Fenotipiskas variācijas

fenotipiskā variācija raksturo dažādas pazīmes indivīdiem ar vienu un to pašu genotipu. Šo principu darīja zināmu evolūcijas biologs Darvins. Tādas slimības kā sirpjveida šūnu anēmija ir balstītas uz fenotipiskām variācijām, un sākotnēji tās bija saistītas ar evolūcijas priekšrocībām.

Kāda ir fenotipiskā variācija?

Fenotips apraksta organisma faktisko izskatu, ieskaitot visas indivīda individuālās īpašības. Tā vietā, lai atsauktos uz morfoloģiskajām īpašībām, šis termins attiecas uz fizioloģiskajām un uzvedības īpašībām. Fenotips nav atkarīgs tikai no organisma ģenētiskajām īpašībām, bet to galvenokārt nosaka vides ietekme.

Ar fenotipisku variāciju bioloģija attiecas uz atšķirīgām īpašībām starp vienas sugas indivīdiem, neskatoties uz to, ka tiem ir kopīgs genotips, apkārtējās vides ietekmē indivīdi izmanto atšķirīgus fenotipus.

Fenotipiskās variācijas princips meklējams franču Georges Cuvier un Étienne Geoffroy Saint-Hilaire novērojumos. Pirmo reizi to Lielbritānijā aprakstīja Erasms Darvins un Roberts Šambers. Visbeidzot, Čārlzs Darvins fenotipisko variāciju padarīja labāk zināmu, taču saskaņā ar pašreizējām zināšanām to neuzskata par pirmo, kurš raksturo šo fenomenu. Saistībā ar fenotipisko variāciju viņš izmantoja atšķirības izpausmi un tādējādi aprakstīja, ka fenotipa individuālās pazīmes vienmērīgi palielinās līdz ar paaudzēm un ka atsevišķi rases pārstāvji pārvietojas arvien tālāk un tālāk no rasu iezīmēm.

Funkcija un uzdevums

Mendela noteikumi fenotipiskās variācijas izskaidro vienkāršā veidā. Mendels pārbaudīja individuālo īpašību pārmantojamību augos. Piemēram, viņš novēroja ziedu krāsu un šķērsoja sarkano un balto toņu augus savā starpā. Šādi audzēto indivīdu fenotipi bija vai nu sarkani, vai balti. Augu genotipā bija informācija par sarkaniem un baltiem ziediem visiem pēcnācējiem. Tāpēc krāsas noteikšanu nebija iespējams paredzēt tikai no genotipa.

Fenotipisko variāciju nenosaka ģenētiskā mutācija, bet tā var izraisīt mutāciju paaudzēs. Vēlāko fenotipu nevar skaidri nolasīt no genoma. No fenotipa nevar arī skaidri secināt noteiktu genotipu. Attiecības starp genotipu un fenotipu joprojām ir samērā neskaidras.

Saskaņā ar Darvina sintētisko evolūcijas teoriju, mazākās fenotipa izmaiņas evolūcijas gaitā kļūst par acīmredzamām pazīmju izmaiņām, kas var svārstīties līdz sugu izmaiņām. Ar mutācijām saistītas fenotipa izmaiņas var būt saistītas ar ģeogrāfiskās atlases priekšrocībām, un to rezultātā rodas divi vienas sugas ģeogrāfiski ierobežoti apakšvarianti, kas paliek blakus. Viens piemērs tam ir laktozes noturība, kas pirms tūkstošiem gadu ļāva ziemeļeiropiešiem metabolizēt dzīvnieku pienu.

Papildus pastāvīgajām fenotipa variācijām, evolūcijas attīstības bioloģijā tajā pašā paaudzē ir uzskaitītas sarežģītas, pārtrauktas spontānas variācijas. Visām sugām ir fenotipiskas variācijas. Variācijas nav izņēmums, tās ir norma. Atsevišķu īpašību variācijas vienas sugas starpā nav vienmērīgi sadalītas telpiski. Piemēram, dažādas populācijas bieži uzrāda mainīgumu, piemēram, indivīdi ar dažādu ķermeņa izmēru. Visas sugas populāciju fenotipiskās variācijas pierāda evolūcijas procesus.

Fenotipiskās variācijas ir dabiskās atlases stūrakmens un tādējādi indivīdiem izdzīvošanai piešķir dažādas milijiskas priekšrocības. Cilvēka acu un matu krāsas atšķirības ir vispazīstamākais cilvēka sugas variācijas piemērs. Tādās sugās kā zebra fenotipiskās variācijas princips parādās, piemēram, zebras sugu svītru atšķirībās. Burčelas zebrām ir ap 25 svītrām, kalnu zebrām ap 40 un Greivija zebrām pat ap 80.

Slimības un kaites

Cilvēku sugās ir neskaitāmi fenotipisko variāciju piemēri. Daži no tiem ir saistīti ar slimībām. Piemēram, sirpjveida šūnu anēmija ir fenotipiskas variācijas rezultāts. Šī slimība rada sirpjveida sarkano asins šūnu deformāciju, kas ir saistīta ar asinsrites traucējumiem. Sirpjveida šūnu anēmija ir ne tikai slimība, bet arī ārstnieciska variācija. Izturība pret malāriju iet roku rokā ar sarkano asins šūnu deformāciju. Šī malārijas pretestība nozīmēja evolūcijas priekšrocības un tādējādi izturēja dabisko atlasi. Mutācija, kas attīstīta no fenotipiskās variācijas, kas cilvēku sugās joprojām ir izplatīta līdz mūsdienām.

Vispazīstamākais fenotipisko variāciju ieguvumu piemērs ir laktozes tolerance cilvēkiem. Sākotnēji ārpus zīdaiņa vecuma cilvēku sugas nespēja metabolizēt pienu un piena produktus. Šī laktozes nepanesība laika gaitā izzuda fenotipisko variāciju dēļ gandrīz visiem indivīdiem Ziemeļeiropā. Tā kā spēja metabolizēt pienu un piena produktus cilvēkiem bija saistīta ar ievērojamām evolūcijas priekšrocībām, fenotipam bija atpakaļejoša ietekme uz genotipu, izmantojot ģenētisku mutāciju. Kopš tā laika laktozes tolerance tiek uzskatīta par normu Ziemeļeiropas iedzīvotājiem. Neskatoties uz to, tajā pašā laikā cilvēku sugas starpā pastāv fenotipi ar sākotnējo laktozes nepanesamību.

Papildus šīm attiecībām fenotipiskajai variācijai ir nozīme arī slimību gadījumā, īpaši iedzimtu klīnisko attēlu gadījumā. Jo ilgāk konkrēta slimība ir izplatījusies kādā sugā, jo lielāka iespēja, ka tai būs vienas un tās pašas slimības fenotipiskas variācijas. Tādā veidā viena un tā pati klīniskā aina pēc vairākām paaudzēm var izraisīt ļoti dažādus simptomus. Izmantojot slimības apakštipus, ir iespējams aptuveni saprast, cik ilgi slimība ir izplatījusies vienā tipā.

Fenotipiskas variācijas rodas arī iedzimtu slimību gadījumā, kuras var izraisīt tikai noteikti eksogēni faktori. Vēzis, piemēram, var būt raksturīgs genotipam, taču tas joprojām neizdalās visos fenotipos.