האם הברירה הטבעית פועלת על גנוטיפ או פנוטיפ?

בספרו של דרווין משנת 1859 "על מקור המינים" הוא שאל, האם זה יכול להיות מפתיע ש"וריאציות שימושיות בדרך כלשהי לכל אחד מהם בקרב הגדול והמורכב של החיים, צריך להתרחש לפעמים במהלך אלפי דורות? "האם הווריאציות הללו, לטענתו, לא היו נותנות לאנשים בעלי תכונות יתרון" את הסיכוי הטוב ביותר לשרוד ולהוליד את סוגם? "סיכומו:" שמירה זו על וריאציות חיוביות ודחיית וריאציות מזיקות, אני קורא הברירה הטבעית. "הברירה הטבעית היא תוצאה של בחירת הסביבה למאפיינים פיזיים מועילים - הפנוטיפ - באוכלוסייה של אורגניזמים. כאשר מאפיינים אלה הם תורשתיים, לברירה הטבעית יש השפעות ארוכות טווח גם על מאגר הגנים של האוכלוסייה.

מינים רבים מציגים שונות בתכונותיהם הפיזיות, ולעתים קרובות תכונות אלה מתרחשות לאורך רצף. גובה או צבע שיער הם דוגמאות. טווח שונות של שונות עשוי להתקיים בתכונות אלה בקרב כל בני המין. תארו לעצמכם, למשל, זן פרפר בעל חלוקה של אורך הלשון, נניח, בין 12 מילימטרים לכ- 30 מילימטרים. אם יש שינוי בדומיננטיות של פרחים ארוכים וצינוריים בסביבתם, אז פרפרים עם לשונות ארוכות יותר יתקבלו יותר קל להשיג אוכל. פרפרים אלה עשויים להיות בריאים יותר מאחרים ולהצליח יותר בגידול, או שהם עשויים לשרוד מספיק זמן כדי להתרבות.

כמו בדוגמת הפרפר, הברירה הטבעית מתרחשת כאשר המאפיינים הפיזיים של אורגניזם הופכים אותו למתאים יותר או פחות לשגשג בסביבה. המאפיינים הפיזיים נקראים פנוטיפ; לכן הברירה הטבעית פועלת ישירות על פנוטיפ. הפנוטיפ של אורגניזם נקבע הן על ידי השפעות סביבתיות והן על ידי גנוטיפ. כלומר, ככל שאורגניזם גדל ומתפתח, גורמים סביבתיים יכולים להשפיע על גודלו ומאפיינים פיזיים אחרים; אך כאשר הוא נולד, רבים ממאפייניו נקבעים מראש על ידי גנוטיפ. לכן, השפעת הסביבה על הפנוטיפ של אוכלוסיית אורגניזמים מתורגמת להשפעה על הגנוטיפ של אותה אוכלוסיה.

הקשר בין גנוטיפ לפנוטיפ אינו בהכרח פשוט וישיר. כלומר, אין מתאם אחד לאחד בין גן לתכונה; זה לא תמיד פשוט כמו גן אחד השולט בתכונה אחת. כשחושבים על דוגמת הפרפר, הפרפרים עם הלשונות הארוכות פורחים ומייצרים יותר צאצאים. לכן, עם הזמן הגן או הגנים המקודדים לשונות ארוכות הופכים נפוצים יותר באותה אוכלוסיית פרפרים. אין זה אומר בהכרח כי לדור הבא של הפרפרים יהיו לשונות ארוכות. זאת בשל הקשר המורכב בין גנוטיפ לפנוטיפ. גם אם גן יחיד היה אחראי על לשונות ארוכות, שלושה רבעים מצאצאי הורים ארוכי לשון יכלו לשאת גן קצר לשון. מאפיינים פיזיים רבים מושפעים ממספר גנים, מה שהופך את המצב למורכב עוד יותר.

מדד חשוב עוד יותר לשינוי גנטי או גנוטיפי הוא תדירות כל הגנוטיפים בכל בני המין. זה נקרא מאגר הגנים, והוא מייצג את השונות הכוללת האפשרית בתכונה גנטית.

אם נחזור לדוגמת הפרפר, כאשר אנשים בעלי לשון ארוכה מתאימים יותר לסביבה, הבא דור של פרפרים לא בהכרח יהיה יותר גדול מהגנים עם הלשון הארוכה בריכה. עם הזמן, אם פרחי הצינור הארוכים ימשיכו להשתלט בסביבה, לחץ הבחירה המתמשך על הפנוטיפ ישנה את מאגר הגנים של מיני הפרפרים. המנגנון המדויק של שינוי גנוטיפי עדיין לא ידוע - והוא בהחלט שונה לגבי תכונות אחרות ומינים נפרדים.