Teoria Neutra (Parte 1)

oi oi eu sou o diogo medo universidade de são paulo nesse vídeo a gente vai tratar de modelos de genética de populações que envolve ação simultânea à deriva genética e da ocorrência de mutações isso é muito importante porque no tratamento que a gente fez até aqui no processo de deriva genética a gente ficava com a impressão de que o destino de toda a população era eventualmente após um tempo fica completamente desprovida de variações genéticas mas a gente sabe que no mundo real as populações possui variabilidade genética razão que elas possuem variabilidade genética é que mutações

estão constantemente ocorrendo o que são mutações mutações são alterações no material genético elas podem ser classificadas de diversas formas ao nível molecular pela votação de base única se é uma mutação grande se é uma alteração estrutural no genoma o que a gente vai fazer aqui é uma classificação de mutações e os seus efeitos sobre o fenótipo do organismo e mais especificamente sobre o fenótipo nos interessa muito o estudo da evolução que é um impacto da mutação sobre as chances de sobrevivência e reprodução do seu portador então eu vou começar aqui fazendo a seguinte classificação de

mutações com a gente eu vou dizer que uma mutação ela pode ser deletéria é uma mutação deletéria é aquela que reduza as chances de sobrevivência e reprodução do seu portador de uma mutação ela pode ser vantajosa a votação vantajosa aquela que aumenta a chance de sobrevivência e reprodução seu portador finalmente tem uma classe de mutações que são as mutações neutras essa mutações que são pelo próprio nome de mutação alterações genéticas mas essa alteração genética por mais que ela altere uma característica bioquímica do organismo ou até um fenótipo visível ao nível fenotípico macroscópico como a coloração

elas são chamados de neutras a partir do momento em que elas não interferem nas chances de sobrevivência e reprodução uma mutação neutra é aquela que resulta numa mudança genética mas essa mudança genética gerou uma variante alérgica que é equivalente a todas as outras em termos do seu efeito sobre a sobrevivência e tem que fazer na aula de hoje é uma exploração principalmente do efeito dessa classe de mutações neutras razão que eu vou fazer isso é que na história da genética de populações foi muito sofisticadamente desenvolvido uma teoria de evolução chamada teoria neutra evolução molecular e

a teoria neutra foi desenvolvido desde a década de 70 do século passado por um pesquisador japonês que se radicou nos estados unidos chamado moto fura o já falecido na década de 90 do século passado o que último lá propôs é que apesar desses três tipos de mutações estarem constantemente ocorrendo são as mutações neutras que realmente nos interessam quando a gente quer modelar a variabilidade genética que existe uma população e as diferenças que existem entre as peças a razão que ele podia afirmar isso é a seguinte ele afirmava que as mutações aleatórias o relativamente comum oi

gente fácil uma mutação tornar um gene menos funcional do que ele era antes mas apesar dela ser em comum é justamente por serem deletérias elas são removidas pela seleção natural então não só vão para contar história nem para contribuir para a variabilidade dentro da espécie nem para contribuir para diferenças entre espécies existem também as mutações vantajosa se essa daqui o que mora fazer um pressuposto que é bastante controverso e a gente vai discutir em outros vídeos que elas eram raras existem mutações que melhoram a capacidade do organismo sobreviver e se reproduzir mas elas são tão

poucas que no agregado elas teriam um pouco importância quantitativa e finalmente existiriam as mutações neutras dna céu theron elas ocorrem com frequência porque muitas mudanças genéticas não tem efeito que eu notifico sobre a sobrevivência e reprodução e essas mutações por serem neutras seriam governada pelo processo de deriva genética e a teoria neutro é uma teoria sobre os efeitos da deriva genética atuando sobre mutações neutras que ocorrem uma população e o que a gente vai ver no restante do vídeo de hoje é que a teoria neutra ao modelar o influxo de mutações nêutrons numa população e

ação da deriva genética sobre elas permite fazer previsões quantitativas sobre dois aspectos da variabilidade genética em populações e expressas em primeiro lugar a gente consegue fazer uma previsão de quanto a variabilidade genética a gente espera encontrar uma população evoluindo pelo influxo de mutações neutras que sofrem deriva genética a gente consegue fazer uma previsão para a taxa de heterozigose que é esperada sobre esse regime de neutralidade a gente consegue também fazer uma segunda previsão a gente consegue fazer uma previsão roberto taxa de evolução molecular é a taxa de evolução molecular e respeito ao acúmulo de diferenças

entre espécies a teoria neutra ela também então é capaz de analiticamente geral equações que fazem uma previsão sobre o com diferente duas espécies devem ser uma das outras ea velocidade com que elas acumulam diferença no restante desse vídeo eu vou explorar quantitativamente como que muda dele vô equações para descrever quanto a variabilidade a gente espera encontrar uma população e qual a velocidade com que diferentes espécies acumulam diferenças ao longo do tempo vamos começar nosso trabalho aqui trabalhando com a modelagem das taxas de evolução molecular que que é uma taxa de evolução molecular uma medida da

velocidade com a qual a mudança da genética ocorre ao longo do tempo eu vou passar isso para vocês através de um exemplo bastante direto e bastante simples imagina que eu tô fazendo uma comparação entre duas espécies o nome camundongo e eu tô pegando aqui um gênio hipotético curtir a 160 base e quando compara essas duas espécies eu encontro 16 diferenças genéticas entre esse trecho e o que eu quero fazer é o prima medida dele a velocidade com que ocorreram diferenças que surgiram diferenças entre essas duas espécies ao longo do tempo então eu vou usar a

letra k que a letra que é comumente utilizada para descrever essa taxa de evolução molecular e vou lembrar para vocês que quando a gente está falando em taxas a gente tá pensando numa medida em relação ao tempo então a gente está interessado uma cúmulo as diferenças genéticas entre essas duas peças ao longo do tempo então uma maneira simples que a gente poderia descrever isso é você olhar surgiram 16 de diferenças no intervalo de tempo vocês pro comum de humanos e camundongos existiu 80 milhões de anos atrás então a gente poderia escrever dessa forma para ter

uma estimativa para a taxa com que ocorre acúmulo de diferenças entre essas espécies só que tem um pequeno probleminha aqui apesar de 80 milhões de anos eu tempo até o hospital comum essas duas espécies na verdade um tempo disponível para que elas possam acumular diferenças entre sim é o dobro disso porque porque o que torna essas sequências nesse gene e humanos e chimpanzés diferentes envolve todas as mutações que surgiram e o da viva se fixaram na linhagem de humanos e aquelas que surgiram e se fixaram na linhagem de camundongos e eu vou fazer um paralelo

para vocês que talvez ajude a ilustrar imagina que eu tenho aqui um ponto de partida que tem dois carros que saem em direções opostas e eles vão caminhando na mesma velocidade cada um deles e eu dou para vocês a informação que uma hora depois do início deves começar nessa trajetória eles estão a 140 km de distância um do outro eles partiram aqui exatamente dessa posição você pode fazer uma afirmação sobre a velocidade que carga carro estava percorrendo esse trajeto olha se uma hora depois do trajeto eles indo em direções opostas que eles estão 140 km

de distância do outro quer dizer que cada carro estava andando a 70 km por hora um foi numa direção outro foi outro e o total para distância entre eles passou a 60 e 40 km analogia desse cenário com celular filogenético e também podem ser vistas como estando em direções opostas seu costume o pressuposto de que as mutações que ocorrerem na linhagem de humanos vão ser diferente das mutações que ocorrem na linhagem de camundongo cada mutação que ocorre numa dessas viagens contribui para uma diferença adicional e se explica esse termo de dois aqui no denominador da

minha estimativa da taxa de evolução molecular então se eu fizer isso eu vou chegar numa taxa de evolução molecular que tem valor de um vezes 10 a menos 7 o que que é ser um vez dessa mensagem se é uma medida da quantidade de mudanças que estão surgindo nesse gene por ano e isso conta toda história só um pouco problemático só porque eu imagino que vão surgir mais diferenças e alguns genes do que o outro simplesmente por causa do tamanho deles um gênio maior tem mais oportunidade de sofrer mutações que se fixar em vão resultar

