Ewolucja to proces, który katalizuje zmiany genetyczne w populacji organizmów. Na przykład gatunek alg może modyfikować swoje białka absorbujące światło z zielonego na czerwony, aby umożliwić im skuteczniejszy rozwój w głębszych wodach. Ale widoczna zmiana w charakterystyce glonów jest odzwierciedleniem zmiany ogólnej częstotliwości występowania określonych genów w populacji. Z technicznego punktu widzenia jest to znane jako częstotliwość alleli. Tak więc zmiana ewolucyjna nie może nastąpić bez zmian w częstotliwości alleli, podczas gdy zmiana częstotliwości alleli jest wskazówką, że ewolucja ma miejsce.
Fenotyp i genotyp
Fenotyp odnosi się do zestawu obserwowalnych cech fizycznych i behawioralnych organizmu. Wiele z tych cech to bezpośrednia ekspresja DNA organizmu, który nazywa się genotypem. Chociaż niektóre elementy fenotypu są napędzane przez interakcję genotypów organizmu ze środowiskiem, w ten czy inny sposób fenotyp jest powiązany z genotypem.
Genotyp konkretnego organizmu składa się z zestawu instrukcji genetycznych do budowy białek. Te instrukcje są zwykle rodzajem mieszanej torby. Na przykład zielona alga może mieć DNA, które również kieruje syntezą czerwonych białek. Ale inne geny mogą wyłączyć gen czerwonego białka, a może po prostu powstaje o wiele więcej zielonego białka niż czerwonego. Tak więc jeden konkretny organizm może mieć silny zielony genotyp i słaby czerwony genotyp.
Genetyka populacji
Chociaż ewolucja jest napędzana przez interakcję środowiska z pojedynczym organizmem, pojedynczy organizm nie może ewoluować. Tylko gatunki mogą ewoluować. Genetycy przyglądają się więc ogólnemu rozmieszczeniu fenotypu i genotypu w populacji. Możliwych jest wiele różnych mieszanek.
Na przykład populacja zielonych alg może być zielona, ponieważ mają geny tylko do wytwarzania zielonych białek. Ale mogą też być zielone, ponieważ mają geny dla białek zielonych i czerwonych, ale mają też inny gen, który wskazuje, że czerwone białka powinny być rozkładane zaraz po ich wytworzeniu. Tak więc gen wytwarzający kolorowe białko może być „zielony” lub „czerwony”. Te dwie opcje są nazywane allelami i a Miarą składu genetycznego gatunku jest częstotliwość alleli wśród wszystkich organizmów w gatunki.
równowaga
Wyobraź sobie staw o głębokości kilku stóp, w którym rosną glony. Glony w pobliżu powierzchni mają dużo żółtego światła, które ich zielone białko dobrze absorbuje. Ale glony, które dryfują niżej, nie mają dużo żółtego światła – woda pochłania żółte i przepuszcza więcej niebieskawego światła, więc głębsze glony potrzebują czerwonego białka, aby dobrze radzić sobie na większych głębokościach. Gdybyś miał próbować algi na powierzchni, najzdrowsze byłyby zielone, a najzdrowsze pod powierzchnią byłyby czerwone. Ale wszystkie glony rozmnażają się ze sobą, więc procent genów zielonych i czerwonych białek byłby dość stabilny z pokolenia na pokolenie. Stabilność częstotliwości alleli opisuje zasada Hardy'ego-Weinberga.
Zmiana
A teraz wyobraź sobie, że jest rok ciężkich burz. Glony w stawie przelewają się z brzegów i rozprzestrzeniają się na sąsiednie stawy. Jeden z sąsiednich stawów jest bardzo płytki, a drugi znacznie głębszy. W płytkim stawie gen czerwonego białka nie jest pomocny, więc bardziej czyste glony z zielonymi białkami są skuteczne. To spowoduje wypchnięcie genu czerwonego białka z puli genów – to znaczy, zmniejszy częstotliwość alleli genu czerwonego białka. W głębokim stawie może zdarzyć się coś przeciwnego. W głębokich wodach zielone białko nie pomaga. Różnica w głębokości zielonych i czerwonych alg może prowadzić do zmniejszania się genów zielonych białek w populacji glonów, które nigdy nie zbliżają się do powierzchni, aby się rozmnażać. Częstotliwość alleli zmienia się w odpowiedzi na presję środowiskową: działa ewolucja.