Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp

Modifikation – Biologie

Die Gesamtheit aus äußerer Erscheinung und Eigenschaften eines Lebewesen wird als Phänotyp bezeichnet. Der Phänotyp wird vom Erbmaterial, genauer gesagt den Genen, bestimmt. Aber wusstest du, dass auch die Umwelt den Phänotyp verändern kann? Diesen Vorgang beschreibt man in der Biologie als Modifikation.

Was ist Modifikation? – Definition

Eine Modifikation ist eine nicht vererbbare Veränderung des Phänotyps, die durch Umweltfaktoren hervorgerufen wird. Die Erbinformation, zusammenfassend als Genotyp bezeichnet, bleibt hingegen unverändert.

Was ist der Unterschied zwischen Mutation und Modifikation?

Sowohl Mutationen, spontane Veränderungen des Erbguts, als auch Modifikationen rufen Abwandlungen im Phänotyp hervor. Während Mutationen die Erbinformation, also den Genotyp, verändern und somit an die Nachkommen vererbt werden können, sind Modifikationen nicht vererbbar.

Wie entsteht eine Modifikation?

Die Voraussetzung für eine Modifikation ist, dass die Gene eines Merkmals einen gewissen Rahmen für die unterschiedliche Ausprägung des Merkmals vorgeben. Betrachten wir als Beispiel die Modifikation beim Löwenzahn. Nehmen wir an, wir haben zwei identische Löwenzahnpflanzen. Eine wird im Tal in fruchtbaren, nährstoffreichen Boden gepflanzt, die andere im Gebirge auf kargen, nährstoffarmen Boden. Die Umweltfaktoren Nährstoffe und Bodenbeschaffenheit beeinflussen den Phänotyp der jeweiligen Pflanze. Der Löwenzahn im Tal hat viele Nährstoffe zum Wachsen und zeichnet sich durch große, kräftige Blätter und normale Wurzeln aus. Der Löwenzahn auf dem Berg besitzt hingegen starke, tiefe Wurzeln, um an Wasser zu gelangen und Halt im steinigen Boden zu finden. Da der Boden zudem wenige Nährstoffe hat, wachsen viel kleinere Blätter als beim Löwenzahn im Tal. Diese Modifikationen geschehen durch die Aktivierung oder Deaktivierung verschiedener Gene. All diese Gene sind zwar in beiden Pflanzen vorhanden, aber sie werden entsprechend der jeweiligen Umwelteinflüsse aktiviert oder deaktiviert.

Ein Fachgebiet der Biologie, das sich mit der Aktivierung und Deaktivierung von Genen unter bestimmten Umwelteinflüssen beschäftigt, ist die Epigenetik. Unter epigenetischen Modifikationen versteht man Modifikationen der DNA ohne eine tatsächliche Änderung des Erbguts. Der genetische Code an sich wird nicht beeinflusst. Die räumliche Struktur der DNA allerdings schon. Dabei geht es um die Zugänglichkeit von Genen, die durch die Lage der Histone (Proteine, die für die räumliche Struktur der DNA mitverantwortlich sind) bestimmt werden. Gene, die zugänglich sind, beeinflussen die Merkmalsausprägung. Die Histonmodifikation spielt dabei eine große Rolle.

Modifikation – Beispiele

Für Modifikationen gibt es in der Biologie zahlreiche Beispiele. Dabei unterscheidet man zwischen fließender und umschlagender Modifikation.

Fließende Modifikationen

Ein passendes Beispiel hierfür ist die Veränderung der Hautfarbe bei Sonneneinstrahlung. Unsere Hautfarbe ist genetisch festgelegt. Dennoch verändert sie sich, wenn wir der Sonne ausgesetzt sind. Die UV-Strahlung der Sonne regt die Melaninproduktion in unserer Haut an. Melanin ist ein Pigment und sorgt für die Färbung der Haut. Je länger wir der Sonne ausgesetzt sind, desto dunkler wird unsere Haut. Das geschieht stufenlos, daher fließende Modifikation.
Klar abzugrenzen davon ist „Albinismus“. Hierbei handelt es sich um eine Mutation eines Gens, das die Melaninproduktion reguliert. Das Fehlen des Pigments führt zu einer auffällig hellen Haut- und Augenfarbe.

Umschlagende Modifikationen

Ändert sich ein Merkmal aufgrund von Umweltfaktoren schlagartig, nennt man das umschlagende Modifikation. Im Tierreich findet man oft umschlagende Mutationen, die temperatursensitiv sind. Dabei entscheidet die Umgebungstemperatur, welche Erscheinungsform eines Merkmals ausgebildet wird.
Das Russenkaninchen bildet an kühlen Körperteilen (Ohren, Pfoten und Maul) schwarzes Fell aus. Steigt die Umgebungstemperatur jedoch über 30 °C, wird das Fell der Kaninchen weiß.
Ein weiteres Beispiel sind Krokodileier. Die Umgebungstemperatur bestimmt, welches Geschlecht die Krokodiljungtiere entwickeln. Unter 30 °C entstehen nur Weibchen, über 34 °C nur Männchen.

Modifikation – Bedeutung

Was bedeuten Modifikationen für die Vieh- und Landwirtschaft? Die Kenntnisse darüber, wie ein Merkmal durch Umweltfaktoren verändert werden kann, ist von großer Bedeutung in der Vieh- und Landwirtschaft. Futter und Düngemittel werde optimal eingesetzt, um Merkmale wie Ertrag bei Pflanzen und Muskelmasse bei Tieren zu maximieren. Ein neuartiges Feld stellt die genetische Modifikation, auch Gentechnik genannt, dar. Hierbei wird beispielsweise die DNA von Pflanzen gentechnisch verändert, um sie resistenter gegen Schädlinge zu machen. Genetische Modifikationen sind jedoch keine Modifikationen im klassischen Sinne, da das Erbmaterial verändert wird und diese Veränderungen vererbbar sind.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp