Evolutie is het proces dat genetische veranderingen katalyseert binnen een populatie van organismen. Een algensoort zou bijvoorbeeld hun lichtabsorberende eiwitten kunnen wijzigen van groen naar rood, zodat ze beter kunnen gedijen in diepere wateren. Maar de zichtbare verandering in algenkenmerken is een weerspiegeling van een verandering in de algemene frequentie van specifieke genen in de populatie. In technische termen staat dit bekend als allelfrequentie. Dus evolutionaire verandering kan niet plaatsvinden zonder veranderingen in allelfrequentie, terwijl een verandering in allelfrequentie een indicatie is dat evolutie plaatsvindt.
Fenotype en genotype
Fenotype verwijst naar de reeks waarneembare fysieke en gedragskenmerken van een organisme. Veel van die eigenschappen zijn directe uitingen van het DNA van een organisme, dat het genotype wordt genoemd. Hoewel sommige elementen van het fenotype worden aangedreven door de interactie van de genotypen van een organisme met de omgeving, is een of ander fenotype gekoppeld aan het genotype.
Het genotype van een specifiek organisme bestaat uit een reeks genetische instructies voor het bouwen van eiwitten. Die instructies zijn meestal een soort allegaartje. Een groene alg kan bijvoorbeeld wat DNA hebben dat ook de synthese van rode eiwitten stuurt. Maar andere genen kunnen het rode-eiwitgen uitschakelen, of misschien wordt er gewoon veel meer groen eiwit gemaakt dan rood eiwit. Dus een bepaald organisme kan een sterk groen genotype en een zwak rood genotype hebben.
Populatiegenetica
Hoewel evolutie wordt aangedreven door de interactie van de omgeving met een enkel organisme, kan een enkel organisme niet evolueren. Alleen soorten kunnen evolueren. Dus genetici kijken naar de algemene verdeling van fenotype en genotype binnen een populatie. Er zijn veel verschillende mixen mogelijk.
Een populatie groene algen kan bijvoorbeeld groen zijn omdat ze alleen genen hebben voor het maken van groene eiwitten. Maar ze kunnen ook groen zijn omdat ze genen hebben voor groene eiwitten en rode eiwitten, maar ze hebben een ander gen dat aangeeft dat rode eiwitten direct nadat ze zijn gemaakt moeten worden afgebroken. Dus het kleur-eiwit-makende gen kan ofwel "groen" of "rood" zijn. De twee keuzes worden allelen genoemd, en a maat voor de genetische samenstelling van de soort wordt gegeven door de allelfrequentie onder alle organismen in de soorten.
Evenwicht
Stel je een vijver voor, een paar meter diep met algen die overal groeien. De algen aan de oppervlakte hebben veel geel licht dat hun groene eiwit prima absorbeert. Maar de algen die lager drijven hebben niet veel geel licht - het water absorbeert het geel en laat meer blauwachtig licht door, dus de diepere algen hebben rood eiwit nodig om het op grotere diepte goed te doen. Als je de algen aan het oppervlak zou bemonsteren, zouden de gezondste groen zijn, terwijl de gezondste algen onder het oppervlak rood zouden zijn. Maar de algen broeden allemaal met elkaar, dus het percentage groen-eiwit- en rood-eiwitgenen zou van generatie op generatie vrij stabiel zijn. De stabiliteit van de allelfrequentie wordt beschreven door het Hardy-Weinberg-principe.
Verandering
Stel je nu voor dat er een jaar van zware stormen is. De algen in de vijver overstromen de oevers en verspreiden zich naar aangrenzende vijvers. Een van de aangrenzende vijvers is erg ondiep en de andere is veel dieper. In de ondiepe vijver is het rood-eiwitgen niet nuttig, dus meer pure groen-eiwitalgen zijn succesvol. Dat zal de neiging hebben om het rode-eiwitgen uit de genenpool te verdrijven - dat wil zeggen, het zal de allelfrequentie van het rode-eiwitgen verminderen. In de diepe vijver kan het tegenovergestelde gebeuren. In diepe wateren helpt het groene eiwit niet. Het verschil in diepte van de groene en rode algen kan de afname van groen-eiwitgenen veroorzaken in de algenpopulatie die nooit dicht bij het oppervlak komt om te broeden. De allelfrequentie verandert als reactie op omgevingsdruk: evolutie is aan het werk.