Еволюцията е процес, който катализира генетичните промени в популация от организми. Например, видове водорасли могат да модифицират своите абсорбиращи светлината протеини от зелени до червени, за да им позволят да процъфтяват по-успешно в по-дълбоки води. Но видимата промяна в характеристиките на водораслите е отражение на промяна в общата честота на специфични гени в популацията. В техническо отношение това е известно като честота на алелите. Така че еволюционната промяна не може да настъпи без промени в честотата на алелите, докато промяната в честотата на алелите е индикация за настъпване на еволюция.
Фенотип и генотип
Фенотипът се отнася до съвкупността от наблюдаеми физически и поведенчески черти на организма. Много от тези черти са пряк израз на ДНК на организма, който се нарича генотип. Въпреки че някои елементи от фенотипа се движат от взаимодействието на генотипите на организма с околната среда, един или друг начин фенотипът е свързан с генотипа.
Генотипът на специфичен организъм се състои от набор от генетични инструкции за изграждане на протеини. Тези инструкции обикновено са вид смесена чанта. Например, зелено водорасло може да има някаква ДНК, която също да насочва синтеза на червени протеини. Но други гени могат да изключат гена на червения протеин или може би просто се произвежда много повече зелен протеин, отколкото червения протеин. Така че един определен организъм може да има силен зелен генотип и слаб червен генотип.
Популационна генетика
Въпреки че еволюцията се движи от взаимодействието на околната среда с един организъм, един организъм не може да еволюира. Само видове могат да еволюират. Така че генетиците разглеждат общото разпределение на фенотипа и генотипа в една популация. Възможни са много различни смеси.
Например, популация от зелени водорасли може да бъде зелена, защото те имат само гени за производство на зелени протеини. Но те биха могли да бъдат и зелени, защото имат гени за зелени протеини и червени протеини, но те имат друг ген, който насочва червените протеини да се разграждат веднага след тяхното създаване. Така че генът, произвеждащ цветни протеини, може да бъде или „зелен“ или „червен“. Двата избора се наричат алели и a мярката за генетичния състав на вида се дава от честотата на алелите сред всички организми в видове.
Равновесие
Представете си езерце, дълбоко няколко метра с водорасли, които растат навсякъде. Водораслите в близост до повърхността имат изобилие от жълта светлина, която техният зелен протеин абсорбира добре. Но водораслите, които се отклоняват по-надолу, нямат много жълта светлина - водата абсорбира жълтата и пропуска повече синкава светлина, така че по-дълбоките водорасли се нуждаят от червен протеин, за да се справят добре на по-голяма дълбочина. Ако трябва да вземете проби от водораслите на повърхността, най-здравите ще са зелени, докато най-здравите водорасли под повърхността ще са червени. Но всички водорасли се размножават помежду си, така че процентът на гените на зелени протеини и червени протеини би бил доста стабилен от поколение на поколение. Стабилността на честотата на алелите е описана от принципа на Харди-Вайнберг.
Промяна
Сега си представете, че има година на силни бури. Водораслите в езерото преливат бреговете и се разпространяват в съседните езера. Едното от съседните водоеми е много плитко, а другото е много по-дълбоко. В плиткото езерце генът на червените протеини не е полезен, така че по-чистите зелени протеинови водорасли са успешни. Това ще доведе до изтласкване на гена на червения протеин от генофонда - тоест ще намали честотата на алелите на гена на червения протеин. В дълбокото езерце може да се случи обратното. В дълбоките води зеленият протеин не помага. Разликата в дълбочината на зелените и червените водорасли може да доведе до намаляване на гените на зелените протеини в популацията от водорасли, които никога не се доближават до повърхността, за да се размножат. Честотата на алелите се променя в отговор на натиска на околната среда: еволюцията е в действие.