Fenotype - Phenotype
I genetikk er fenotypen (fra gresk φαινο- (faino-) 'viser', og τύπος (túpos) 'type') settet med observerbare egenskaper eller egenskaper til en organisme . Begrepet dekker organismens morfologi eller fysiske form og struktur, dens utviklingsprosesser , dets biokjemiske og fysiologiske egenskaper, dens oppførsel og produktene av atferd. En organismes fenotype skyldes to grunnleggende faktorer: uttrykk for en organismes genetiske kode, eller dens genotype , og påvirkning av miljøfaktorer. Begge faktorene kan påvirke hverandre og påvirke fenotypen ytterligere. Når det finnes to eller flere klart forskjellige fenotyper i den samme populasjonen av en art, kalles arten polymorf . Et godt dokumentert eksempel på polymorfisme er fargelegging av Labrador Retriever ; mens pelsfargen er avhengig av mange gener, blir den tydelig sett i miljøet som gul, svart og brun. Richard Dawkins i 1978 og deretter igjen i sin bok fra 1982 The Extended Phenotype antydet at man kan betrakte fuglereder og andre bygde strukturer som caddis-fly- larver og beverdammer som "utvidede fenotyper".
Wilhelm Johannsen foreslo skillet mellom genotype og fenotype i 1911 for å tydeliggjøre forskjellen mellom en organisms arvelighet og hva arven gir. Skillet ligner det som ble foreslått av August Weismann (1834–1914), som skilte mellom bakterieplasma (arvelighet) og somatiske celler (kroppen).
Den genotype og fenotype må ikke forveksles med Francis Crick sin sentrale dogmet molekylær biologi , en uttalelse om retningen av molekyl sekvensielt informasjons strømmer fra DNA til protein, og ikke det motsatte.
Vanskeligheter med å definere
Til tross for sin tilsynelatende enkle definisjon, har begrepet fenotypen skjulte finesser. Det kan virke som om alt som er avhengig av genotypen er en fenotype, inkludert molekyler som RNA og proteiner. De fleste molekyler og strukturer kodet av det genetiske materialet er ikke synlige i utseendet til en organisme, men de er observerbare (for eksempel ved Western blotting ) og er dermed en del av fenotypen; menneskelige blodgrupper er et eksempel. Det kan virke som om dette går utover konseptets opprinnelige intensjoner med fokus på (levende) organismen i seg selv. Uansett inkluderer begrepet fenotype iboende egenskaper eller egenskaper som er observerbare eller egenskaper som kan bli synlige ved en teknisk fremgangsmåte. En bemerkelsesverdig forlengelse av denne ideen er tilstedeværelsen av "organiske molekyler" eller metabolitter som genereres av organismer fra kjemiske reaksjoner av enzymer.
Begrepet "fenotype" har noen ganger blitt feilaktig brukt som en forkortelse for fenotypisk forskjell fra villtype , noe som ga uttalelsen om at en "mutasjon ikke har noen fenotype".
En annen forlengelse legger til adferd til fenotypen, siden atferd er observerbare egenskaper. Atferdsmessige fenotyper inkluderer kognitive, personlighet og atferdsmønstre. Noen atferdsmessige fenotyper kan karakterisere psykiatriske lidelser eller syndromer.
Fenotypisk variasjon
Fenotypisk variasjon (på grunn av underliggende arvelig genetisk variasjon ) er en grunnleggende forutsetning for evolusjon ved naturlig seleksjon . Det er den levende organismen som helhet som bidrar (eller ikke) til neste generasjon, så naturlig seleksjon påvirker den genetiske strukturen til en befolkning indirekte via bidrag fra fenotyper. Uten fenotypisk variasjon ville det ikke vært noen evolusjon ved naturlig seleksjon.
Samspillet mellom genotype og fenotype har ofte blitt konseptualisert av følgende forhold:
- genotype (G) + miljø (E) → fenotype (P)
En mer nyansert versjon av forholdet er:
- genotype (G) + miljø (E) + genotype og miljøinteraksjoner (GE) → fenotype (P)
Genotyper har ofte mye fleksibilitet i modifisering og uttrykk for fenotyper; i mange organismer er disse fenotypene svært forskjellige under varierende miljøforhold (se økofenotypisk variasjon ). Planten Hieracium umbellatum finnes i to forskjellige habitater i Sverige. En habitat er steinete, sjø-side klipper , hvor plantene er buskete med brede blader og utvidet inflorescences ; den andre er blant sanddyner hvor plantene vokser seg ned med smale blader og kompakte blomsterstander. Disse habitatene veksler langs kysten av Sverige og habitatet som frøene til Hieracium umbellatum lander i, bestemmer fenotypen som vokser.
