Изменчивость и наследственность

В одном исследовании жителей Иордании 26.1 процента генов групп крови ABO несли аллель A; именно изменение такого числа биологи называют эволюцией.

Естественный отбор может действовать только на различия между особями, и только на наследуемые различия. Ребёнок, который вырос высоким благодаря хорошему питанию, не будет из-за этого иметь более высоких детей. Мышцы, накачанные в спортзале, тоже не передаются следующему поколению. Дарвин и Уоллес знали, что многие различия наследуются, но ни один из них не знал, как. Ответ уже был напечатан: Грегор Мендель опубликовал свои опыты с горохом в 1866 году, через несколько лет после «Происхождения видов», но почти никто не читал их до 1900 года. К 1940-м годам биологи объединили генетику Менделя с отбором Дарвина, и это сочетание называют синтетической теорией эволюции.

Откуда берётся новая изменчивость

Главных источников два. Мутация, изменение ДНК, служит единственным источником совершенно новых аллелей. Мутация может снизить шансы организма выжить или размножиться, повысить их или вообще ни на что не повлиять; мутации последнего типа называют нейтральными, и таких мутаций много. Второй источник составляет половое размножение. Оно не создаёт новых аллелей, но каждая яйцеклетка и каждый сперматозоид несут свою смесь аллелей родителя, поэтому каждый потомок получает новое сочетание. У животных есть оговорка: мутация в клетке кожи или печени остаётся в этом теле. До следующего поколения могут дойти только изменения в клетках, из которых образуются яйцеклетки или сперматозоиды.

Лаборатория ниже начинается со 100 придуманных жуков среднего оттенка и птиц, которым цвет безразличен (давление отбора 0). Нажми «Следующее поколение» несколько раз. Мутации дают несколько более светлых и более тёмных жуков, и без отбора их доля от поколения к поколению случайно колеблется вверх и вниз. Затем повысь давление отбора и посмотри, как столбцы начинают смещаться к цвету коры.

Подсчёт аллелей в популяции

Популяционная генетика рассматривает не одну семью, а целую популяцию. Частота аллеля показывает, какая доля всех копий гена в популяции приходится на один определённый аллель. OpenStax приводит реальный пример: исследование в Иордании показало частоты аллелей групп крови ABO 26.1 процента для A, 13.4 процента для B и 60.5 процента для O, что в сумме даёт 100 процентов. В популяционной генетике эволюция означает изменение частот аллелей на протяжении поколений. Естественный отбор представляет собой один из путей такого изменения. Другой путь даёт дрейф генов, изменение по чистой случайности, которое сильнее всего в малых популяциях. Когда несколько особей основывают новую популяцию, например на острове, их набор аллелей может отличаться от набора исходной популяции. Этот частный случай называется эффектом основателя.

Популяция, которая не меняется

В начале 1900-х годов математик Годфри Харди и врач Вильгельм Вайнберг описали, как выглядит популяция, когда на неё ничто не действует. Обозначь частоту одного аллеля p, а другого q, тогда p + q = 1. Если пары складываются случайно, генотипы распределяются так: p² для доминантных гомозигот, 2pq для гетерозигот и q² для рецессивных гомозигот, причём p² + 2pq + q² = 1. Модель предполагает огромную популяцию без мутаций, миграции и отбора. Ни одна реальная популяция этому не соответствует, и в этом весь смысл: если подсчёты в природе отличаются от предсказания, значит, на популяцию что-то действует. В примере OpenStax популяция из 500 растений имеет p = 0.8 для фиолетового V и q = 0.2 для белого v. Модель предсказывает 0.64 × 500 = 320 растений VV, 0.32 × 500 = 160 растений Vv и 0.04 × 500 = 20 растений vv.

Быстро меняющиеся популяции делают это практической задачей. Вирусы гриппа быстро размножаются и часто мутируют, поэтому циркулирующие штаммы меняются из года в год. Каждый год учёные изучают, как менялись штаммы, и выбирают те, что войдут в следующую вакцину. Поэтому прошлогодняя прививка от гриппа в этом году может плохо защищать.