Viens no svarīgākajiem principiem populācijas ģenētika, populāciju ģenētiskā sastāva un atšķirību izpēte ir Hardija-Veinberga līdzsvara princips. Aprakstīts arī kā ģenētiskais līdzsvars, šis princips dod ģenētiskos parametrus populācijai, kas neattīstās. Šādā populācijā ģenētiskā variācija un dabiskā izlase nenotiek, un iedzīvotāji nejūt izmaiņas genotips un alēle frekvences no paaudzes paaudzē.
Hardija-Veinberga princips 1900. gadu sākumā izstrādāja matemātiķis Godfrijs Hardijs un ārsts Vilhelms Veinbergs. Viņi konstruēja modeli genotipa un alēļu biežuma prognozēšanai populācijā, kas neattīstās. Šis modelis ir balstīts uz pieciem galvenajiem pieņēmumiem vai nosacījumiem, kas jāizpilda, lai populācija pastāvētu ģenētiskā līdzsvarā. Šie pieci galvenie nosacījumi ir šādi:
Ģenētiskajam līdzsvaram nepieciešamie apstākļi tiek idealizēti, jo mēs neredzam, ka tie dabā notiek vienlaicīgi. Kā tāda evolūcija patiešām notiek populācijās. Balstoties uz idealizētajiem apstākļiem, Hardijs un Veinbergs izstrādāja vienādojumu ģenētisko iznākumu prognozēšanai populācijā, kas neattīstās laika gaitā.
Šis vienādojums, lpp2 + 2pq + q2 = 1, ir arī pazīstams kā Hardija-Veinberga līdzsvara vienādojums.
Tas ir noderīgi, lai salīdzinātu izmaiņas genotipa frekvencēs populācijā ar gaidāmajiem rezultātiem populācijā ģenētiskā līdzsvara stāvoklī. Šajā vienādojumā lpp2 attēlo prognozēto frekvenci homozigots dominējošie indivīdi populācijā, 2pq attēlo prognozēto frekvenci heterozigots indivīdi un q2 attēlo homozigotu recesīvu indivīdu paredzamo biežumu. Izstrādājot šo vienādojumu, Hardijs un Veinbergs paplašinājās Mendeļu ģenētikas principi pārmantojamība iedzīvotāju ģenētikā.
Viens no nosacījumiem, kas jāizpilda Hardija-Veinberga līdzsvara stāvoklim, ir mutācijas populācijā. Mutācijas ir pastāvīgas izmaiņas gēnu secībā DNS. Šīs izmaiņas mainās gēni un alēles, kas izraisa ģenētiskas variācijas populācijā. Kaut arī mutācijas rada izmaiņas populācijas genotipā, tās var radīt vai var nebūt novērojamas, vai fenotipiskas izmaiņas. Mutācijas var ietekmēt atsevišķus gēnus vai veselu hromosomas. Gēnu mutācijas parasti notiek kā viena no tām punktu mutācijas vai bāzes pāra ievietošana / svītrošana. Punktu mutācijā tiek mainīta viena nukleotīda bāze, mainot gēna secību. Bāzes pāra ievietošana / izdzēšana izraisa kadru maiņas mutācijas, kurās kadrs, no kura tiek nolasīta DNS olbaltumvielu sintēze ir nobīdīts. Tā rezultātā tiek ražots kļūdains olbaltumvielas. Šīs mutācijas tiek nodotas nākamajām paaudzēm DNS replikācija.
Hromosomu mutācijas var mainīt hromosomas struktūru vai hromosomu skaitu šūnā. Hromosomu struktūras izmaiņas rodas dublēšanās vai hromosomu pārrāvuma rezultātā. Ja DNS gabals tiek atdalīts no hromosomas, tas var pārvietoties uz jaunu pozīciju citā hromosomā (translokācija), tas var mainīties un tikt ievietots atpakaļ hromosomā (inversija), vai arī var pazust šūnu dalīšanās (svītrojums). Šīs strukturālās mutācijas maina gēnu secību uz hromosomu DNS, kas ražo gēnu variācijas. Hromosomu mutācijas notiek arī hromosomu skaita izmaiņu dēļ. Tas parasti rodas no hromosomu pārrāvuma vai no tā, ka hromosomas nespēj pareizi atdalīties (nesadalīšana) meioze vai mitoze.
Hardija-Veinberga līdzsvara apstākļos gēnu plūsma nedrīkst notikt populācijā. Gēnu plūsma, vai gēnu migrācija notiek, kad alēles frekvences mainoties populācijai, organismiem migrējot uz populāciju vai no tās. Migrācija no vienas populācijas uz otru ievieš jaunas alēles esošajā gēnu fondā caur seksuāla reprodukcija starp abu populāciju pārstāvjiem. Gēnu plūsma ir atkarīga no migrācijas starp atdalītām populācijām. Organismiem jāspēj nobraukt lielus attālumus vai šķērseniskas barjeras (kalni, okeāni utt.), Lai migrētu uz citu vietu un ieviestu jaunus gēnus esošajā populācijā. Nepārvietojamu augu populācijās, piemēram angiosperms, gēnu plūsma var notikt kā ziedputekšņi to ar vēju vai dzīvniekiem ved uz tālām vietām.