Et eksempel på tilfeldig variasjon i Drosophila -fluer er antall ommatidia , som kan variere (tilfeldig) mellom venstre og høyre øye hos et enkelt individ så mye som de gjør mellom forskjellige genotyper totalt sett, eller mellom kloner oppvokst i forskjellige miljøer.
Begrepet fenotype kan utvides til variasjoner under nivået av genet som påvirker organismens kondisjon. For eksempel kan stille mutasjoner som ikke endrer den tilsvarende aminosyresekvensen til et gen, endre frekvensen av guanin - cytosinbasepar ( GC -innhold ). Disse baseparene har en høyere termisk stabilitet ( smeltepunkt ) enn adenin - tymin , en egenskap som kan formidle blant organismer som lever i miljøer med høy temperatur, en selektiv fordel på varianter anriket med GC-innhold.
Den utvidede fenotypen
Richard Dawkins beskrev en fenotype som inkluderte alle effekter et gen har på omgivelsene, inkludert andre organismer, som en utvidet fenotype, og argumenterte for at "Et dyrs oppførsel har en tendens til å maksimere overlevelsen av genene" for "den oppførselen, uansett om de er gener er tilfeldigvis i kroppen til det spesielle dyret som utfører det. " For eksempel endrer en organisme som en bever sitt miljø ved å bygge en beverdam ; dette kan betraktes som et uttrykk for dets gener , akkurat som fortennene er - som de bruker for å endre miljøet. På samme måte, når en fugl mater en yngelparasitt som en gjøk , utvider den uvitende sin fenotype; og når gener i en orkide påvirker oppførsel av orkidébier for å øke pollinering, eller når gener i en påfugl påvirker de kopulatoriske avgjørelsene til peahens, igjen, blir fenotypen utvidet. Gener er, etter Dawkins syn, valgt av deres fenotypiske effekter.
Andre biologer er stort sett enige om at det utvidede fenotypekonseptet er relevant, men mener at dets rolle i stor grad er forklarende, i stedet for å hjelpe til med utformingen av eksperimentelle tester.
Fenom og fenomikk
Selv om en fenotype er ensemblet av observerbare egenskaper som vises av en organisme, brukes ordet fenom noen ganger for å referere til en samling egenskaper, mens den samtidige studien av en slik samling omtales som fenomikk . Fenomikk er et viktig studieområde fordi det kan brukes til å finne ut hvilke genomiske varianter som påvirker fenotyper som deretter kan brukes til å forklare ting som helse, sykdom og evolusjonær kondisjon. Fenomikk utgjør en stor del av Human Genome Project
Fenomikk har utbredt anvendelse i landbruksindustrien. Med en eksponentielt voksende befolkning og inkonsekvente værmønstre på grunn av global oppvarming, har det blitt stadig vanskeligere å dyrke nok avlinger til å støtte verdens befolkning. Fordelagtige genomiske variasjoner, som tørke og varmebestandighet, kan identifiseres gjennom fenomikk for å skape mer holdbare GMOer.
Fenomikk kan være et springbrett mot personlig medisin , spesielt medisinbehandling . Når den fenomiske databasen har innhentet flere data, kan en persons fenomiske informasjon brukes til å velge spesifikke legemidler tilpasset et individ.
Evolusjonær opprinnelse til fenotype
Den RNA verden er det hypotetisk pre-cellulære stadium i evolusjonære historien om livet på jorden, hvori selvreproduserende RNA -molekyler prolifererte forut for utviklingen av DNA og proteiner . Den brettede tredimensjonale fysiske strukturen til det første RNA-molekylet som hadde ribozymaktivitet som fremmer replikasjon og unngår ødeleggelse, ville ha vært den første fenotypen, og nukleotidsekvensen til det første selvreplikerende RNA-molekylet ville ha vært den opprinnelige genotypen.