Evolution er den proces, der katalyserer genetiske ændringer inden for en population af organismer. For eksempel kan en art af alger ændre deres lysabsorberende proteiner fra grøn til rød for at give dem mulighed for at trives mere vellykket i dybere vand. Men den synlige ændring i algeegenskaber er en afspejling af en ændring i den samlede frekvens af specifikke gener i befolkningen. I tekniske termer er dette kendt som allelfrekvens. Så evolutionær ændring kan ikke forekomme uden ændringer i allelfrekvensen, mens en ændring i allelfrekvensen er en indikation af, at evolution finder sted.
Fænotype og genotype
Fænotype henviser til det sæt af observerbare fysiske og adfærdsmæssige træk ved en organisme. Mange af disse træk er direkte udtryk for en organisms DNA, der kaldes genotypen. Selvom nogle elementer af fænotype er drevet af interaktionen mellem en organisms genotyper og omgivelserne, er den ene eller anden måde fænotype forbundet med genotypen.
Genotypen på en bestemt organisme består af et sæt genetiske instruktioner til opbygning af proteiner. Disse instruktioner er normalt en slags blandet pose. For eksempel kan en grøn alge også have noget DNA, der styrer syntesen af røde proteiner. Men andre gener slukker muligvis det røde proteingen, eller måske laves der meget mere grønt protein end rødt protein. Så en bestemt organisme kunne have en stærk grøn genotype og en svag rød genotype.
Befolkningsgenetik
Selvom evolution er drevet af interaktionen mellem miljøet og en enkelt organisme, kan en enkelt organisme ikke udvikle sig. Det er kun arter, der kan udvikle sig. Så genetikere ser på den samlede fordeling af fænotype og genotype inden for en population. Mange forskellige blandinger er mulige.
For eksempel kan en population af grønne alger være grønne, fordi de kun har gener til at fremstille grønne proteiner. Men de kunne også være grønne, fordi de har gener til grønne proteiner og røde proteiner, men de har et andet gen, der styrer, at røde proteiner skal nedbrydes lige efter, at de er lavet. Så det farve-proteinfremstillende gen kan være enten "grønt" eller "rødt". De to valg kaldes alleler, og a mål for den genetiske sammensætning af arten er givet ved allelfrekvensen blandt alle organismer i organismen arter.
Ligevægt
Forestil dig en dam, et par meter dyb med alger, der vokser overalt. Algerne nær overfladen har masser af gult lys, som deres grønne protein absorberer fint. Men algerne, der driver ned, har ikke meget gult lys - vandet absorberer det gule og slipper mere blåt lys igennem, så de dybere alger har brug for rødt protein for at klare sig godt på større dybder. Hvis du skulle prøve algerne ved overfladen, ville de sundeste være grønne, mens de sundeste alger under overfladen ville være røde. Men algerne yngler alle sammen, så procentdelen af grønprotein- og rødprotein-gener ville være ret stabil fra generation til generation. Stabiliteten af allelfrekvensen er beskrevet af Hardy-Weinberg-princippet.
Lave om
Forestil dig nu, at der er et år med kraftige storme. Algerne i dammen overløber bredden og spredes til nærliggende damme. En af de omkringliggende damme er meget lavvandede, og den anden er meget dybere. I den lavvandede dam er det røde proteingen ikke nyttigt, så mere rene grønne proteinalger er vellykkede. Det har tendens til at drive rødproteingenet ud af genpuljen - det vil sige det reducerer allelfrekvensen for rødproteingenet. Det modsatte kan ske i den dybe dam. I dybe farvande er det grønne protein ikke til nogen hjælp. Forskellen i dybde af de grønne og røde alger kan føre til en formindskelse af grønproteingener i befolkningen af alger, der aldrig kommer tæt på overfladen for at opdrætte. Allelfrekvensen ændres som reaktion på miljøtrykket: evolution er på arbejde.