Fenotipi ir visas novērojamās organisma īpašības.
Piemēram, izmērs, matu krāsa, pārošanās uzvedība un kustības modelis ir visas konkrētā fenotipa iezīmes. Fenotipi var mainīties vides faktori, vai arī to īpašības var mainīties, organismam attīstoties vai pielāgojoties.
Organismu grupu fenotips var mainīties kopā, ja mainās barība ar pārtiku, barības veids vai plēsējs.
Kaut arī vides ietekmei ir nozīme un tā var ietekmēt fenotipu, organisma novērojamās īpašības balstās uz tām DNS vai ģenētiskais kods. Pazīmes rodas no viena vai vairāku gēnu klātbūtnes DNS. Ja gēni ir izteikti, tas nozīmē, ka tie tiek kopēti un izmantoti olbaltumvielu sintezēšanai, tad organismā parādās atbilstošās īpašības.
Mijiedarbība starp fenotips un genotips var būt ļoti sarežģīts.
Genotips ir fenotipa pazīmju pamatā, bet īpašības ietekmē organisma izskatu un tā novērojamo uzvedību.
Rezultātā fenotips lielā mērā nosaka, cik veiksmīgi organisms izdzīvo un pārojas. Organisma panākumi ļauj tam būt daudziem pēcnācējiem, taču tas nodod savu genotipu, nevis fenotipu.
Fenotipa / genotipa mijiedarbība var radīt organismus, kas labāk pielāgoti viņu videi.
Fenotipi ir atkarīgi no daudziem faktoriem
Komplekts gēni organisma DNS veido organisma fenotipa pamatu, bet darbā ir daudz citu ietekmju. Viss šūnas organismā ir tāda pati DNS, bet daudzas šūnas ir atšķirīgas.
Atšķirības ir atkarīgas no tā, kādas DNS daļas šūna izmanto procesā, ko sauc gēnu ekspresija. Gēnu izpausmi var ietekmēt vides faktori, un vides ietekme var tālāk ietekmēt fenotipu citos veidos.
Galvenās lietas, kas var ietekmēt fenotipu, ir:
- Genotips: Fenotipu ierobežo genotips. Organisms nevar parādīt raksturlielumu, ja tam nav gēna.
- Epigenetika: Epigenetika ietekmē gēnu izpausmi. Ja gēns ir, bet nav izteikts, organisms nespēj uzrādīt atbilstošās īpašības.
- Vide: Vide var tieši ietekmēt īpašības, mainot organisma uzvedību vai izskatu, kamēr attiecīgais gēns nemainās. Vides faktori var ietekmēt arī gēnu ekspresiju.
Genotipa gēni un gēnu varianti nosaka iespējamās fenotipa iezīmes
Kaut arī gēna klātbūtne DNS ģenētiskajā kodā ļauj, ka fenotips var ietvert atbilstošo pazīmi, pati iezīme var būtiski atšķirties. Organismi, kas vairojas seksuāli, no katra vecāka saņem vienu gēnu komplektu. Viņu ģenētiskajā sastāvā būs divi nedaudz atšķirīgi gēnu komplekti, un katrā komplektā gēns varētu būt dominējošs vai recesīvs.
Tā kā divi pazīmes gēni vienmēr ir nedaudz atšķirīgi, ir divi dominējošie gēni vai dominējošais un recesīvais gēns nozīmē, ka organisma iespējamā iezīme ir tā, ko rada dominējošā variācija no gēna.
Organismam ar divām recesīvām gēnu kopijām ir raksturīga iezīme, ko rada recesīvais gēnu variants. Divu gēnu variantu rezultātā tiek ražoti nedaudz atšķirīgi proteīni, un tie var izraisīt atšķirīgus proteīnus fenotipi.
Piemēram, cilvēkiem ir vairāki gēni, kas ietekmē acu krāsu. Gēnu varianti, kuru rezultātā acu krāsa ir tumša, ir dominējošie, un gaišie acu krāsas gēnu varianti ir recesīvi. Personai ar divām dominējošām tumšās acu krāsas gēnu kopām vai ar vienu dominējošo tumšo un vienu recesīvo gaišo acu krāsu komplektu būs tumšas acis.
Cilvēkiem ar diviem gaišu acu krāsas gēnu komplektiem būs gaišas acis. Tas pats gēns ar diviem dažādiem variantiem rada divus fenotipus.
Epigenetika palīdz noteikt, kuri no iespējamiem fenotipiem tiek parādīti
Organisma genotips nosaka iespējamās fenotipa iezīmes, taču attiecīgajiem gēniem ir jābūt aktīviem, lai pazīme parādītos. Epigenetika pēta gēnu ekspresiju šūnās, un daudzi gēni nav aktīvi.
