ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่อัลลีลกับวิวัฒนาการคืออะไร?

วิวัฒนาการเป็นกระบวนการที่กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมภายในประชากรของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น สาหร่ายบางชนิดอาจปรับเปลี่ยนโปรตีนที่ดูดซับแสงของพวกมันจากสีเขียวเป็นสีแดง เพื่อให้พวกมันเจริญเติบโตได้สำเร็จมากขึ้นในน้ำลึก แต่การเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้ในลักษณะของสาหร่ายเป็นภาพสะท้อนของการเปลี่ยนแปลงความถี่โดยรวมของยีนเฉพาะในประชากร ในทางเทคนิคเรียกว่าความถี่อัลลีล ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่อัลลีล ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงความถี่อัลลีลเป็นเครื่องบ่งชี้ว่าวิวัฒนาการกำลังเกิดขึ้น

ฟีโนไทป์หมายถึงชุดของลักษณะทางกายภาพและพฤติกรรมที่สังเกตได้ของสิ่งมีชีวิต ลักษณะเหล่านี้หลายอย่างเป็นการแสดงออกโดยตรงของ DNA ของสิ่งมีชีวิตซึ่งเรียกว่าจีโนไทป์ แม้ว่าองค์ประกอบบางอย่างของฟีโนไทป์จะถูกขับเคลื่อนโดยปฏิสัมพันธ์ของจีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม แต่ฟีโนไทป์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งเชื่อมโยงกับจีโนไทป์

จีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตจำเพาะประกอบด้วยชุดคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับการสร้างโปรตีน คำแนะนำเหล่านั้นมักจะเป็นชนิดของถุงผสม ตัวอย่างเช่น สาหร่ายสีเขียวอาจมี DNA บางส่วนที่ชี้นำการสังเคราะห์โปรตีนสีแดงด้วย แต่ยีนอื่นๆ อาจปิดยีนโปรตีนสีแดง หรืออาจมีการสร้างโปรตีนสีเขียวมากกว่าโปรตีนสีแดง ดังนั้นสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งอาจมีจีโนไทป์สีเขียวเข้มและมีจีโนไทป์สีแดงอ่อน

แม้ว่าวิวัฒนาการจะถูกขับเคลื่อนโดยปฏิสัมพันธ์ของสิ่งแวดล้อมกับสิ่งมีชีวิตตัวเดียว แต่สิ่งมีชีวิตตัวเดียวไม่สามารถวิวัฒนาการได้ เป็นเพียงสายพันธุ์ที่สามารถวิวัฒนาการได้ นักพันธุศาสตร์จึงพิจารณาการกระจายโดยรวมของฟีโนไทป์และจีโนไทป์ภายในประชากร ผสมได้หลายแบบ

ตัวอย่างเช่น ประชากรสาหร่ายสีเขียวอาจเป็นสีเขียว เพราะมียีนสำหรับสร้างโปรตีนสีเขียวเท่านั้น แต่พวกมันอาจเป็นสีเขียวก็ได้ เพราะพวกมันมียีนของโปรตีนสีเขียวและโปรตีนสีแดง แต่พวกมันมียีนอีกตัวหนึ่งที่ชี้นำว่าโปรตีนสีแดงควรถูกย่อยสลายทันทีหลังจากที่พวกมันถูกสร้างขึ้น ดังนั้นยีนที่สร้างโปรตีนสีอาจเป็น "สีเขียว" หรือ "สีแดง" สองตัวเลือกนี้เรียกว่าอัลลีลและ a การวัดองค์ประกอบทางพันธุกรรมของสปีชีส์นั้นกำหนดโดยความถี่อัลลีลของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดใน สายพันธุ์

ลองนึกภาพบ่อน้ำลึกสองสามฟุตที่มีสาหร่ายเติบโตอยู่ทั่ว สาหร่ายที่อยู่ใกล้ผิวน้ำมีแสงสีเหลืองมากมายที่โปรตีนสีเขียวของพวกมันดูดซับได้ดี แต่สาหร่ายที่อยู่เบื้องล่างไม่มีแสงสีเหลืองมากนัก - น้ำดูดซับสีเหลืองและปล่อยให้แสงสีน้ำเงินส่องผ่านเข้ามามากขึ้น ดังนั้นสาหร่ายที่ลึกกว่าจึงต้องการโปรตีนสีแดงเพื่อให้ทำงานได้ดีในระดับความลึกที่มากขึ้น หากคุณจะเก็บตัวอย่างสาหร่ายที่ผิวน้ำ สาหร่ายที่มีสุขภาพดีที่สุดจะเป็นสีเขียว ในขณะที่สาหร่ายที่มีสุขภาพดีที่สุดที่อยู่ใต้พื้นผิวจะเป็นสีแดง แต่สาหร่ายล้วนผสมพันธุ์ซึ่งกันและกัน ดังนั้น เปอร์เซ็นต์ของยีนโปรตีนสีเขียวและโปรตีนสีแดงจะค่อนข้างคงที่จากรุ่นสู่รุ่น ความเสถียรของความถี่อัลลีลอธิบายโดยหลักการของ Hardy-Weinberg

ตอนนี้ลองนึกภาพว่ามีพายุหนักเป็นปี สาหร่ายในสระน้ำล้นตลิ่งและแพร่กระจายไปยังบ่อข้างเคียง บ่อน้ำข้างเคียงแห่งหนึ่งตื้นมาก และอีกสระหนึ่งลึกกว่ามาก ในบ่อน้ำตื้น ยีนโปรตีนสีแดงไม่มีประโยชน์ ดังนั้นสาหร่ายโปรตีนสีเขียวบริสุทธิ์จึงประสบความสำเร็จ นั่นจะมีแนวโน้มที่จะขับยีนโปรตีนแดงออกจากแหล่งรวมของยีน นั่นคือ มันจะลดความถี่อัลลีลของยีนโปรตีนแดง สิ่งตรงกันข้ามอาจเกิดขึ้นในสระน้ำลึก ในน้ำลึก โปรตีนสีเขียวไม่ช่วยอะไร ความแตกต่างในเชิงลึกของสาหร่ายสีเขียวและสีแดงอาจทำให้ยีนสีเขียวโปรตีนลดลงในประชากรของสาหร่ายที่ไม่เคยเข้าใกล้พื้นผิวเพื่อผสมพันธุ์ ความถี่อัลลีลเปลี่ยนแปลงไปตามแรงกดดันของสิ่งแวดล้อม: วิวัฒนาการอยู่ในที่ทำงาน