La evolución de la familia del gen de la globina muestra como las duplicaciones del ADN contribuyen a la evolución de los organismos.

La familia del gen de la globina proporciona un ejemplo particularmente bueno del modo en el que la duplicación del ADN genera nuevas proteínas debido a que sus historias evolutivas se han resuelto particularmente bien.

Las inconfundibles homologías en la secuencia de aminoácidos y la estructura entre las globinas de la actualidad indican que deben haber derivado de un gen ancestral común, aunque los genes que codifican a algunas de ella están ahora ampliamente separados en el genoma de los mamíferos.

Es posible reconstruir algunos eventos del pasado que produjeron los varios tipos de moléculas de hemoglobina transportadoras de oxígeno al considerar las diferentes formas de la proteína en los organismos en las diferentes posiciones del árbol filogenético de la vida. Las proteínas que unen el oxígeno relacionadas con la hemoglobina se hallan inclusos en las bacterias, pero son importantes especialmente en los animales multicelulares que crecen y alcanzan grandes tamaños y no pueden confiar en la simple difusión del oxígeno a través de la superficie corporal para oxigenar sus tejidos en forma adecuada. La molécula transportadora de oxigeno más primitiva en los animales es la cadena polipeptídica de globina de cerca de 150 aminoácidos, que se encuentra en muchos gusanos marinos, insectos y peces primitivos. Sin embargo, la molécula de hemoglobina en vertebrados superiores esta compuesta de dos tipos de cadena de globina. Aparentemente cerca de 500 mil millones de años, durante la evolución de los peces superiores, se produjo una serie de mutaciones genéticas y duplicaciones. Estos acontecimientos establecieron dos genes de globina levemente diferentes, que codifican para las cadenas de globina α y β en el genoma de cada individuo. En los vertebrados superiores modernos cada molécula de hemoglobina es un complejo de dos cadenas α y dos cadenas β. Los cuatro sitios de unión al oxígeno en la molécula α2β2 interactúan, lo que permite un cambio alostérico cooperativo en la molécula cuando ésta une y libera oxígeno, que permite que la hemoglobina capte y libere oxigeno con la mayor eficiencia que en la versión de una sola cadena.

Más tarde, la evolución de los mamíferos, el gen de la cadena βque se sintetiza específicamente en el feto. La molécula de hemoglobina tiene una afinidad mayor por el oxígeno que por la hemoglobina del adulto, por lo tanto ayuda a la transferencia de oxigeno de la madre al feto. El gen para la nueva cadena de tipo β posteriormente mutado y duplicado nuevamente produce nuevos genes, ε y ϒ, siendo la cadena ε producida más temprano en el desarrollo que la cadena ϒ, que forman la molécula α2ϒ2. Más tarde, durante la evolución de los primates, se produjo una duplicación del gen de la cadena β del adulto, para dar origen el gen de la globina δ y de este modo a una forma menor de hemoglobina α2 δ2 hallada solo en los primates adultos.

Cada uno de estos genes duplicados se ha modificado por mutaciones puntuales que afectan las propiedades de la molécula final de hemoglobina, así como los cambios en las regiones

reguladoras que determinan la duración y el nivel de expresión del gen. Como resultado, cada globina es elaborada en condiciones diferentes en distintos tiempos del desarrollo humano.

Es resultado final de duplicación genética que ha dado origen a la diversidad de cadenas de globina es visto claramente en los genes de humanos que se originaron a partir del gen β original: los genes están dispuestos como series de secuencias de ADN homólogas localizadas dentro 50 000 pares de nucleótidos el uno del otro. Un grupo similar de genes de la globina α está localizado sobre un cromosoma humano separado. Debido a que los grupos del gen de la globina α y β están sobre cromosomas separados de aves y mamíferos pero juntos en la rana Xenepus se cree que un acontecimiento de ruptura cromosómica separo los dos grupos de genes cerca de 300 millones de años atrás.

Hay varias secuencias de ADN de globina duplicados en los grupos del gen de la globina α y β que no son genes funcionales, sino seudogenes, los cuales tienen una estrecha homología con los genes funcionales pero han sido utilizados por mutaciones que impiden su expresión. La existencia de estos seudogenes deja claro que, como se esperaba, cada duplicación del ADN no conduce a un nuevo gen funcional. Además, ahora se sabe que las secuencias de ADN no funcionales no son desechadas, como se comprueba por el gran exceso de ADN no codificante que se encuentra en los genomas de mamíferos.