Један од најважнијих принципа популацијска генетика, проучавање генетског састава и разлика у популацији је Принцип равнотеже Харди-Веинберга. Такође описано као генетска равнотежа, овај принцип даје генетске параметре за популацију која се не развија. У таквој популацији, генетичка варијација и природна селекција не настају и становништво не доживљава промене генотип и алел фреквенције из генерације у генерацију.
Принцип Харди-Веинберга развили су математичар Годфреи Харди и лекар Вилхелм Веинберг раних 1900-их. Конструисали су модел предвиђања генотипа и фреквенција алела код не-еволуирајуће популације. Овај се модел заснива на пет главних претпоставки или услова који морају бити испуњени како би популација постојала у генетској равнотежи. Ових пет главних услова су следећи:
Услови потребни за генетску равнотежу су идеализовани јер не видимо да се они одједном догађају у природи. Као таква, еволуција се догађа код популације. На основу идеализованих услова, Харди и Веинберг су током времена развили једнаџбу за предвиђање генетских исхода код не-еволуирајуће популације.
Ова једначина, п2 + 2пк + к2 = 1, такође познат као Једнаџба равнотеже Харди-Веинберга.
Корисно је за поређење промена у фреквенцији генотипа у популацији са очекиваним исходима популације у генетској равнотежи. У овој једначини, п2 представља предвиђену фреквенцију хомозиготни доминантни појединци у популацији, 2пк представља предвиђену фреквенцију хетерозиготан појединци и к2 представља предвиђену учесталост хомозиготних рецесивних појединаца. У развоју ове једначине, Харди и Веинберг су се продужили Менделски принципи генетике насљеђивања популацијске генетике.
Један од услова који морају бити испуњени за равнотежу Харди-Веинберга је непостојање мутације у популацији. Мутације су трајне промене у генском низу ДНК. Ове промене се мењају гени и алели који воде до генетске варијације у популацији. Иако мутације производе промене у генотипу популације, оне могу или не морају да се примете, или фенотипске промене. Мутације могу утицати на поједине гене или читаве хромозоми. Генске мутације се обично јављају као било које тачке мутација или Уметање / брисање основних пара. Код тачкасте мутације, појединачна нуклеотидна база се мења мењајући генску секвенцу. Уметање / брисање базних пара узрокује мутације помака у кадру у којима се чита ДНК током синтезу протеина је помјерен. То резултира производњом неисправних протеина. Ове мутације преносе се на наредне генерације кроз ДНК репликација.
Мутације хромосома могу променити структуру хромозома или број хромозома у ћелији. Промјене структурних хромозома настају као резултат дупликација или лома кромосома. Ако се део ДНК одвоји од хромозома, може се преместити на ново место на другом хромозому (транслокација), може се обрнути и вратити се у хромозом (инверзија), или се током губитка може изгубити ћелијске деобе (брисање). Ове структуралне мутације мењају секвенце гена на хромосомској ДНК производећи варијацију гена. Мутације хромосома настају и због промена броја хромозома. То је обично последица лома хромозома или неуспеха хромозома да се правилно одвоје (током недисјункције) током мејоза или митоза.
У равнотежи Харди-Веинберга, проток гена не сме да се догоди у популацији. Проток генаили се миграција гена догађа када фреквенције алела у промени популације како организми прелазе у или из популације. Миграција из једне популације у другу уводи нове алеле у постојећи генски фонд кроз сексуално размножавање између чланова две популације. Ток гена зависи од миграције између раздвојених популација. Организми морају бити у могућности да путују на велике удаљености или попречне баријере (планине, океани, итд.) Како би се мигрирали на другу локацију и унијели нове гене у постојећу популацију. Код непокретне биљне популације, као што су ангиосперми, проток гена може се појавити као полен носи га ветар или животиње на удаљена места.
