Przeczytaj
Zmienność środowiskowa
Zmienność organizmów to występowanie wszelkich różnic między organizmami należącymi do tej samej populacji lub tego samego gatunku.
Przyczyną zmienności są różnice w informacji genetycznej organizmów i różne adaptacje do warunków środowiska działających na organizmy o takim samym genotypiegenotypie.
Zmienność genetyczną, ze względu na charakter i sposób dziedziczenia cechy, można podzielić na:
zmienność ciągłą – różnice w informacji genetycznej dotyczącej cech ilościowych, często: wzrostu, masy ciała, mleczności (w odniesieniu do krów); za powstawanie tych cech odpowiadają tzw. geny kumulatywne, a spowodowane przez nie różnice nazywamy zmiennością ciągłą; cechy te mogą ulegać modyfikacji pod wpływem środowiska;
zmienność nieciągłą – różnice w informacji genetycznej dotyczącej cech jakościowych, takich jak grupa krwi; w tym wypadku nie występują formy pośrednie, a fenotypyfenotypy są wyraźnie rozgraniczone; cechy jakościowe są na ogół warunkowane przez pojedyncze geny, a spowodowane przez nie różnice nazywamy zmiennością nieciągłą.
Zmienność środowiskowa nie jest dziedziczona. Wynika ona z oddziaływania różnych warunków środowiska na organizmy o tym samym genotypie.
Oznacza to, że oprócz genotypu o fenotypie organizmu decydują czynniki środowiska. Oddziaływanie różnych, zmienionych warunków środowiska może prowadzić do powstania zmian fenotypowych (morfologicznych, fizjologicznych, behawioralnych, fenologicznych, które mogą być trwałe lub występować w jakimś okresie) w obrębie określonych cech uwarunkowanych tym samym genotypem. Zjawisko to nosi nazwę plastyczności fenotypu.
Zmienność środowiskowa jest wynikiem oddziaływania czynników środowiska zewnętrznego na cechy warunkowane przez dane geny. Można się o niej przekonać poprzez umieszczenie dwóch osobników o tym samym genotypie w różnych środowiskach.
Do czynników warunkujących zmienność środowiskową należą m.in.:
dostępność i rodzaj pokarmu;
temperatura otoczenia;
dostępność przestrzeni do życia.
Osobniki, które żyją w różnych warunkach środowiska, ale mają takie same genotypy, mogą wykształcić różne cechy dzięki zdolności przystosowawczej. Zakres zmian wywołanych przez środowisko zewnętrzne jest ograniczony przez genotyp danego osobnika. Zjawisko to nosi nazwę normy reakcji genotypunormy reakcji genotypu.
Oznacza to, że genotyp wspólnie ze środowiskiem wpływa na fenotyp danego osobnika. Każdy osobnik w trakcie swojego życia w zależności od panujących warunków środowiska obiera jedną z możliwych ścieżek rozwoju, co gwarantuje mu indywidualność i niepowtarzalność fenotypową.
Jednym z zastosowań norm reakcji jest opisywanie, jak różne gatunki – zwłaszcza pokrewne – reagują na zmiany warunków środowiska życia.
Dobrym przykładem norm reakcji genotypu są klony, zdolne do życia w różnych środowiskach. Ze względu na swoje zdolności adaptacyjne klon pospolity można spotkać w każdym środowisku. Może on rosnąć zarówno w miejscach nasłonecznionych, jak i zacienionych oraz na wszystkich glebach z wyjątkiem suchych, piaszczystych i bardzo podmokłych. Kolejny przykład szerokiej normy reakcji stanowią linie roślin, które są przeznaczone do uprawy w określonych środowiskach. Dzięki kontrolowanym grupom genetycznym możliwe jest uprawianie każdej odmiany (genotypu) w różnych środowiskach, np. róże dobrze rosną, gdy mają wystarczającą ilość wody, jednak istnieje odmiana odporna na suszę – róża pomarszczona (Rosa rugosa), rosnąca nawet przy bardzo małej ilości wody.
