Evolūcija ir process, kas katalizē ģenētiskās izmaiņas organismu populācijā. Piemēram, aļģu suga var pārveidot savas gaismas absorbējošās olbaltumvielas no zaļas līdz sarkanai, lai ļautu tām veiksmīgāk attīstīties dziļākos ūdeņos. Bet redzamās aļģu raksturlielumu izmaiņas atspoguļo izmaiņas konkrēto gēnu kopējā biežumā populācijā. Tehniskā ziņā to sauc par alēļu frekvenci. Tātad evolūcijas izmaiņas nevar notikt bez izmaiņām alēļu frekvencē, savukārt alēļu biežuma izmaiņas norāda uz evolūcijas rašanos.
Fenotips un genotips
Fenotips attiecas uz novērojamo organisma fizisko un uzvedības iezīmju kopumu. Daudzas no šīm pazīmēm ir tiešas organisma DNS izpausmes, ko sauc par genotipu. Kaut arī dažus fenotipa elementus vada organisma genotipu mijiedarbība ar vidi, vienā vai otrā veidā fenotips ir saistīts ar genotipu.
Konkrēta organisma genotips sastāv no ģenētisko instrukciju kopuma olbaltumvielu veidošanai. Šīs instrukcijas parasti ir sava veida jaukts maisiņš. Piemēram, zaļajai aļģei var būt kāda DNS, kas vada arī sarkano olbaltumvielu sintēzi. Bet citi gēni var izslēgt sarkanās olbaltumvielas gēnu, vai varbūt tiek ražots daudz vairāk zaļo olbaltumvielu nekā sarkanais proteīns. Tātad vienam konkrētam organismam varētu būt spēcīgs zaļais un vājš sarkanais genotips.
Iedzīvotāju ģenētika
Lai gan evolūciju virza vides mijiedarbība ar vienu organismu, viens organisms nevar attīstīties. Attīstīties var tikai sugas. Tātad ģenētiķi aplūko fenotipa un genotipa kopējo izplatību populācijā. Ir iespējami dažādi maisījumi.
Piemēram, zaļo aļģu populācija varētu būt zaļa, jo tām ir tikai zaļo olbaltumvielu iegūšanas gēni. Bet tie varētu būt arī zaļi, jo viņiem ir zaļo olbaltumvielu un sarkano olbaltumvielu gēni, bet viņiem ir vēl viens gēns, kas liek sarkano olbaltumvielu sadalīt tūlīt pēc to izgatavošanas. Tātad krāsu olbaltumvielu veidojošais gēns var būt vai nu "zaļš", vai "sarkans". Abas izvēles sauc par alēlēm, un a sugas ģenētiskā sastāva mērījumu nosaka alēļu biežums starp visiem organismiem sugas.
Līdzsvars
Iedomājieties dīķi, pāris pēdu dziļi, un visā aug aļģes. Aļģēs, kas atrodas netālu no virsmas, ir daudz dzeltenās gaismas, ko to zaļais proteīns absorbē lieliski. Bet aļģēm, kas dreifē zemāk, nav daudz dzeltenās gaismas - ūdens absorbē dzelteno krāsu un izlaiž cauri vairāk zilganas gaismas, tāpēc dziļākām aļģēm ir nepieciešams sarkanais proteīns, lai labi darbotos lielākos dziļumos. Ja jūs ņemtu paraugu no aļģēm uz virsmas, veselīgākās būtu zaļas, savukārt veselīgākās acs zem virsmas būtu sarkanas. Bet visas aļģes vairojas savā starpā, tāpēc zaļo olbaltumvielu un sarkano olbaltumvielu gēnu procentuālā daļa būtu diezgan stabila no paaudzes paaudzē. Alēļu frekvences stabilitāti raksturo Hardija-Veinberga princips.
Mainīt
Tagad iedomājieties, ka ir spēcīgu vētru gads. Aļģes dīķī pārplūst krastos un izplatās uz kaimiņu dīķiem. Viens no kaimiņu dīķiem ir ļoti sekls, bet otrs ir daudz dziļāks. Seklā dīķī sarkano olbaltumvielu gēns nav noderīgs, tāpēc vairāk tīru zaļo olbaltumvielu aļģu ir veiksmīgas. Tas mēdz izspiest sarkanā proteīna gēnu no genofonda - tas ir, tas samazinās sarkano olbaltumvielu gēna alēļu biežumu. Dziļajā dīķī var notikt pretējais. Dziļajos ūdeņos zaļais proteīns nepalīdz. Zaļo un sarkano aļģu dziļuma atšķirība var izraisīt zaļo olbaltumvielu gēnu samazināšanos aļģu populācijā, kuras vairošanās nekad nav tuvu virsmai. Alēles frekvence mainās, reaģējot uz vides spiedienu: evolūcija darbojas.