Кіріспе

Генетикада генотип пен фенотип арасындағы айырмашылық қарастырылады. "Генотип" – организмнің толыққанды мұрагерлік ақпараты. "Фенотип" – организмнің морфологиясы, дамуы немесе мінез-құлқы сияқты нақты байқалатын қасиеттері. Бұл айырмашылық белгілердің мұрагерлікке және олардың эволюциясына қатысты зерттеулерде негізгі болып табылады.

Шолу

"Генотип" және "фенотип" терминдерін 1911 жылы Вильгельм Йохансен енгізді, бірақ терминдердің мағынасы және осы айырмашылықтың маңыздылығы олар қолданылғаннан бері өзгерді. Организмнің тіршілікке және көбейіске қабілеттілігі тікелей оның физикалық қасиеттерімен анықталады, бірақ физикалық қасиеттердің мұрагерлігі гендердің мұрагерлігіне байланысты. Сондықтан, табиғи іріктеу арқылы эволюция теориясын түсіну үшін генотип пен фенотип арасындағы айырмашылықты түсіну қажет. Гендер белгілі бір қасиетке үлес қосады, ал фенотип – гендердің (демек, осы қасиетке әсер ететін генотиптің) байқалатын көрінісі. Мысалы, егер ақ тышқанда рецессивті гендер болса, олар түс үшін жауапты гендерді белсенділіксіз қылса, оның генотипі оның фенотипінен (ақ түсінен) жауапты болады. Генотиптер жиынтығын фенотиптер жиынтығымен сәйкестендіру кейде генотип-фенотип картасы деп аталады. Организмнің генотипі оның фенотипінің дамуына маңызды (морфологиялық ерекшеліктері үшін ең басты) фактор болып табылады, бірақ ол жалғыз емес. Тіпті бірдей генотипке ие екі организмнің фенотиптері де фенотиптік пластикалық қасиеттеріне байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Белгілі бір генотиптің фенотипке қаншалықты әсер ететіні, қарастырылып отырған аллельдердің үстемдігіне, ену қабілетіне және экспрессивтілігіне байланысты. Мұны күнделікті өмірде монозиготалық (яғни бірдей) егіздерде байқауға болады. Бірдей егіздердің генотиптері бірдей, өйткені олардың геномдары толықтай сәйкес келеді; бірақ олардың фенотиптері өте ұқсас болса да, ешқашан толықтай бірдей болмайды. Бұл жақын туыстардың оларды әрқашан ажырата алатынынан көрінеді, тіпті басқалар олардың ұсақ айырмашылықтарын байқамайды. Сонымен қатар, бірдей егіздерді саусақ іздері арқылы да ажыратуға болады, олар ешқашан толықтай бірдей болмайды.

Фенотиптік пластика

Фенотиптік пластикалық ұғым ағзаның фенотипінің генотипімен анықталатын деңгейін көрсетеді. Пластикалық қасиеттің жоғары деңгейі, қоршаған орта факторларының нақты фенотиптің қалыптасуына күшті әсер ететінін білдіреді. Егер пластикалық қасиет төмен болса, даму кезіндегі қоршаған ортаның ерекшеліктеріне қарамастан, генотип туралы білім негізінде организмнің фенотипін сенімді болжауға болады. Жоғары пластикалық қасиетке личинкалық тритон мысал бола алады1: олар құмырсқа сияқты жыртқыштардың бар екенін сезгенде, дене мөлшеріне шаққанда үлкен бас және құйрық дамытады, сондай-ақ қараңғы пигментацияға ие болады. Мұндай қасиеттері бар личинкалар жыртқыштарға тап болғанда тірі қалуға жақын, бірақ басқа фенотиптерге қарағанда өсуі баяулайды.

Генетикалық канализация

Фенотиптік пластикалыққа қарағанда, генетикалық канализация тұжырымы ағзаның фенотипі оның генотипі туралы қандай қорытындылар жасауға болатынын анықтайды. Егер мутациялар (геномдағы өзгерістер) организмнің физикалық қасиеттеріне едәуір әсер етпесе, онда фенотип каналданған деп есептеледі. Бұл, каналданған фенотип көптеген түрлі генотиптерден қалыптасуы мүмкін дегенді білдіреді, сондықтан фенотип туралы білімге сүйене отырып генотипті нақты болжау мүмкін емес (яғни генотип-фенотип байланысы қайтымсыз). Канализация болмаған жағдайда, геномдағы шағын өзгерістер дамитын фенотипке дереу әсер етеді.

Эволюциялық биологиядағы маңызы

Левонтиннің пікірінше, популяциялық генетиканың теориялық міндеті екі кеңістікте жүзеге асырылатын процесс: «генотиптік кеңістік» және «фенотиптік кеңістік». Толыққанды популяциялық генетика теориясының қиындығы – генотиптер популяциясын (G1) фенотиптік кеңістікке (P1) болжамды түрде бейнелейтін заңдар жиынтығын ұсыну, онда табиғи іріктеу жүреді, сондай-ақ, нәтижесінде пайда болған популяцияны (P2) генотиптік кеңістікке (G2) бейнелейтін заңдар жиынтығын ұсыну, мұнда мендельдік генетика келесі буын генотиптерін болжауға мүмкіндік береді, осылайша цикл аяқталады. Молекулалық генетиканың мендельдік емес аспектілерін ескермесе де, бұл өте күрделі міндет. Трансформацияны схемалық түрде көрсету: (Левонтин, 1974, 12-беттен алынған). T1 – генетикалық және эпигенетикалық заңдарды, функционалдық биологияның немесе дамудың генотипті фенотипке айналдыратын аспектілерін көрсетеді. Бұл – «генотип-фенотип картасы». T2 – табиғи іріктеудің нәтижесіндегі трансформация, T3 – таңдалған фенотиптерге сүйене отырып генотиптерді болжауға мүмкіндік беретін эпигенетикалық байланыстар, ал T4 – мендельдік генетиканың қағидалары. Іс жүзінде, эволюциялық теорияның екі саласы параллель түрде дамиды: генотиптік кеңістікте жұмыс істейтін дәстүрлі популяциялық генетика және өсімдіктер мен жануарлар шаруашылығында қолданылатын, фенотиптік кеңістікте жұмыс істейтін биометриялық теория. Керек бөлігі – генотип пен фенотиптік кеңістік арасындағы байланыс. Бұл «әрекеттің икемділігіне» (Левонтиннің терминімен айтқанда) алып келеді, онда бір саланың теңдеулеріндегі айнымалылар параметрлер немесе тұрақтылар ретінде қарастырылады, ал толыққанды қарастыруда олар эволюциялық процесспен өзгертіледі және басқа саланың күй айнымалыларының функциялары болып табылады. «Икемділік» – байланыс белгілі деп есептеуде. Көптеген қызығушылық тудыратын жағдайларды талдау үшін оны түсінгендей әрекет ету жеткілікті. Мысалы, егер фенотип генотипке жақын болса (қақалы жасуша ауруы сияқты) немесе уақыт аралығы жеткілікті қысқа болса, «тұрақтылар» осылай қарастырылуы мүмкін; алайда, мұндай болжам орындалмаса да көптеген жағдайлар бар.