Az egyik legfontosabb alapelve populációgenetika, a populációk genetikai összetételének és különbségeinek vizsgálata Hardy-Weinberg egyensúlyi elv. Szintén leírtak genetikai egyensúly, ez az elv megadja a nem fejlődő populáció genetikai paramétereit. Egy ilyen populációban genetikai variáció és természetes kiválasztódás nem fordul elő, és a lakosság nem tapasztal változásokat a genotípus és allél frekvenciák generációról generációra.
A Hardy-Weinberg elv Godfrey Hardy matematikus és Wilhelm Weinberg orvos fejlesztette ki az 1900-as évek elején. Kialakítottak egy modellt a genotípus és az allél gyakoriságának előrejelzésére egy nem fejlődő populációban. Ez a modell öt fő feltevésen vagy feltételeken alapul, amelyeknek teljesülniük kell ahhoz, hogy a populáció genetikai egyensúlyban létezzen. Ez az öt fő feltétel a következő:
A genetikai egyensúlyhoz szükséges feltételeket idealizáljuk, mivel nem látjuk, hogy a természetben egyszerre forduljanak elő. Mint ilyen, az evolúció megtörténik a populációkban. Az idealizált körülmények alapján Hardy és Weinberg kidolgozott egy egyenletet egy nem fejlődő populáció genetikai kimenetelének előrejelzésére az idő múlásával.
Ez az egyenlet, p2 + 2pq + q2 = 1, más néven Hardy-Weinberg egyensúlyi egyenlet.
Hasznos ahhoz, hogy a populáció genotípus gyakoriságában bekövetkező változásokat összehasonlítsuk a genetikai egyensúlyban lévő populáció várt eredményeivel. Ebben az egyenletben p2 a becsült frekvencia homozigóta domináns egyének a populációban, 2pq a becsült frekvencia heterozigóta egyének és q2 a homozigóta recesszív egyének becsült gyakoriságát képviseli. Ennek az egyenletnek a kidolgozásakor Hardy és Weinberg kibővültek Mendeliai genetika alapelvei öröklés a populáció genetikájához.
Az egyik feltétel, amelyet Hardy-Weinberg egyensúly szempontjából teljesíteni kell, az mutációk egy lakosságban. A mutációk a. génszekvenciájának állandó változásai DNS. Ezek a változások megváltoznak gének és a populáció genetikai variációjához vezető allélek. Bár a mutációk megváltoztatják a populáció genotípusát, megfigyelhetőek lehetnek, vagy nem, vagy fenotípusos változások. A mutációk hatással lehetnek az egyes génekre vagy az egészre kromoszómák. A génmutációk tipikusan mindkettőként fordulnak elő pontmutációk vagy bázispár beillesztések / törlések. Egy pontmutációban az egyetlen nukleotid bázist megváltoztatják, megváltoztatva a génszekvenciát. Az alappárok beillesztései / deléciói kereteltolódási mutációkat okoznak, amelyekben a keret, amelyből a DNS-t leolvasják protein szintézis el van tolva. Ez hibás előállítást eredményez fehérjék. Ezeket a mutációkat a következő generációk adják tovább DNS replikáció.
Kromoszóma mutációk megváltoztathatja a sejt kromoszómájának szerkezetét vagy kromoszómáinak számát. Szerkezeti kromoszómaváltozások duplikációk vagy kromoszóma törés eredményeként fordul elő. Ha egy DNS-darab elválasztódik egy kromoszómától, akkor egy másik kromoszómánál új helyzetbe kerülhet (transzlokáció) visszafordulhat és visszailleszthető a kromoszómába (inverzió), vagy elveszhet sejtosztódás (törlés). Ezek a szerkezeti mutációk megváltoztatják a génszekvenciákat a kromoszomális DNS-en, így termelődik a génvariáció. A kromoszóma mutációk a kromoszóma számának változása miatt is előfordulnak. Ez általában a kromoszóma töréséből vagy a kromoszómák sikertelen elválasztásának (nondisjunction) következménye. miózis vagy mitózis.
Hardy-Weinberg egyensúly esetén a génáramlás nem fordulhat elő a populációban. Génáramlás, vagy a génmigráció akkor fordul elő, ha allél frekvenciák egy populációban megváltozik, amikor az organizmusok bevándorolnak a populációba vagy onnan ki. Az egyik populációtól a másikig történő migráció új allélokat vezet be egy meglévő génkészletbe a továbbiakban szexuális reprodukció a két populáció tagjai között. A génáramlás az elválasztott populációk közötti migrációtól függ. A szervezeteknek képesnek kell lenniük nagy távolságok vagy keresztirányú akadályok (hegyek, óceánok stb.) Áthaladására, hogy egy másik helyre vándoroljanak, és új géneket vezessenek be a meglévő populációba. Nem mobil növénypopulációkban, mint például zárvatermők, a génáramlás úgy fordulhat elő, mint pollen szél vagy állatok által a távoli helyekre szállítja.
