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Die Populationsgenetik, die sich mit der Ausbreitung der Gene in Populationen von Lebewesen beschäftigt, erhielt ihre solide wissenschaftliche Grundlage durch die Arbeiten des englischen Mathematikers Godfrey H. Hardy und des deutschen Frauenarztes Wilhelm Weinberg. Sie formulierten 1908 unabhängig voneinander ein Prinzip, das heute unter dem Namen Hardy-Weinberg-Gesetz bekannt ist. Es besagt folgendes: Wenn ein Gen auf einem Autosom in einer Population in zwei Allelen (A und a) vorkommt, wobei die Häufigkeit ihres Auftretens (dezimal ausgedrückt) p und q beträgt (p + q = 1), und wenn zudem die Paarung zwischen den Individuen im Hinblick auf dieses Gen zufällig erfolgt, dann treten die Genotypen AA, Aa und aa nach einer Generation mit den Häufigkeiten p2, 2pq, und q2 auf. Anschließend bleiben diese Häufigkeiten von Generation zu Generation konstant, solange keine Störungen auftreten. Jede Änderung, die auf entwicklungsgeschichtlichen Wandel hinweist, muss also auf Störungen zurückgehen. Solche Störungen sind z. B. Mutationen, natürliche Selektion, Populationswanderungen und Paarungen innerhalb sehr kleiner Populationen, bei denen bestimmte Allele zufällig verloren gehen, sowie Gendrift.
Vielen Hinweisen zufolge sind die meisten Populationen genetisch weitaus variabler, als man zunächst angenommen hatte. Wie man aus Untersuchungen an den Polypeptidprodukten der Gene weiß, ist die Häufigkeit der genetischen Varianten bei einem Drittel von ihnen höher, als man es aufgrund des Gleichgewichts zwischen ihrer Entstehung durch Mutationen und dem Selektionsnachteil der Mutanten erwarten sollte. Das führte zu einem erheblichen Interesse an der Frage, wie unterschiedliche Allele aktiv im Gleichgewicht gehalten werden, so dass keines von ihnen das andere verdrängt. Ein solcher Ausgleichsmechanismus besteht darin, dass heterozygote Individuen häufig besser lebensfähig sind als homozygote. Ein weiterer Mechanismus, frequenzabhängige Selektion genannt, beruht auf dem relativen Überlebensvorteil seltener Varianten, beispielsweise in Populationen, die von natürlichen Feinden dezimiert werden. Feinde konzentrieren sich oft auf die häufigste Variante und beachten seltenere Formen nicht. Eine Abweichung kann also vorteilhaft sein, solange sie selten ist, aber sie verliert diese bevorzugte Stellung, wenn ihre Verbreitung durch die natürliche Selektion zunimmt. Jetzt töten die natürlichen Feinde auch die zuvor begünstigte Variante, bis sich in der Population zumindest ein Gleichgewicht zwischen den Allelen einstellt. Ähnlich wirken häufig auch Parasiten: Sie spezialisieren sich jeweils auf die häufigste Variante ihres Wirtsorganismus und sorgen so für die Aufrechterhaltung der genetischen Vielfalt in den Populationen dieser Art.
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