Os fatores evolutivos são a causa de todas as mudanças evolutivas. Aqui explicamos os fatores evolutivos individuais – mutação, recombinação, seleção, deriva genética e isolamento – e como eles interagem.
O que são fatores evolutivos?
Os organismos mudaram ao longo da história filogenética. Nós, humanos, por exemplo, desenvolvemos uma marcha ereta. Vários mecanismos – os chamados fatores evolutivos – entram em ação para viabilizar os processos de desenvolvimento . De acordo com a teoria sintética da evolução , todas as mudanças evolutivas ocorrem por meio de sua interação.
Fatores evolutivos importantes são:
- Mutação
- recombinação
- seleção
- gendrift
- Isolamento
Você entende que fatores evolutivos significam processos que podem mudar a estrutura genética de uma população – mais precisamente, seu pool genético . Ele descreve a totalidade de todas as variações genéticas (alelos) de uma população.
Interação de fatores evolutivos
A interação dos fatores de evolução/mecanismos de evolução garante, assim, mudanças evolutivas dentro das populações. Mas o que são exatamente as populações?
Uma população é um grupo de indivíduos de uma espécie que compartilham o mesmo habitat e são capazes de se reproduzir entre si. Todos eles têm um genótipo diferente (composição genética). Todos os genes ou variantes de genes ( alelos ) de uma população formam o pool genético . Portanto, contém o estoque total de genes de uma população. Um gene pode existir em diferentes estados (alelos). Um alelo é responsável pelo desenvolvimento de uma cor de pena vermelha , um para uma cor de pena amarela e outro para uma cor de pena verde . Você então chama as características pronunciadas – neste caso a cor da pena – o fenótipo .
Os cinco fatores evolutivos agora alteram o pool genético de uma população. Eles fazem isso alterando a frequência dos alelos individuais – frequência alélica ou frequência alélica .
Vejamos como os cinco fatores evolutivos interagem entre si:
O ponto de partida é a mutação : ela fornece material genético alterado ( genes ). Os genes são então combinados de diferentes maneiras por meio de recombinação . Isso cria novos genótipos e fenótipos. Mutação e recombinação produzem assim variabilidade genética (diversidade).
A seleção agora define o rumo da evolução e é baseada nos fenótipos durante a “seleção”. Aqui, uma seleção direcionada (“classificação”) ocorre com base na adaptação ao ambiente. Os fenótipos mais bem adaptados ao ambiente prevalecerão sobre os fenótipos menos adaptados.
Dois outros fatores evolutivos desempenham um papel na seleção: deriva genética e isolamento. A deriva gênica causa uma mudança aleatória na frequência alélica no pool gênico. Desastres naturais, por exemplo, podem ser responsáveis por isso. Isolamento significa separar uma população em subpopulações. Como resultado, novas espécies podem surgir (especiação).
Agora vamos olhar para cada fator evolutivo em detalhes.
Evolução: Mutação
Mutações são mudanças na informação genética de uma célula. Importante : as mutações são aleatórias e não direcionadas . Portanto, você não pode prever se e quando certos genes sofrerão mutações.
As mutações podem ocorrer espontaneamente ou ser desencadeadas por fatores externos – os chamados mutagênicos . Um mutagênico pode ser, por exemplo, a radiação UV do sol. Mutações genéticas ou pontuais, em particular, desempenham um papel na evolução . Com isso, você quer dizer uma mudança em apenas um gene. Se a mutação ocorrer nas células das quais as células germinativas (óvulo, espermatozóide) emergem, as mutações podem ser transmitidas à descendência. Só então as mutações também desempenham um papel como fator evolutivo.
Se uma mutação traz vantagens para um indivíduo, ela é, por assim dizer, superior aos demais indivíduos que não possuem essa mutação. Um exemplo de mutação benéfica é a melhora na ingestão de água de um cacto no deserto. Isso lhe dá uma chance maior de sobrevivência.
