Reaktionsnorm

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 31. Januar 2017
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Die Reaktionsnorm entspricht der genetisch angelegten Bandbreite an Variationsmöglichkeiten von zwei Phänotypen desselben Erbmaterials. Die letztliche Merkmalsausprägung innerhalb dieser vorgegebenen Bandbreite hängt von den jeweils äußeren Umwelteinflüssen ab. Die Modifikationsbandbreite spielt auch im Rahmen von genetischen Krankheitsdispositionen eine Rolle, die nicht automatisch zur tatsächlichen Erkrankung führen müssen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Reaktionsnorm?

Der Genotyp ist das Erbbild eines Organismus und gilt als Repräsentant der genetischen Ausstattung und somit als Rahmen des Phänotypen. Damit bestimmt der Genotyp die mögliche Bandbreite an morphologisch physiologischen Merkmalsausprägungen im Phänotypen. Durch das Prinzip der phänotypischen Variation können trotz gleicher Artzugehörigkeit allerdings erhebliche Unterschiede einzelner Merkmale auftreten.

Die phänotypische Variation bildet die Grundlage für evolutionäre Veränderungen. Sogar beim exakt selben Genotypen ist die phänotypische Variation nicht ausgeschlossen. Somit können eineiige Zwillinge mit 100-prozentig gleichem Erbmaterial bis zu einem gewissen Grad unterschiedlichen Phänotypen entsprechen.

Die phänotypische Variation bei gleichem Genotyp ist als Reaktion auf Umwelteinflüsse zu verstehen. Erbgleiche Lebewesen entwickeln bei der Exposition gegenüber verschiedenartiger Umweltreize viele unterschiedliche Merkmale und unterscheiden sich damit in ihrer Erscheinungsform. Ausschließlich durch Umwelteinflüsse und damit ohne Gendifferenz hervorgerufene Veränderungen des Phänotyps sind Anpassungsreaktionen, die auch als Modifikation bezeichnet werden.

Das Ausmaß der Modifikationsfähigkeit liegt als Reaktionsnorm in den Genen selbst. Damit ist die genetische Reaktionsnorm die spezifische Variationsbreite des Phänotyps bei gleichem Genotyp. Der Begriff der Reaktionsnorm geht auf Richard Woltereck zurück, der ihn Anfang des 20. Jahrhunderts erstmals benutzte. Als Synonym gilt der Begriff der Modifikationsbreite.

Funktion & Aufgabe

Trotz exakt gleichem Erbmaterial können sich eineiige Zwillinge mehr oder weniger stark voneinander unterscheiden, wenn sie in verschiedenen Milieus heranwachsen. Das Spektrum dieser Unterschiede wird in der Reaktionsnorm festgelegt. Die Individuen desselben Genotyps müssen zum Beispiel nicht die exakt selbe Größe haben. Ihre Reaktionsnorm gibt ein Spektrum vor, in dem sich ihre Größe bewegen kann. Dieses Spektrum könnte zum Beispiel ein Minimum von 1,60 Metern und ein Maximum von 1,90 Metern vorsehen. Welche Größe die Individuen tatsächlich entwickeln, hängt von ihrer Umwelt ab.

Diese Reaktion auf Umweltbedingungen ist mit der Modifikationsbreite also genetisch angelegt. Damit wirkt sich das Prinzip der natürlichen Selektion auf die Reaktionsnorm aus. Bei extrem variablen Umwelteinflüssen ist eine größerer Variabilität gefordert. In einer Umwelt mit hoher Variabilität verspricht so eine relativ weit gefasste Reaktionsnorm höhere Überlebensfähigkeit. In Nischen mit relativ unveränderlichen Umweltfaktoren ist für Individuen derselben Genetik nur eine eng gefasste Reaktionsnorm zu erwarten, da sich eine hohe Variabilität bei gleichbleibenden Umweltfaktoren zum Ziel des Überlebens nicht sonderlich lohnt.