Wąska norma reakcji dotyczy z kolei zwierząt polarnych, które mogą żyć wyłącznie w niewielkim zakresie zmian temperatury otoczenia. Niedźwiedź polarny (Ursus maritimus) wykształcił wiele cech adaptacyjnych pozwalających na izolację i utrzymywanie stałej temperatury ciała (gruba warstwa tłuszczu, gęste futro, pokryte zewnętrzną warstwą włosów tworzących kolejną warstwą izolacyjną). Niestety z powodu globalnego ocieplenia zmniejsza się naturalne środowisko życia niedźwiedzia polarnego i w przewidywalnej przyszłości ten trend się utrzyma, zagrażając istnieniu tego gatunku.
Przykłady plastyczności fenotypowej u roślin
Rodzajem plastyczności fenotypowej u roślin jest heterofilia, czyli różnolistność. Osobniki tego samego gatunku mogą wykształcić liście o różnym kształcie, w zależności od warunków środowiska. Przykładem gatunku wykazującego heterofilię jest grążel żółty, bylinabylina bytująca w wodach stojących oraz wolno płynących. Liście podwodne tej rośliny mają sałatowaty kształt, zaś liście, które znajdują się na powierzchni, charakteryzują się kształtem tarczowatym.
W zbiornikach o silnym falowaniu wody lub szybkim nurcie, jak również przy długotrwałym i wysokim zalewie, rozwija się forma podwodna, o cienkich i falistych blaszkach liściowych, bez aparatów szparkowych.
Kolejnym przykładem plastyczności fenotypowej jest różna barwa kwiatów u hortensji, krzewu z rodziny hortensjowatych. W zależności od odczynu gleby oraz zawartości w niej jonów glinu kwiaty hortensji mogą przyjmować różne zabarwienie. Czerwonawe odcienie występują przy bardziej zasadowym odczynie podłoża, a w glebie o odczynie kwaśnym i w obecności jonów glinu kwiaty barwią się na niebiesko.
Przykłady plastyczności fenotypowej u zwierząt
Plastyczność fenotypowa występuje również wśród zwierząt. Niektóre gatunki mszyc, np. mszycy grochowej (Acyrthosiphon pisum), są zdolne do wykształcenia skrzydeł w odpowiedzi na zbyt duże zagęszczenie osobników w ich środowisku i/lub niską jakość pożywienia. Zagęszczenie oraz brak odpowiedniej jakości pokarmu, jako zewnętrzne czynniki środowiskowe, oddziałują na fenotyp osobników należących do tego samego gatunku. Dzięki plastyczności możliwe jest zwiększenie się mobilności skrzydlatych mszyc, a tym samym wzrasta szansa na zdobycie pokarmu w innym miejscu. Wśród mszyc o takim samym genotypie mogą więc istnieć osobniki niemające skrzydeł i takie, u których się one wykształciły.
Samce osadnika egerii (Pararge aegeria) wykazują różnice morfologiczne oraz różne zachowania godowe w zależności od nasłonecznienia. Na terenach zalesionych samce siadają na koronach drzew, by patrolować swój teren w celu poszukiwania samicy i obrony przed innymi samcami. Natomiast na terenie rolniczym, pozbawionym dużej ilości wysokich drzew, samce szybciej i agresywniej atakują innego samca oraz przemieszczają się na większe odległości. Przystosowania te (reakcje na zmieniające się warunki) zwiększają ich szanse na znalezienie samicy i rozród.
Zmienność koloru sierści u myszy plażowej (Peromyscus polionotus) spowodowana jest zróżnicowanym drapieżnictwem sów. Jeden z podgatunków lądowych ma ciemnobrązową sierść na grzbiecie, podczas gdy młodszy, mieszkający na plaży podgatunek ma jaśniejszą sierść, umożliwiającą kamuflaż na jasnych przybrzeżnych wydmach piaskowych.
Klasycznym przykładem plastyczności fenotypowej jest dziwonia ogrodowa (Haemorhous mexicanus), której barwa piór zależy od rodzaju pobieranego pokarmu. Dieta bogata w karotenoidy (m.in. luteinę, zeaksantynę, beta‑kryptoksantynę i beta‑karoten) skutkuje czerwonym zabarwieniem piór. Natomiast osobniki pobierające pokarm bogaty w ksantofile (np. luteina, dehydroluteina) mają żółte pióra.
