Fenotypy to wszystkie obserwowalne cechy organizmu.
Na przykład rozmiar, kolor włosów, zachowanie godowe i wzór ruchu są cechami określonego fenotypu. Fenotypy mogą się zmienić w wyniku czynniki środowiskowelub ich cechy mogą się zmieniać w miarę ewolucji lub adaptacji organizmu.
Fenotyp grup organizmów może zmieniać się razem, jeśli zmienia się ich zaopatrzenie w pokarm, rodzaj pokarmu lub rodzaj drapieżnika.
Chociaż wpływy środowiskowe odgrywają rolę i mogą wpływać na fenotyp, obserwowalne cechy organizmu opierają się na ich DNA lub kod genetyczny. Cechy wynikają z obecności jednego lub kilku genów w DNA. Jeśli geny ulegają ekspresji, to znaczy kopiowane i wykorzystywane do syntezy białek, to w organizmie pojawiają się odpowiednie cechy.
Wzajemne oddziaływanie między fenotyp i genotyp może być bardzo złożony.
Genotyp leży u podstaw cech fenotypowych, ale cechy te wpływają na wygląd organizmu i jego obserwowalne zachowanie.
W rezultacie fenotyp w dużej mierze determinuje skuteczność organizmu w przetrwaniu i kojarzeniu. Sukces organizmu pozwala mu mieć wielu potomków, ale przekazuje swój genotyp, a nie fenotyp.
Interakcja fenotyp/genotyp może wytworzyć organizmy lepiej przystosowane do ich środowiska.
Fenotypy zależą od wielu czynników
Zestaw geny w DNA organizmu stanowi podstawę fenotypu organizmu, ale działa wiele innych czynników. Wszystko komórki w organizmie ma to samo DNA, ale wiele komórek jest różnych.
Różnice zależą od tego, jakie części DNA komórka wykorzystuje w procesie zwanym Ekspresja genu. Na ekspresję genów mogą wpływać czynniki środowiskowe, a wpływy środowiska mogą dalej wpływać na fenotyp w inny sposób.
Główne rzeczy, które mogą wpływać na fenotyp to:
- Genotyp: Fenotyp jest ograniczony genotypem. Organizm nie może wykazywać cechy, jeśli nie ma dla niej genu.
- Epigenetyka: Epigenetyka wpływa na ekspresję genów. Jeśli gen jest obecny, ale nie jest wyrażony, organizm nie może wykazywać odpowiedniej cechy.
- Środowisko: Środowisko może bezpośrednio wpływać na cechy, zmieniając zachowanie lub wygląd organizmu, podczas gdy odpowiedni gen pozostaje niezmieniony. Czynniki środowiskowe mogą również wpływać na ekspresję genów.
Geny i warianty genów genotypu determinują możliwe cechy fenotypowe
Chociaż obecność genu w kodzie genetycznym DNA umożliwia, że fenotyp może zawierać odpowiednią cechę, sama cecha może się znacznie różnić. Organizmy rozmnażające się drogą płciową otrzymują jeden zestaw genów od każdego z rodziców. Ich skład genetyczny będzie zawierał dwa nieco różne zestawy genów, a gen w każdym zestawie może być dominujący lub recesywny.
Ponieważ dwa geny dla danej cechy są zawsze nieco różne, posiadanie dwóch genów dominujących lub genu dominującego i recesywnego oznacza, że możliwą cechą organizmu jest ta wytwarzana przez dominująca odmiana genu.
Organizm z dwiema recesywnymi kopiami genów wykazuje cechę wytworzoną przez recesywny wariant genu. Te dwa warianty genów powodują wytwarzanie nieco innych białek i mogą powodować różne fenotypy.
Na przykład ludzie mają kilka genów, które wpływają na kolor oczu. Warianty genów skutkujące ciemnym kolorem oczu są dominujące, a warianty genów o jasnym kolorze oczu są recesywne. Osoba z dwoma dominującymi zestawami genów ciemnego koloru oczu lub z jednym dominującym ciemnym i jednym recesywnym jasnym kolorem oczu będzie miała ciemne oczy.
Osoby z dwoma zestawami genów o jasnym kolorze oczu będą miały jasne oczy. Ten sam gen z dwoma różnymi wariantami daje dwa fenotypy.
Epigenetyka pomaga określić, które z możliwych fenotypów są wyświetlane
Genotyp organizmu determinuje możliwe cechy fenotypu, ale odpowiednie geny muszą być aktywne, aby ta cecha się pojawiła. Epigenetyka bada ekspresję genów w komórkach, a wiele genów nie jest aktywnych.
