: assenza di flusso genico, assenza di mutazioni, accoppiamento casuale, assenza di selezione naturale e dimensioni della popolazione infinitamente grande. In assenza di queste forze, la popolazione rimane in equilibrio.

Quando una delle ipotesi di cui sopra non è soddisfatta, si verifica un cambiamento. Per questo motivo, la selezione naturale, la mutazione, le migrazioni e la deriva genetica sono i quattro meccanismi evolutivi.

Secondo questo modello, quando le frequenze alleliche di una popolazione sono P E Q, Le frequenze genotipiche saranno P², 2PQ E Q².

L'equilibrio di Hardy-Weinberg può essere applicato nel calcolo delle frequenze di alcuni alleli di interesse, ad esempio, per calcolare la proporzione di eterozigoti in una popolazione umana.

Possiamo anche verificare se una popolazione è o meno in equilibrio e proporre l'ipotesi di quali forze agiscono in quella popolazione.

Cos'è la teoria di Hardy-Weinberg?

La teoria o l'equilibrio di Hardy-Weinberg è un modello nullo che ci consente di specificare il comportamento delle frequenze geniche e alleliche nel corso delle generazioni.

In altre parole, è il modello che descrive il comportamento dei geni nelle popolazioni, in una serie di condizioni specifiche.

Notazione

Nel teorema di Hardy-Weinberg, la frequenza allelica di A (Allele dominante) è rappresentato con la lettera P, mentre la frequenza allelica di A (Allele recessivo) è rappresentato con la lettera Q.

Le frequenze genotipiche previste sono P², 2PQ E Q², Per l'omozigoti dominante (Aa), eterozigote (Aa) e omozigote recessivo (aa), rispettivamente.

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Se ci sono solo due alleli in detto locus, la somma delle frequenze dei due alleli deve essere necessariamente uguale a 1 (P + Q = 1).

L'espansione del binomiale (P + q)² Rappresentano le frequenze genotipiche P² + 2PQ + Q² = 1.

Esempio

In una popolazione, gli individui che lo integrano si incrociano per dare origine alla prole. In generale, possiamo sottolineare gli aspetti più importanti di questo ciclo riproduttivo: la produzione di gameti, la fusione di questi per dare origine a uno zigote e lo sviluppo dell'embrione per dare origine alla nuova generazione.

Immagina di poter tracciare il processo dei geni mendeliani negli eventi sopra citati. Lo facciamo perché vogliamo sapere se un allele o un genotipo aumenteranno o ne diminuiranno la frequenza e perché lo fa.

Per capire come le frequenze geniche e alleliche variano in una popolazione, seguiremo la produzione di gameti da una serie di topi.

Nel nostro ipotetico esempio, l'accoppiamento si verifica in modo casuale, dove tutti gli spermatozoi e gli ovuli sono miscelati in modo casuale.

Nel caso dei topi, questa ipotesi non è vera ed è solo una semplificazione per facilitare i calcoli. Tuttavia, in alcuni gruppi animali, come alcuni echinodermi e altri organismi acquatici, i gameti vengono espulsi e si scontrano casualmente.

Prima generazione di topi

Ora focalizziamo la nostra attenzione su un locus specifico, con due alleli: A E A. Seguendo la legge enunciata da Gregor Mendel, ogni gamete riceve un allele di locus a. Supponiamo che il 60% degli ovuli e degli spermatozoi riceva l'allele A, mentre il restante 40% ha ricevuto l'allele A.

Pertanto, frequenza allele A è 0,6 e l'allele A È 0,4. Questo gruppo di gameti verrà scoperto in modo casuale per dare origine a uno zigote, ciò che è probabile che formi ciascuno dei tre possibili genotipi? Per fare ciò, dobbiamo moltiplicare le probabilità come segue:

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Genotipo Aa: 0,6 x 0,6 = 0,36.

Genotipo Aa: 0,6 x 0,4 = 0,24. Nel caso di Heterozygoto, esistono due forme in cui può essere originata. Il primo, che lo sperma porta l'allele A e l'ovule l'allele A, o il caso inverso, lo sperma il A e l'ovulo A. Pertanto aggiungiamo 0,24 + 0,24 = 0,48.

