Prof. Roberth Fagundes

Prof. Dr. Roberth Fagundes

A variação fenotípica entre indivíduos em um população resulta dos efeitos do genótipo e do ambiente.

Hiesey, W. M., Clausen, J., & Keck, D. D. (1942). Relations between climate

and intraspecific variation in plants. American Naturalist, 5-22.

Potentilla glandulosa

Local

Tamanho

Baixa

altitude

Média

altitude

Alta

altitude

Pequenas

Médias

Grandes

Hipótese: Não há variação genéticas entre populações.

Se não há variação genética, todas as populações

crescerão igualmente.

Resultado: Houve variação no crescimento das populações.

Conclusão: efeito do ambiente + efeito dos genes

0

10

20

30

40

50

60

70

Baixa Média Alta

Alt

ura

da

pla

nta

(c

m)

Altitude

Do vale Da encosta Do topo

hábitat

limite de tolerância

Fator limitante

Flores

Sobrevivência

Sobrevivência + Crescimento + Reprodução = Fitness

Ecótipos

Potentilla nivia

Potentilla nivia nivia

Potentilla nivia insularis

Potentilla nivia chamissonis

Potentilla pulchella

Grande e peluda

Pequena e glabra

(cascalho da praia)

Pequena e peluda

(areia da praia)

17 populações

10 P. nivea

7 P. pulchella

64 medidas de forma

146 indivíduos

35 marcadores RAPD

146 indivíduos

Ordenação de

Componentes

Principais (PCO)

PCOFenótipo

Mais variação

entre que

dentro

PCOGenótipo

Potentilla niviaPotentilla nivia nivia

Potentilla nivia insularis

Potentilla nivia chamissonis

Potentilla pulchellaGrande e peluda

Pequena e glabra

(cascalho da praia)

Pequena e peluda

(areia da praia)

Sauromalus obesus

Come ervas e gramas, ou folhas

na escassez

Tamanho: 44cm

Peso: 400g

N = 20 populações

(Arizona)

Temperatura:

23.8 – 35°C

Pluviosidade:

35 – 194mm/ano

Altitude:

4 – 1.166m

Habitat: Deserto

Fre

qu

ên

cia

na

po

pu

laç

ão

(%)

Tamanho do corpo (mm)

Maior tamanho do corpo

onde chove mais

Regressão linear

A pluviosidade

aumenta com a

altitude

Variação da chuva

reduz com a

elevação

Crescimento das gramíneas =

Quantidade de recurso

Sobrevivência e Brotamento das

gramíneas =

Previsibilidade do recurso

15 jovens lagartos

6 populações: Altitude (200 – 890m)

Criou em laboratório

Hipótese: A variação no tamanho das

populações não é causada por

diferenças genéticas

Resultado:

Lagartos de áreas elevadas

crescem mais

Conclusão:

Existe variação genética em

populações vivendo em diferentes

altitudes.

Jovens de baixa altitude crescem

mais rápido

Adultos de alta altitude crescem

mais rápido

Adaptações

Condições ambientais

Baixa elevação Alta elevação

Alta frequência de

secas

Estação de

crescimento curta

Alta frequência de

chuvas

Estação de

crescimento longa

Gradiente

altitudinal

Energia

armazenada

para

sobrevivência

Pequeno

tamanho

corporal

Energia para

crescimento

e reprodução

Grande

tamanho

corporal

descrevendo dados biológicos

Fre

qu

ên

cia

na

po

pu

laç

ão

(%)

Tamanho do corpo (mm)

Variabilidade genética

Variância

Tamanho do peixe: Alimentação

Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Comprimento

do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58

Comprimento do corpo (41mm; 70mm)

Amplitude: 𝐴 = max− 𝑚𝑖𝑛 = 70 − 41 = 29𝑚𝑚

Média amostral: 𝐴 = 𝑁1,𝑁2,𝑁𝑖 ÷ 𝑁 =568

10= 56,8

Mediana amostral: 𝐴 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 57, 58 = 57,5

Variância = 𝑉 = 56,2𝑚𝑚²

Desvio padrão = 𝑉 = 56,2𝑚𝑚²

Tamanho do peixe: Alimentação

Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Comprimento

do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58

Variância = 𝑉 =𝑆𝑆

𝑛−1=505,6

10−1=505,6

9= 56,2mm2

Desvio padrão ∶ 𝐷𝑃 = 𝑉 = 56,2 = 7,5𝑚𝑚

Soma do quadrados: SS = (𝑁𝑖 − 𝑋)² = 60 − 56,8 2 + 70 − 56,8 2 + 56 − 56,8 2 +53 − 56,8 2 + 52 − 56,8 2 + 59 − 56,8 2 +62 − 56,8 2 + 41 − 56,8 2 + 57 − 56,8 2 +58 − 56,8 2= 505,6mm²

