Isolamento das Populações

Isolamento das Populações – O que é

Geralmente a frequência dos alelos no fundo genético das populações encontra-se em alteração, logo a população encontra-se em evolução.

A especiação está constantemente a ocorrer, e pode ser estudada considerando a área de repartição e o comportamento das populaçãos com caracteres idênticos.

Por vezes, as populações são saparadas por barreiras geográficas, que podem ser rios, barragens, montanhas, vales, mar, ocorrendo depois, devido a fatores como mutações genéticas e seleção natural, derivações genéticas em cada um dos grupos que podem ou não vir a dar origem a diferentes espécies, considerando o tempo em que ficam isolados. Assim, caso a barreira geográfica desapareça, vão surgir várias situações possíveis, conforme o tempo que houve de isolamento (é de salientar que uma barreira geográfica pode isolar populações de determinada espécie, mas não o fazer a outra espécie).

Dentro das situações possíveis encontramos a possibilidade de formação de uma nova espécie, a que chamados especiação alopátrica, e que sucede da exposição das populações a diferentes pressões seletivas, o que vai procovar divergência no fundo genético. Se durante muito tempo não houver contato entre os grupos, e cada um destes formar uma nova população, ocorre entaão a especiação alopátrica.

Passa assim a haver uma barreira biológica quando as espécies se juntam novamente e não são interfecundas, devido a um isolamento reprodutor ou biológico.

Há a existência de um feedback positivo, pois quanto maior for a divergência genética, maior é isolamento reprodutor; no entanto, quanto maior for o isolamento reprodutor menor troca de genes há, logo maior divergência genética decorre.

O isolamento reprodutor pode ser de dois tipos:

Isolamento externo, extrínseco ou geográfico ? acidentes geográfico e/ou condições climatéricas, por exemplo, impedem a troca de genes
Isolamento interno, intrínseco ou biológico ? causas biológicas, inerentes aos próprios organismos impedem a troca de genes, mesmo em simpatria.

Tipos de isolamento

As espécies não se encontram apenas geograficamente isoladas umas das outras. Para que passe a haver uma identidade da espécie existem os mecanismos de isolamento reprodutor.

O processo de especiação decore da divergência genética, a qual dá ao indivíduo uma nova identidade.

Causas de especiação

Existem diversos processos que levam ao isolamento de espécies, evitanto a perda de identidade, visto evitarem o livre fluxo de genes entre populações. No entanto, quando há cruzamentos entre indivíduos de espécies diferentes, ou seja, aqueles que ultrapassam todos os isolamentos exteriores, ocorre incompatibilidade genética, o que vai provocar o aborto do zigoto. Assim, e visto este último ser também um processo de isolamento, estes dividem-se em pré-zigóticos, antes do acasalamento, e em pós-zigóticos, após o acasalamento.

Isolamento geográfico

Se uma dada região do território de uma espécie é imprópria para a sobrevivência desses organismos, constitui uma barreira extrínseca, seja ela um rio, uma montanha, um deserto, etc.

Obviamente estas barreiras variam com as espécies pois enquanto um rio pode ser uma importante barreira para uma população de ratos, por exemplo, não o será para uma população de aves.

Estas barreiras impedem o contato físico entre populações. As condições climatéricas também podem ser barreiras importantes para os organismos.

Apesar destes fatos, o isolamento geográfico não é condição suficiente para a especiação, é necessária a separação entre os fundos genéticos das populações isoladas.

Por este motivo, apenas quando a barreira geográfica é ultrapassada se pode concluir se existiu especiação:

Duas espécies diferentes ? as populações não podem trocar genes pois existem mecanismos isoladores intrínsecos. As duas populações podem ser simpátricas, entrar em competição (e até uma delas extinguir-se) ou habitarem zonas distintas e serem alopátricas
Uma única espécie ? as populações voltam a trocar genes entre si e formam um único fundo genético, não houve isolamento reprodutor. A troca de genes pode ser tão livre que se tornem uma só população (uma espécie única) ou a troca de genes pode ocorrer apenas na zona de contato, originando híbridos (duas subespécies).

Isolamento biológico

Este tipo de barreira explica a coexistência de duas espécies no mesmo local e tempo, sem que se cruzem. Resulta de diferenças genéticas entre duas populações e é necessário à multiplicação de espécies.

Existem dois tipos de isolamento biológico:

Este tipo de barreira explica a coexistência de duas espécies no mesmo local e tempo, sem que se cruzem. Resulta de diferenças genéticas entre duas populações e é necessário à multiplicação de espécies.

Mecanismos isoladores pré-acasalamento ? também designados mecanismos isoladores pré-zigóticos, evitam o cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes e a consequente formação do zigoto.

Podem ser divididos em:

Isolamento ecológico ? ocorre quando os organismos apresentam uma diferente relação com o meio (vivem em habitats diferentes, ainda que na mesma área) e com outros seres (organismos vivem nas árvores e outros no chão, uns são ativos de dia e outros de noite, etc.);
Isolamento temporal ? também designado por isolamento sazonal, neste caso os organismos vivem no mesmo habitat, mas em épocas diferentes ou apresentam épocas de reprodução diferentes. Pode existir interfecundidade gamética mas na natureza nunca existe possibilidade de reprodução;
Isolamento comportamental ? existe principalmente nos vertebrados, em particular nas aves, embora também seja conhecido em insetos. Quando este tipo de mecanismo isolador atua o cortejamento sexual, exibições e sinais de reconhecimento entre indivíduos da mesma espécie não existem, o que impede a atração sexual entre as populações;
Isolamento mecânico ? diferenças morfológicas e fisiológicas das genitálias impedem a reunião dos gâmetas. Este mecanismo é particularmente importante em artrópodes, com genitálias rígidas e exosqueleto, mas também existe em gastrópodes e anelídeos hermafroditas.

Mecanismos isoladores pós-acasalamento – também designados mecanismos isoladores pós-zigóticos, evitam a formação e desenvolvimento do descendente, dificultam a formação do híbrido ou a sua reprodução.

Podem ser:

Isolamento gamético ? existe troca de gâmetas mas a célula masculina não atinge a feminina, devido a reações imunitárias ou por falta de reconhecimento químico entre gâmetas. Este processo existe em moscas Drosophila e é muito comum em peixes, devido ao fato de os gâmetas se unirem na água;
Isolamento por inviabilidade dos híbridos ? também designado isolamento zigótico, neste caso existe fecundação mas a incompatibilidade genética impede o desenvolvimento normal do embrião, processo muito comum em peixes com fecundação externa, pois facilmente os gâmetas se misturam;
Isolamento por esterilidade dos híbridos ? também conhecido por isolamento pós-zigótico, neste caso o embrião desenvolve-se mas não atinge a idade adulta ou, se atinge a idade adulta, é estéril ou é eliminado por seleção. Por vezes o sex-ratio dos híbridos não permite a formação da geração seguinte;
Isolamento por inviabilidade dos híbridos de 2ª geração ? formam-se híbridos férteis mas nos descendentes destes (híbridos de 2ª geração) os embriões abortam, são muito débeis ou estéreis.

Por vezes a classificação dos mecanismos isoladores distinguia entre mecanismo pré- e pós-copulatórios mas tal classificação foi abandonada pois não só a maioria dos organismos não realiza cópula, como a exigência de copulação é, ela própria, um mecanismo isolador.

Na natureza estes mecanismos isoladores atuam em conjunto e em sequência, não em separado, sendo o comportamental ou etológico o primeiro a atuar. Por este motivo, a maioria das vezes a formação de híbridos não tem qualquer valor evolutivo.

Mecanismos de isolamento

O isolamento entre populações consiste num conjunto de mecanismos que impedem ou dificultam a troca de genes entre indivíduos.

O isolamento é uma condição necessária à especiação bem como para a manutenção do estatuto de espécie.

Isolamento geográfico: Como o nome indica, é um isolamento devido a barreiras geográficas que impedem contato entre indivíduos. É então um isolamento extrínseco
Isolamento biológico: Este isolamento ocorre devido a fatores intrínsecos aos indivíduos que, ou impedem o acasalamento, ou impedem o desenvolvimento do zigoto. Podem ser do tipo pré-zigóticos, impedindo o cruzamento.
Isolamento ecológico: Quando indivíduos de espécies próximas habitam diferentes habitats (a água e o ar, por exemplo), ocorrendo que os indivíduos se encontram na mesma área.
Isolamento temporal: Igualmente ocorre em indivíduos da mesma área, como todos os isolamentos intrínsecos, de espécies próximas, mas cujos períodos de atividade divergem (entre o dia e a noite, ou entre o Verão e o Inverno).
Isolamento comportamental: Trata-se do tipo mais importante de isolamento pré-zigótico. Este processo consiste em diferentes tipos de paradas nupciais, antes do acasalamento, as quais são definidas genéticamente, e se destinam a provocar excitação no companheiro. Temos o caso em que certas fêmeas apenas respondem ao apelo dos machos da sua espécie.
Isolamento mecânico: Este isolamente baseia-se na existência de estruturas morfológicas incompatíveis. Nos animais, ocorre que os órgãos reprodutores são incompatíveis, não ocorrendo fusão de gâmetas, e nas flores, estas podem ter uma estrutura que impede o contato com certos insetos que transportem os seus gâmetas.
Isolamento gamético: Ocorre quando gâmetas em que, embora colocados no mesmo local ao mesmo tempo, não ocorre fecundação se forem de espécies diferentes devido à existência de moléculas específicas na superfície de cada gâmeta, que só se une com o que possui as moléculas complementares.