Mutações resultam em múltiplos alelos para uma característica que ocorre em uma população. Por exemplo, os humanos têm um alelo para a cor dos olhos marrom , azul ou verde . As mutações podem, portanto, causar variabilidade genética . Assista nosso vídeo agora para saber mais sobre a mutação do fator evolutivo e conhecer outros tipos de mutações!
Fator de Evolução: Recombinação
Nos seres vivos que se reproduzem sexualmente, ocorre uma nova combinação dos fatores hereditários existentes. Isso é o que você chama de recombinação . Esse fator evolutivo também é um processo aleatório e não direcionado . A recombinação leva a novas combinações de alelos. Estes podem então levar a novos fenótipos. Portanto, a recombinação também pode fazer com que você e seus irmãos pareçam completamente diferentes, apesar de terem os mesmos pais.
Aqui, no entanto, você deve definitivamente notar que, em contraste com a mutação do fator evolutivo, não surgem novas variações genéticas. A recombinação garante uma distribuição diferente do material genético existente . O próprio pool genético permanece inalterado.
Os seguintes processos garantem a recombinação e, portanto, a variabilidade genética:
- A distribuição aleatória de cromossomos homólogos do pai e da mãe durante a meiose (= recombinação intercromossômica ). Para nós humanos, são 2 23 combinações possíveis.
- A troca de certos genes do pai e da mãe por cruzamento durante a meiose (= recombinação intracromossômica ).
- O encontro acidental das células germinativas durante a fertilização.
Fator de evolução: seleção
A mutação e a recombinação dos fatores evolutivos asseguram assim a variabilidade genética em uma população. Eles são o pré-requisito para a seleção de fatores evolutivos. Com isso você quer dizer “ seleção natural ” pelo meio ambiente.
Mas de acordo com qual princípio a seleção é realizada agora? Os indivíduos mais bem adaptados com características favoráveis prevalecem sobre os menos adaptados com características desfavoráveis. Você também chama isso de “ sobrevivência do mais apto ”. A aptidão ou aptidão biológica é aqui determinada por uma alta taxa de sobrevivência e reprodução dos indivíduos com as características consideradas.
Em termos concretos, isso significa que indivíduos bem adaptados com características vantajosas sobrevivem e se reproduzem. A seleção, portanto, não afeta principalmente os genes, mas sim a aparência (fenótipo). Quando eles se reproduzem, eles passam seus genes para seus descendentes. Assim, eles contribuem para o pool genético da próxima geração.
A seleção ocorre através dos chamados fatores de seleção . Você distingue entre:
- fatores abióticos (inanimados) como temperatura, luz ou vento e
- fatores bióticos (vivos), como alimentos ou competição .
Se um fator de seleção atua em uma população, você chama isso de pressão de seleção . A seleção é, portanto, um fator evolutivo direcionado . Ele define a direção da evolução.
Exemplo: mariposa apimentada
Vamos dar uma olhada na seleção usando a mariposa apimentada como exemplo. Existem duas formas de borboleta – uma de cor mais clara e outra de cor mais escura . As mariposas apimentadas vivem principalmente em troncos de bétula, que geralmente são de cor clara . Aqui as mariposas claras são bem camufladas dos predadores. Portanto, em áreas com bétulas de cor clara , também há mariposas salpicadas predominantemente de cor clara .
Em regiões com muita industrialização, os troncos de bétula costumam ter coloração escura devido a depósitos de fuligem ou poeira. Nas áreas, você encontrará cada vez mais mariposas salpicadas da variedade de cores mais escuras .
O seguinte se aplica aqui: as mariposas salpicadas que se adaptaram melhor e, portanto, estão camufladas de seus predadores, sobrevivem e passam suas características para seus descendentes.
