Laboratório virtual de seleção artificial: Fast Plants

Este laboratório virtual de seleção artificial segue a investigação de seleção artificial de AP Biology com Wisconsin Fast Plants e cobre o tema de melhoramento por seleção (selective breeding) de GCSE. Os alunos contam os pelos das folhas (tricomas) de 300 plantas, mantêm os 10% mais peludos como pais, cruzam essas plantas e comparam os descendentes com a geração dos pais. Eles registram o diferencial de seleção S e a resposta R, calculam a herdabilidade realizada R/S e simulam cinco gerações em minutos, em vez de 200 dias. Uma segunda execução com pouquíssimos pais mostra por que os melhoristas se preocupam com a endogamia.

Alinhamento com o currículo

• AP Biology Topic 7.3 (seleção artificial, EVO-1) e a investigação de seleção artificial de AP Biology com os tricomas de Fast Plants.
• AQA GCSE Biology 4.6.2.3 (selective breeding): escolher pais com uma característica desejada ao longo de muitas gerações, e o risco de endogamia.
• NGSS MS-LS4-5 (padrão dos EUA: tecnologias que mudam a herança de características) e IB Biology D4.1 (seleção natural).

O Simulic não é afiliado ao College Board, à AQA, ao IB nem a nenhuma banca examinadora, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão, no papel ou como pergunta 1 do link da turma:

"Você cruza só os 10% mais peludos das plantas. A média deles está cerca de 7 tricomas acima da média da população inteira. Qual será a média dos descendentes?"

Muitos alunos esperam que os descendentes fiquem exatamente iguais aos pais. Outros acham que nada vai mudar em uma geração.

Método na simulação

A simulação abre nos tentilhões de Darwin, então os alunos primeiro trocam de modo.

1. Abaixo da simulação, ajuste Modo para Seleção artificial. Mantenha a característica Fast Plants: pelos da folha, h² 0,70, Pais mantidos 10% e Escolher: maiores.
2. Leia a linha de resumo abaixo dos controles: escolhidos 30/300, a média da população μ, a média dos pais μₛ, S = μₛ − μ e a R prevista = h²S.
3. Clique em Cruzar selecionados. O registro de cruzamentos acrescenta uma linha com S, h²S, a resposta real R e R/S, a herdabilidade realizada.
4. Clique em Cruzar selecionados mais quatro vezes. Anote a média, o DP, F e V_A de cada geração.
5. Clique em Redefinir, ajuste h² para 0,30 e cruze uma geração. Compare R com a primeira execução.
6. Volte h² para 0,70, ajuste Pais mantidos para 1% e cruze cinco gerações. Compare F, V_A e os avisos com a execução de 10%.

Geração	Pais	Média μ	DP	S	h²S	R	R/S	F	V_A (% do início)
0 → 1	30/300
1 → 2	30/300
…
4 → 5	30/300

Resultados esperados

A simulação é aleatória, então cada turma obtém números um pouco diferentes. Estas faixas vêm de milhares de execuções do modelo, confirmadas no navegador.

• Geração 0: média de cerca de 8 tricomas por planta (de 7,5 a 8,6), DP de cerca de 4.
• Primeira seleção, 10% superiores, h² = 0,70: S vale cerca de 7,0 (de 6,1 a 7,9). A R prevista é de cerca de 4,9 e a R real de cerca de 4,8 (de 3,7 a 6,0), então os descendentes têm em média cerca de 12,8 tricomas. A herdabilidade realizada R/S é de cerca de 0,69 (de 0,56 a 0,83).
• Cinco gerações (cerca de 200 dias): a média chega a cerca de 27 tricomas (de 25 a 30). F = 0,081 e V_A cai para cerca de 60% do início, então cada passo fica um pouco menor.
• h² = 0,30: o mesmo S dá uma R de só cerca de 2 (de 1,0 a 3,2), e R/S de cerca de 0,30.
• 1% mantido (3 pais): F = 0,167 depois de uma geração e 0,598 depois de cinco, V_A cai para cerca de 25 a 30% do início, o DP diminui para cerca de 2,8 e a simulação mostra um aviso de endogamia.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Cruzando os 10% mais peludos, qual será a média dos descendentes?
2. Quando você compara h² = 0,70 com h² = 0,30, o que precisa ficar igual?
3. Primeira geração, 10% superiores, h² = 0,70: quanto vale S?
4. Com a mesma linha, calcule a herdabilidade realizada R/S.
5. Por que manter só o 1% superior é arriscado, mesmo dando um S maior?

Respostas para o professor: (1) Mais alta que a média da população, mas não tão alta quanto a média dos pais. (2) A proporção de pais mantidos e o tamanho da população. (3) Cerca de 7 tricomas (aceite de 5,8 a 8,3). (4) Cerca de 0,7 (aceite de 0,5 a 0,9). (5) Com 3 pais, as plantas ficam muito aparentadas: F sobe para cerca de 0,6 em cinco gerações e V_A cai para cerca de um quarto, então o progresso seguinte fica mais lento e a depressão por endogamia se torna provável.

Erros conceituais comuns

• "Os descendentes herdam exatamente a característica dos pais." Só a parte genética aditiva é transmitida. A parte ambiental não, então R é menor que S.
• "A seleção artificial cria variação nova." Ela usa a variação que já existe, e gasta parte dela: V_A e o DP caem a cada geração.
• "As plantas mudam porque precisam de mais pelos." Nada nas plantas responde a uma necessidade. É o melhorista que decide quais plantas se reproduzem.

Extensão

• Leia o cartão Seleção artificial ou modificação genética abaixo da simulação e compare o tempo que cada método exige.
• Volte para Seleção natural e teste a seleção Estabilizadora e a Disruptiva: a média quase não se move, mas o DP diminui ou aumenta.

Perguntas frequentes

Isso substitui o cultivo de Fast Plants?

Não. A investigação real leva semanas e ensina o cuidado com as plantas, a contagem e a polinização. A simulação permite que os alunos a planejem, pratiquem os cálculos e vejam cinco gerações em uma aula. Veja laboratórios virtuais vs. laboratórios reais.

Por que meus números não batem com os do meu colega?

Cada população e cada etapa de cruzamento são aleatórias, como nas plantas reais. Compare a média de R/S da turma com o h² que você definiu.

Posso começar a aula no modo de seleção artificial?

Sim. No seu link da turma, defina o valor inicial Modo = Seleção artificial, e escolha a característica e a proporção de pais mantidos.

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