Calculadora con inteligencia artificial (IA) para “Calculadora de diversidad genética (índices de Shannon, Nei, etc.)”
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- Calcular índice de Shannon para una población con frecuencias alélicas dadas: A=0.4, B=0.6.
- Determinar diversidad genética usando índice de Nei con frecuencias alélicas: A=0.3, B=0.5, C=0.2.
- Evaluar heterocigosidad esperada y observada en una muestra genética con frecuencias: AA=0.25, AB=0.5, BB=0.25.
- Comparar índices de diversidad genética entre dos poblaciones usando datos alélicos y genotípicos.
Tablas de valores comunes en índices de diversidad genética
Para facilitar el análisis y la interpretación de los índices de diversidad genética, a continuación se presentan tablas con valores típicos y rangos comunes para los índices más utilizados, como Shannon, Nei, Simpson y heterocigosidad. Estos valores se basan en estudios genéticos poblacionales y sirven como referencia para evaluar la diversidad en diferentes contextos biológicos.
| Índice | Rango típico | Interpretación | Ejemplo de valor | Contexto biológico |
|---|---|---|---|---|
| Índice de Shannon (H’) | 0 – 3.5 | Mayor valor indica mayor diversidad y equidad | 2.1 | Poblaciones de plantas con alta variabilidad genética |
| Índice de Nei (H) | 0 – 1 | Proporción de heterocigosidad esperada | 0.65 | Poblaciones animales con diversidad moderada |
| Índice de Simpson (D) | 0 – 1 | Probabilidad de que dos individuos sean iguales (diversidad inversa) | 0.15 | Comunidades microbianas con baja diversidad |
| Heterocigosidad observada (Ho) | 0 – 1 | Proporción de heterocigotos observados en la población | 0.48 | Poblaciones humanas en estudios genéticos |
| Heterocigosidad esperada (He) | 0 – 1 | Proporción esperada de heterocigotos bajo equilibrio de Hardy-Weinberg | 0.52 | Evaluación de diversidad genética en conservación |
| Riqueza alélica (A) | 1 – 20+ | Número total de alelos detectados en la población | 8 | Estudios de diversidad en especies vegetales |
Fórmulas esenciales para la calculadora de diversidad genética
Los índices de diversidad genética cuantifican la variabilidad genética dentro de una población. A continuación se presentan las fórmulas más relevantes, explicando cada variable y su interpretación biológica.
Índice de Shannon (H’)
El índice de Shannon mide la diversidad considerando tanto la riqueza como la equidad de alelos o genotipos.
- pi: frecuencia relativa del alelo o genotipo i en la población.
- La suma se realiza sobre todos los alelos/genotipos presentes.
- Valores cercanos a 0 indican baja diversidad; valores altos indican alta diversidad y equidad.
Índice de diversidad genética de Nei (H)
Este índice representa la heterocigosidad esperada, es decir, la probabilidad de que dos alelos tomados al azar sean diferentes.
- pi: frecuencia del alelo i.
- La suma se realiza sobre todos los alelos.
- Valores cercanos a 1 indican alta diversidad genética.
Índice de Simpson (D)
Este índice mide la probabilidad de que dos individuos seleccionados al azar pertenezcan al mismo alelo o genotipo.
- Valores cercanos a 0 indican alta diversidad (baja probabilidad de coincidencia).
- Se usa frecuentemente en ecología y genética poblacional.
Heterocigosidad observada (Ho)
Proporción de individuos heterocigotos observados en la población para un locus dado.
- Nhet: número de individuos heterocigotos.
- Ntotal: número total de individuos muestreados.
Heterocigosidad esperada (He)
Proporción esperada de heterocigotos bajo equilibrio de Hardy-Weinberg.
- Es equivalente al índice de Nei para un locus.
- Se utiliza para comparar con Ho y detectar desviaciones del equilibrio genético.
Riqueza alélica (A)
Simplemente el conteo del número total de alelos diferentes detectados en la población.
- No considera frecuencias, solo presencia/ausencia.
- Indicador básico de diversidad genética.