Podem também ser do tipo pós-zigótico, os quais impedem o desenvolvimento normal dos descendentes:

Inviabilidade dos híbridos

Em espécies muito próximas, se ocorre fecundação, os zigotos ou os embriões híbridos não se desenvolvem ou não atingem a maturidade sexual, devido à impossibilidade genética entre as espécies, o que vai provocar anomalias durante o desenvolvimento embrionário.

Esteribilidade dos híbridos

Ocorre quando, após fecundação entre indivíduos de espécies diferentes, o desenvolvimento embrionário ocorre, dando origem a um híbrido (por os seus progenitores serem de espécies diferentes). No entanto, este híbrido vai ser estéril devido, ou ao mau desenvolvimento dos órgão reprodutores, ou da inexistência de cromossomas homólogos, o que provoca a inexistência de meiose. (por exemplo, a mula, resultate do cruzamento entre o cavalo e o burro)

Inviabilidade dos híbridos da segunda geração

Se todas as barreiras forem ultrapassadas, e surgir um híbrido fértil, então os descendentes destes serão estéreis, ou darão origem a indivíduos débeis e estéreis.

Mecanismos de especiação

Além dos mecanismos de especiação referidos no capítulo dos isolamentos, existem ainda outros modos de se formarem novas espécies, os quais são caracterizados por ocorrerem mais rapidamente.

Especiação geográfica

Esta especiação depende na deslocação de indivíduos para outras áreas, portanto de migrações. No entanto, para que ocorra este processo, é necessário tempo.

O processo pelo qual ocorre este tipo de especiação é a radiação adaptativa: Dentro de uma população existem vários alelos diferentes que definem o seu fundo genético. No entanto, devido a isto, não pode afirmar-se que um só indivíduo possua todos os alelos do fundo genético. Assim, quanto maior a quantidade de indivíduos que tenhamos, maior é a probabilidade desse grupo possuir todos os alelo do fundo genético, portanto maior probabilidade de representar a população. Assim, quando um pequeno grupo de indivíduos se separa da sua população inicial, há uma baixa probabilidade de formar uma população com um fundo genético igual ao da população inicial. Se este grupo, que se destacou para um nicho ecológico diferente, e a população inicial forem sujeitos a pressões seletivas diferentes, ou a fatores como as mutações, a deriva genética, a seleção natural, vão adaptar-se a novos estilos de vida. Isto pode vir a provocar isolamento reprodutor, o que vai provocar especiação, visto não ser possível a troca de genes entre os indivíduos da espécie fundadora e da espécie formada.

Visto o fundo genético da espécie formada ser alterado, e nele estarem incluídos apenas os alelos dos individuos que se destacaram, os sujeitos desta espécie vão apresentar algumas semelhanças morfológicas que se encontram na espécie original, mas não vão apresentar outras. (como é o caso dos nativos autralianos, que só possuem sangue do tipo A ou O)

Poliploidia

Este processo leva a uma especiação de uma geração para outra. Como já foi referido, os híbridos interespecíficos, ou seja, os resultantes do cruzamento entre espécies diferentes, geralmente não chegam a nascer, ou, caso o ocorra, são indivíduos estéreis devido a uma gametogénese anormal. Para que estes indivíduos sejam férteis é necessária a ocorrência de uma poliploidia durante a sua formação.

Os híbridos interespecíficos, por possuirem n cormossomas de cada progenitor, os quais pertencem a espécies diferentes, não vai possuir cromossomas homólogos, logo não ocorre emparelhamento, portanto não ocorre meiose, o que irá levar à mal-formação ou inexistência de gâmetas.

No entanto, por vezes ocorre duplicação de cromossomas durante a mitose, ou mesmo durante a meiose. Isto decorre do fato de não haver disjunção de cromatídeos, o que leva a que determinada célula possua cada cromossomas duas vezes. Assim, os cromossomas arranjaram os seus homólogos, passando o ovo ou zigoto, resultante de autofecundação (ou, no caso dos animais, de cruzamento entre dois indivíduos em que ocorra a mesma situação), a possuir o dobro da soma dos cromossomas dos gâmetas dos dois progenitores. A este processo chama-se tetraploidia.

Os indivíduos resultantes deste fenómeno dão origem a novas espécies, visto possuirem diferente número de cromossomas dos seus progenitores. Estes indivíduos podem dar origem a indivíduos da mesma espécie.

No entanto, estão isolados reprodutoramente das espécies progenitoras, embora possuam vários grupos de cromossomas daqueles, o que lhes confere características próprias.

O que é o isolamento geográfico e como isso afeta a especiação?

O isolamento geográfico refere-se a uma situação em que uma espécie, ou uma população de uma espécie, torna-se separados por uma barreira física (um lago, mar, montanhas, etc), permitindo que cada grupo a divergir ao longo de caminhos evolutivos diferentes.

O efeito de isolamento geográfica é que as duas populações são submetidas a diferentes pressões de seleção, uma vez que as condições nas duas áreas será diferente. Assim, diferentes alelos serão selecionados para, e as diferenças genéticas irá gradualmente se acumulam entre as populações.

Com o tempo, as diferenças genéticas suficientes irá ocorrer de modo a que as duas populações não irá cruzar. Então, por definição, eles tornaram-se diferentes espécies.

Mais informações:

O isolamento geográfico, é a separação de dois (ou mais) grupos de organismos por um recurso, por exemplo geográfica: um rio, serra, mar, deserto, etc

É o principal mecanismo de especiação alopátrica, ainda considerado por alguns como uma teoria.

Exemplos de isolamento geográfico

O isolamento geográfico é um termo que se refere a uma população de animais, plantas ou outros organismos que são separados de troca de material genético com outros organismos da mesma espécie.

Normalmente isolamento geográfico é o resultado de um acidente ou coincidência.

Isolamento geográfico: O isolamento geográfico pode ser causada por muitos fatores e pode resultar em uma variedade de resultados.

Populações Isoladas

A utilidade de populações isoladas geneticamente (isolados de populações) no mapeamento e identificação de genes não se limita apenas ao estudo de doenças raras.

Populações isoladas também fornecem um recurso útil para estudos que visam melhorar a compreensão da biologia subjacente às doenças comuns e suas características componentes.

Populações humanas bem caracterizadas fornecem excelentes amostras de estudo para muitas investigações genéticas diferentes, desde estudos de associação de todo o genoma até a caracterização de interações entre genes e o ambiente.

Nos últimos anos, compreender como a variação genética em indivíduos e em populações contribui para as vias biológicas envolvidas na determinação de características humanas e mecanismos de doença tornou-se um objetivo alcançável para a pesquisa genética.

Seguindo as conquistas em estudos moleculares de distúrbios monogênicos, estudos recentes têm usado estratégias de mapeamento fino sem hipótese de genes e locus para identificar fatores subjacentes em doenças complexas comuns com grandes impactos na saúde pública. Essas doenças, que incluem câncer, doença coronariana, esquizofrenia, autismo e esclerose múltipla, surgem de interações complexas entre fatores ambientais e variações em vários genes diferentes. Até recentemente, a detecção dos genes subjacentes a essas doenças teve sucesso apenas limitado, mas os últimos dois anos testemunharam a identificação de mais de 100 locus bem estabelecidos.

Esses sucessos envolveram principalmente a coleção de coortes de estudo muito grandes para qualquer característica individual e colaborações internacionais em uma escala sem precedentes.

A detecção de genes subjacentes a doenças complexas comuns nem sempre precisa de grandes amostras da população global. Amostras de indivíduos de populações geneticamente isoladas, ou ‘populações isoladas’, já se mostraram imensamente úteis na identificação de genes de doenças recessivas raras. Esses genes são detectáveis apenas em populações isoladas com um número limitado de fundadores, onde os alelos de doenças raras são enriquecidos, resultando em indivíduos homozigotos afetados pela doença.

Realizações impressionantes no mapeamento do locus da doença e identificação do gene usando varreduras de todo o genoma de apenas um punhado de indivíduos afetados em tais populações foram relatadas, normalmente com base em análises de ligação e varredura de homozigose

Está se tornando cada vez mais aparente que os estudos que localizam genes subjacentes a fenótipos complexos também se beneficiam do estudo de amostras de populações homogêneas com um número limitado de fundadores – ‘populações fundadoras’.

Fonte: www.geocities.com/genomebiology.biomedcentral.com/www.simbiotica.org/examples.yourdictionary.com/evolution.berkeley.edu