Эволюция - это процесс, который катализирует генетические изменения в популяции организмов. Например, водоросли могут изменить цвет своих светопоглощающих белков с зеленого на красный, чтобы они могли более успешно развиваться в более глубоких водах. Но видимое изменение характеристик водорослей является отражением изменения общей частоты конкретных генов в популяции. Технически это известно как частота аллелей. Таким образом, эволюционные изменения не могут происходить без изменения частоты аллелей, в то время как изменение частоты аллелей является показателем того, что эволюция происходит.
Фенотип и генотип
Фенотип относится к совокупности наблюдаемых физических и поведенческих черт организма. Многие из этих черт являются прямым выражением ДНК организма, которая называется генотипом. Хотя некоторые элементы фенотипа обусловлены взаимодействием генотипов организма с окружающей средой, тем или иным образом фенотип связан с генотипом.
Генотип конкретного организма состоит из набора генетических инструкций по построению белков. Эти инструкции обычно представляют собой своего рода смешанный пакет. Например, у зеленой водоросли может быть ДНК, которая также управляет синтезом красных белков. Но другие гены могут выключить ген красного белка, или, может быть, зеленого белка вырабатывается намного больше, чем красного белка. Таким образом, один конкретный организм может иметь сильный зеленый генотип и слабый красный генотип.
Популяционная генетика
Хотя эволюция обусловлена взаимодействием окружающей среды с одним организмом, отдельный организм не может развиваться. Только виды могут развиваться. Итак, генетики смотрят на общее распределение фенотипа и генотипа в популяции. Возможно множество разных смесей.
Например, популяция зеленых водорослей может быть зеленой, потому что у них есть только гены, вырабатывающие зеленые белки. Но они также могут быть зелеными, потому что у них есть гены для зеленых белков и красных белков, но у них есть другой ген, который определяет, что красные белки должны расщепляться сразу после их создания. Таким образом, ген, производящий цветной белок, может быть либо «зеленым», либо «красным». Эти два варианта называются аллелями, а мера генетического состава вида определяется частотой аллеля среди всех организмов в разновидность.
Равновесие
Представьте себе пруд глубиной в пару футов, повсюду растут водоросли. Водоросли у поверхности имеют много желтого света, который прекрасно поглощает их зеленый белок. Но у водорослей, которые дрейфуют ниже, не так много желтого света - вода поглощает желтый и пропускает больше голубоватого света, поэтому более глубоким водорослям нужен красный белок, чтобы хорошо себя чувствовать на больших глубинах. Если вы исследуете водоросли с поверхности, самые здоровые водоросли будут зелеными, а самые здоровые водоросли под поверхностью будут красными. Но все водоросли размножаются друг с другом, поэтому процентное соотношение генов зеленого и красного белков будет довольно стабильным от поколения к поколению. Стабильность частоты аллелей описывается принципом Харди-Вайнберга.
Изменять
А теперь представьте, что наступил год сильных штормов. Водоросли в пруду выходят из берегов и распространяются на соседние пруды. Один из соседних водоемов очень мелкий, а другой гораздо глубже. В мелком пруду ген красного белка бесполезен, поэтому более чистые водоросли с зеленым белком успешны. Это будет иметь тенденцию вытеснять ген красного белка из генофонда, то есть уменьшать частоту аллелей гена красного белка. В глубоком пруду может произойти обратное. В глубоких водах зеленый белок бесполезен. Разница в глубине зеленых и красных водорослей может привести к уменьшению количества генов зеленого белка в популяции водорослей, которые никогда не выходят на поверхность для размножения. Частота аллелей изменяется в ответ на давление окружающей среды: идет эволюция.