En genética de poblaciones y ecología de poblaciones , el tamaño de la población (generalmente denominado N ) es una cantidad contable que representa el número de organismos individuales en una población . El tamaño de la población está directamente asociado con la cantidad de deriva genética y es la causa subyacente de efectos como los cuellos de botella demográficos y el efecto fundador . [1] La deriva genética es la principal fuente de disminución de la diversidad genética dentro de las poblaciones, lo que impulsa la fijación y puede conducir potencialmente a eventos de especiación . [1]
De las cinco condiciones requeridas para mantener el equilibrio de Hardy-Weinberg , siempre se violará un tamaño de población infinito; esto significa que siempre se produce algún grado de deriva genética. [1] Un tamaño de población más pequeño conduce a una mayor deriva genética ; se ha planteado la hipótesis de que esto les da a estos grupos una ventaja evolutiva para la adquisición de complejidad del genoma. [2] Una hipótesis alternativa postula que, si bien la deriva genética juega un papel más importante en las poblaciones pequeñas que desarrollan complejidad, la selección es el mecanismo por el cual las poblaciones grandes desarrollan complejidad. [3]
Los cuellos de botella poblacionales ocurren cuando el tamaño de la población se reduce durante un corto período de tiempo, lo que disminuye la diversidad genética de la población.
El efecto fundador ocurre cuando pocos individuos de una población más grande establecen una nueva población y también disminuye la diversidad genética, y fue descrito originalmente por Ernst Mayr . [4] El efecto fundador es un caso único de deriva genética, ya que la población fundadora más pequeña tiene una diversidad genética disminuida que moverá los alelos dentro de la población más rápidamente hacia la fijación .
La deriva genética normalmente se modela en entornos de laboratorio mediante poblaciones bacterianas o simulación digital. En los organismos digitales, una población generada experimenta una evolución basada en parámetros variables, incluida la aptitud diferencial, la variación y la herencia establecida para organismos individuales. [3]
Rozen et al. utilice cepas bacterianas separadas en dos medios diferentes, uno con componentes de nutrientes simples y otro con nutrientes que ayudan a que las poblaciones de bacterias desarrollen una mayor heterogeneidad. [2] También se utilizó una simulación digital basada en el diseño del experimento bacteriano, con asignaciones variadas de aptitud y tamaños de población efectivos comparables a los de las bacterias utilizadas en base a designaciones de poblaciones tanto pequeñas como grandes . [2] Tanto en entornos simples como complejos, las poblaciones más pequeñas demostraron una mayor variación poblacional que las poblaciones más grandes, que no mostraron una diversidad de aptitud significativa. [2] Las poblaciones más pequeñas tenían una mayor aptitud y se adaptaron más rápidamente en el entorno complejo, mientras que las poblaciones grandes se adaptaron más rápido que las poblaciones pequeñas en el entorno simple. [2] Estos datos demuestran que las consecuencias de una mayor variación dentro de poblaciones pequeñas dependen del medio ambiente: entornos más desafiantes o complejos permiten que la variación presente dentro de poblaciones pequeñas confiera mayores ventajas. [2] El análisis demuestra que las poblaciones más pequeñas tienen niveles más significativos de aptitud física debido a la heterogeneidad dentro del grupo, independientemente de la complejidad del entorno; Las respuestas adaptativas aumentan en entornos más complejos. [2] Las adaptaciones en poblaciones asexuales tampoco están limitadas por mutaciones, ya que la variación genética dentro de estas poblaciones puede impulsar la adaptación. [5] Aunque las poblaciones pequeñas tienden a enfrentar más desafíos debido al acceso limitado a mutaciones beneficiosas generalizadas, la adaptación dentro de estas poblaciones es menos predecible y permite que las poblaciones sean más plásticas en sus respuestas ambientales. [2] Se sabe que el aumento de la aptitud física a lo largo del tiempo en poblaciones asexuales pequeñas está fuertemente correlacionado positivamente con el tamaño de la población y la tasa de mutación, y la probabilidad de fijación de una mutación beneficiosa está inversamente relacionada con el tamaño de la población y la tasa de mutación. [6]
LaBar y Adami utilizan organismos haploides digitales para evaluar diferentes estrategias para acumular complejidad genómica. Este estudio demostró que tanto la deriva como la selección son efectivas en poblaciones pequeñas y grandes, respectivamente, pero que este éxito depende de varios factores. [3] Los datos de la observación de mutaciones de inserción en este sistema digital demuestran que las poblaciones pequeñas evolucionan con tamaños de genoma más grandes a partir de la fijación de mutaciones nocivas y las poblaciones grandes evolucionan con tamaños de genoma más grandes a partir de la fijación de mutaciones beneficiosas. [3] Se observó que las poblaciones pequeñas tenían una ventaja a la hora de alcanzar una complejidad genómica completa debido a la complejidad fenotípica impulsada por la deriva. [3] Cuando se simularon mutaciones por deleción, solo las poblaciones más grandes tuvieron alguna ventaja significativa en términos de aptitud física. [3] Estas simulaciones demuestran que poblaciones más pequeñas corrigen mutaciones nocivas mediante una mayor deriva genética. [3] Esta ventaja probablemente esté limitada por las altas tasas de extinción. [3] Las poblaciones más grandes desarrollan complejidad a través de mutaciones que aumentan la expresión de genes particulares; la eliminación de alelos nocivos no limita el desarrollo de genomas más complejos en los grupos más grandes y no se requirió una gran cantidad de mutaciones de inserción que dieron como resultado elementos beneficiosos o no funcionales dentro del genoma. [3] Cuando las mutaciones por deleción ocurren con mayor frecuencia, las poblaciones más grandes tienen una ventaja que sugiere que las poblaciones más grandes generalmente tienen una ventaja evolutiva para el desarrollo de nuevos rasgos. [3]
La tasa de mutación crítica, o umbral de error , limita el número de mutaciones que pueden existir dentro de una molécula autorreplicante antes de que la información genética se destruya en generaciones posteriores. [7]
Contrariamente a los hallazgos de estudios anteriores, [8] se ha observado que la tasa de mutación crítica depende del tamaño de la población tanto en poblaciones haploides como diploides. [9] Cuando las poblaciones tienen menos de 100 individuos, la tasa de mutación crítica puede excederse, pero conducirá a la pérdida de material genético, lo que resultará en una mayor disminución de la población y probabilidad de extinción. [9] Este 'límite de velocidad' es común en poblaciones asexuales pequeñas y adaptadas y es independiente de la tasa de mutación. [10]
El tamaño efectivo de la población ( N e ) se define como "el número de individuos reproductores en una población idealizada que mostraría la misma cantidad de dispersión de frecuencias alélicas bajo deriva genética aleatoria o la misma cantidad de endogamia que la población bajo consideración". N e suele ser menor que N (el tamaño absoluto de la población) y esto tiene importantes aplicaciones en la genética de la conservación . [11]
La sobrepoblación puede indicar cualquier caso en el que la población de cualquier especie animal pueda exceder la capacidad de carga de su nicho ecológico . [12]