Evolucija je proces, ki katalizira genske spremembe znotraj populacije organizmov. Na primer, vrsta alg lahko spremeni svoje beljakovine, ki absorbirajo svetlobo, iz zelene v rdečo, da jim omogoči uspešnejše uspevanje v globljih vodah. Toda vidna sprememba značilnosti alg je odraz spremembe splošne pogostosti določenih genov v populaciji. V tehničnem smislu je to znano kot frekvenca alela. Evolucijske spremembe se torej ne morejo zgoditi brez sprememb frekvence alela, medtem ko je sprememba frekvence alela pokazatelj, da pride do evolucije.
Fenotip in genotip
Fenotip se nanaša na nabor opaznih telesnih in vedenjskih lastnosti organizma. Mnoge od teh lastnosti so neposredni izraz DNK organizma, ki se imenuje genotip. Čeprav nekatere elemente fenotipa vodi interakcija genotipov organizma z okoljem, je tak ali drugačen fenotip povezan z genotipom.
Genotip določenega organizma je sestavljen iz sklopa genetskih navodil za gradnjo beljakovin. Ta navodila so običajno nekakšna mešana vreča. Na primer, zelena alga ima lahko nekaj DNK, ki usmerja tudi sintezo rdečih beljakovin. Toda drugi geni lahko izklopijo gen rdečih beljakovin ali pa se proizvede veliko več zelenih beljakovin kot rdečih beljakovin. Tako bi lahko imel določen organizem močan zeleni in šibki rdeči genotip.
Populacijska genetika
Čeprav evolucijo vodi interakcija okolja z enim samim organizmom, se en sam organizem ne more razviti. Samo vrste se lahko razvijajo. Torej genetiki preučujejo splošno porazdelitev fenotipa in genotipa znotraj populacije. Možno je veliko različnih mešanic.
Na primer, populacija zelenih alg bi lahko bila zelena, ker imajo le gene za izdelavo zelenih beljakovin. Lahko pa bi bili tudi zeleni, ker imajo gene za zelene beljakovine in rdeče beljakovine, vendar imajo še en gen, ki usmerja, da je treba rdeče beljakovine razgraditi takoj po izdelavi. Torej je gen za tvorjenje beljakovin lahko "zelen" ali "rdeč". Ti dve možnosti se imenujeta alela in a Ukrep genetske sestave vrste podaja pogostost alelov med vsemi organizmi v vrste.
Ravnotežje
Predstavljajte si ribnik, nekaj metrov globok z algami, ki rastejo vseskozi. Alge blizu površine imajo veliko rumene svetlobe, ki jo njihovi zeleni proteini prav dobro absorbirajo. Toda alge, ki se spuščajo nižje, nimajo veliko rumene svetlobe - voda absorbira rumeno in prepušča več modrikaste svetlobe, zato globlje alge potrebujejo rdeče beljakovine, da se dobro obnesejo na večjih globinah. Če bi vzorčili alge na površini, bi bile najbolj zdrave zelene, najbolj zdrave alge pod površjem pa rdeče. Toda alge se med seboj razmnožujejo, zato bi bil odstotek genov zelenih beljakovin in rdečih beljakovin iz generacije v generacijo precej stabilen. Stabilnost frekvence alela opisuje Hardy-Weinbergov princip.
Sprememba
Zdaj pa si predstavljajte, da je leto močnih neviht. Alge v ribniku preplavijo bregove in se razširijo na sosednje ribnike. Eden od sosednjih ribnikov je zelo plitv, drugi pa precej globlji. V plitvem ribniku gen za rdeče beljakovine ni v pomoč, zato so uspešnejše čiste zeleno beljakovinske alge. To bo ponavadi pregnalo gen rdečih beljakovin iz genskega sklada - to pomeni, da bo zmanjšalo pogostost alelov gena rdečih beljakovin. V globokem ribniku se lahko zgodi ravno nasprotno. V globokih vodah zelene beljakovine niso v pomoč. Razlika v globini zelenih in rdečih alg lahko povzroči zmanjšanje genov zeleno-beljakovin v populaciji alg, ki se nikoli ne približajo površini za razmnoževanje. Frekvenca alelov se spreminja kot odziv na pritisk iz okolja: evolucija je na delu.