Różne czynniki, takie jak dostępne składniki odżywcze, wiek organizmu i sygnały wysyłane przez inne komórki, decydują o tym, czy komórka wyraża gen, czy nie.
Aby dokonać ekspresji genu, komórka musi najpierw wykonać kopię genu z oryginalnego kodu DNA w jądrze komórkowym. Kod genetyczny jest kopiowany do posłańca RNA, który wychodzi z jądra i znajduje komórkę rybosom zsyntetyzować odpowiedni białko z zakodowanej sekwencji.
Białko nadaje komórce cechę, cechę lub zdolność, która prowadzi do cechy fenotypowej w organizmie. Komórka może blokować lub regulować ten proces, aby wytwarzać więcej, mniej lub wcale białka.
Proces ekspresji genów oznacza, że fenotyp, taki jak kolor włosów, może się zmieniać w trakcie życia organizmu, mimo że kod genetyczny pozostaje taki sam. Pierwotny zestaw genów dla określonego koloru włosów pozostaje na swoim miejscu, ale niektóre geny w zestawie ulegają silniejszej lub słabszej ekspresji, gdy komórka reguluje ekspresję genu w górę lub w dół.
W przypadku koloru włosów dany gen może bezpośrednio wpływać na ciemny kolor włosów lub może powodować wytwarzanie hormonu lub enzymu, który wpływa na kolor włosów.
Czynniki środowiskowe wpływają na fenotypy bezpośrednio lub poprzez ekspresję genów
Środowisko może wpływać na wygląd i zachowanie organizmów oraz zmieniać ich fenotyp. Na przykład niektóre zwierzęta futerkowe, takie jak koty syjamskie, mają skóra wrażliwa na temperaturę. Na zimniejszej skórze wyrasta ciemna sierść, a na cieplejszej sierści jasnej. Gdy zmienia się temperatura ich otoczenia, zmienia się również kolor i fenotyp futra.
Oprócz bezpośredniej zmiany fenotypów, czynniki środowiskowe mogą wpływać na cechy, wpływając na ekspresję genów. Dostępność składników odżywczych i innych surowców związanych z komórkami może wzmocnić lub uniemożliwić ekspresję niektórych genów.
Kopiowanie genów i synteza białek zabiera energię, którą komórki czerpią z pożywienia trawionego przez organizm. Jeśli nie ma wystarczającej ilości składników odżywczych, ekspresja genów może spowolnić, a cechy mogą stać się mniej wyraźne.
Zarówno fenotypy, jak i genotypy wpływają na rozwój organizmu
Podczas genotyp jest planem dla organizmu, fenotyp odzwierciedla sposób, w jaki kodowanie jest przekładane na rzeczywistość. W zależności od czynników środowiskowych i doświadczenia życiowego organizmu, niektóre części kodu genetycznego mogą nie być potrzebne, a inne mogą być wyrażane mniej lub bardziej silnie. Fenotyp opisuje, co faktycznie dzieje się z organizmem.
Na przykład osoba może mieć geny, które predysponują organizm do rozwoju określonego rodzaju choroby. Aby choroba mogła się rozwinąć, muszą być obecne dodatkowe czynniki spowodowane wpływami środowiska. Osoba musi albo angażować się w szkodliwe zachowania, albo być nieumyślnie narażona na szkodliwe czynniki.
Fenotyp osoby podatnej na chorobę może obejmować otyłość lub wysokie ciśnienie krwi. Czynniki behawioralne mogą obejmować palenie papierosów lub nadmierne spożycie alkoholu. Aby wywołać chorobę, osoba może być narażona na toksyczne chemikalia lub zwykle nieszkodliwe ilości promieniowania. W każdym przypadku dyspozycja genetyczna jest obecna, ale jeśli dana osoba nie je, nie pije lub nie pali zbyt dużo, choroba prawdopodobnie nie zostanie wywołana.
Kiedy wpływają na zmienność fenotypów naturalna selekcja, udany fenotyp może wpływać na dystrybucję genotypów w organizmie.
Na przykład, jeśli organizmy z genem recesywnym są lepiej przystosowane do środowiska niż te z genem dominującym, organizmy z genem recesywnym staną się bardziej powszechne. Będą mieli potomków z dwoma genami recesywnymi, a populacja będzie składać się głównie z genotypów z dwoma genami recesywnymi. W ten sposób fenotypy mogą reagować na czynniki środowiskowe i wpływać na rozmieszczenie genotypów grupy organizmów.