Polifenizem – definicija, mehanizmi in primeri

Polifenizem je vrsta polimorfizma, pri katerem so različne oblike živali posledica enega genotipa. Žival podeduje sposobnost, vendar okolje določa, katera oblika se razvije. To je v nasprotju z genetskim polimorfizmom, pri katerem vsak morf (oblika) podeduje nekoliko drugačen genom.

Kako deluje polifenizem — osnovni mehanizmi

Polifenizem se pojavi, ko žival podeduje razvojno stikalo. Stikalo je občutljivo na nek okoljski namig ali sprožilec. Po zaznavi signala se ta informacija pretvori v hormonske in molekularne spremembe, ki usmerijo razvoj v eno od možnih poti. Proces običajno poteka tako:

• Zaznava signala (npr. temperatura, gostota populacije, količina hrane ali dolžina dneva).
• Transdukcija signala v endokrini sistem (spremembe v ravni hormonov, npr. ecdysteroidi in juvenilni hormon pri žuželkah, ali spremembe v delovanju encimov in hormonov pri vretenčarjih).
• Aktivacija ali utišanje skupov genov — to lahko vključuje spremenjeno izražanje genov brez spremembe zaporedja DNA (epigenetske spremembe, kot so metilacija DNA, spremembe histonov ali ne-kodirajoči RNA).
• Razvojna odločitev vodi k fenotipskim razlikam (obnašanje, morfologija, spolna zrelost, oblika kril, barva kožuha ipd.).

V žuželkah so pogosto v ospredju hormoni (npr. juvenilni hormon), medtem ko pri nekaterih vretenčarjih temperature lahko vplivajo na delovanje encimov (npr. aromataza pri določenih plazilcih) in s tem na spolno diferenciacijo.

Primeri polifenizma

• Temperaturno odvisno določanje spola (TSD): spol nekaterih krokodilov, želv in nekaterih kuščarjev je odvisen od prevladujoče temperature med razvojem zarodka. Njihov spol je polifenična lastnost in ni odvisen od običajne spolne povezave. Pri nekaterih vrstah višje temperature dajejo več samic, pri drugih pa več samcev; vsaka vrsta ima svoj "pivotalni" temperaturni prag.
• Fazni polifenizem (skakači): skakači (locust) lahko ob spreminjanju gostote populacije preidejo iz samotarskega v gregaren morf — spremeni se barva, anatomija in vedenje. Ta prehod je sprožen z dotikom in mediiran s spremembami v nevrotransmiterjih (npr. serotonin).
• Krila pri uših (afidah): nekatere vrste listnih uši ob slabi kakovosti gostiteljskih rastlin ali ob gneči proizvedejo krilate oblike, ki omogočajo širjenje; pri boljših razmerah se rodijo brezkrile oblike. Odločitve so hormonsko in nevroendokrino regulirane.
• Družinski kasti pri družbenih žuželkah: pri mravljah, čebelah in čmrljih lahko enak genotip da različne kaste (delavke, kraljice) glede na prehrano, socialne signale in hormonske vplive; epigenetske mehanizme pogosto najdemo v režah, ki določajo, ali bo posameznik razvil reproduktivne organe.
• Sezonski polifenizem pri metuljih: primer je metulj Bicyclus anynana, ki ima različne vzorce oči na krilih v sušnem in vlažnem obdobju; razvoj vzorca je odvisen od temperature in hormonskih signalov med razvojno fazo.
• Spolna zamenjava pri ribah: pri nekaterih ribah, kot so klovn ribe ali nekatere gobice, se posamezniki ob spremembah socialne strukture zamenjajo v spol (sekvencialni hermafroditizem) — to je polifenija, saj isti genetski posameznik razvije različne spolne fenotipe glede na družbeno okolje.
• Sezonska preobrazba kožuha ali barve: živali, kot so snežni zajec ali arktični lisjak, lahko spremenijo barvo kožuha glede na dolžino dneva in temperaturo, kar povečuje prikritost v različnih sezonah.

Pomen in evolucijska vrednost

Polifenizem omogoča hitro fenotipsko prilagoditev na spreminjajoče se okolje brez sprememb v zaporedju DNA. To prinaša več koristi:

• Fleksibilnost — posamezniki iste vrste lahko izkoristijo različne niše ali reagirajo na začasne spremembe okolja.
• Hitro odzivanje — razvojne odločitve se lahko spreminjajo v eni generaciji, kar je prednost v nestanovitnih okoljih.
• Razvoj kompleksnih socialnih sistemov — pri družbenih žuželkah polifenizem podpira delitev dela in reproduktivno specializacijo.

Kako ločimo polifenizem od genetskega polimorfizma

• Pri polifenizmu istega genotipa okolje določa fenotip; pri genetskem polimorfizmu so različni morfi rezultat različnih alelov ali genetskih različic.
• Eksperimenti zvajanja in prenosov (npr. vzreja potomcev v različnih okoljih) pokažejo, ali je razlika plastična (polifenizem) ali genetsko določena.
• Polifenizem pogosto vključuje določene razvojne "prage" ali stikalne mehanizme, medtem ko genetski polimorfizem izhaja iz dednih razlik.

Zaključek

Polifenizem je ključni primer fenotipske plastičnosti, kjer eden sam genotip lahko vodi do dveh ali več trajnih ali prehodnih fenotipov glede na okoljske signale. Razumevanje mehanizmov, ki stojijo za polifenizmom — od senzoričnih zaznav do epigenetskih sprememb — pomaga pojasniti, kako se organizmi prilagajajo in evolucijsko uspevajo v spremenljivih razmerah.

Išči po črki