Η εξέλιξη είναι η διαδικασία που καταλύει γενετικές αλλαγές σε έναν πληθυσμό οργανισμών. Για παράδειγμα, ένα είδος φυκών μπορεί να τροποποιήσει τις πρωτεΐνες που απορροφούν το φως από πράσινο σε κόκκινο για να τους επιτρέψει να ευδοκιμήσουν με μεγαλύτερη επιτυχία σε βαθύτερα νερά. Αλλά η ορατή αλλαγή στα χαρακτηριστικά των φυκών αντικατοπτρίζει μια αλλαγή στη συνολική συχνότητα συγκεκριμένων γονιδίων στον πληθυσμό. Σε τεχνικούς όρους, αυτό είναι γνωστό ως συχνότητα αλληλόμορφων. Έτσι, η εξελικτική αλλαγή δεν μπορεί να συμβεί χωρίς αλλαγές στη συχνότητα αλληλόμορφων, ενώ μια αλλαγή στη συχνότητα αλληλόμορφων είναι μια ένδειξη ότι συμβαίνει η εξέλιξη.
Φαινότυπος και Γονοτύπος
Ο φαινότυπος αναφέρεται στο σύνολο των παρατηρήσιμων φυσικών και συμπεριφορικών χαρακτηριστικών ενός οργανισμού. Πολλά από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι άμεσες εκφράσεις του DNA ενός οργανισμού, που ονομάζεται γονότυπος. Αν και ορισμένα στοιχεία του φαινοτύπου καθοδηγούνται από την αλληλεπίδραση των γονότυπων ενός οργανισμού με το περιβάλλον, ο ένας ή ο άλλος φαινότυπος συνδέεται με τον γονότυπο.
Ο γονότυπος ενός συγκεκριμένου οργανισμού αποτελείται από ένα σύνολο γενετικών οδηγιών για την οικοδόμηση πρωτεϊνών. Αυτές οι οδηγίες είναι συνήθως ένα είδος μικτής σακούλας. Για παράδειγμα, ένα πράσινο φύκι μπορεί να έχει κάποιο DNA που κατευθύνει τη σύνθεση των ερυθρών πρωτεϊνών. Αλλά άλλα γονίδια μπορεί να απενεργοποιήσουν το γονίδιο ερυθρών πρωτεϊνών ή ίσως να υπάρχει πολύ περισσότερη πράσινη πρωτεΐνη από την κόκκινη πρωτεΐνη. Έτσι ένας συγκεκριμένος οργανισμός θα μπορούσε να έχει έναν ισχυρό πράσινο γονότυπο και έναν ασθενή ερυθρό γονότυπο.
Γενετική πληθυσμού
Αν και η εξέλιξη καθοδηγείται από την αλληλεπίδραση του περιβάλλοντος με έναν μόνο οργανισμό, ένας μεμονωμένος οργανισμός δεν μπορεί να εξελιχθεί. Είναι μόνο είδη που μπορούν να εξελιχθούν. Έτσι οι γενετιστές εξετάζουν τη συνολική κατανομή του φαινοτύπου και του γονότυπου σε έναν πληθυσμό. Είναι δυνατές πολλές διαφορετικές μίξεις.
Για παράδειγμα, ένας πληθυσμός πράσινων φυκών θα μπορούσε να είναι πράσινος επειδή έχουν μόνο γονίδια για την παραγωγή πράσινων πρωτεϊνών. Αλλά θα μπορούσαν επίσης να είναι πράσινοι επειδή έχουν γονίδια για πράσινες πρωτεΐνες και ερυθρές πρωτεΐνες, αλλά έχουν ένα άλλο γονίδιο που κατευθύνει ότι οι κόκκινες πρωτεΐνες θα πρέπει να διαλυθούν αμέσως μετά την παρασκευή τους. Έτσι, το γονίδιο που δημιουργεί τις πρωτεΐνες χρώματος μπορεί να είναι είτε «πράσινο» είτε «κόκκινο». Οι δύο επιλογές ονομάζονται αλληλόμορφα, και a Η μέτρηση της γενετικής σύνθεσης του είδους δίνεται από τη συχνότητα αλληλόμορφων μεταξύ όλων των οργανισμών στο είδος.
Ισορροπία
Φανταστείτε μια λίμνη, δύο πόδια βαθιά με φύκια που αναπτύσσονται παντού. Τα φύκια κοντά στην επιφάνεια έχουν άφθονο κίτρινο φως που η πράσινη πρωτεΐνη τους απορροφά καλά. Αλλά τα φύκια που παρασύρονται χαμηλότερα δεν έχουν πολύ κίτρινο φως - το νερό απορροφά το κίτρινο και αφήνει περισσότερο γαλάζιο φως μέσα, έτσι τα βαθύτερα φύκια χρειάζονται κόκκινη πρωτεΐνη για να κάνουν καλά σε μεγαλύτερα βάθη. Εάν επρόκειτο να δοκιμάσετε τα φύκια στην επιφάνεια, τα πιο υγιή θα ήταν πράσινα, ενώ τα πιο υγιή φύκια κάτω από την επιφάνεια θα ήταν κόκκινα. Όμως τα φύκια αναπαράγονται μεταξύ τους, έτσι το ποσοστό των γονιδίων πράσινης πρωτεΐνης και ερυθρών πρωτεϊνών θα είναι αρκετά σταθερό από γενιά σε γενιά. Η σταθερότητα της συχνότητας αλληλόμορφων περιγράφεται από την αρχή Hardy-Weinberg.
Αλλαγή
Τώρα φανταστείτε ότι υπάρχει ένα έτος από μεγάλες καταιγίδες. Τα φύκια στη λίμνη ξεχειλίζουν από τις όχθες και εξαπλώνονται σε γειτονικές λίμνες. Η μία από τις γειτονικές λίμνες είναι πολύ ρηχή και η άλλη είναι πολύ βαθύτερη. Στην ρηχή λίμνη, το γονίδιο ερυθρών πρωτεϊνών δεν είναι χρήσιμο, επομένως πιο καθαρά φύκια πράσινης πρωτεΐνης είναι επιτυχημένα. Αυτό θα τείνει να απομακρύνει το γονίδιο ερυθρών πρωτεϊνών από την ομάδα γονιδίων - δηλαδή, θα μειώσει τη συχνότητα αλληλόμορφων του γονιδίου ερυθρών πρωτεϊνών. Το αντίθετο μπορεί να συμβεί στη βαθιά λίμνη. Στα βαθιά νερά, η πράσινη πρωτεΐνη δεν βοηθά. Η διαφορά στο βάθος των πράσινων και κόκκινων φυκών μπορεί να οδηγήσει στη μείωση των γονιδίων πράσινης πρωτεΐνης στον πληθυσμό των φυκών που δεν έρχεται ποτέ κοντά στην επιφάνεια για αναπαραγωγή. Η συχνότητα αλληλόμορφων αλλάζει σε απόκριση στην περιβαλλοντική πίεση: η εξέλιξη βρίσκεται σε λειτουργία.