Dažādi faktori, piemēram, pieejamās barības vielas, organisma vecums un citu šūnu sūtītie signāli nosaka, vai šūna ekspresē gēnu vai nē.
Lai izteiktu gēnu, šūnai vispirms ir jāizgatavo gēna kopija no sākotnējā DNS koda šūnā. Ģenētiskais kods tiek kopēts kurjera RNS, kas iziet no kodola un atrod šūnu ribosoma sintezēt atbilstošo olbaltumvielas no kodētās secības.
Olbaltumviela piešķir šūnai raksturīgo pazīmi vai spēju, kas noved pie fenotipa iezīmes organismā. Šūna var bloķēt vai regulēt šo procesu, lai iegūtu vairāk, mazāk vai bez olbaltumvielām.
Gēnu ekspresijas process nozīmē, ka tāds fenotips kā matu krāsa var mainīties organisma dzīves laikā, kaut arī ģenētiskais kods paliek nemainīgs. Sākotnējais gēns, kas paredzēts konkrētai matu krāsai, paliek vietā, bet daži no kopas gēniem tiek izteikti vairāk vai mazāk spēcīgi, jo šūna regulē gēna ekspresiju uz augšu vai uz leju.
Attiecībā uz matu krāsu attiecīgais gēns var tieši ietekmēt tumšo matu krāsu, vai arī tas var izraisīt hormona vai enzīma ražošanu, kas ietekmē matu krāsu.
Vides faktori ietekmē fenotipus tieši vai caur gēnu izpausmi
Vide var ietekmēt organismu izskatu un uzvedību, kā arī mainīt to fenotipu. Piemēram, dažiem kažokzvēriem, piemēram, Siāmas kaķiem, ir temperatūras jutīga āda. Aukstāka āda aug tumšas krāsas kažokādas, bet siltāka - gaiša kažokāda. Mainoties apkārtējās vides temperatūrai, var mainīties arī kažokādu krāsa un fenotips.
Papildus fenotipu tiešai maiņai vides faktori var ietekmēt īpašības, ietekmējot gēnu ekspresiju. Barības vielu un citu ar šūnām saistītu izejvielu pieejamība var vēl vairāk vai novērst noteiktu gēnu izpausmi.
Gēnu kopiju izgatavošana un olbaltumvielu sintezēšana prasa enerģiju, ko šūnas iegūst no pārtikas, ko organisms sagremo. Ja barības vielu nav pietiekami daudz, gēnu ekspresija var palēnināties, un iezīmes var kļūt mazāk izteiktas.
Fenotipi un genotipi ietekmē organisma attīstību
Kamēr genotips ir plāns organismam - fenotips atspoguļo to, kā kodēšana tiek pārvērsta realitātē. Atkarībā no vides faktoriem un organisma dzīves pieredzes dažas ģenētiskā koda daļas var nebūt vajadzīgas, un citas daļas var izpausties vairāk vai mazāk spēcīgi. Fenotips raksturo to, kas patiesībā notiek ar organismu.
Piemēram, indivīdam var būt gēni, kas predisponē organismu attīstīt noteiktu slimības veidu. Lai slimība attīstītos, ir jābūt papildu faktoriem, ko izraisa vides ietekme. Indivīdam vai nu ir jāiedarbojas kaitīgā uzvedībā, vai arī viņš netīši tiek pakļauts kaitīgu faktoru iedarbībai.
Fenotips kādam uzņēmīgam pret slimību var būt aptaukošanās vai augsts asinsspiediens. Uzvedības faktori var būt cigarešu smēķēšana vai pārmērīga alkohola lietošana. Lai izraisītu slimību, indivīdam var nākties pakļaut toksiskām ķīmiskām vielām vai parasti nekaitīgam starojuma daudzumam. Katrā gadījumā ģenētiskā nosliece pastāv, bet, ja indivīds neēd, nedzer un nesmēķē pārāk daudz, slimība, visticamāk, netiks izraisīta.
Kad fenotipu variācijas ietekmē dabiskā izlase, veiksmīgais fenotips var ietekmēt organisma genotipa izplatību.
Piemēram, ja organismi ar recesīvu gēnu ir labāk pielāgoti videi nekā tie, kuriem ir dominējošs gēns, organismi ar recesīvo gēnu kļūs biežāk sastopami. Viņiem būs pēcnācēji ar diviem recesīviem gēniem, un populāciju galvenokārt veidos genotipi ar abiem recesīvajiem gēniem. Tādā veidā fenotipi var reaģēt uz vides faktoriem un ietekmēt organismu grupas genotipa izplatību.