Przykłady plastyczności fenotypowej u człowieka
Plastyczność fenotypową można zauważyć również u człowieka – dobrze widoczna jest zwłaszcza u rodzeństwa. Dzieci tych samych rodziców mają średnio połowę identycznych genów, lecz mogą wykazywać całkiem różne fenotypy. Choć podobieństwo u rodzeństwa jest widoczne (np. w rysach twarzy), mogą występować różnice dotyczące koloru włosów, wzrostu, masy i budowy ciała czy stopnia owłosienia, a także osobowości.
Bardzo dobrym przykładem możliwości wytworzenia różnych fenotypów przez jeden genotyp są bliźnięta jednojajowebliźnięta jednojajowe. Mimo posiadania takiego samego zestawu genów różnią się między sobą pod względem wielu cech morfologicznych. Na przykład odmienności w zakresie ilości i rodzaju przyjmowanego pokarmu mogą skutkować różną masą ciała, a zamieszkiwanie na terenach o różnym nasłonecznieniu może być przyczyną powstania różnicy karnacji skóry.
Innym przykładem plastyczności fenotypowej są ludzie o różnym kolorze skóry. Zakres koloru ludzkiej skóry jest bardzo szeroki: od barwy ciemnobrązowej, niemal czarnej do jasnokremowej, prawie białej. Różnice w kolorze skóry między poszczególnymi osobami są spowodowane różnicą w pigmentacji, która jest wynikiem określonego zestawu genów (genotypu), ekspozycji na słońce lub obu tych czynników. Istnieje bezpośrednia korelacja między występowaniem promieniowania ultrafioletowego (UVR) o określonym natężeniu a rozmieszczeniem osobników o określonej pigmentacji skóry na Ziemi. Obszary, do których docierają większe ilości UVR, zwykle położone bliżej równika, są zwykle zamieszkiwane przez populacje o ciemniejszej skórze. Obszary bliższe biegunom charakteryzują się mniejszą intensywnością promieniowania UV, co wiąże się z występowaniem populacji ludzkich o jaśniejszej skórze.
Różnice wzrostu między dorosłymi ludźmi mogą być ogromne. Obecnie najwyższy człowiek na świecie mierzy 2,51 m, a najniższy zaledwie 56 cm. Różnice wzrostu mogą wynikać z różnych warunków środowiska, m.in. z mniejszej lub większej dostępności pokarmu, wody i tlenu zarówno w okresie życia płodowego, jak i po urodzeniu.
W populacjach zamieszkujących miejsca położone na dużej wysokości w Himalajach i Andach zachodzi wiele fizjologicznych adaptacji do niskiego stężenia tlenu w powietrzu atmosferycznym. Adaptacje te obejmują m.in. znaczne zwiększenie przepływu krwi i efektywne dostarczanie tlenu do macicy podczas ciąży, co znacznie zmniejsza ryzyko urodzenia dziecka z niską masą urodzeniową.
Więcej na temat:
zmienności środowiskowej – w e‑materiale Zmienność środowiskowa;
genetycznych uwarunkowań zmienności – w e‑materiale Genetyczne uwarunkowania zmienności ciągłej i nieciągłej;
zależności fenotypu od zmienności genetycznej i środowiskowej – w e‑materiale Fenotyp jako wypadkowa zmienności genetycznej i środowiskowej.
Słownik
nazywane również monozygotycznymi; powstają w wyniku podziału jednej komórki jajowej, zapłodnionej przez jeden plemnik; mają taki sam materiał genetyczny i zawsze są to osobniki tej samej płci
roślina wieloletnia, charakteryzująca się zimującymi organami podziemnymi oraz pąkami przyziemnymi
zespół wszystkich cech danego organizmu; fenotyp warunkowany jest zarówno przez geny, jak i środowisko
nieregularna zmienność nasilenia przebiegu procesu lub zjawiska; fluktuacją jest też pojedyncza zmiana nasilenia się tego przebiegu
zespół genów charakterystyczny dla danego osobnika
uwarunkowane przez genotyp granice, w których fenotyp może być modyfikowany przez czynniki zewnętrzne
naturalne różnice sekwencji genotypu organizmów jednego gatunku; różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie