Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Genotüübi ja fenotüübi tähendus
- Darwini jt avastused
- Pärilikud teooriad
- Mendelsi intuitsioon genotüübi kohta
- Kaasaegsed edusammud
Genotüübi ja fenotüübi mõisted on omavahel nii tihedalt seotud, et neid on raske üksteisest eristada. Kõigi organismide genotüüpide ja fenotüüpide keeruline suhe oli teadlaste jaoks saladuseks viimase 150 aasta jooksul. Esimesed uuringud, mis paljastavad täpselt kahe teguri koosmõju - teisisõnu pärilikkuse toimimise - aitasid kaasa bioloogia ajaloo olulisimatele läbimurretele, sillutades teed avastustele evolutsiooni, DNA, päriliku haiguse, meditsiini, liikide kohta taksonoomia, geenitehnoloogia ja lugematu arv teisi teadusharusid. Varase uurimistöö ajal polnud genotüübi ega fenotüübi jaoks veel sõnu, ehkki iga leid lähendas teadlasi universaalse sõnavara arendamisele, et kirjeldada pärilikkuse põhimõtteid, mida nad järjekindlalt jälgisid.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Sõna genotüüp viitab geneetilisele koodile, mis sisaldub peaaegu kõigis elusorganismides, nagu sinine. Sõna fenotüüp viitab jälgitavatele tunnustele, mis ilmnevad organismi geneetilisest koodist, olgu see siis mikroskoopilisel, metaboolsel või nähtaval või käitumuslikul tasandil.
Genotüübi ja fenotüübi tähendus
Sõna genotüüp tähistab oma levinumas kasutuses peaaegu kõigis elusorganismides sisalduvat geneetilist koodi, mis on iga inimese jaoks ainulaadne, välja arvatud identsed järglased või õed-vennad. Mõnikord kasutatakse genotüüpi erinevalt: selle asemel võib see viidata väiksemale osale organismi geneetilisest koodist. Tavaliselt on see kasutamine seotud osaga, mis on seotud organismi teatud omadustega. Näiteks kui rääkida inimestel soo määramise eest vastutavatest kromosoomidest, siis genotüüpide teadlaste viide on inimese kogu genoomi asemel kahekümne kolmas kromosoomipaar. Üldiselt pärivad mehed X- ja Y-kromosoomi ning naised - kahte X-kromosoomi.
Sõna fenotüüp viitab jälgitavatele tunnustele, mis ilmnevad organismi geneetilisest sinisest, olgu see siis mikroskoopilisel, metaboolsel või nähtaval või käitumuslikul tasandil. See viitab organismi morfoloogiale, olgu see siis palja silmaga (ja teiste nelja meeli) jälgitav või vajab nägemiseks spetsiaalset varustust. Näiteks võib fenotüüp viidata millelegi nii väikesele nagu fosfolipiidide paigutus ja koostis rakumembraanides või kaunistatud sulestik India isase paabulinnu individuaalses rongis. Sõnad ise lõi taani bioloog nimega Wilhelm Johannsen 1909. aastal koos sõnaga „geen”, ehkki teda ja paljusid teisi mehi tähistati eelnevatel aastakümnetel suure hulga teoreetiliste edusammude eest enne sõnu „genotüüp” ja „ fenotüüpi "öeldi kunagi.
Darwini jt avastused
Need bioloogilised avastused toimusid 1800. aastate keskpaigast kuni 1900. aastate alguseni ja sel ajal töötas enamus teadlasi üksi või väikestes koostöögruppides, teaduse arenguga kaasnevate kaaslastega oli väga piiratud teadmised. Kui genotüübi ja fenotüübi mõisted teadusele teada said, andsid nad usku teooriatesse selle kohta, kas organismide rakkudes oli olemas teatud tüüpi osakesi, mis anti edasi järglastele (see tõepoolest osutus hiljem DNAks). Maailma kasvav arusaam genotüübist ja fenotüübist oli lahutamatu pärilikkuse ja evolutsiooni olemuse kontseptsiooni lahutamatuks muutmiseks. Enne seda aega oli vähe või polnud üldse teada, kuidas pärilikku materjali põlvest põlve edasi anti või miks mõned tunnused anti edasi ja mõned mitte.
Teadlaste olulised avastused genotüübi ja fenotüübi kohta olid mingil või teisel viisil seotud konkreetsete reeglitega, mille alusel iseloomujooni anti edasi ühe põlvkonna organismilt järgmisele. Täpsemalt, teadlaste jaoks oli uudishimulik, miks osa organismi tunnusjoontest kanti üle järglastele, teised aga mitte, ja teised said seda siiski edasi, kuid tundusid, et keskkonnamõjurid nõuavad järglasi väljendama seda iseloomujoonet, mis oli kergesti väljendunud vanem. Sarnastel aegadel juhtus palju sarnaseid läbimurdeid, kattudes nende arusaamades ja liikudes sammhaaval edasi massiliste muutuste poole maailma olemuse mõtlemises. Seda aeglast, peatavat tüüpi arengut ei toimu enam pärast moodsa transpordi ja kommunikatsiooni tulekut. Suure osa iseseisvate avastuste suurest kaskaadist pani aluse Darwini loodusliku valiku teos.