Média amostral: X = 56,8mm

Comprimento do corpo de peixes = X ± DP (N) = 56,8 ± 7,5 mm (N=10)

40

45

50

55

60

65

70

Peixes

Co

mp

rim

en

to d

o c

orp

o (

mm

)

40

45

50

55

60

65

70

Peixes

Co

mp

rim

en

to d

o c

orp

o (

mm

)

máximo

mínimo

amplitudemédia

mediana

Vmax

Vmin

40

45

50

55

60

65

70

Peixes

Co

mp

rim

en

to d

o c

orp

o (

mm

)

40

45

50

55

60

65

70

Peixes

Co

mp

rim

en

to d

o c

orp

o (

mm

)

Comprimento do corpo

de peixes = X ± DP (N)

= 56,8 ± 7,5 mm (N=10)

Biólogo 1

31

29

26

29

31

25

Biólogo 2

25

26

29

31

25

31

28

31

27

27

Biólogo 3

29

25

30

27

26

29

25

26

28

29

29

27

26

27

27

Evolução é mudança nas frequências genotípicas da população.

Mudança na frequência genotípica de uma população ao longo do tempo.

12 alelos = 200 cores

Harmonia axyridris

SS = 0.81 SA = 0.18 AA = 0.01

frequência S = SS + (0.5 x SA) = 0.81 + 0.09 = 0.9

frequência A = AA + (0.5 x SA) = 0.01 + 0.09 = 0.1

frequência S + frequência A = 0.9 + 0.1 = 1

probabilidade SS = fS x fS = fS²

probabilidade SA = fS x fA + fA x FS = 2 (fS x fA)

probabilidade AA = fA x fA = fA²

SS = fS² = 0.9² = 0.81

SA = 2 x 0.9 x 0.1 = 0.18 Equilíbrio DE HARDY-WEINBERG

AA = 0.1² = 0.01

fS² + 2(fA + fS) + fS² = 1

p² + 2pq + q² = 1

SEM FATOR EVOLUTIVO, TODA A POPULAÇÃO DEVE PERMANECER COM FREQUÊNCIA GÊNICA

CONSTANTE.

Acasalamentos aleatórios

Sem mutações

Tamanho populacional grande

Sem migração

Todos os fenótipos tem fitness igual

Mutações

Reprodução sexuada

Fluxo e Restrição gênica

Seleção Natural

CARACTERÍSTICAS DOS PAIS INFLUENCIANDO A PROLE

ℎ2 =𝑉𝐺𝑉𝐹

hereditariedade

variância

genética

variância

fenotípica

ℎ2 =𝑉𝐺

(𝑉𝐺+𝑉𝐸)

ℎ2 =𝑉𝐺

(𝑉𝐺+𝑉𝐸)=

𝑉𝐺𝑉𝐺 + 0

=𝑉𝐺𝑉𝐺= 1

ℎ2 =𝑉𝐺

(𝑉𝐺+𝑉𝐸)=

0

0 + 𝑉𝐸=0

𝑉𝐸= 0

Totalmente hereditário

Nada hereditário

Variavel

X

Variável

Y

2 4

5 3

6 5

8 9

9 7

10 11

12 10

15 13

16 19

18 17

filhos

pais

RELAÇÃO ENTRE FATORES

Fator X

Fator Y

NULA LINEAR NEGATIVA LINEAR POSITIVA

MAIS MAIOR

Variavel

X

Variável

Y

2 4

5 3

6 5

8 9

9 7

10 11

12 10

15 13

16 19

18 17

MAIOR

SQ = 150

SQ = 120

SQ = 60

R² = 0.88

p = 0.03

y= 0.9x + 0.02

y = a x + b

Valor da

resposta

Valor do

fatorCoeficiente

de variação

(β)

Constante (α)

y= 0.9x + 0.02

O coeficiente é 0 e indica que não há hereditariedade

O coeficiente é médio e indica nível intermediário

de hereditariedade

O coeficiente é alto e indica nível alto de

hereditariedade

𝑟 = 𝑙𝑛(𝑥2 − 𝑙𝑛(𝑥1))/∆𝑡

taxa de

evolução

(darwins)

dimensão final

do caractere

dimensão inicial

do caractere

variação temporal

3,3

1,7

4,2

A seleção natural é resultado das diferenças em sobrevivência e reprodução entre genótipos devido em resposta à pressões ambientais.

A seleção natural age quando a variação

fenotípica, devido a variabilidade genética,

responde à pressões ambientais.

Organismos geram organismos semelhantes

Existem variações entre organismos em uma população que são herdáveis

A cada geração nascem mais organismos que o ambiente suporta.

