La mutación en un locus genético dado en ausencia de selección natural es un proceso aleatorio . La probabilidad de cambio en un locus dado es la tasa de mutación de un gen en ese locus. Esta variación genética que surge de la mutación aleatoria (y la migración) es en lo que se centrará la selección natural para producir un cambio evolutivo.
La ventaja evolutiva de un alelo dado en un locus es la aptitud reproductiva de ese alelo. La aptitud de un alelo es su ventaja reproductiva en un entorno dado. Si el alelo tiene una aptitud negativa, tiene menos ventaja y la selección natural lo reducirá en una población. Si su aptitud reproductiva o darwiniana es positiva, entonces se incrementará el alelo. Por lo tanto, la evolución darwiana está operando para alterar la adaptación de la población en este lugar.
Si no hay variación genética en un locus, es decir, el alelo se fija como presente o ausente, entonces la selección natural no puede funcionar. De hecho, sin mutación y migración para agregar una nueva variación, la selección natural se comerá la variación genética disponible. La frecuencia de genes en un locus dado en una población grande está en equilibrio entre la mutación y la selección.
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Por lo tanto, la mutación genética puede ser aleatoria, pero la variación genética NO es aleatoria si la selección natural está operando en un locus dado. Los cambios estocásticos en la frecuencia de genes en una población se denominan deriva genética aleatoria y es bien sabido que ocurren en pequeños, a menudo periféricos. y poblaciones fundadoras. La deriva aleatoria en poblaciones pequeñas puede producir una fijación aleatoria o estocástica de un alelo particular. Estos cambios algo pronunciados aumentan a medida que disminuye el tamaño de la población y aumenta la endogamia. Tales cambios estocásticos en la estructura genética de las poblaciones pequeñas se llama Efecto Sewell Wright después de uno de los padres de la teoría genética de la población. Ha sido ampliamente estudiado a nivel molecular siguiendo la teoría genética de la población temprana formulada por Wright y Motoo Kimura. Este último formuló la teoría neutral de la evolución molecular mientras estudiaba un doctorado en genética en la Universidad de Wisconsin y trabajaba bajo la dirección del profesor James F. Crow. La teoría neutral de la evolución ha sido muy importante para los estudios a nivel molecular.
Ahora es bien sabido por los estudios teóricos y experimentales que pueden ocurrir cantidades significativas de cambio evolutivo en una población pequeña, perferial y fundadora de animales y plantas. Esto es particularmente cierto en las islas oceánicas y otras.
Un caso en el que dicha fijación aleatoria de alelos o deriva aleatoria se vuelve muy importante ha sido en la producción de cepas genéticamente endogámicas en ratones. Hay varios cientos de cepas de ratones endogámicos disponibles en todo el mundo para los investigadores. Cada cepa endogámica es genéticamente única, ya que es homocigota para todo el genoma, excepto para mutaciones espontáneas aleatorias. Estas cepas son producidas por el apareamiento hermano x hermana (sib). Después de 20 generaciones de apareamiento entre hermanos, estas cepas se han sometido a una fijación genética aleatoria en cada una de ellas en aproximadamente el 95% de sus loci. El apareamiento entre hermanos generalmente continúa durante cientos de generaciones produciendo cientos de cepas donde cada miembro del cual es genéticamente idéntico. Pero cada cepa es bastante diferente. Cada cepa es genéticamente homocigota que ha resultado de la fijación aleatoria de los alelos en cada locus. Estas cepas endogámicas se encuentran entre las herramientas más importantes disponibles para los investigadores médicos, biológicos y afines. También hay muchas otras especies completamente endogámicas de ratas, Drosophila y muchas especies de plantas.