Genotipo aa: 0,4 x 0,4 = 0,16.

Seconda generazione di topi

Ora, immaginiamo che questi zigoti si sviluppino e diventi topi adulti che produrranno di nuovo i gameti, ci aspetteremmo che le frequenze alleliche siano uguali o diverse dalla generazione precedente?

Il genotipo Aa Produrrà il 36% dei gameti, mentre gli eterozigoti produrranno il 48% dei gameti e il genotipo aa 16%.

Per calcolare la nuova frequenza allele, aggiungiamo la frequenza dell'omozigote più la metà degli eterozigoti, come segue:

Frequenza allele A: 0,36 + ½ (0,48) = 0,6.

Frequenza allele A: 0,16 + ½ (0,48) = 0,4.

Se li confrontiamo con le frequenze iniziali, ci rendiamo conto che sono identici. Pertanto, secondo il concetto di evoluzione, poiché non vi sono cambiamenti nelle frequenze alleliche durante le generazioni, la popolazione è in equilibrio, non si evolve.

Hardy-Weinberg Bilancia ipotesi

Quali condizioni dovrebbero incontrarsi la popolazione precedente in modo che le loro frequenze alleliche rimangano costanti con il passaggio delle generazioni? Nel modello di bilanciamento di Hardy-Weinberg, la popolazione che non si evolve soddisfa i seguenti ipotesi:

La popolazione è infinitamente grande

- La popolazione deve avere una dimensione estremamente grande per evitare gli effetti stocastici o casuali della deriva genica.

- Quando le popolazioni sono piccole, l'effetto della deriva genica (cambiamenti casuali nelle frequenze alleliche, da una generazione all'altra) a causa dell'errore di campionamento è molto maggiore e può produrre la fissazione o la perdita di alcuni alleli.

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Non c'è flusso genico

- Le migrazioni non esistono nella popolazione, quindi non possono raggiungere o lasciare alleli che possono alterare le frequenze geniche.

Non ci sono mutazioni

- Le mutazioni sono cambiamenti nella sequenza del DNA e possono avere cause diverse. Questi cambiamenti casuali modificano la raccolta genica nella popolazione, mediante introduzione o eliminazione dei geni nei cromosomi.

Accoppiamento casuale

- La miscela dei gameti deve essere eseguita in modo casuale, come il presupposto che utilizziamo nell'esempio dei topi-. Pertanto, non dovrebbe esserci scelta di coppia tra gli individui della popolazione, tra cui l'endogamia (riproduzione di individui che sono correlati).

- Quando l'accoppiamento non è casuale, non causa un cambiamento nelle frequenze alleliche di una generazione a quella successiva, ma può generare deviazioni dalle frequenze genotipiche previste.

Non c'è selezione

- Non esiste un successo riproduttivo differenziale di individui con genotipi diversi che possono alterare le frequenze degli alleli all'interno della popolazione.

In altre parole, nella popolazione ipotetica tutti i genotipi hanno la stessa probabilità di riprodurre e sopravvivere.

Quando una popolazione non soddisfa queste cinque condizioni, il risultato è l'evoluzione. Logicamente, le popolazioni naturali non sono conformi a questi presupposti. Pertanto, il modello Hardy-Weinberg viene utilizzato come ipotesi nulla che ci consente di effettuare stime approssimative delle frequenze geniche e alleliche.

Oltre alla mancanza di queste cinque condizioni, ci sono altre possibili cause per le quali la popolazione non è in equilibrio.

Uno di questi si verifica quando loci sono collegati a fenomeni di sesso o distorsione in segregazione o Spinta meiotica (Quando ogni copia di un gene o cromosoma non viene trasmessa con uguale probabilità alla generazione successiva).

Riferimenti

1. Andrews, c. (2010). Il principio di Hardy-Weinberg. Conoscenza dell'educazione naturale.
2. Futuyma, d. J. (2005). Evoluzione. Sinauer.
3. Soler, m. (2002). Evoluzione: la base della biologia. Progetto sud.