Dependendo de como a pressão de seleção afeta a população, você distingue três tipos de seleção :
- Seleção estabilizadora
- Transformierende Selektion
- seleção disruptiva
Fator de evolução: Gendrift
A deriva genética do fator evolutivo significa a mudança aleatória no pool genético. A frequência alélica, portanto, muda dentro de uma população. Isso tem mais impacto em populações menores do que em maiores. Aqui, por exemplo, desastres naturais como vulcanismo ou epidemias podem ser a causa da deriva genética. Isso pode levar à extinção de certos indivíduos, por exemplo. Por exemplo, apenas os pássaros vermelhos e verdes sobrevivem , enquanto os pássaros amarelos morrem. Apenas os alelos vermelho e verde estão agora no pool genético .
A deriva genética também é um fator evolutivo não direcionado . Geralmente garante uma redução na diversidade genética.
Você costuma associar duas variantes à deriva genética:
- o efeito fundador
- e o efeito gargalo .
Fator evolução: Isolação
O isolamento do fator de evolução é o pré-requisito para a formação de novas espécies. Uma espécie é definida como uma comunidade reprodutiva. Assim, a troca gênica/fluxo gênico ocorre entre eles. O isolamento de uma população, por exemplo, por uma barreira espacial, agora garante que o acasalamento seja parcial ou totalmente impedido. Como resultado, não há troca gênica entre os indivíduos da espécie. Com o tempo , as duas subpopulações diferem tão significativamente uma da outra que não podem mais se reproduzir. A partir desse ponto, duas novas espécies se formaram .
Você distingue entre três tipos de isolamento:
- isolamento geográfico
- o isolamento sexual
- o isolamento ecológico
No isolamento geográfico , a separação espacial é responsável por dividir uma população em pelo menos duas subpopulações. Isso pode ser causado, por exemplo, por uma barreira geográfica, como um lago, mar ou geleira. Você também está falando sobre especiação alopátrica aqui .
O isolamento sexual significa que duas espécies estão reprodutivamente isoladas uma da outra. Vários mecanismos de isolamento, como diferentes épocas de acasalamento, são responsáveis pelo isolamento.
Por isolamento ecológico você quer dizer que os indivíduos de uma população se adaptam a diferentes novos nichos ecológicos (nicho). Com o passar do tempo, várias espécies adaptadas a diferentes nichos ecológicos podem se desenvolver a partir de uma espécie-mãe. Você também chama isso de radiação adaptativa .
Evolução significa que certas características dos seres vivos de uma espécie aparecem em uma população convivem, podem mudar ao longo de várias gerações. Isso ocorre por meio de vários mecanismos que provocam a mudança nesse grupo de seres vivos por um longo período de tempo e permitem que eles se adaptem a um ambiente em mudança. Esses traços característicos definem, em última análise, uma espécie especial.À medida que a evolução progride, desenvolvem-se grupos de espécies semelhantes que passam por um desenvolvimento comparável, mas diferem em algumas características, de modo que não podem mais ser agrupados como uma espécie. Representam, portanto, gêneros ou famílias, e a característica distintiva mais importante é que indivíduos de espécies diferentes não podem mais se reproduzir entre si.
As espécies se mantêm através da troca constante de material genético dentro de seu pool genético durante a reprodução sexual. Devido a essa recombinação permanente do material genético, novas combinações de genes e, portanto, características estão sendo criadas constantemente. Da mesma forma, as mutações ( alelos ) que ocorrem aleatoriamente através da recombinação são transmitidas. Por exemplo, pequenas mudanças na sequência de bases em um gene resultam em uma mudança na cor da flor. Além disso, novas informações genéticas são adicionadas de outras populações, por exemplo, em plantas através da introdução de pólen por insetos migratórios ( fluxo gênico ).
Não há adaptação sem variabilidade genética
Todos os mecanismos juntos resultam na variabilidade genética dentro de uma população, que permite que ela se adapte ao ambiente, onde as combinações de características mais favoráveis também têm as melhores chances de sobrevivência e, portanto, muitas vezes são transmitidas, enquanto as menos favoráveis desaparecem novamente (naturais). seleção). Aplica-se o seguinte: quanto maior a variabilidade genética, mais adaptável é a população às mudanças. Os indivíduos com suas combinações individuais de características estão em competição com outros indivíduos com combinações especiais. Aqueles com combinações favoráveis de características geralmente têm maior sucesso reprodutivo, o que significa que podem se reproduzir com mais frequência. De certa forma, a competição dentro de uma população testa a adequação das características atuais e garante que as melhores sejam transmitidas.
