Evolusjon er prosessen som katalyserer genetiske endringer i en populasjon av organismer. For eksempel kan en art av alger endre deres lysabsorberende proteiner fra grønt til rødt for å tillate dem å trives mer vellykket på dypere vann. Men den synlige endringen i algeegenskaper er en refleksjon av en endring i den totale frekvensen av spesifikke gener i populasjonen. I tekniske termer er dette kjent som allelfrekvens. Så evolusjonsendring kan ikke forekomme uten endringer i allelfrekvensen mens en endring i allelfrekvensen er en indikasjon på at evolusjon skjer.
Fenotype og genotype
Fenotype refererer til settet med observerbare fysiske og atferdsmessige trekk hos en organisme. Mange av disse egenskapene er direkte uttrykk for en organisms DNA, som kalles genotypen. Selv om noen elementer av fenotype er drevet av samspillet mellom en organisms genotyper og miljøet, er en eller annen måte fenotype knyttet til genotype.
Genotypen til en bestemt organisme består av et sett med genetiske instruksjoner for å bygge proteiner. Disse instruksjonene er vanligvis en slags blandet pose. For eksempel kan en grønn alge ha noe DNA som også styrer syntesen av røde proteiner. Men andre gener kan slå av rødproteingenet, eller kanskje blir det bare laget mye mer grønt protein enn rødt protein. Så en bestemt organisme kan ha en sterk grønn genotype og en svak rød genotype.
Befolkningsgenetikk
Selv om evolusjon er drevet av samspillet mellom miljøet og en enkelt organisme, kan en enkelt organisme ikke utvikle seg. Det er bare arter som kan utvikle seg. Så genetikere ser på den samlede fordelingen av fenotype og genotype i en populasjon. Mange forskjellige mikser er mulig.
For eksempel kan en populasjon av grønne alger være grønne fordi de bare har gener for å lage grønne proteiner. Men de kan også være grønne fordi de har gener for grønne proteiner og røde proteiner, men de har et annet gen som viser at røde proteiner skal brytes ned rett etter at de er laget. Så det fargeproteinfremstillende genet kan være enten "grønt" eller "rødt". De to valgene kalles alleler, og a mål på artenes genetiske sammensetning er gitt av allelfrekvensen blant alle organismer i arter.
Likevekt
Tenk deg en dam som er et par meter dyp med alger som vokser hele veien. Algene nær overflaten har rikelig med gult lys som deres grønne protein absorberer helt fint. Men algene som driver lavere, har ikke mye gult lys - vannet absorberer det gule og slipper mer blåaktig lys igjennom, så de dypere algene trenger rødt protein for å gjøre det bra på større dyp. Hvis du skulle prøve algene på overflaten, ville de sunneste være grønne, mens de sunneste algene under overflaten ville være røde. Men algene hekker med hverandre, så prosentandelen av grønn-protein og rød-protein-gener vil være ganske stabil fra generasjon til generasjon. Stabiliteten til allelfrekvensen er beskrevet av Hardy-Weinberg-prinsippet.
Endring
Tenk deg at det er et år med tunge stormer. Algene i dammen renner over bredden og sprer seg til nærliggende dammer. En av nabodammene er veldig grunne, og den andre er mye dypere. I den grunne dammen er ikke rødproteingenet nyttig, så mer rene grønne proteinalger lykkes. Det vil ha en tendens til å drive rødproteingenet ut av genpoolen - det vil si at det reduserer allelfrekvensen til rødproteingenet. Det motsatte kan skje i den dype dammen. På dypt vann er det ikke noe grønt protein. Forskjellen i dybde av grønne og røde alger kan føre til avtagende grønne proteingener i befolkningen av alger som aldri kommer nær overflaten for å avle. Allelfrekvensen endres som respons på miljøtrykk: evolusjon er på jobb.