Variatie en erfelijkheid

In één onderzoek onder mensen in Jordanië droeg 26.1 procent van de genen voor de ABO-bloedgroep het A-allel; een verandering in zo'n getal is wat biologen met evolutie bedoelen.

Natuurlijke selectie kan alleen werken op verschillen tussen individuen, en alleen op verschillen die erfelijk zijn. Een kind dat lang wordt door goed eten, krijgt daardoor geen langere kinderen. Een spier die in de sportschool is opgebouwd, wordt evenmin doorgegeven aan de volgende generatie. Darwin en Wallace wisten dat veel variatie erfelijk was, maar geen van beiden wist hoe. Het antwoord lag al gedrukt: Gregor Mendel publiceerde zijn erwtenexperimenten in 1866, een paar jaar na de Origin, maar bijna niemand las ze tot 1900. In de jaren 1940 hadden biologen de genetica van Mendel met de selectie van Darwin verbonden, een combinatie die de moderne synthese heet.

Waar nieuwe variatie vandaan komt

Er zijn twee hoofdbronnen. Mutatie, een verandering in het DNA, is de enige bron van gloednieuwe allelen. Een mutatie kan de kans van een organisme om te overleven of zich voort te planten verkleinen of vergroten, of helemaal niets uitmaken; die laatste soort heet neutraal, en veel mutaties zijn neutraal. Geslachtelijke voortplanting is de tweede bron. Die maakt geen nieuwe allelen, maar elke eicel en zaadcel draagt een andere mix van de allelen van de ouder, dus elke nakomeling krijgt een nieuwe combinatie. Bij dieren is er een addertje: een mutatie in een huidcel of een levercel blijft in dat lichaam. Alleen veranderingen in de cellen die eicellen of zaadcellen maken, kunnen de volgende generatie bereiken.

Het lab hieronder begint met 100 verzonnen kevers die allemaal de middelste tint hebben, en vogels die zich niets van kleur aantrekken (selectiedruk 0). Druk een paar keer op Volgende generatie. Door mutatie ontstaan een paar lichtere en donkerdere kevers, en zonder selectie schommelen hun aandelen van generatie op generatie bij toeval op en neer. Verhoog dan de selectiedruk en zie hoe de balken beginnen over te hellen naar de kleur van de schors.

Allelen tellen in een populatie

Populatiegenetica kijkt naar een hele populatie in plaats van naar één familie. De allelfrequentie is het aandeel van alle exemplaren van een gen in de populatie dat een bepaald allel is. OpenStax geeft een echt voorbeeld: een onderzoek in Jordanië vond de allelen van de ABO-bloedgroep bij 26.1 procent voor A, 13.4 procent voor B en 60.5 procent voor O, samen 100 procent. In de populatiegenetica betekent evolutie een verandering van allelfrequenties over generaties. Natuurlijke selectie is een manier waarop dat gebeurt. Een andere is genetische drift, een verandering door puur toeval, die het sterkst is in kleine populaties. Als een paar individuen een nieuwe populatie beginnen, bijvoorbeeld op een eiland, kunnen hun allelen afwijken van die van de oorspronkelijke populatie, een bijzonder geval dat het founder-effect heet.

Een populatie die niet verandert

In het begin van de jaren 1900 beschreven de wiskundige Godfrey Hardy en de arts Wilhelm Weinberg hoe een populatie eruitziet als niets haar verandert. Noem de frequentie van het ene allel p en van het andere q, dus p + q = 1. Als partners willekeurig paren, komen de genotypes uit op p² voor homozygoot dominant, 2pq voor de heterozygoten en q² voor homozygoot recessief, en p² + 2pq + q² = 1. Het model gaat uit van een enorme populatie zonder mutatie, migratie en selectie. Geen enkele echte populatie voldoet daaraan, en dat is juist de bedoeling: als de aantallen in het veld afwijken van de voorspelling, werkt er iets in op de populatie. In het voorbeeld van OpenStax heeft een populatie van 500 planten p = 0.8 voor violet V en q = 0.2 voor wit v. Het model voorspelt 0.64 × 500 = 320 VV-, 0.32 × 500 = 160 Vv- en 0.04 × 500 = 20 vv-planten.

Snel veranderende populaties maken dit praktisch. Griepvirussen kopiëren zichzelf snel en muteren vaak, dus de stammen die rondgaan verschuiven van jaar tot jaar. Elk jaar bestuderen wetenschappers hoe de stammen zijn veranderd en kiezen ze welke in het volgende vaccin komen, en daarom beschermt een griepprik van vorig jaar dit jaar misschien niet goed.