Alguns organismos sobrevivem e reproduzem mais devido a características físicas e comportamentais próprias (adaptações)

Princípio da variabilidade genética

Princípio da hereditariedade

Principio da reprodução diferencial

Princípio da sobrevivência

Seleção Natural é o mecanismo evolutivo que resulta

do diferencial de sobrevivência e reprodução entre

fenótipos sob determinada pressão ecológica.

Grandes almofadas, muda de cor

Corpo comprido, membros e calda

finos

Perna dianteira comprida, corpo achatado

Corpo curto, membros traseiros compridosCorpo achatado, rabo comprido

Corpo grande, almofadas grandes

2-6 machos

3-9 fêmeasIlha fonte

14 ilhas

experimentais

(10-14 anos)

Gradiente de altura da vegetação

Hipótese nula: Não há efeito do ambiente.

Caractere: Tamanho dos membros

Hipótese alternativa: Há efeito do ambiente.

Lagartos terão

tamanho

semelhante ao

da ilha fonte.

Lagartos terão

tamanho

diferente da

ilha fonte

Hipótese alternativa: Altura da árvore é um fator limitante.

Lagartos terão

tamanho

diferente de

acordo com o

ambiente

Lamelas maiores

Taman

ho e p

eso

maior

árvores do continente tem 10m de altura

árvores das ilhas entre 1 e 3m

Ilhas diferentes do

continente tem

lagartos diferentes

Ilhas com árvores de galhos grossos tem lagartos com pernas compridas

Predação: Insetos e Plantas

Jadera haematolomaSapindaceae

Filogenia de Sapindáceas e as

raças de Jaderos

Largura do fruto

Cons

umo

de sem

ente

pequeno grande

Hemípteros com

probóscide maior em

plantas com frutos mais

grossos

espécies exóticas

Hemípteros tem tamanho

semelhante mas maior probóscide

em plantas nativas = adaptação

Filhotes são semelhantes

aos pais mas têm fitness

maior em planta de origem

Crescimento

Sobrevivência

maior quando

come planta de

origem

Diferentes

estratégias

reprodutivas

dependendo

da planta

hospedeira

Sobrevivência e reprodução

produz semente

continuamente

sementes ricas em

nitrogênio

produz semente

sazonalmente

sementes ricas em

lipídeos

Tamanho e

fenologia da

planta são fatores

evolutivos

Calicebus miltoni

Processos neutros, como deriva genética, podem mudar as frequências genéticas das populações, especialmente de populações pequenas.

Processos aleatórios que podem mudar afrequência genética em uma população,principalmente quando pequenas.

DERIVA GENÉTICA MUTAÇÕES

MIGRAÇÕES

Alteração aleatória em um gene que origina um novo gene com nova expressão fenotípica. Pode ser selecionado ou perdido por seleção natural, ou não ter efeito sobre o fitness do indivíduo.

Quando indivíduos saem ou entram na população alterando a frequência genética. Pode ocorrer também a fragmentação da população com possível formação de novas subpopulações.

Evolução de populações que ocorre pela seleção aleatória de diferentes alelos através das gerações sem causas adaptativas.

Margeando rios na face fria das

montanhas

15 – 2,441m

As populações isoladas sofreram deriva genética?

As populações atuais podem desaparecer por deriva genética?

Eletroforese em gel (16 sistemas enzimáticos)

Populações

maiores são mais

geneticamente

diversas

Tamanho populacional (Log N)

Dive

rsidad

e ge

nétic

a

Relação entre a distância genética entre subpopulações (acima) e a distância geográfica (abaixo, Km).

37Km = 3,8%

559Km = 1%

Aland, Finlândia

Plantago lanceolata Veronica spicata

Miliateae cinxia

Hipótese: Campinas

maiores tem populações

maiores da borboleta

Área da mancha de campina (Ln X, m²)

Dens

idad

e po

pulacion

al (Ln

X, N

/m²)

Isolamento (m)

Dens

idad

e po

pulacion

al (resídu

os)

endogamia

ENDOGAMIA

200

EXTINÇÕES

114

COLONIZAÇÕES

baixa

sobrevivência

baixa

fecundidade

baixa

sobrevivência

dos ovos

larvas

pequenas

crescimento

lento das

larvas

A variabilidade fenotípica entre indivíduos de uma população é resultado de efeitos combinados do genótipo e do ambiente.

O modelo de equilíbrio de Hardy-Weinberg ajuda a identificar as forças evolutivas que podem mudar as frequências genéticas das populações.

Seleção natural é o mecanismo de evolução das populações através das diferenças em sobrevivência, crescimento e reprodução entre fenótipos de uma população.

A importância da variabilidade genética para a variabilidade fenotípica determina a força evolutiva da seleção natural.

Processos evolutivos aleatórios, como a deriva genética, podem mudar as frequências gênicas, especialmente em pequenas e isoladas populações.