Outro fator que tem forte influência na evolução de uma espécie é o que se conhece como deriva genética . Ele afirma que as mutações são transmitidas aleatoriamente durante a reprodução. Um novo gene não precisa necessariamente ser passado para a próxima geração, mesmo que codifique uma característica importante. Esse fator aleatório pode ter efeitos importantes, principalmente em populações pequenas que possuem apenas uma pequena faixa de variabilidade genética disponível, pois genes à deriva também podem desaparecer de uma população pequena e, assim, reduzir a diversidade genética dessa população ( gargalo genético ).
A deriva genética e a seleção natural são os dois fatores evolutivos cruciais na origem e no desenvolvimento das espécies. Assim que a frequência de um gene dentro de um pool genético muda devido à seleção ou deriva genética, isso é chamado de evolução.
Novas espécies surgem através do isolamento
O processo de especiação ainda está em pleno andamento hoje. Novas espécies surgem, por exemplo, quando o fluxo de genes entre populações é impedido de forma que a troca de material genético não possa mais ocorrer. Uma possível causa é a colonização de áreas espacialmente separadas. Esta separação pode ter causas geológicas (terremotos, erupções vulcânicas) ou ser causada pela migração de uma população (por exemplo, por falta de alimentos).
Se espécies separadas realmente se desenvolvem a partir de populações separadas geralmente só se torna aparente quando os indivíduos dessas espécies se encontram novamente. Se eles ainda são capazes de se reproduzir entre si, nenhuma espécie separada surgiu, mas apenas diferentes faixas de variação de uma característica foram desenvolvidas, que correspondem ao respectivo ambiente. No entanto, se eles não são mais compatíveis entre si, a formação de novas espécies já começou. A razão para isso são os chamados mecanismos de isolamento. Eles significam que os membros das duas espécies não transmitem mais no “mesmo comprimento de onda”, que desenvolveram tempos de floração diferentes, por exemplo, ou que atraem polinizadores diferentes, de modo que a reprodução não pode ocorrer. Nos casos em que há descendentes ( híbridos) existem, muitas vezes não são viáveis ou não são passíveis de reprodução. Esses mecanismos de isolamento são divididos em pré-zigóticos (= que ocorrem antes da reprodução) e pós-zigóticos (= que ocorrem após a reprodução). O primeiro pode ser uma separação espacial, por exemplo. Por exemplo, o isolamento pós-zigótico ocorre quando a prole é estéril.
poliploidia
O surgimento de híbridos (geração de filhas a partir da mistura de duas espécies diferentes) também pode levar a outro efeito, principalmente nas plantas. A falha em separar os pares de cromossomos no pólen normalmente haploide e/ou nas células do saco ovular dos pais pode resultar na duplicação do conjunto de cromossomos ao cruzar ( poliploidia). Se os conjuntos de cromossomos de ambos os pais forem suficientemente diferentes, eles podem cruzar para que a prole seja fértil. Desenvolve-se a chamada “espécie híbrida”. Os descendentes férteis geralmente não são comuns ao acasalar com espécies diferentes, portanto, a poliploidia pode levar ao surgimento de novas espécies, muitas vezes geneticamente aptas. A poliploidia pode ser desencadeada por problemas metabólicos, mas também por influências ambientais (por exemplo, radiação). Além desses processos naturais, substâncias químicas mutagênicas (inibidores mitóticos), como a colchicina, podem levar à formação de espécies poliplóides. A colchicina foi obtida de uma planta, o açafrão de outono (Colchicum autumnale), e utilizada para fins medicinais.