Das Ausmaß der Modifikationsfähigkeit liegt als Reaktionsnorm in den Genen selbst. Damit ist die genetische Reaktionsnorm die spezifische Variationsbreite des Phänotyps bei gleichem Genotyp.

Pflanzen desselben Genotypen sind in Abhängigkeit von ihrem Standort zum Beispiel zur Entwicklung unterschiedlicher Blattformen in der Lage. In der Sonne entwickeln sie härtere und kleinere Sonnenblätter. Im Schatten bilden sich dagegen dünnere Schattenblätter aus. Auf dieselbe Art und Weise sind viele Tiere zu einem Jahreszeit-abhängigen Wechsel der Fellfarbe in der Lage. Auch für Menschen bedeutet dies, dass ihre Gene ihnen verschiedene Möglichkeiten für ihre Physis bereitstellen. Welche dieser Möglichkeiten letztendlich abgerufen werden, hängt stark davon ab, welchen Erfahrungen sich die einzelnen Menschen jeweils aussetzen oder ausgesetzt werden.

Die Reaktionsnorm hängt letztlich von der ökologischen Nische ab. Das heißt, dass das Milieu und die Veränderlichkeit der Umwelt darüber entscheidet, wie breit gefächert die phänotypische Ausprägung der Individuen sein muss, damit sie einen Evolutionsvorteil besitzen. Die tatsächliche Ausprägung setzt erst mit der Anwesenheit oder Abwesenheit eines bestimmten Umwelteinflusses ein.

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Krankheiten & Beschwerden

Grundsätzlich sind Modifikationen von Mutationen zu unterscheiden. Phänotypische Modifikationen finden im Rahmen der genetischen Reaktionsnorm statt, aber werden nicht automatisch oder fest weitervererbt. Wenn ein Hase im Winter zum Beispiel die Fellfarbe zu Weiß wechselt, bringt er nicht rein weiße Häschen zur Welt. Sein Nachwuchs kann die Fellfarbe im Rahmen der vererbten Modifikationsbreite aber wieder in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wechseln.

Die Reaktionsnorm passt sich auf genetischer Basis insoweit an veränderte Milieus an, als dass sie abhängig von einer veränderten Variabilität einer bestimmten Milieu-Nische mit der Zeit enger oder weiter gefasst werden kann. Bei einem dauerhaften Ausbleiben von Schnee über Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte, wird ein Hase zum Überleben in der gegebenen Nische nicht mehr von einer Modifikationsbreite seiner Fellfarbe profitieren. So kann sich die Reaktionsnorm genetisch verschmälern.

Klinisch relevant ist die Reaktionsnorm vor allem im Rahmen von genetischen Dispositionen. Ein Individuum mit einer genetischen Disposition für eine bestimmte Erkrankung trägt ein höheres Risiko des Krankheitsausbruchs, das in seinen Genen angelegt ist. Allerdings muss das erhöhte Risiko nicht zwingend zur tatsächlichen Erkrankung führen. Wenn zwei eineiige Zwillinge zum Beispiel dieselbe, genetische Disposition für Krebs tragen, müssen trotzdem nicht beide Individuen im Laufe ihres Lebens an Krebs erkranken.

Angenommen, sie würden den exakt selben Lebensstil verfolgen, würden sie beide entweder erkranken oder nicht erkranken. Wenn sie allerdings einen unterschiedlichen Lebensstil mit unterschiedlichen Reizeinwirkungen verfolgen, kann das in der Erkrankung von einem der Individuen münden. Die Medizin spricht im Zusammenhang mit äußeren Krankheitseinflüssen von exogenen Faktoren. Die genetische Disposition für eine Erkrankung ist ein endogener Faktor.

Trotz der endogenen Disposition kann die gezielte Meidung von krankheitsauslösend exogenen Faktoren die genetisch angelegte Erkrankung unter Umständen verhindern. Diese Zusammenhänge sind letztlich ein Resultat der Reaktionsnorm oder Modifikationsbandbreite. Gäbe es sie nicht, wäre der Krankheitsausbruch ausschließlich von endogenen Faktoren bestimmt und damit genetisch sicher vorprogrammiert.

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