Evolucija je proces koji katalizira genetske promjene unutar populacije organizama. Na primjer, vrsta algi može modificirati svoje proteine koji apsorbiraju svjetlost iz zelene u crvenu kako bi im omogućila uspješniji napredak u dubljim vodama. No, vidljiva promjena karakteristika algi odraz je promjene ukupne učestalosti određenih gena u populaciji. U tehničkom smislu to je poznato kao frekvencija alela. Dakle, evolucijske promjene ne mogu se dogoditi bez promjena u frekvenciji alela, dok je promjena frekvencije alela pokazatelj da se događa evolucija.
Fenotip i genotip
Fenotip se odnosi na skup uočljivih fizičkih i bihevioralnih osobina organizma. Mnoge od tih osobina izravan su izraz DNK organizma, koji se naziva genotipom. Iako su neki elementi fenotipa pokrenuti interakcijom genotipova organizma s okolinom, ovaj ili onaj način fenotipa je povezan s genotipom.
Genotip određenog organizma sastoji se od skupa genetskih uputa za izgradnju bjelančevina. Te su upute obično vrsta mješovite vrećice. Na primjer, zelena alga može imati i DNK koja usmjerava sintezu crvenih proteina. Ali drugi bi geni mogli isključiti gen crvenih proteina, ili se možda stvara samo puno više zelenih proteina od crvenih proteina. Dakle, jedan određeni organizam mogao bi imati jak zeleni i slabi crveni genotip.
Populacijska genetika
Iako je evolucija pokrenuta interakcijom okoliša s jednim organizmom, jedan organizam ne može evoluirati. Jedino se vrste mogu razvijati. Dakle, genetičari promatraju ukupnu raspodjelu fenotipa i genotipa unutar populacije. Moguće je mnogo različitih smjesa.
Primjerice, populacija zelenih algi mogla bi biti zelena jer imaju samo gene za stvaranje zelenih proteina. Ali mogli bi biti i zeleni jer imaju gene za zelene proteine i crvene proteine, ali imaju još jedan gen koji usmjerava da se crveni proteini razgrađuju odmah nakon što se naprave. Dakle, gen za stvaranje proteina u boji može biti ili "zeleni" ili "crveni". Dva izbora nazivaju se alelima i a Mjera genetskog sastava vrste daje se učestalošću alela među svim organizmima u vrsta.
Ravnoteža
Zamislite ribnjak, dubok nekoliko metara s algama koje rastu. Alge u blizini površine imaju puno žutog svjetla koje njihov zeleni protein upija sasvim dobro. Ali alge koje se spuštaju niže nemaju puno žutog svjetla - voda upija žuto i propušta više plavkastog svjetla, pa dublje alge trebaju crveni protein da bi se dobro snašao na većim dubinama. Ako biste uzorkovali alge na površini, najzdravije bi bile zelene, dok bi najzdravije alge ispod površine bile crvene. Ali sve se alge međusobno razmnožavaju, pa bi postotak gena zelenih i crveno-proteinskih proteina bio prilično stabilan iz generacije u generaciju. Stabilnost frekvencije alela opisana je Hardy-Weinbergovim principom.
Promijeniti
Sad zamislite da je godina jakih oluja. Alge u ribnjaku prelijevaju se uz banke i šire se na susjedne ribnjake. Jedan od susjednih ribnjaka vrlo je plitak, a drugi je mnogo dublji. U plitkom ribnjaku gen crvenih proteina nije od pomoći, pa je uspješnije više čistih zeleno-proteinskih algi. To će težiti istjerivanju gena crvenog proteina iz genskog fonda - to jest, smanjit će učestalost alela gena crvenog proteina. U dubokom ribnjaku može se dogoditi suprotno. U dubokim vodama zeleni protein nije od pomoći. Razlika u dubini zelenih i crvenih algi može dovesti do smanjenja gena zelenih proteina u populaciji algi koje se nikada ne približe površini za razmnožavanje. Frekvencija alela mijenja se kao odgovor na pritisak okoliša: evolucija je na djelu.