A populációból kikerülő szervezetek megváltoztathatják a génfrekvenciát. A gének eltávolítása a génkészletből csökkenti a specifikus allélek előfordulását és megváltoztatja azok gyakoriságát a génkészletben. A bevándorlás genetikai variációt hoz a populációban, és segítheti a lakosságot a környezeti változásokhoz való alkalmazkodásban. A bevándorlás azonban megnehezíti az optimális alkalmazkodás stabil környezetben történő megvalósulását is. Az kivándorlás A gének egy része (a populációból kiáramló gén) lehetővé tenné a helyi környezethez való alkalmazkodást, de a genetikai sokféleség elvesztéséhez és a lehetséges kihaláshoz is vezethet.
Nagyon nagy népesség, az egyik végtelen méretű, Hardy-Weinberg egyensúlyhoz szükséges. Ez a feltétel szükséges a genetikai sodródás. Genetikai sodródás a populáció allélfrekvenciájának olyan változásaként írják le, amely véletlenszerűen és nem természetes szelekcióval következik be. Minél kisebb a populáció, annál nagyobb a genetikai drift hatása. Ennek oka az, hogy minél kisebb a populáció, annál valószínűbb, hogy egyes allélek fixálódnak, mások pedig kihalt. Az allélek eltávolítása a populációból megváltoztatja az allél gyakoriságát a populációban. Az allélfrekvencia nagyobb valószínűséggel fennmarad a nagyobb populációkban, mivel a populációban nagyszámú egyén jelenik meg az allél.
A genetikai sodródás nem az adaptációból származik, hanem véletlenszerűen történik. A populációban megmaradó allélok hasznosak lehetnek vagy ártalmasak lehetnek a populációban levő organizmusokra. Kétféle esemény elősegíti a genetikai eltolódást és a populáció rendkívül alacsony genetikai sokféleségét. Az első típusú esemény népesség szűk keresztmetszeteként ismert. Szűk keresztmetszetű populációk egy népesség-összeomlás következménye, amely valamilyen típusú katasztrófa esemény miatt következik be, amely a lakosság nagy részét elpusztítja. A túlélő populáció korlátozott allél-változatosságú és csökkent génállomány ahonnan rajzolni lehet. A genetikai sodródás második példáját megfigyelhetjük az úgynevezett alapító hatása. Ebben az esetben az egyének kis csoportja elválasztódik a fő népességtől, és új populációt hoz létre. Ez a gyarmati csoport nem rendelkezik az eredeti csoport teljes allélképviseletével, és eltérő allélfrekvenciájú lesz a viszonylag kisebb génkészletben.
Véletlenszerű párzás egy további feltétel a Hardy-Weinberg egyensúly eléréséhez egy populációban. Véletlenszerű párzáskor az egyének párosulnak, anélkül, hogy potenciális társukban kiválasztott tulajdonságokat részesítenének előnyben. A genetikai egyensúly fenntartása érdekében ennek a párzásnak azt is eredményeznie kell, hogy azonos számú utódot termeljen a populáció összes nősténye. Nem véletlenszerű a párosodást a természetben általában megfigyelik szexuális szelekcióval. Ban ben szexuális kiválasztás, az egyén a párot választja olyan tulajdonságok alapján, amelyeket előnyben részesítenek. Az olyan tulajdonságok, mint az élénk színű tollak, a brut erősség vagy a nagy agancs, magasabb szintű fitneszt jeleznek.
A nőstények, többnyire a férfiak, szelektíven választják a társat, hogy javítsák fiatalok túlélési esélyeit. A nem véletlenszerű párosulás megváltoztatja az allél gyakoriságát egy populációban, mivel a kívánt tulajdonságokkal rendelkező egyedeket gyakrabban választják ki a párosodáshoz, mint azoknak, akiknek nem vannak ezek a tulajdonságok. Néhány faj, csak egyes egyének kapnak párosítást. Generációk során a kiválasztott egyének allélei gyakrabban fordulnak elő a populáció génkészletében. Mint ilyen, a szexuális szelekció hozzájárul népesség alakulása.
Ahhoz, hogy a populáció Hardy-Weinberg egyensúlyban létezzen, a természetes szelekciónak nem szabad megtörténnie. Természetes kiválasztódás fontos tényező a biológiai evolúció. Amikor a természetes szelekció megtörténik, akkor a legjobbak egy populációban a környezetükhöz igazodva túlélni és több utódot termelni, mint az olyan személyek, akik nem igazán alkalmazkodtak. Ennek eredményeként megváltozik a populáció genetikai összetétele, mivel a kedvezőbb allélek a teljes populációra átadódnak. A természetes szelekció megváltoztatja az allél frekvenciákat egy populációban. Ez a változás nem véletlenszerűen következik be, mint a genetikai sodródás esetén, hanem a környezeti alkalmazkodás eredménye.
A környezet meghatározza, hogy mely genetikai variációk kedvezőbbek. Ezek a variációk több tényező következtében fordulnak elő. Génmutáció, génáramlás és genetikai rekombináció a szexuális szaporodás során minden olyan tényező, amely variációkat és új génkombinációkat vezet be a populációba. A természetes szelekció által előnyben részesített tulajdonságokat egyetlen gén vagy sok gén határozhatja meg (poligén tulajdonságok). A természetesen kiválasztott tulajdonságokra példa a levél módosítása húsevő növények, a levelek hasonlósága az állatokbanés adaptív viselkedés védelmi mechanizmusok, úgymint játék halott.