A evolução é o processo que catalisa mudanças genéticas em uma população de organismos. Por exemplo, uma espécie de alga pode modificar suas proteínas de absorção de luz de verde para vermelho para permitir que prosperem com mais sucesso em águas mais profundas. Mas a mudança visível nas características das algas é um reflexo de uma mudança na frequência geral de genes específicos na população. Em termos técnicos, isso é conhecido como frequência alélica. Portanto, a mudança evolutiva não pode ocorrer sem mudanças na frequência do alelo, enquanto uma mudança na frequência do alelo é uma indicação de que a evolução está ocorrendo.
Fenótipo e Genótipo
O fenótipo se refere ao conjunto de características físicas e comportamentais observáveis de um organismo. Muitas dessas características são expressões diretas do DNA de um organismo, que é chamado de genótipo. Embora alguns elementos do fenótipo sejam impulsionados pela interação dos genótipos de um organismo com o ambiente, de uma forma ou de outra o fenótipo está ligado ao genótipo.
O genótipo de um organismo específico consiste em um conjunto de instruções genéticas para a construção de proteínas. Essas instruções geralmente são uma espécie de saco misturado. Por exemplo, uma alga verde pode ter algum DNA que direciona a síntese de proteínas vermelhas também. Mas outros genes podem desligar o gene da proteína vermelha, ou talvez haja muito mais proteína verde sendo produzida do que proteína vermelha. Portanto, um determinado organismo pode ter um genótipo verde forte e um genótipo vermelho fraco.
Genética Populacional
Embora a evolução seja impulsionada pela interação do meio ambiente com um único organismo, um único organismo não pode evoluir. São apenas as espécies que podem evoluir. Portanto, os geneticistas observam a distribuição geral do fenótipo e do genótipo em uma população. Muitas combinações diferentes são possíveis.
Por exemplo, uma população de algas verdes pode ser verde porque elas só têm genes para fazer proteínas verdes. Mas eles também podem ser verdes porque têm genes para proteínas verdes e proteínas vermelhas, mas eles têm outro gene que indica que as proteínas vermelhas devem ser quebradas logo após serem feitas. Portanto, o gene produtor da proteína colorida pode ser "verde" ou "vermelho". As duas opções são chamadas de alelos e um medida da composição genética da espécie é dada pela frequência de alelos entre todos os organismos no espécies.
Equilíbrio
Imagine um lago com alguns pés de profundidade com algas crescendo por toda parte. As algas próximas à superfície têm bastante luz amarela que sua proteína verde absorve muito bem. Mas as algas que caem mais abaixo não têm muita luz amarela - a água absorve a luz amarela e deixa passar mais luz azulada, então as algas mais profundas precisam da proteína vermelha para se dar bem em profundidades maiores. Se você tivesse que provar as algas na superfície, as mais saudáveis seriam verdes, enquanto as algas mais saudáveis sob a superfície seriam vermelhas. Mas todas as algas se reproduzem umas com as outras, então a porcentagem dos genes da proteína verde e da proteína vermelha seria bastante estável de geração em geração. A estabilidade da frequência do alelo é descrita pelo princípio de Hardy-Weinberg.
Mudar
Agora imagine que há um ano de fortes tempestades. As algas na lagoa transbordam das margens e se espalham para as lagoas vizinhas. Uma das lagoas vizinhas é muito rasa e a outra é muito mais profunda. No lago raso, o gene da proteína vermelha não ajuda, então mais algas de proteína verde pura são bem-sucedidas. Isso tenderá a expulsar o gene da proteína vermelha do pool genético - isto é, reduzirá a frequência do alelo do gene da proteína vermelha. O oposto pode acontecer no lago profundo. Em águas profundas, a proteína verde não ajuda em nada. A diferença de profundidade entre as algas verdes e vermelhas pode levar à diminuição dos genes da proteína verde na população de algas que nunca chega perto da superfície para se reproduzir. A frequência do alelo muda em resposta à pressão ambiental: a evolução está em ação.