Еволюція - це процес, який каталізує генетичні зміни в популяції організмів. Наприклад, різновид водоростей може модифікувати свої світлопоглинаючі білки із зеленого на червоний, щоб дозволити їм успішніше процвітати в глибших водах. Але видима зміна характеристик водоростей є відображенням зміни загальної частоти конкретних генів у популяції. У технічному плані це відоме як частота алелів. Отже, еволюційні зміни не можуть відбуватися без зміни частоти алелів, тоді як зміна частоти алелів є ознакою того, що відбувається еволюція.
Фенотип і генотип
Фенотип відноситься до сукупності спостережуваних фізичних та поведінкових рис організму. Багато з цих рис є прямим вираженням ДНК організму, яка називається генотипом. Хоча деякі елементи фенотипу зумовлені взаємодією генотипів організму з навколишнім середовищем, той чи інший фенотип пов'язаний з генотипом.
Генотип конкретного організму складається з набору генетичних інструкцій щодо побудови білків. Ці інструкції, як правило, є різновидом змішаної сумки. Наприклад, у зелених водоростей також може бути ДНК, яка також керує синтезом червоних білків. Але інші гени можуть вимкнути ген червоного білка, або, можливо, просто виробляється набагато більше зеленого білка, ніж червоний білок. Отже, один конкретний організм міг мати сильний зелений генотип та слабкий червоний генотип.
Генетика населення
Хоча еволюція зумовлена взаємодією навколишнього середовища з одним організмом, єдиний організм не може еволюціонувати. Тільки види можуть еволюціонувати. Отже, генетики розглядають загальний розподіл фенотипу та генотипу в популяції. Можливо багато різних сумішей.
Наприклад, популяція зелених водоростей може бути зеленою, оскільки вони мають лише гени для виробництва зелених білків. Але вони також можуть бути зеленими, оскільки у них є гени для зелених білків і червоних білків, але у них є інший ген, який вказує на те, що червоні білки слід розщеплювати відразу після їх створення. Тож ген, що виробляє кольорові білки, може бути або «зеленим», або «червоним». Два варіанти називаються алелями, і a міра генетичного складу виду дається частотою алелів серед усіх організмів в видів.
Рівновагу
Уявіть собі ставок, глибиною в пару футів з водоростями, що ростуть повсюдно. Водорості біля поверхні мають багато жовтого світла, яке їх зелений білок поглинає дуже добре. Але водорості, що дрейфують нижче, не мають багато жовтого світла - вода поглинає жовте і пропускає більше синюшного світла, тому глибшим водоростям потрібен червоний білок, щоб добре працювати на більшій глибині. Якби ви взяли проби водоростей на поверхні, найздоровіші були б зеленими, тоді як найбільш здорові водорості під поверхнею мали б червоний колір. Але всі водорості розмножуються між собою, тому відсоток генів зеленого і червоного білків буде досить стабільним з покоління в покоління. Стійкість частоти алелів описується принципом Харді-Вайнберга.
Зміна
А тепер уявіть, що є рік сильних штормів. Водорості у ставку переливаються берегами і поширюються на сусідні ставки. Один із сусідніх ставків дуже мілкий, а другий - набагато глибший. У неглибокому ставку ген червоного білка не є корисним, тому успішнішими є чистіші зелені білкові водорості. Це, як правило, витіснить ген червоного білка з генофонду - тобто це зменшить частоту алелів гена червоного білка. У глибокому ставку може статися навпаки. У глибоких водах зелений білок не допомагає. Різниця в глибині зелених і червоних водоростей може спричинити зменшення генів зеленого білка в популяції водоростей, які ніколи не наближаються до поверхні для розмноження. Частота алелів змінюється у відповідь на тиск навколишнього середовища: еволюція працює.