Evolution är processen som katalyserar genetiska förändringar inom en population av organismer. Till exempel kan en art av alger modifiera sina ljusabsorberande proteiner från grönt till rött så att de kan trivas mer framgångsrikt i djupare vatten. Men den synliga förändringen i algeregenskaper är en återspegling av en förändring i den totala frekvensen för specifika gener i befolkningen. I tekniska termer kallas detta allelfrekvens. Så evolutionär förändring kan inte ske utan ändringar i allelfrekvensen medan en förändring i allelfrekvensen är en indikation på att evolution sker.
Fenotyp och genotyp
Fenotyp hänvisar till en uppsättning observerbara fysiska och beteendemässiga egenskaper hos en organism. Många av dessa egenskaper är direkta uttryck för en organisms DNA, som kallas genotypen. Även om vissa element av fenotyp drivs av interaktionen mellan en organisms genotyper och miljön, är ett eller annat sätt fenotyp kopplat till genotyp.
Genotypen för en specifik organism består av en uppsättning genetiska instruktioner för att bygga proteiner. Dessa instruktioner är vanligtvis en slags blandpåse. Till exempel kan en grön alg ha något DNA som styr syntesen av röda proteiner också. Men andra gener kan stänga av den röda proteingenen, eller kanske görs bara mycket mer grönt protein än rött protein. Så en viss organism kan ha en stark grön genotyp och en svag röd genotyp.
Befolkningsgenetik
Även om evolutionen drivs av interaktionen mellan miljön och en enda organism, kan en enda organism inte utvecklas. Det är bara arter som kan utvecklas. Så genetiker tittar på den totala fördelningen av fenotyp och genotyp inom en population. Många olika blandningar är möjliga.
Till exempel kan en population av gröna alger vara gröna eftersom de bara har gener för att göra gröna proteiner. Men de kan också vara gröna eftersom de har gener för gröna proteiner och röda proteiner, men de har en annan gen som styr att röda proteiner ska brytas ned direkt efter att de har gjorts. Så den färgproteinframställande genen kan vara antingen "grön" eller "röd". De två valen kallas alleler, och a mätning av arternas genetiska sammansättning ges av allelfrekvensen bland alla organismer i arter.
Jämvikt
Föreställ dig en damm, ett par meter djup med alger som växer hela tiden. Algerna nära ytan har gott om gult ljus som deras gröna protein absorberar helt fint. Men algerna som drivs lägre har inte mycket gult ljus - vattnet absorberar det gula och släpper igen mer blåaktigt ljus så att de djupare algerna behöver rött protein för att klara sig på större djup. Om du skulle prova algerna vid ytan skulle de hälsosammaste vara gröna, medan de hälsosammaste algerna under ytan skulle vara röda. Men algerna häckar alla med varandra, så andelen gröna proteiner och röda proteiner skulle vara ganska stabil från generation till generation. Allelfrekvensens stabilitet beskrivs av Hardy-Weinberg-principen.
Förändra
Tänk dig att det finns ett år med kraftiga stormar. Algerna i dammen flyter över bankerna och sprider sig till närliggande dammar. En av de närliggande dammarna är mycket grund och den andra är mycket djupare. I den grunda dammen är den röda proteingenen inte till hjälp, så mer rena gröna proteinalger är framgångsrika. Det tenderar att driva den röda proteingenen ut ur genpoolen - det vill säga det kommer att minska allelfrekvensen för den röda proteingenen. Motsatsen kan hända i den djupa dammen. På djupa vatten är det gröna proteinet till ingen hjälp. Skillnaden i djup hos de gröna och röda algerna kan leda till att gröna proteingener minskar i befolkningen av alger som aldrig kommer nära ytan för att föda upp. Allelfrekvensen förändras som svar på miljötrycket: evolutionen fungerar.