Evoliucija yra procesas, kuris katalizuoja genetinius pokyčius organizmų populiacijoje. Pavyzdžiui, dumblių rūšis gali modifikuoti savo šviesą sugeriančius baltymus nuo žalios iki raudonos, kad jie galėtų sėkmingai klestėti gilesniuose vandenyse. Tačiau akivaizdus dumblių charakteristikų pokytis atspindi bendro specifinių genų populiacijos dažnio pokytį. Technine prasme tai vadinama alelio dažniu. Taigi evoliuciniai pokyčiai negali įvykti be alelių dažnio pokyčių, o alelių dažnio pokytis rodo, kad evoliucija vyksta.
Fenotipas ir genotipas
Fenotipas reiškia pastebimų organizmo fizinių ir elgesio bruožų rinkinį. Daugelis šių požymių yra tiesioginės organizmo DNR, vadinamos genotipu, išraiškos. Nors kai kuriuos fenotipo elementus lemia organizmo genotipų sąveika su aplinka, vienaip ar kitaip fenotipas yra susijęs su genotipu.
Konkretaus organizmo genotipą sudaro genetinių nurodymų, kaip sukurti baltymus, rinkinys. Tos instrukcijos paprastai yra savotiškas maišytas maišas. Pavyzdžiui, žali dumbliai gali turėti DNR, kuri taip pat vadovauja raudonųjų baltymų sintezei. Tačiau kiti genai gali išjungti raudonųjų baltymų geną, o gal yra pagaminta daug daugiau žaliųjų baltymų nei raudonųjų baltymų. Taigi vienas konkretus organizmas gali turėti stiprią žalią ir silpną raudoną genotipą.
Populiacijos genetika
Nors evoliuciją lemia aplinkos sąveika su vienu organizmu, vienas organizmas negali vystytis. Tai gali išsivystyti tik rūšys. Taigi genetikai nagrinėja bendrą fenotipo ir genotipo pasiskirstymą populiacijoje. Galimi įvairūs mišiniai.
Pavyzdžiui, žaliųjų dumblių populiacija gali būti žalia, nes jie turi tik žaliesiems baltymams gaminti skirtus genus. Bet jie taip pat gali būti žali, nes turi žaliųjų baltymų ir raudonųjų baltymų genus, tačiau turi kitą geną, nurodantį, kad raudoni baltymai turėtų būti suskaidomi iškart po jų pagaminimo. Taigi spalvų baltymų gamybos genas gali būti „žalias“ arba „raudonas“. Du pasirinkimai vadinami aleliais, o a rūšies genetinės sudėties matą nurodo alelių dažnis tarp visų organizmų rūšių.
Pusiausvyra
Įsivaizduokite tvenkinį, kurio gylis pora pėdų ir auga dumbliai. Netoli paviršiaus esantys dumbliai turi daug geltonos šviesos, kurią jų žalieji baltymai sugeria puikiai. Tačiau žemiau dreifuojančiuose dumbliuose nėra daug geltonos šviesos - vanduo sugeria geltoną spalvą ir praleidžia daugiau melsvos šviesos, todėl gilesniems dumbliams reikia raudonųjų baltymų, kad jie gerai veiktų didesniame gylyje. Jei mėgintumėte dumblius paviršiuje, sveikiausi būtų žali, o sveikiausi po paviršiumi - raudoni. Bet visi dumbliai veisiasi tarpusavyje, todėl žaliųjų baltymų ir raudonųjų baltymų genų procentas iš kartos į kartą būtų gana stabilus. Alelio dažnio stabilumas apibūdinamas Hardy-Weinbergo principu.
Keisti
Dabar įsivaizduokite, kad yra stiprių audrų metai. Tvenkinio dumbliai perlieja krantus ir išplinta į kaimyninius tvenkinius. Vienas iš kaimyninių tvenkinių yra labai negilus, o kitas - daug gilesnis. Negiliame tvenkinyje raudonųjų baltymų genas nėra naudingas, todėl daugiau grynųjų žaliųjų baltymų dumblių yra sėkmingi. Tai bus linkęs išstumti raudonųjų baltymų geną iš genofondo, tai yra, sumažins raudonųjų baltymų genų alelio dažnį. Giliame tvenkinyje gali nutikti priešingai. Giliuose vandenyse žalieji baltymai nepadeda. Žaliųjų ir raudonųjų dumblių gylio skirtumas gali lemti žaliųjų baltymų genų mažėjimą dumblių populiacijoje, kuri niekada nepriartėja prie paviršiaus. Alelio dažnis keičiasi reaguojant į aplinkos spaudimą: evoliucija veikia.