Aastal 1859 avaldas Charles Darwin revolutsioonilise raamatu “Liikide päritolust”. See raamat esitas loodusliku valiku teooria ehk “modifitseerimisega põlvnemise”, et selgitada inimeste ja kõigi teiste liikide olemasolu. Ta tegi ettepaneku, et kõik liigid põlvneksid ühiselt esivanemalt; Ränne ja järglaste teatavaid iseloomujooni mõjutavad keskkonnajõud põhjustasid teatud aja jooksul erinevaid liike. Tema ideed andsid aluse evolutsioonibioloogia valdkonnale ja on nüüd teaduse ja meditsiini valdkonnas üldiselt aktsepteeritud (darvinismi kohta saate lisateavet peatükist Ressursid). Tema teadustöö nõudis suuri intuitiivseid hüppeid, kuna sel ajal oli tehnoloogia piiratud ja teadlased polnud veel teadlikud sellest, mis raku sees toimus. Nad ei teadnud veel geneetikast, DNA-st ega kromosoomidest. Tema töö oli täielikult tuletatud sellest, mida ta võis põllul jälgida; teisisõnu, nende otste, kilpkonnade ja muude liikide fenotüübid, kellega ta veetis nii palju aega nende looduslikes elupaikades.
Pärilikud teooriad
Samal ajal, kui Darwin jagas maailmaga oma ideid evolutsiooni kohta, oli Kesk-Euroopa varjatud munk Gregor Mendel, kes oli paljudest teadlastest varjatud teadlaste seas kogu maailmas, et täpselt määratleda, kuidas pärilikkus toimis. Osa tema ja teiste huvist tulenes inimkonna kasvavast teadmistebaasist ja tehnoloogia täiustamisest - näiteks mikroskoobid - ning osa soovist parandada kariloomade ja taimede selektiivset aretamist. Eristudes arvukatest pärilikkuse selgitamiseks esitatud hüpoteesidest, oli Mendeli kõige täpsem. Ta avaldas oma avastused 1866. aastal, vahetult pärast „Liikide päritolu” avaldamist, kuid pälvis läbimurde ideede laialdase tunnustuse alles 1900. aastal. Mendel suri juba enne seda, 1884. aastal, veetes oma elu lõpupoole. keskendus teadusliku uurimistöö asemel ametikohale oma kloostri abtasemena. Mendelit peetakse geneetika isaks.
Pärilikkuse uurimisel kasutas Mendel peamiselt hernetaimi, kuid tema järeldused tunnuste edasiandmise mehhanismide kohta on üldistatud suurele osale Maa elust. Nagu Darwin, töötas ka Mendel teadlikult oma hernetaimede fenotüübi ja mitte nende genotüüpide osas, isegi kui tal polnud kummagi kontseptsiooni tingimusi; see tähendab, et ta suutis uurida ainult nende nähtavaid ja käegakatsutavaid omadusi, kuna tal puudus nende rakkude ja DNA jälgimiseks vajalik tehnoloogia ning ta tegelikult ei teadnud, et DNA on olemas. Kasutades ainult teadlikkust hernetaimede üldmorfoloogia kohta, täheldas Mendel, et kõigil taimedel oli seitse tunnust, mis avaldusid ainult ühena kahest võimalikust vormist. Näiteks oli üheks seitsmest tunnusest lillevärv ja hernetaimede lillevärv oleks alati valge või lilla. Veel üks seitsmest tunnusest oli seemne kuju, mis oleks alati ümar või kortsuline.
Tolle aja domineeriv mõte oli see, et pärilikkus hõlmas tunnuste segunemist vanemate vahel, kui need järglastele edasi anti. Näiteks segamisteooria kohaselt võivad paarituna väga suure lõvi ja väikese lõvi paaritumise korral nende järglased olla keskmise suurusega. Veel ühe pärilikkuse teooria kohta nimetas Darwin, et ta nimetas seda „pangeneesiks“. Pangeneesi teooria kohaselt olid teatud kehaosakesed elu jooksul muutunud või mitte muutunud keskkonnategurite mõjul ja siis need osakesed läbisid vereringe keha reproduktiivrakkudesse, kus neid saaks seksuaalse paljunemise ajal järglastele edasi anda. Darwini teooria, kuigi osakeste ja vereülekande kirjelduses täpsem, sarnanes Jean-Baptiste Lamarcki teooriatega, kes arvasid ekslikult, et elu jooksul omandatud tunnused pärivad ühe järglase. Näiteks Lamarcki evolutsioon postuleeris, et kaelkirjaku kaelad kasvasid põlvkonniti järk-järgult pikemaks, sest kaelkirjakud sirutasid kaela lehtedeni ja nende järeltulijad sündisid selle tagajärjel pikema kaelaga.
