Jeden z najdôležitejších princípov populačná genetikaje štúdia genetického zloženia a rozdielov v populáciách Hardy-Weinbergov princíp rovnováhy. Označuje sa aj ako genetická rovnováha, tento princíp poskytuje genetické parametre pre populáciu, ktorá sa nevyvíja. V takej populácii genetická variácia a prirodzený výber nevyskytujú sa a počet obyvateľov nenastane v roku 2007 genotyp a alela frekvencie z generácie na generáciu.
Princíp Hardy-Weinberga bol vyvinutý matematikom Godfreyom Hardym a lekárom Wilhelmom Weinbergom na začiatku 20. rokov 20. storočia. Postavili model na predpovedanie genotypu a frekvencií alel v nevyvíjajúcej sa populácii. Tento model je založený na piatich hlavných predpokladoch alebo podmienkach, ktoré musia byť splnené, aby populácia existovala v genetickej rovnováhe. Týchto päť hlavných podmienok je tieto:
Podmienky potrebné pre genetickú rovnováhu sú idealizované, pretože ich nevidíme v prírode vyskytovať naraz. Evolucia sa tak stáva v populáciách. Na základe idealizovaných podmienok Hardy a Weinberg vyvinuli rovnicu na predpovedanie genetických výsledkov v nevyvíjajúcej sa populácii v priebehu času.
Táto rovnica, p2 + 2pq + q2 = 1, je tiež známy ako Hardy-Weinbergova rovnovážna rovnica.
Je užitočný na porovnávanie zmien vo frekvencii genotypov v populácii s očakávanými výsledkami populácie v genetickej rovnováhe. V tejto rovnici p2 predstavuje predpokladanú frekvenciu homozygotná dominantné osoby v populácii, rovnosti 2pq predstavuje predpokladanú frekvenciu heterozygotná jednotlivci a q2 predstavuje predpokladanú frekvenciu homozygotných recesívnych jedincov. Pri vývoji tejto rovnice sa Hardy a Weinberg rozšírili Princípy Mendelovej genetiky dedičstva populačnej genetiky.
Jednou z podmienok, ktoré musia byť splnené pre Hardyho-Weinbergovu rovnováhu, je absencia mutácie v populácii. mutácie sú trvalé zmeny v génovej sekvencii DNA. Tieto zmeny sa menia gény a alely vedúce ku genetickej variabilite v populácii. Hoci mutácie spôsobujú zmeny v genotype populácie, môžu alebo nemusia produkovať pozorovateľné alebo fenotypové zmeny. Mutácie môžu ovplyvniť jednotlivé gény alebo celé bunky chromozómy. Génové mutácie sa zvyčajne vyskytujú ako také bodové mutácie alebo inzercie / vymazania párov báz. V bodovej mutácii sa zmení jedna nukleotidová báza, čím sa zmení génová sekvencia. Inzercie / delécie bázových párov spôsobujú mutácie posunu rámca, v ktorom je snímaný rámec, z ktorého je DNA načítaná Syntézy bielkovín je posunutý. Výsledkom je chybná výroba proteíny. Tieto mutácie sa prenášajú na ďalšie generácie Replikácia DNA.
Chromozómové mutácie môže meniť štruktúru chromozómu alebo počet chromozómov v bunke. Štrukturálne zmeny chromozómov vyskytujú sa v dôsledku duplikácií alebo poškodenia chromozómov. Ak sa časť DNA oddelí od chromozómu, môže sa premiestniť na nové miesto na inom chromozóme (translokácia), môže sa zvrátiť a vložiť späť do chromozómu (inverzia), alebo sa môže stratiť počas bunkové delenie (Vypustenie). Tieto štrukturálne mutácie menia génové sekvencie na génovej variácii produkujúcej chromozomálnu DNA. K mutáciám chromozómov tiež dochádza v dôsledku zmien počtu chromozómov. Toto je obyčajne výsledkom zlomenia chromozómov alebo zlyhania správne sa oddeliť chromozómy (ndisjunkcia) počas meiosis alebo mitosis.
Pri Hardy-Weinbergovej rovnováhe sa v populácii nesmie vyskytovať tok génov. Tok génualebo dôjde k migrácii génov, keď frekvencie alel v populačnej zmene, keď organizmy migrujú do alebo z populácie. Migrácia z jednej populácie do druhej zavádza nové alely do existujúcej génovej skupiny sexuálna reprodukcia medzi členmi týchto dvoch populácií. Tok génov závisí od migrácie medzi separovanými populáciami. Organizácie musia byť schopné cestovať na veľké vzdialenosti alebo priečne bariéry (hory, oceány atď.), Aby sa mohli migrovať na iné miesto a zaviesť nové gény do existujúcej populácie. V nemobilných rastlinných populáciách, ako sú napr krytosemennétok génov môže nastať ako peľ je prenášaný vetrom alebo zvieratami na vzdialené miesta.