em diferenças então eu posso também definir uma taxa de evolução molecular para cada uma das posições do genoma o que vou chamar de cada posição o abandonar o uso desse posição aqui embaixo que em geral quando me referi a taxa de evolução molecular eu vou deixar claro se eu tô falando da taxa por gene inteiro ou de apenas uma posição e eu vou pegar a taxa de evolução molecular do gene terão e vou dividir pelo tamanho dele vou colocar então aqui sem eu coloquei a 160 aqui sem querer era sem bases a extensão que eu

queria que fosse o tamanho do gene isso resulta agora numa taxa e um vezes 10 a menos nove qual que é a diferença dessa taxa de molecular molecular e essa daqui essa daqui escreve a velocidade com que cada uma das bases mudam ao longo do tempo isso daqui é para vocês então um ingrediente que a gente vai usar na nossa modelagem é nossa medida da taxa de evolução molecular aqui estimada para dados reais tendo visto como a gente pode medir a taxa de evolução molecular entalpicas ou e para modelagem e tentar ver se a gente

consegue prever qual que deve ser a taxa de evolução molecular de acordo com a teoria neutro e para fazer isso a gente tem que pensar em quais são os processos genéticos que tomam duas espécies diferentes o que contribui para essa taxa de evolução molecular vou fazer aqui um esqueminha bem simples para gente pensar nesse conceito imagina que eu tenho aqui esses risquinho que representam sequências de dna em humanos aqui sequências de dna que estão em camundongos e a gente tá olhando imediatamente no momento em que divergiu cada uma dessas linhagens de uma questão comum as

sequências não têm diferenças entre essas espécies vamos imaginar que surge uma primeira mutação aqui no camundongo bom se essa mutação por deletéria que é o destino que é o caso da maior parte delas eu vou apagar ela aqui mediatamente é porque é uma mutação deletéria ela é rapidamente removido por seleção natural ela não sobra para conta a história passa um tempinho surgiu outra mutação opa uma mutação deletéria também humanos essa mutação não sobra para contar a história da seleção natural já removi ela eu deixo de ter aquela variação persistindo na população eventualmente algum momento surge

uma mutação aqui que é neutra essa mutação pode ser perdida pelo processo de deriva genética mas existe uma chance dela poderia janete aumentar de frequência e esse aumento de frequência pode resultar na fixação dela dentro das espécies é para que aí vai ter surgido uma diferença entre essas duas espécies o mesmo pode acontecer mais adiante de surgir também uma mutação neutra eu e o mano e essa mutação por deriva genética pode aumentar de frequência e eu botei agora duas diferenças genéticas entre essas espécies o que eu ilustrei aqui para vocês ajuda vocês entenderem que pela

perspectiva da genética de populações a gente às vezes se refere a essa taxa de evolução molecular também como sendo a taxa de substituição o que que essa palavra que quer dizer a ideia de substituição ela se refere a ideia de que o tony espécies diferentes é o surgimento de uma novidade uma mutação e essa mutação por deriva genética aumenta de frequência e substitui aquela que existia antes produzindo uma diferença entre as duas espécies então a ocorrência de substituições seria um motorzinho que geraria as diferenças genéticas entre as duas linhares e o legal é que através

da maquinaria que a gente tem de genética de populações com 6 que a gente já viu a gente consegue prever qual deve ser a taxa de substituição entre duas espécies simplesmente pensando nas premissas que a gente vem utilizando sobre a ocorrência de mutações e sobre o processo de deriva genética um pessoal no seguinte o que que é necessário para que surja essa diferença entre o dono espera um primeiro a fugir a votação é mas não basta a surgir muitas mutações que surgem mesmo as neutras elas são perdidas poder ir para genética ou que a chance