Mendelsi intuitsioon genotüübi kohta
Mendel märkis, et hernetaimede seitse tunnust olid alati mõlemad kahest vormist ja mitte kunagi midagi nende vahel. Mendel aretas kaks hernetaime, näiteks ühel olid valged lilled ja teisel lillad lilled. Kõigil nende järglastel olid lillad lilled. Tal oli huvi avastada, et kui lillaõieliste järglaste põlvkond iseendaga ristati, oli järgmine põlvkond 75 protsenti lillaõielisi ja 25 protsenti valgeõielisi. Valged lilled olid kogu lillade põlvkonna jooksul kuidagi uinunud, et taas ilmneda. Need leiud lükkasid tõhusalt segamise teooria, aga ka Darwini pangeneesiteooria ja Lamarcki päranditeooria, kuna kõik need eeldavad järglastel järk-järgult muutuvate tunnuste olemasolu. Isegi mõistmata kromosoomide olemust, mõistis Mendel genotüübi olemasolu.
Ta arvas, et hernetaimedes oli igal tunnusel kaks tegurit ning mõned olid domineerivad ja mõned retsessiivsed. Domineerimine oli see, mille tõttu lillad lilled võtsid üle esimese põlvkonna järglased ja 75 protsenti järgmisest põlvkonnast. Ta töötas välja segregatsiooni põhimõtte, mille kohaselt seksuaalse paljunemise käigus eraldatakse kromosoomipaari iga alleel ja mõlemad vanemad edastavad ainult ühe. Teiseks arendas ta välja iseseisva sortimendi põhimõtte, milles edastatav alleel valitakse juhuslikult. Sel viisil, kasutades vaid oma fenotüübi vaatlemist ja manipuleerimist, töötas Mendel välja inimkonnale seni teada oleva genotüübi kõige ulatuslikuma mõistmise, rohkem kui neli aastakümmet enne, kui mõlemale kontseptsioonile oleks isegi sõna pandud.
Kaasaegsed edusammud
20. sajandi vahetusel arendasid erinevad teadlased, tuginedes Darwini, Mendeli jt töödele, kromosoomide mõistmise ja sõnavara ning nende rolli tunnuste pärimisel. See oli viimane suurem samm teadlaskonna konkreetses genotüübi ja fenotüübi mõistmisel ning 1909. aastal kasutas bioloog Wilhelm Johanssen neid termineid kromosoomidesse kodeeritud juhiste kirjeldamiseks ning füüsilised ja käitumuslikud omadused avaldusid väliselt. Järgneva poolteise sajandi jooksul paranes mikroskoobi suurendus ja eraldusvõime drastiliselt. Lisaks täiustati pärilikkuse ja geneetika teadusi uut tüüpi tehnoloogia abil, nagu näiteks röntgenkristallograafia pisikestesse ruumidesse nägemiseks, ilma et neid häiriksite.
Pandi teooriaid liikide evolutsiooni kujundavate mutatsioonide kohta, aga ka mitmesuguste loodusliku valiku suunda mõjutavate jõudude kohta, nagu seksuaalne eelistus või äärmuslikud keskkonnatingimused. 1953. aastal esitlesid James Watson ja Francis Crick, toetudes Rosalind Franklini tööle, DNA topeltheeliksi struktuuri mudeli, mis võitis kahele mehele Nobeli preemia ja avas terve teadusuuringute valdkonna. Nagu teadlased enam kui sajand tagasi, alustavad tänapäeva teadlased sageli fenotüübiga ja teevad enne edasist uurimist järeldusi genotüübi kohta. Erinevalt 1800. aastate teadlastest saavad tänapäeva teadlased nüüd fenotüüpide põhjal ennustada üksikisikute genotüüpe ja kasutada seejärel genotüüpide analüüsimiseks tehnoloogiat.
Osa neist uuringutest on meditsiinilise iseloomuga, keskendudes päriliku haigusega inimestele. Peredes käivad paljud haigused ja vigastes geenides leitakse uuringute käigus sageli sülje või vereproovide abil haiguse jaoks olulise genotüübi osa leidmist. Mõnikord on lootus varajane sekkumine või ravi ja mõnikord varasema teadmine hoiab ära vaevatud inimeste geenide edasikandumise järglastele. Näiteks oli selline uurimistöö vastutav BRCA1 geeni avastamise eest. Naistel, kellel on selle geeni mutatsioonid, on väga suur risk haigestuda rinna- ja munasarjavähki ning kõigil mutatsiooniga inimestel on suurem risk muud tüüpi vähiks. Kuna see on osa genotüübist, on muteerunud BRCA1 genotüübiga sugupuul tõenäoliselt paljude vähi käes vaevlevate naiste fenotüüp ja kui üksikisikuid testitakse, siis genotüüp avastatakse ja ennetamisstrateegiaid saab arutada.