Variables comunes y su interpretación en diversidad genética
| Variable | Descripción | Rango típico | Importancia biológica |
|---|---|---|---|
| pi | Frecuencia del alelo o genotipo i | 0 – 1 | Base para todos los cálculos de diversidad genética |
| H’ | Índice de Shannon | 0 – 3.5 | Evalúa diversidad y equidad en la población |
| H | Índice de Nei (heterocigosidad esperada) | 0 – 1 | Probabilidad de alelos diferentes en la población |
| D | Índice de Simpson | 0 – 1 | Probabilidad de alelos iguales (diversidad inversa) |
| Ho | Heterocigosidad observada | 0 – 1 | Proporción real de heterocigotos en la población |
| He | Heterocigosidad esperada | 0 – 1 | Proporción esperada bajo equilibrio genético |
| A | Riqueza alélica | 1 – n (número de alelos detectados) | Indicador básico de diversidad genética |
Ejemplos prácticos de aplicación de la calculadora de diversidad genética
Para ilustrar la utilidad de estos índices y su cálculo, se presentan dos casos reales con desarrollo detallado y solución.
Ejemplo 1: Evaluación de diversidad genética en una población de árboles
Se muestrearon 100 árboles de una especie forestal y se identificaron 4 alelos en un locus genético con las siguientes frecuencias:
- A1 = 0.4
- A2 = 0.3
- A3 = 0.2
- A4 = 0.1
Se desea calcular el índice de Shannon, índice de Nei, heterocigosidad esperada y riqueza alélica.
Cálculo del índice de Shannon (H’)
Aplicando la fórmula:
Calculando cada término:
- 0.4 × (-1.3219) = -0.5288
- 0.3 × (-1.7369) = -0.5211
- 0.2 × (-2.3219) = -0.4644
- 0.1 × (-3.3219) = -0.3322
Sumando:
H’ = – (-0.5288 – 0.5211 – 0.4644 – 0.3322) = 1.8465
Cálculo del índice de Nei (H)
Usando la fórmula:
Riqueza alélica (A)
Se detectaron 4 alelos, por lo que A = 4.
Estos resultados indican una diversidad genética moderada-alta en la población, con un índice de Shannon de 1.85 y heterocigosidad esperada de 0.7.
Ejemplo 2: Comparación de diversidad genética entre dos poblaciones de peces
Se analizaron dos poblaciones con las siguientes frecuencias alélicas en un locus:
| Alelo | Población 1 (pi) | Población 2 (pi) |
|---|---|---|
| A | 0.5 | 0.7 |
| B | 0.3 | 0.2 |
| C | 0.2 | 0.1 |
Cálculo del índice de Nei para ambas poblaciones
Población 1:
Población 2:
Interpretación
La población 1 presenta mayor diversidad genética (H=0.62) que la población 2 (H=0.46), lo que puede reflejar diferencias en historia evolutiva, tamaño poblacional o presión selectiva.
Cálculo del índice de Shannon para ambas poblaciones
Población 1:
- 0.5 × log20.5 = 0.5 × (-1) = -0.5
- 0.3 × log20.3 = 0.3 × (-1.737) = -0.521
- 0.2 × log20.2 = 0.2 × (-2.322) = -0.464
H’ = – (-0.5 – 0.521 – 0.464) = 1.485
Población 2:
- 0.7 × log20.7 = 0.7 × (-0.515) = -0.361
- 0.2 × log20.2 = -0.464 (como antes)
- 0.1 × log20.1 = 0.1 × (-3.322) = -0.332
H’ = – (-0.361 – 0.464 – 0.332) = 1.157
Estos valores confirman la mayor diversidad y equidad en la población 1.
Consideraciones avanzadas para el uso de calculadoras de diversidad genética
Al utilizar calculadoras para índices de diversidad genética, es fundamental considerar:
- Calidad y tamaño de la muestra: Muestras pequeñas pueden sesgar los resultados.
- Equilibrio de Hardy-Weinberg: Desviaciones pueden indicar selección, migración o deriva genética.
- Multiplicidad de loci: Evaluar múltiples loci mejora la precisión del análisis.
- Contexto biológico: Interpretar índices en función de la historia evolutiva y ecología de la población.
- Herramientas computacionales: Software especializado (Arlequin, GenAlEx, STRUCTURE) facilita cálculos complejos.
Además, la integración de inteligencia artificial en calculadoras permite automatizar análisis, detectar patrones y optimizar la interpretación de datos genéticos complejos.