Deriva genética: ¿qué es y cómo afecta a la evolución biológica?

La evolución biológica, concebida como el conjunto de cambios en las características hereditarias en los seres vivos a lo largo de las generaciones, es el motor de la propia vida y la adaptación a nuevos ambientes.

La variación dentro de una población de seres vivos se da por una serie de mutaciones en el ADN que suceden al azar, es decir, que no responde a un mecanismo consciente. Aún así, los procesos de selección de estas mutaciones pueden ser al azar, o al contrario, tener una explicación completamente fundamentada.

Así pues, la evolución es una fuerza que se mantiene por las mutaciones aleatorias, la recombinación genética durante la reproducción sexual y el flujo génico (entrada de nuevos integrantes a una población), entre otros muchos factores. Uno de estos factores de esencial importancia que suele escapar al entendimiento general es el término que aquí nos atañe: la deriva genética. Aquí te lo explicamos todo acerca de este fascinante proceso.

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¿Qué es la deriva genética?

En primer lugar, podemos definir este complejo término como “una fuerza evolutiva que actúa junto con la selección natural cambiando las frecuencias alélicas de las especies en el tiempo”. Como prefacio, cabe destacar que se trata de un proceso estocástico, esto quiere decir, que sucede debido al azar o a efectos esporádicos no correlacionados.

Además de esta característica inicial, otro de los términos que definen a la deriva genética es la pérdida, pues esta fuerza de selección promueve la variación de alelos en la población, fijando algunos y fomentando la desaparición de otros. Lo veremos con más detalle en las siguientes líneas.

Sobre los alelos y la población

Simplificando términos genéticos, podemos afirmar que un alelo es cada una de las variaciones que puede presentar un mismo gen. Un ejemplo clásico de esto son las semillas de guisante utilizadas por Mendel para explicar la segregación genética a lo largo de las generaciones. Un alelo dominante “A” puede codificar un color de la semilla verde, mientras que un alelo “a” recesivo codifica para un color amarillo.

Al ser la mayoría de los animales seres diploides (que presentan en su núcleo dos juegos de cromosomas homólogos), cada uno de los dos alelos codificantes de un carácter vendrán del padre y de la madre respectivamente, razón por la cual las variaciones posibles en este caso serían las siguientes: AA, Aa y aa. Así pues, si entendemos que un individuo hereda dos alelos para cada gen, su fenotipo (características externas) vendrán directamente codificadas por su genotipo (combinaciones alélicas en su genoma), el cual se hereda como una combinación de los de sus padres.

En segundo lugar, es necesario explorar un poco el término de “población” en el ámbito de la biología, pues la deriva genética actúa sobre las poblaciones y no sobre la especie en sí. Una especie es un concepto “cerrado”, pues no puede intercambiar genes con otras entidades distintas. Por otro lado, una población se concibe como un compartimento “abierto”, pues pueden entrar distintos integrantes de otras poblaciones pero de la misma especie y reproducirse entre ellos, un evento que será de vital importancia en líneas posteriores. Una vez hemos cimentado ambos términos de forma general, ya estamos preparados para entender el fundamento de la deriva genética.

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Fundamento teórico de la deriva

Es hora de agarrarse al asiento, pues vienen curvas y términos un poco complejos de explicar. La deriva genética está determinada por la varianza de la frecuencia alélica, es decir, la variabilidad de caracteres respecto a la media. Así pues, podemos calcular esta fuerza evolutiva con el uso de la siguiente fórmula:

• sp2 corresponde a la varianza de las frecuencias alélicas de las poblaciones, es decir, la deriva genética en sí misma.
• p y q son las frecuencias alélicas de dos poblaciones para un carácter.
• N es el número de individuos dentro de cada una de las dos poblaciones.

Desde luego, cada uno de estos parámetros se obtiene mediante fórmulas complejas, por lo que no vamos a centrarnos más en el fundamento matemático de esta fuerza evolutiva. Si una idea ha de quedar clara tras la lectura de estas líneas, es la siguiente: cuanto menor sea el tamaño poblacional, más poder tendrá la deriva genética sobre sus integrantes.

El tamaño efectivo poblacional

Hemos introducido en el párrafo anterior un término clave: el tamaño poblacional. Lo cierto es que, a la hora de tener en cuenta la magnitud de la deriva genética, a los científicos no nos vale únicamente con contar los individuos de una población. En estos casos hay que cuantificar, de forma fehaciente, el número de animales que se reproducen dentro de ella.

Un ejemplo muy claro de la diferencia entre población total y el tamaño efectivo poblacional son los estudios demográficos de anfibios. Una población de sapo común, por ejemplo, puede estar compuesta por 120 integrantes. Si recurrimos a análisis genéticos, podremos observar que, seguramente, solo unos 40 adultos totales lleguen a reproducirse anualmente dejando descendencia como máximo. Así pues, el tamaño efectivo poblacional (Ne) que sufriría los efectos de la deriva serían 40, no 120.

Los efectos de la deriva genética

La deriva genética tiene varios efectos sobre las poblaciones de los seres vivos, pero podemos dividirlos en dos grandes bloques:

• Produce un cambio en las frecuencias alélicas dentro de la población. Esto puede significar que estas aumenten o disminuyan, pues es cuestión de puro azar.
• Reduce la variación genética de las poblaciones a largo plazo.

Este último punto es de esencial importancia, pues la deriva genética disminuye la variabilidad, lo que en última instancia, se traduce en una mayor vulnerabilidad de la población ante cambios ambientales. Pongamos un ejemplo práctico.

Si tenemos en una población ficticia de 10 pájaros, 8 de color rojo y 2 de color amarillo, es natural pensar que, por puro azar, sea más probable que en la siguiente generación aparezcan más representados los integrantes rojos (pues si de esos 10 solo se reproducen 3, existe la posibilidad de que los 3 sean de color rojo). En la primera generación, la frecuencia alélica del caracter rojo “p” sería 0.8, mientras que el caracter amarillo “q” presentaría una frecuencia de 0.2.

Si solo se reproducen en un evento 3 machos y hembras de color rojo, teóricamente el alelo q podría desaparecer en la siguiente generación, por lo que p=1 y q=0, siendo todos los descendientes rojos (el caracter p se habría fijado). Este es el efecto real de la deriva genética, que por azar, produce una fijación de los caracteres más distribuidos en la población y termina desechando los más únicos.

La salvación de las poblaciones

Por suerte, tenemos una fuerza que evita en gran medida esta selección aleatoria: la selección natural. En este caso, estamos ante un motor evolutivo que no corresponde en absoluto a procesos aleatorios y estocásticos, pues las características de cada individuo pueden determinar su supervivencia, reproducción y representación consiguiente en futuras generaciones.

Es necesario reseñar, además, que el ejemplo citado con anterioridad cojea bastante por el reduccionismo autoimpuesto, pues claramente muchos caracteres morfológicos se ven codificados por más de un gen (como el color de los ojos, por ejemplo). Además, en una población de 1000 individuos y no de 10, está claro que la desaparición de un alelo es mucho más compleja que su “borrado” en una sola generación.

Por otro lado, el flujo génico es otro concepto clave que evita los efectos de la deriva genética. Un alelo podría fijarse en una población a lo largo del tiempo, pero si aparecen nuevos integrantes con alelos diferentes y se reproducen con los individuos de la población inicial, se introduce una variabilidad genética renovada en las siguientes generaciones.

Por último, es necesario acotar que las mutaciones se dan de forma aleatoria en los seres vivos. Así pues, pueden surgir variaciones en el ADN que codifican para nuevos alelos, razón por la cual (al menos de forma teórica) en una población cerrada pueden seguir apareciendo caracteres nuevos de forma esporádica.

Resumen

Como hemos podido ver, la deriva genética es el principal motor evolutivo de los seres vivos junto con la selección natural, pero se diferencia de esta última debido a su naturaleza azarosa y aleatoria. Desde un punto de vista meramente teórico, si no existieran eventos como flujo génico, la aparición de mutaciones o la propia selección natural, todas las poblaciones terminarían teniendo un solo alelo de cada gen, aunque se tardara muchas generaciones.

Esto, naturalmente, se traduce en una menor variabilidad genética, lo que supone una peor respuesta a nivel poblacional e individual ante cambios e inclemencias ambientales. Así pues, la deriva genética se ve contrarrestada por la propia vida, pues desde luego, presenta un carácter deletéreo claro.

Referencias bibliográficas:

• Deriva genética, khanacademy.org. Recogido a 23 de octubre en https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/population-genetics/a/genetic-drift-founder-bottleneck#:~:text=La%20deriva%20g%C3%A9nica%20sucede%20en,0%25%20%2C%20de%20otros%20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A., & Souza, V. (2010). Flujo génico, diferenciación y estructura genética de las poblaciones, con ejemplos en especies de plantas mexicanas. Laboratorio de Evolución Molecular y Experimental, Departamento de Ecología Evolutiva, Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México, 1-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Biologia evolutiva (Vol. 2). 2. ed. Ribeirão Preto: SBG.