Организми који мигрирају из популације такође могу мијењати фреквенције гена. Уклањање гена из гена смањује појаву специфичних алела и мења њихову фреквенцију у генском фонду. Имиграција доноси генетску варијацију у популацији и може помоћи становништву да се прилагоди променама у окружењу. Међутим, имиграција такође отежава оптимално прилагођавање у стабилном окружењу. Тхе емиграција гена (проток гена из популације) могао би да омогући прилагођавање локалном окружењу, али такође може довести до губитка генетске разноликости и могућег изумирања.
Веома велика популација, једна бесконачне величине, потребна је за равнотежу Харди-Веинберга. Ово стање је потребно за борбу против утицаја генетско одступање. Генетско одступање описује се као промена фреквенција алела популације која се јавља случајно, а не природном селекцијом. Што је популација мања, то је већи и утицај генетског одљева. То је зато што што је мања популација, то је већа вероватноћа да ће се неки алели поправити, а други постати изумрли. Уклањање алела из популације мења фреквенције алела у популацији. Вероватноћа је да ће се алеле фреквенције одржавати у већој популацији због појаве алела код великог броја јединки у популацији.
Генетски помиц није резултат адаптације, већ се јавља случајно. Алели који постоје у популацији могу бити корисни или штетни за организме у популацији. Две врсте догађаја промовишу генетски помицање и изузетно нижу генетску разноликост унутар популације. Прва врста догађаја је позната као уско грло становништва. Популације Боттленецк-а произишли из пада становништва који се догодио због неке врсте катастрофалних догађаја који бришу већину становништва. Преживјела популација има ограничену разноликост алела и смањену генски фонд из чега цртати. Други пример генетског помицања примећен је у ономе што је познато као ефекат оснивача. У овом се случају мала група појединаца одваја од главне популације и успоставља нову популацију. Ова колонијална група нема потпуну алелну репрезентацију оригиналне групе и имаће различите алелне фреквенције у релативно мањем генетском фонду.
Случајно парење је још један услов потребан за равнотежу Харди-Веинберга у популацији. У случајном парењу, јединке се паре без преференци према одабраним карактеристикама у свом потенцијалном пару. Да би се одржала генетска равнотежа, ово парење мора такође резултирати производњом истог броја потомства за све женке у популацији. Не случајно парење се у природи најчешће посматра сексуалним одабиром. Ин сексуални избор, појединац бира партнера на основу особина за које се сматра да су пожељније. Особине, попут перја јарке боје, чврстоће груди или великих рогова указују на већу способност.
Женке, више него мужјаци, селективне су при одабиру пријатеља како би побољшале шансе за преживљавање својих младих. Несрећно парење мења фреквенције алела у популацији, јер се јединке са жељеним особинама бирају за парење чешће од оних које немају ове особине. У неким врста, само одабрани појединци дођу до парења. Током генерација, алели одабраних појединаца чешће ће се јављати у популацијском генском фонду. Као такав, сексуални избор доприноси еволуција становништва.
Да би популација постојала у равнотежи Харди-Веинберг, природна селекција не сме да се догоди. Природна селекција је важан фактор у биолошка еволуција. Када се догоди природна селекција, појединци у популацији који су најбољи прилагођени њиховом окружењу преживети и створити више потомства од појединаца који нису довољно прилагођени. То резултира променом у генетском саставу популације, јер се повољнији алели преносе на целокупну популацију. Природна селекција мења фреквенције алела у популацији. Ова промена није последица случајности, као што је случај са генетским одступањем, већ резултат прилагођавања животне средине.
Околина утврђује које су генетске варијације повољније. Ове варијације настају као резултат неколико фактора. Мутација гена, проток гена и генетска рекомбинација током сексуалне репродукције сви су фактори који уносе популацију у варијације и нове комбинације гена. Особине погодоване природном селекцијом могу се одредити једним геном или више гена (полигенске особине). Примери природно одабраних особина укључују модификацију листова у месождерке, личност лишћа код животињаи адаптивно понашање одбрамбени механизми, као такав свирају мртви.