V Darwinovi knjigi "O izvoru vrst" iz leta 1859 je vprašal, ali je lahko presenečenje, da "različice na nek način koristne za vsako bitje v veliki in zapleteni bitki bi se včasih zgodilo v tisočih generacijah? "Ali ne bi te razlike, kot je trdil, dajale posameznikom s koristnimi lastnostmi" najboljše možnosti za preživetje in razmnoževanje njihove vrste? "Njegov povzetek:" To ohranjanje ugodnih variacij in zavračanje škodljivih variacij imenujem Naravna selekcija. "Naravna selekcija je posledica izbire okolja zaradi ugodnih fizičnih lastnosti - fenotipa - v populaciji organizmi. Kadar so te značilnosti dedne, ima naravna selekcija tudi dolgoročne učinke na genski sklad populacije.
Naravna selekcija
Mnoge vrste kažejo razlike v svojih fizičnih lastnostih in pogosto se te lastnosti pojavljajo vzdolž kontinuuma. Primeri so višina ali barva las. Pri teh lastnostih lahko med vsemi pripadniki vrste obstaja naraven obseg variabilnosti. Predstavljajte si na primer vrsto metulja, ki ima dolžino jezika, recimo, od 12 milimetrov do približno 30 milimetrov. Če v njihovem okolju pride do prevlade dolgih cevastih cvetov, bodo metulji z daljšimi jeziki lažje dobili hrano. Ti metulji so lahko bolj zdravi kot drugi in uspešnejši pri vzreji ali pa je verjetno, da bodo preživeli dovolj dolgo za razmnoževanje.
Fenotip in okolje
Tako kot v primeru z metulji se tudi pri naravni selekciji zgodi, ko so fizične lastnosti organizma bolj ali manj primerne za uspevanje v okolju. Fizične lastnosti se imenujejo fenotip; zato naravna selekcija deluje neposredno na fenotip. Fenotip organizma določajo vplivi okolja in genotip. Ko organizem raste in se razvija, lahko dejavniki okolja vplivajo na njegovo velikost in druge fizične lastnosti; ko pa je zasnovan, so številne njegove značilnosti vnaprej določene z genotipom. Zato se vpliv okolja na fenotip populacije organizmov prevede v vpliv na genotip te populacije.
Fenotip in genotip
Povezava med genotipom in fenotipom ni nujno preprosta in neposredna. To pomeni, da med genom in lastnostjo ni korelacije ena na ena; ni vedno tako preprosto kot en gen, ki nadzoruje eno lastnost. Če pomislimo na primer z metulji, metulji z dolgimi jeziki uspevajo in rodijo več potomcev. Zato se sčasoma gen ali geni, ki kodirajo dolge jezike, pogosteje pojavljajo v tej populaciji metuljev. To pa ne pomeni nujno, da bodo vsi naslednji metulji imeli dolge jezike. To je posledica zapletenega razmerja med genotipom in fenotipom. Tudi če bi bil en gen odgovoren za dolge jezike, bi lahko tri četrtine potomcev staršev z dolgim jezikom nosilo gen za kratke jezike. Na številne fizične značilnosti pa vpliva več genov, kar situacijo še bolj zaplete.
Genski bazen
Še pomembnejše merilo genetske ali genotipske spremembe je pogostost vseh genotipov pri vseh pripadnikih vrste. To se imenuje genski sklad in predstavlja skupno možno spremembo genetske lastnosti.
Če se vrnemo k primeru z metulji, ko so posamezniki z dolgim jezikom bolj primerni za okolje, naslednji generacija metuljev ne bo nujno imela večjega odstotka genov z dolgimi jeziki bazen. Če pa bodo čez čas dolgi cevasti cvetovi še naprej prevladovali v okolju, bo nadaljnji selekcijski pritisk na fenotip spremenil genski sklad vrst metuljev. Natančen mehanizem genotipskih sprememb še vedno ni znan - zagotovo pa je drugačen za druge lastnosti in ločene vrste.