Organismi, kas migrē no populācijas, var mainīt arī gēnu biežumu. Gēnu noņemšana no gēnu kopas samazina specifisku alēļu rašanos un maina to biežumu gēnu fondā. Imigrācija rada ģenētiskas variācijas populācijā un var palīdzēt iedzīvotājiem pielāgoties vides izmaiņām. Tomēr imigrācija arī apgrūtina optimālas adaptācijas iespējas stabilā vidē. emigrācija gēnu daudzums (gēnu izplūšana no populācijas) varētu dot iespēju pielāgoties vietējai videi, bet arī izraisīt ģenētiskās daudzveidības samazināšanos un iespējamu izzušanu.
Ļoti liels iedzīvotāju skaits, viens no bezgalīgajiem, ir vajadzīgs Hardija-Veinberga līdzsvaram. Šis nosacījums ir vajadzīgs, lai apkarotu ģenētiskais dreifs. Ģenētiskais dreifs raksturo kā populācijas alēļu biežuma izmaiņas, kas notiek nejauši, nevis dabiski. Jo mazāks iedzīvotāju skaits, jo lielāka ir ģenētisko noviržu ietekme. Tas ir tāpēc, ka, jo mazāks iedzīvotāju skaits, jo lielāka ir varbūtība, ka dažas alēles nostiprināsies, bet citas - izmiris. Alēļu noņemšana no populācijas maina alēļu biežumu populācijā. Alēnu biežums, visticamāk, tiks saglabāts lielākām populācijām, jo alēles rodas daudzos indivīdos populācijā.
Ģenētiskās novirzes neizriet no adaptācijas, bet notiek nejauši. Alēles, kas saglabājas populācijā, var būt noderīgas vai kaitīgas populācijas organismiem. Divu veidu notikumi veicina ģenētisko novirzīšanos un ārkārtīgi zemu ģenētisko daudzveidību populācijā. Pirmais notikumu veids ir pazīstams kā iedzīvotāju sastrēgums. Sašaurinājumu populācijas rezultāts ir iedzīvotāju avārija, kas notiek kāda veida katastrofas dēļ, kas iznīcina lielāko daļu iedzīvotāju. Pārdzīvojušajiem iedzīvotājiem ir ierobežota alēļu daudzveidība un samazināta gēnu fonds no kura smelties. Otrais ģenētiskās novirzes piemērs ir novērots tā sauktajā dibinātāja efekts. Šajā gadījumā neliela personu grupa atdalās no galvenajiem iedzīvotājiem un izveido jaunu populāciju. Šai koloniālajai grupai nav pilnīgas sākotnējās grupas alēļu attēlojuma, un tai būs atšķirīgas alēļu frekvences salīdzinoši mazākā gēnu fondā.
Nejauša pārošanās ir vēl viens nosacījums, kas nepieciešams Hardija-Veinberga līdzsvaram populācijā. Pēc nejaušas pārošanās indivīdi pārojas, nedodot priekšroku izvēlētajām īpašībām savā potenciālajā pārim. Lai saglabātu ģenētisko līdzsvaru, šai pārošanai jārada arī vienāds pēcnācēju skaits visām sieviešu kārtas sievietēm. Nejauši pārošanos dabā parasti novēro seksuālās atlases ceļā. Iekšā seksuālā atlase, indivīds izvēlas mate, pamatojoties uz pazīmēm, kuras tiek uzskatītas par labākām. Īpašības, piemēram, spilgtas krāsas spalvas, brutāla izturība vai lieli briežu raugi, norāda uz augstāku piemērotību.
Sievietes, vairāk nekā vīrieši, izvēloties tēvus, ir izvēlīgas, lai uzlabotu mazuļu izdzīvošanas iespējas. Nejauši pārošanās maina alēles biežumu populācijā, jo indivīdi ar vēlamajām pazīmēm tiek atlasīti pārošanai biežāk nekā tie, kuriem nav šo pazīmju. Dažos sugas, tikai atsevišķas personas nokļūst mate. Paaudžu paaudzēs izvēlēto indivīdu alēles biežāk notiks iedzīvotāju gēnu fondā. Tādējādi seksuālā atlase veicina populācijas evolūcija.
Lai populācija varētu pastāvēt Hardija-Veinberga līdzsvarā, dabiskā atlase nedrīkst notikt. Dabiskā izlase ir svarīgs faktors bioloģiskā evolūcija. Kad notiek dabiskā atlase, indivīdi populācijā, kura ir labākā pielāgoti viņu videi izdzīvot un radīt vairāk pēcnācēju nekā indivīdi, kuri nav tik labi adaptējušies. Tā rezultātā mainās populācijas ģenētiskais sastāvs, jo labvēlīgākas alēles tiek nodotas visai populācijai. Dabiskā atlase maina alēļu biežumu populācijā. Šīs izmaiņas nav radušās nejaušības dēļ, kā tas notiek ģenētisko noviržu gadījumā, bet gan vides pielāgošanās rezultāts.
Vide nosaka, kuras ģenētiskās variācijas ir labvēlīgākas. Šīs atšķirības rodas vairāku faktoru ietekmē. Gēnu mutācija, gēnu plūsma un ģenētiskā rekombinācija seksuālās reprodukcijas laikā ir visi faktori, kas populācijā ievieš variācijas un jaunas gēnu kombinācijas. Dabiskās atlases labvēlīgās iezīmes var noteikt ar vienu gēnu vai daudziem gēniem (poligēnas iezīmes). Dabiski izvēlētu pazīmju piemēri ir lapu modifikācija gaļēdāju augi, lapu līdzība dzīvniekiem, un adaptīvā izturēšanās aizsardzības mehānismi, piemēram, spēlē miris.