Kiểu hình và môi trường là tập hợp tất cả những đặc điểm - thường gọi là tính trạng, có thể quan sát được của một sinh vật; là biểu hiện ra bên ngoài của kiểu gen. Thuật ngữ "kiểu hình" do nhà di truyền học Đan Mạch là W. Johannsen đề xuất vào năm 1909 được sử dụng chính thức và phổ biến cho đến nay. Kiểu hình bao gồm các đặc điểm hình thái học, đặc điểm phát triển, các tính chất sinh hóa hoặc sinh lý có thể đo đạc và kiểm nghiệm, hành vi,... Sự tương tác giữa kiểu gen và kiểu hình thường được khái quát như sau: kiểu gen (G) + môi trường (E) → KH (P). Cùng một kiểu gen quy định tính trạng số lượng nhưng có thể tạo thành nhiều kiểu hình khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Các yếu tố môi trường đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định kiểu hình của sinh vật. Gần như mọi sự phát triển và hành vi của sinh vật đều bị ảnh hưởng bởi cả những yếu tố môi trường sống và cấu tạo gen của chúng. Kiểu gen có thể biến đổi dựa trên khả năng phản ứng của cơ thể trước điều kiện môi trường. Mối tương quan qua lại giữa kiểu gen và môi trường với nhau làm tác động tới sự thay đổi kiểu hình ở sinh vật. Các tính trạng chất lượng như các tính trạng về hình dáng, màu sắc, … phụ thuộc chủ yếu vào kiểu gen, không hoặc rất ít chịu ảnh hưởng của môi trường. Còn tính trạng số lượng như chiều cao, cân nặng, … chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường nên biểu hiện rất khác nhau.

Từ lâu, các nhà khoa học đã đánh giá cao vai trò của các yếu tố môi trường trong việc tạo ra các tính trạng ở động vật. Các yếu tố môi trường như chế độ ăn uống, nhiệt độ, lượng ôxy, độ ẩm, chu kỳ ánh sáng và sự hiện diện của yếu tố gây đột biến đều có thể tác động đến kiểu hình. Hầu hết các quá trình biến đổi kiểu hình ở sinh vật đều trải qua giai đoạn thích nghi khá dài với điều kiện môi trường sống. Nhiệt độ được xem là yếu tố tự nhiên có tác động mạnh mẽ đến sự biến đổi kiểu hình ở các loài sinh vật. Sự thay đổi nhiệt độ môi trường có thể quyết định đến giới tính của một số loài, ví dụ loài rùa Emys obicularis: ổ trứng của rùa ở nhiệt độ thấp 25°C, tất cả những con rùa nở ra là con đực, nhưng ở nhiệt độ 30°C, tất cả rùa nở ra đều là con cái. Ở nơi có môi trường khô hạn, nền nhiệt cao, sự bốc hơi lớn, một số loài thực vật ở vườn quốc gia Núi Chúa (Ninh Thuận) thường có xu hướng tiêu giảm diện tích lá thành gai để tránh mất nước. Các loài sinh vật ở đới lạnh thường có bộ lông và lớp mỡ dày hơn so với các vùng khí hậu ấm hơn. Chế độ ăn uống, lượng ôxy, độ ẩm, chu kỳ ánh sáng trong môi trường sống tạo nên sự khác biệt kiểu hình ở các loài sinh vật, biểu hiện thông qua sự khác nhau về kích thước và khối lượng. Người ta vận dụng những hiểu biết về ảnh hưởng của môi trường đến tính trạng số lượng, tạo điều kiện thuận lợi nhất để kiểu hình phát triển tối đa nhằm tăng năng suất và hạn chế các điều kiện ảnh hưởng xấu đến năng suất. Nghiên cứu thường biến cho thấy, bố mẹ không truyền cho con những tính trạng (kiểu hình) đã được hình thành sẵn mà truyền một kiểu gen quy định cách phản ứng trước môi trường. Thường biến là những biến đổi về kiểu hình của cùng một kiểu gen, phát sinh trong quá trình phát triển của cá thể dưới ảnh hưởng của môi trường, không làm biến đổi kiểu gen nên không di truyền được.

Hiện nay, các yếu tố gây đột biến trong môi trường tạo ra mối đe dọa lớn đến hệ sinh thái do phá vỡ cấu trúc gen tự nhiên và gây nên sự biến đổi về kiểu hình của các loài sinh vật. Môi trường ô nhiễm là nguyên nhân kìm hãm sự phát triển của các loài sinh vật hoặc gây ra đột biến kiểu hình ở nhiều loài. Đặc biệt, sự tồn dư chất phóng xạ, kim loại nặng,… trong môi trường đất, nước, không khí tạo lên các cá thể dị dạng trong hệ sinh thái có môi trường bị nhiễm. Số lượng tổ hợp của các biến thể kiểu gen, điều kiện môi trường và kiểu hình khác nhau có thể xảy ra mà không thể dự đoán được. Các công trình nghiên cứu sâu hơn nữa về mối tương quan giữa môi trường và kiểu hình là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh môi trường sống ngày càng bị ô nhiễm.

Tài liệu tham khảo

1. Hunter D. J., Gene-environment interactions in human disease. Nat. Rev. Gen., 6: 287-298, 2005.
2. Oleksiak M. F, Crawford D. L, The Relationship between Phenotypic and Environmental Variation: Do Physiological Responses Reduce Interindividual Differences. Physiolog. Biochem. Zoo., 85(6): 572-84, 2012.
3. Omar R. L, Cuervo M. L., Goni F., Milagro I., Riezu-Boj J. I., Martinez J. A., Modeling of an integrative prototype based on genetic, phenotypic, and environmental information for personalized prescription of energy-restricted diets in overweight/obese subjects, American J. Clin. Nutri., 111(2): 459-470, 2020.
4. Ralston A., Shaw K., Environment controls gene expression: Sex determination and the onset of genetic disorders. Nat. Edu., 1(1): 203, 2008.