การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำงานบนจีโนไทป์หรือฟีโนไทป์หรือไม่?

ในหนังสือเรื่อง "On the Origin of Species" ของดาร์วินในปี 1859 เขาถาม น่าแปลกใจไหมที่ "รูปแบบต่าง ๆ มีประโยชน์ในทางใดทางหนึ่งสำหรับแต่ละคนในการต่อสู้ที่ยิ่งใหญ่และซับซ้อน ของชีวิตบางครั้งควรเกิดขึ้นในช่วงหลายพันชั่วอายุคนหรือไม่” เขาโต้แย้งว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจะไม่ทำให้บุคคลมีคุณสมบัติได้เปรียบ " โอกาสดีที่สุดที่จะมีชีวิตรอดและให้กำเนิดเผ่าพันธุ์ของพวกเขาได้หรือ?” บทสรุปของเขา: “การสงวนไว้ซึ่งรูปแบบที่เอื้ออำนวยและการปฏิเสธการเปลี่ยนแปลงที่ก่อความเสียหาย ฉันขอเรียกมันว่า การคัดเลือกโดยธรรมชาติ" การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นผลมาจากการเลือกสภาพแวดล้อมสำหรับลักษณะทางกายภาพที่ได้เปรียบ - ฟีโนไทป์ - ในประชากร สิ่งมีชีวิต เมื่อลักษณะเหล่านี้เป็นกรรมพันธุ์ การคัดเลือกโดยธรรมชาติก็มีผลระยะยาวต่อกลุ่มยีนของประชากรเช่นกัน

หลายชนิดแสดงความผันแปรในลักษณะทางกายภาพของพวกมัน และบ่อยครั้งที่ลักษณะเหล่านี้เกิดขึ้นต่อเนื่องกัน ตัวอย่างความสูงหรือสีผม ช่วงของความแปรปรวนตามธรรมชาติอาจมีอยู่ในลักษณะเหล่านั้นในบรรดาสมาชิกทั้งหมดของสปีชีส์ ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพผีเสื้อสายพันธุ์หนึ่งที่มีการกระจายความยาวลิ้น กล่าวคือ จาก 12 มม. ถึงประมาณ 30 มม. หากมีการเปลี่ยนแปลงของดอกไม้ที่มีลักษณะเป็นท่อยาวๆ ในสภาพแวดล้อม ผีเสื้อที่มีลิ้นที่ยาวกว่าก็จะมีเวลาหาอาหารได้ง่ายขึ้น ผีเสื้อเหล่านั้นอาจมีสุขภาพดีกว่าตัวอื่นๆ และประสบความสำเร็จในการผสมพันธุ์มากกว่า หรืออาจมีแนวโน้มที่จะอยู่รอดได้นานพอที่จะสืบพันธุ์ได้

ในตัวอย่างผีเสื้อ การคัดเลือกโดยธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อลักษณะทางกายภาพของสิ่งมีชีวิตทำให้เหมาะสมที่จะเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมมากหรือน้อย ลักษณะทางกายภาพเรียกว่าฟีโนไทป์ ดังนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาติจึงทำงานโดยตรงกับฟีโนไทป์ ฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตถูกกำหนดโดยทั้งอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและจีโนไทป์ กล่าวคือเมื่อสิ่งมีชีวิตเติบโตและพัฒนา ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อขนาดและลักษณะทางกายภาพอื่นๆ แต่เมื่อตั้งครรภ์ คุณลักษณะหลายอย่างของมันก็ถูกกำหนดโดยจีโนไทป์ ดังนั้นอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมที่มีต่อฟีโนไทป์ของประชากรสิ่งมีชีวิตจึงได้รับการแปลเป็นอิทธิพลต่อจีโนไทป์ของประชากรนั้น

การเชื่อมต่อระหว่างจีโนไทป์และฟีโนไทป์ไม่จำเป็นต้องง่ายและตรงไปตรงมา นั่นคือไม่มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างยีนและลักษณะ มันไม่ได้ง่ายเหมือนยีนหนึ่งที่ควบคุมลักษณะหนึ่งเสมอไป เมื่อนึกถึงตัวอย่างผีเสื้อ ผีเสื้อที่มีลิ้นยาวจะเจริญเติบโตและออกลูกมากขึ้น ดังนั้น เมื่อเวลาผ่านไป ยีนหรือยีนที่เข้ารหัสสำหรับลิ้นยาวจึงกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในประชากรของผีเสื้อนั้น ไม่ได้หมายความว่าผีเสื้อรุ่นต่อไปจะมีลิ้นยาว นั่นเป็นเพราะความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างจีโนไทป์และฟีโนไทป์ แม้ว่ายีนตัวเดียวมีหน้าที่รับผิดชอบต่อลิ้นยาว แต่สามในสี่ของลูกหลานของพ่อแม่ที่พูดยาวก็สามารถมียีนลิ้นสั้นได้ ลักษณะทางกายภาพหลายอย่างได้รับอิทธิพลจากยีนหลายตัว ซึ่งทำให้สถานการณ์ซับซ้อนยิ่งขึ้น

การวัดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมหรือจีโนไทป์ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือความถี่ของจีโนไทป์ทั้งหมดในสมาชิกทั้งหมดของสปีชีส์ นั่นเรียกว่ายีนพูล และมันแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ทั้งหมดในลักษณะทางพันธุกรรม

กลับมาที่ตัวอย่างผีเสื้อ เมื่อคนปากยาวเข้ากับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ต่อไป รุ่นของผีเสื้อไม่จำเป็นต้องมีเปอร์เซ็นต์ของยีนลิ้นยาวในยีนของพวกมันมากขึ้น สระว่ายน้ำ. เมื่อเวลาผ่านไป แม้ว่าดอกไม้ที่มีลักษณะเป็นท่อยาวยังคงมีอิทธิพลเหนือสิ่งแวดล้อม แรงกดดันในการเลือกอย่างต่อเนื่องต่อฟีโนไทป์จะปรับเปลี่ยนกลุ่มยีนของสายพันธุ์ผีเสื้อ กลไกที่แน่ชัดของการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และมันแตกต่างไปจากลักษณะอื่นๆ และสายพันธุ์ที่แยกจากกันอย่างแน่นอน