Organizmy migrujúce z populácie môžu tiež zmeniť génové frekvencie. Odstránenie génov z génovej skupiny znižuje výskyt špecifických alel a mení ich frekvenciu v génovej skupine. Prisťahovalectvo prináša do populácie genetické variácie a môže pomôcť populácii prispôsobiť sa zmenám životného prostredia. Prisťahovalectvo však tiež sťažuje optimálne prispôsobenie sa v stabilnom prostredí. emigrácia Gény (tok génov z populácie) by mohli umožniť adaptáciu na miestne prostredie, ale mohli by tiež viesť k strate genetickej diverzity a možnému vyhynutiu.
Veľmi veľká populácia, jeden z nekonečnej veľkosti, je vyžadovaná pre Hardy-Weinbergovu rovnováhu. Táto podmienka je potrebná na boj proti následkom genetický drift. Genetický drift sa označuje ako zmena frekvencií alel v populácii, ku ktorej dochádza náhodne a nie prirodzeným výberom. Čím je populácia menšia, tým väčší je vplyv genetického driftu. Je to preto, že čím je populácia menšia, tým je väčšia pravdepodobnosť, že niektoré alely sa stanú fixované a iné sa stanú vyhynutý. Odstránenie alel z populácie mení frekvenciu alel v populácii. Frekvencie alel sa s väčšou pravdepodobnosťou udržiavajú vo väčších populáciách kvôli výskytu alel u veľkého počtu jedincov v populácii.
Genetický drift nevyplýva z adaptácie, ale nastáva náhodou. Alely, ktoré pretrvávajú v populácii, môžu byť užitočné alebo škodlivé pre organizmy v populácii. Dva typy udalostí podporujú genetický drift a extrémne nízku genetickú diverzitu v rámci populácie. Prvý typ udalosti sa nazýva úzky profil populácie. Zúžené populácie sú dôsledkom populačného zlyhania, ku ktorému dôjde v dôsledku nejakého typu katastrofickej udalosti, ktorá vymaže väčšinu obyvateľstva. Prežívajúca populácia má obmedzenú diverzitu alel a znížila sa génový pool z ktorého čerpať. Druhý príklad genetického driftu sa pozoruje v tzv zakladajúci efekt. V tomto prípade sa malá skupina jednotlivcov oddelí od hlavnej populácie a vytvorí novú populáciu. Táto koloniálna skupina nemá úplnú alelovú reprezentáciu pôvodnej skupiny a bude mať rôzne frekvencie alel v porovnateľne menšom génovom súbore.
Náhodné párenie je ďalšia podmienka vyžadovaná pre Hardy-Weinbergovu rovnováhu v populácii. Pri náhodnom párení sa jednotlivci pária bez preferencie pre vybrané vlastnosti svojho potenciálneho partnera. Aby sa zachovala genetická rovnováha, musí toto párenie viesť tiež k produkcii rovnakého počtu potomkov pre všetky ženy v populácii. Non-náhodné Párenie sa v prírode bežne pozoruje prostredníctvom sexuálneho výberu. v sexuálny výber, jednotlivec si vyberie partnera na základe vlastností, ktoré sa považujú za uprednostňované. Znaky, ako napríklad žiarivo zafarbené perie, hrubá sila alebo veľké parohy, naznačujú vyššiu kondíciu.
Samice, viac ako samce, sú selektívne pri výbere kamarátov, aby sa zvýšila šanca na prežitie ich mladých. Náhodne sa líšia frekvencia alel v populácii, pretože jednotlivci s požadovanými vlastnosťami sa vyberajú na párenie častejšie ako ľudia bez týchto znakov. V niektorých druh, vyberajú sa iba jednotlivci. V priebehu generácií sa alely vybraných jedincov vyskytujú častejšie v genofonde populácie. Sexuálny výber ako taký prispieva populačný vývoj.
Aby populácia existovala v Hardy-Weinbergovej rovnováhe, nesmie dôjsť k prirodzenému výberu. Prirodzený výber je dôležitým faktorom v roku 2007 biologická evolúcia. Keď dôjde k prirodzenému výberu, jednotlivci v populácii, ktorí sú najlepší prispôsobené ich prostrediu prežiť a produkovať viac potomkov ako jednotlivci, ktorí nie sú tak dobre prispôsobení. To má za následok zmenu genetického zloženia populácie, pretože priaznivejšie alely sa prenášajú na populáciu ako celok. Prirodzený výber mení frekvenciu alel v populácii. Táto zmena nie je spôsobená náhodou, ako je to v prípade genetického driftu, ale výsledkom prispôsobenia sa prostrediu.
Prostredie určuje, ktoré genetické variácie sú priaznivejšie. Tieto odchýlky sa vyskytujú v dôsledku niekoľkých faktorov. Génová mutácia, tok génov a genetická rekombinácia počas sexuálnej reprodukcie sú všetky faktory, ktoré zavádzajú do populácie variácie a nové kombinácie génov. Znaky zvýhodnené prirodzeným výberom môžu byť určené jedným génom alebo mnohými génmi (polygénne znaky). Príklady prirodzene vybraných znakov zahŕňajú modifikáciu listu v mäsožravé rastliny, podobnosť listov u zvierata adaptívne správanie obranné mechanizmy, ako napríklad hranie mŕtvych.