Equilibrio de Hardy-Weinberg: definición y bases de la genética poblacional
Descubre el equilibrio de Hardy-Weinberg: definición, causas de desviación (mutación, selección, deriva, migración) y su papel esencial en la genética de poblaciones.
La ley Hardy-Weinberg fue desarrollada de forma independiente por un matemático inglés, G.H. Hardy, y un médico alemán, Wilhelm Weinberg. Este concepto también se conoce como equilibrio de Hardy-Weinberg, teorema de Hardy-Weinberg o principio de Hardy-Weinberg. A veces el nombre de Weinberg se coloca en primer lugar.
La ley es uno de los fundamentos de la genética de poblaciones y se utiliza como referencia teórica para estudiar cómo cambian (o no cambian) las frecuencias génicas entre generaciones. En términos sencillos, afirma que las proporciones de los alelos y de los genotipos en una población permanecerán constantes de una generación a la siguiente si no actúan fuerzas evolutivas externas. Esto se aplica a todos los loci de todos los cromosomas de la población, siempre que se cumplan las condiciones ideales descritas más abajo.
Supuestos del equilibrio
Para que una población se encuentre en equilibrio de Hardy-Weinberg deben cumplirse, de forma aproximada, las siguientes condiciones:
- No ocurren mutaciones que alteren las frecuencias alélicas.
- No existe selección natural diferencial entre genotipos (es decir, todos los genotipos tienen la misma aptitud reproductiva).
- La población es de tamaño muy grande (idealmente infinito), de modo que los efectos aleatorios como la deriva genética y la endogamia son despreciables.
- El apareamiento entre individuos es aleatorio (apareamiento aleatorio), sin preferencia por genotipos o parentesco.
- No hay flujo génico, es decir, no hay migración significativa hacia o desde la población estudiada.
Consecuencia y formulación matemática
Si en una población diploide hay dos alelos en un locus —denotados p y q para sus frecuencias alélicas— entonces, bajo equilibrio de Hardy-Weinberg, las frecuencias genotípicas esperadas en la descendencia (en la fase de gametos aleatorizados) son:
- Frecuencia de homocigoto para el alelo A: p²
- Frecuencia de heterocigoto: 2pq
- Frecuencia de homocigoto para el alelo a: q²
Estas cantidades se derivan del producto de las frecuencias alélicas en gametos al azar. Además, p + q = 1.
Ejemplo práctico: si p = 0,7 y q = 0,3, las frecuencias génicas esperadas son p² = 0,49, 2pq = 0,42 y q² = 0,09. Es decir, el 49 % de la población sería AA, el 42 % Aa y el 9 % aa bajo las condiciones del equilibrio.
En genética médica se usa frecuentemente para estimar la frecuencia de portadores. Por ejemplo, si una enfermedad recesiva tiene una prevalencia q² = 1/10.000 = 0,0001, entonces q = 0,01 y la frecuencia de portadores (2pq) ≈ 2·0,99·0,01 ≈ 0,0198 ≈ 1,98 %.
Interpretación y pruebas estadísticas
De lo anterior se deduce que cualquier cambio sistemático en la frecuencia de los alelos en una población debe deberse al efecto de una o varias de las causas señaladas en los supuestos. Las proporciones esperadas son probabilísticas y, por tanto, en muestras finitas puede observarse desviación debida al muestreo. Para evaluar si una población real se ajusta al equilibrio se emplean pruebas estadísticas, como la prueba de chi-cuadrado, que comparan las frecuencias observadas con las esperadas; también se calculan errores estándar y intervalos de confianza para las estimaciones de frecuencias.
Aplicaciones y limitaciones
El modelo de Hardy-Weinberg sirve como un modelo nulo en genética de poblaciones: si las frecuencias alélicas cambian entre generaciones, se puede inferir la acción de fuerzas evolutivas (mutación, selección, deriva, migración, apareamiento no aleatorio). Entre sus aplicaciones prácticas están:
- Estimación de frecuencias de portadores en enfermedades hereditarias.
- Detección de selección natural o flujo génico en poblaciones naturales.
- Control de calidad en estudios genéticos y verificación de errores genotípicos.
- Herramienta de base en estudios forenses y de conservación genética.
No obstante, el equilibrio tiene limitaciones: la mayoría de las poblaciones naturales no cumple exactamente los supuestos ideales (poblaciones pequeñas, selección, migración, apareamiento no aleatorio, ligamiento entre loci, genes ligados al sexo, estructura demográfica, etc.). Por ejemplo, el apareamiento no aleatorio o la subdivisión poblacional producen desviaciones que pueden confundirse con selección si no se controlan las estructuras poblacionales.
Aun cuando todos los cambios deben atribuirse a perturbaciones, no todas las perturbaciones conducen necesariamente a una pérdida de variación. Un caso clásico es la selección equilibradora, como la ventaja del heterocigoto (a veces denominada heterosis): "Heterosis: el heterocigoto en un locus es más apto que cualquiera de los homocigotos". En estos casos la selección puede mantener ambos alelos en la población a una frecuencia estable (polimorfismo mantenido), aunque el proceso por el cual se alcanza esa estabilidad implica fuerzas selectivas y no el cumplimiento estricto de todos los supuestos de Hardy-Weinberg.
En resumen, el equilibrio de Hardy-Weinberg proporciona un marco simple y poderoso para entender la herencia y la dinámica de alelos en poblaciones. Sirve como punto de partida para detectar y cuantificar procesos evolutivos reales y para hacer estimaciones útiles en genética humana y de poblaciones, siempre teniendo en cuenta las limitaciones del modelo y la necesidad de pruebas estadísticas para interpretar los datos.
Generalización
La ley permite predecir las frecuencias de los genotipos a partir del conocimiento de las frecuencias de los genes.
Si los alelos A y a están en las proporciones p y q, los tres tipos cigóticos AA, Aa y aa están en las proporciones p 2: 2pq: q 2.
Así, las ecuaciones pueden escribirse en términos de frecuencias alélicas, y las hipótesis sobre cómo se heredan los fenotipos pueden comprobarse a partir de los datos de la población.
Preguntas y respuestas
P: ¿Quién desarrolló la ley de Hardy-Weinberg?
R: La ley de Hardy-Weinberg fue desarrollada de forma independiente por un matemático inglés, G.H. Hardy, y un médico alemán, Wilhelm Weinberg.
P: ¿Cuál es otro nombre para la ley de Hardy-Weinberg?
R: El concepto también se conoce como equilibrio Hardy-Weinberg, teorema Hardy-Weinberg o principio Hardy-Weinberg.
P: ¿Qué establece la ley?
R: La ley establece que las proporciones de alelos de todos los genes de cualquier población permanecerán iguales a menos que se vean perturbadas (alteradas). Esto se aplica a todos los loci de todos los cromosomas de la población.
P: ¿Cuáles son algunas de las posibles perturbaciones que pueden afectar a las frecuencias alélicas?
R: Las posibles perturbaciones son la mutación de genes, la selección natural, el pequeño tamaño de la población donde pueden producirse efectos aleatorios como la deriva genética y la endogamia, el apareamiento asortativo en lugar del apareamiento aleatorio y la migración dentro o fuera de la población estudiada.
P: ¿Cómo se producen los cambios en la frecuencia alélica?
R: Cualquier cambio sistemático en la frecuencia de los alelos de una población debe deberse al efecto de una o varias de estas causas.
P: ¿La selección equilibrante es un ejemplo de perturbación que provoca cambios en las frecuencias alélicas?
R: No, la selección equilibrante, como la ventaja de los heterocigotos, puede conducir a una población en equilibrio con proporciones de Hardy-Weinberg sin provocar ningún cambio en las frecuencias alélicas.
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