Polifenizmas: apibrėžimas, mechanizmai ir pavyzdžiai

Polifenizmas: išsamus apibrėžimas, vystymosi mechanizmai ir pavyzdžiai (krokodilai, temperatūros įtaka). Sužinokite, kaip aplinka lemia skirtingas formas.

Polifenizmas - tai polimorfizmo rūšis, kai skirtingas gyvūno formas sukelia vienas genotipas. Gyvūnas paveldi gebėjimą, tačiau aplinka lemia, kuri forma išsivystys. Tai skiriasi nuo genetinio polimorfizmo, kai kiekviena morfa (forma) paveldi šiek tiek kitokį genomą. Polifenizmas dažniausiai pasireiškia kaip aiškios, atskiros morfos (pvz., skirtingos kūno formos ar lytis), o ne kaip laipsniškas požymių diapazonas — tai reiškia, kad iš vieno genotipo gali atsirasti dvi ar daugiau aiškiai atskirtų fenotipų priklausomai nuo išorinių sąlygų.

Polifenizmas atsiranda, kai gyvūnas paveldi vystymosi jungiklį. Šis jungiklis yra jautrus tam tikram aplinkos signalui ar dirgikliui, todėl vystymosi procesas persijungia į vieną ar kitą kelią. Pavyzdžiui, krokodilų lytį lemia vyraujanti temperatūra per inkubacijos laikotarpį (temperatūros lemta lyties determinacija). Jų lytis yra polifeninis požymis ir nėra nulemta įprasto lyties ryšio. Kitaip sakant, genotipas yra tas pats, bet skirtingos temperatūros sukelia skirtingą fenotipą — patiną arba patelę.

Mechanizmai

• Aplinkos signalai: temperatūra, dienos ilgis (fotoperiodas), maisto prieinamumas, tankis arba socialinė aplinka, cheminių medžiagų ar plėšrūnų pėdsakai.
• Hormoninė reguliacija: aplinkos signalai veikia endokrinines grandines (pvz., insektų juvenilinį hormoną, skirtingus steroidinius hormonus), kurios nulemia vystymosi trajektoriją.
• Genų raiška ir epigenetika: polifenizmas dažnai grindžiamas skirtinga genų raiška (transkripcija), alternatyviu splicing'u ir epigenetiniais žymenimis (pvz., DNR metilacija, histonų modifikacijos), kurie stabilizuoja vieną iš veiksmų programų.
• Slankioji (threshold) sistema: daugelis polifenizmų veikia pagal slenkstį — jei aplinkos signalas pasiekia tam tikrą ribą, aktyvuojamas vienas vystymosi kelias; žemiau ribos veikia kitas kelias.

Pavyzdžiai

• Temperatūros lemta lytis: krokodilai, kai kurios vėžlių ir driežų rūšys — inkubacijos temperatūra lemia patinų arba patelių santykį.
• Sezoninė polifenizmas: drugelis Araschnia levana turi ryškiai skirtingas pavasario ir vasaros kartas (skirtingi raštai ir spalvos), kuriuos lemia temperatūra ir dienos ilgis.
• Kastių formavimasis socialiniuose vabzdžiuose: arių ir bičių lervės, gavusios skirtingą maitinimą ar feromonų signalus, vystosi į darbininkus arba kertes; šiuose procesuose svarbi hormoninė ir epigenetinė reguliacija (pvz., bičių „royal jelly“ veikia genų raišką).
• Gydytojai ir plėšrūnų lemta morfologija: Daphnia (vandens blakutės) gali susiformuoti „šarvai“ ar kaklo dantys reaguodamos į plėšrūnų cheminius signalus, taip sumažindamos riziką būti suvartotoms.
• Seksualinis persikeitimas: kai kurios žuvys (pvz., clownfish, wrasses) keičia lytį reaguodamos į socialinę aplinką — dominanti individas gali tapti patinu arba patelė pagal kolonijos sudėtį.
• Sezoninis kamufliažas: sniego zuikiai (snowshoe hare) ir Arkties lapės keičia kailio spalvą pagal sezoną, dažnai reaguodami į fotoperiodą ir temperatūrą.

Evoliucinė reikšmė ir pritaikymas

Polifenizmas leidžia greitai prisitaikyti prie kintančių sąlygų be genetinių pokyčių: tai yra lankstus strategijos būdas, kai vienas genotipas „turi kelis planus“ priklausomai nuo aplinkos. Tokia fenotipų įvairovė gali būti naudinga, kai aplinka yra nuspėjama (pvz., sezonai) arba kai būtina reaguoti į staigius signalus (pvz., plėšrūnų buvimas). Iš praktinės pusės supratimas apie polifenizmą svarbus ūkininkavime (kintančios kenksmingų organizmų morfos), biologinėje apsaugoje ir rūšių išsaugojime.

Skirtumas nuo genetinio polimorfizmo

Svarbu aiškiai skirti polifenizmą nuo genetinio polimorfizmo. Genetiniame polimorfizme skirtingi fenotipai atsiranda dėl skirtingų alelių ar genų variantų, o polifenizme tas pats genotipas gali duoti skirtingus fenotipus, priklausomai nuo aplinkos. Kai kuriose situacijose abu mechanizmai gali veikti kartu — tam tikros genetinės variacijos gali nustatyti jautrumą aplinkos signalams (t. y. genetikos ir plastikos tarpusavio sąveika).

Apibendrinant, polifenizmas yra svarbi biologinio prisitaikymo forma, kuri remiasi vystymosi jungikliais ir aplinkos signalais, lemiantiems aiškias alternatyvias kūno ar elgesio formas iš to paties genotipo.

Paieška pagal raidę