de uma mutação que surgiu e é neutra vir a se fixar poder ir na genética é isso que não te interessa a gente tá interessado na combinação da probabilidade de uma mutação surgem e se fixar pelo processo de deriva genética quando tiver ocorrido a sua dobradinha aqui de fatores o surgimento mutação e sua subsequente fixação vai ter ocorrido uma substituição que contribui para diferenças entre as espécies e o legal é que eu sei prevê quantitativamente o valor de cada um desses elementos que vão me dar a minha taxa de substituição e o que é taxa

com que surgem mutações neutras dentro de uma espécie ao longo do tempo bom eu tenho n indivíduos eu peço uma espécie diplóide resultando em duas n cópias genéticas uma imaginar que a taxa de mutação se refere a probabilidade de cada cópia gênica ser alteradas geneticamente de uma geração para outra a taxa de mutação é essa medida da probabilidade de mudança entre gerações então a probabilidade a cada geração e surgiu uma mutação é um número de cópias genéticas que estão disponíveis vezes a taxa de mutação da taxa de mutação se refere a chance de cada uma

delas é alterada isso daqui é um fluxo de mutações neutras que ocorrem em cada uma dessas populações agora a maior parte dessas mutações vai ser perdida por deriva genética e um subconjunto pequeno dela a deriva se fixar eu sei escrever qual que é a fração dessas mutações que ocorrem a cada geração que vai ser fixar porque a gente sabe que tudo é deriva genética a probabilidade de uma mutação se fixar depende da frequência com que ela ocorre na população uma mutação recém surgido a outra presente em uma cópia no universo de duas a n cópias

genéticas no total então a probabilidade combinada desses dois fatores de surgimento de mutação de fixação é 2n mim x 1 sobre 2 n como s2n cancelar coaching 2n sobra apenas me e lembrando que isso tudo que eu tô te escrevendo é o que eu chamou de cá que essa minha taxa de evolução molecular ou a taxa de substituição isso significa que eu chego um resultado incrivelmente simples afinal desse meu exposto todo eu consigo prever que a velocidade com que as espécies se diferenciam é através do processo de substituição depende apenas da taxa de mutação que

ocorre a razão que isso é surpreendente que as pessoas achavam que o tamanho da populações ele é influenciar a velocidade com que elas se diferenciam mas na realidade isso não ocorre espécies pequenas a cada geração tem menos mutações ocorrendo que tem menos indivíduos disponíveis mascavam mutações que ocorrem na população pequena tem mais chance de se fixar já numa população gigantesca tem mais mutações ocorrendo a cada geração mas cada uma delas é uma agulha no palheiro a população é muito grande a chance de cada uma delas individualmente se fixar muito pequena daí esse cancelamento entre 2nd

ocorrência de mutações e da chance de se fixar é isso aqui significa que eu espero uma certa regularidade uma certa constância no acúmulo de mutações diferentes linhagens ao longo do tempo isso da tim resulta uma previsão muito importante da teoria neutra a teoria del que aprender que a relação entre o tempo de divergência entre duas espécies ea quantidade de diferenças que eu vou enxergar entre elas vai ter uma relação bastante linear representado a que por esses dois pontinhos em torno das a minha a ideia geral é que a medida que o tempo vai aumentando a

quantidade de diferenças entre acreditar espécies também vai aumentando por quê porque o acúmulo de diferenças entre as espécies depende só da taxa de mutação ea razoável imaginar que a taxa de mutação que é determinada por fatores moleculares como o reparo do dna é muito conservado em diferentes grupos taxonômicos existiria então de acordo com a teriam neutro o que a gente derivou uma proporcionalidade entre o tempo que as espécies se separaram e a quantidade de diferenças genéticas entre elas isso que eu acabei de falar para vocês é o conceito do relógio molecular o relógio molecular e

lembrei hoje como uma previsão da teoria neutra então uma forma de você ver se a teoria neutra é aplicável e é uma boa explicação para os fenômenos naturais é você coletar dados e ver se o relógio molecular é de fato observado esse assunto ou qual gente vai voltar em vídeos posteriores e aí