Criteriul genetic (citogenetic) al speciilor, împreună cu altele, este folosit pentru a distinge grupuri sistematice elementare, pentru a analiza starea unei specii. În acest articol, vom lua în considerare caracteristicile criteriului, precum și dificultățile pe care le poate întâmpina un cercetător atunci când îl aplică.
Ce este o vizualizare
În diferite ramuri ale științei biologice, specia este definită în felul ei. Dintr-o perspectivă evolutivă, putem spune că o specie este o colecție de indivizi care au asemănări în structura externă și organizarea internă, procese fiziologice și biochimice, capabile de încrucișări nelimitate, lăsând descendenți fertili și izolați genetic din grupuri similare.
O specie poate fi reprezentată de una sau mai multe populații și, în consecință, are o gamă întreagă sau disecată (zonă de habitat/zonă de apă)
Nomenclatura speciilor
Fiecare specie are propriul nume. În conformitate cu regulile nomenclaturii binare, este format din două cuvinte: un substantiv și un adjectiv. Substantivul este numele generic, iar adjectivul este numele specific. De exemplu, în numele „Păpădie officinalis”, specia „officinalis” este unul dintre reprezentanții plantelor din genul „Păpădie”.
Indivizii speciilor înrudite din genul au unele diferențe de aspect, fiziologie și preferințe ecologice. Dar dacă sunt prea asemănătoare, atunci apartenența lor la specii este determinată de criteriul genetic al speciei pe baza analizei cariotipurilor.
De ce o specie are nevoie de criterii
Carl Linnaeus, care a fost primul care a dat nume moderne și a descris multe tipuri de organisme vii, le-a considerat neschimbate și nevariabile. Adică, toți indivizii corespund unei singure imagini de specie și orice abateri de la aceasta reprezintă o eroare în întruchiparea ideii de specie.
Încă din prima jumătate a secolului al XIX-lea, Charles Darwin și adepții săi susțin un concept complet diferit de specie. În conformitate cu aceasta, specia este schimbătoare, eterogenă și include forme de tranziție. Constanța speciei este relativă, depinde de variabilitatea condițiilor de mediu. Unitatea elementară de existență a unei specii este o populație. Este distinct din punct de vedere reproductiv și îndeplinește criteriile genetice ale speciei.
Având în vedere eterogenitatea indivizilor din aceeași specie, poate fi dificil pentru oamenii de știință să determine speciile de organisme sau să le distribuie între grupuri sistematice.
Criterii morfologice și genetice ale speciei, biochimice, fiziologice, geografice, ecologice, comportamentale (etologice) - toate acesteacomplexe de diferențe între specii. Ele determină izolarea grupurilor sistematice, discreția lor reproductivă. Și pot fi folosite pentru a distinge o specie de alta, pentru a stabili gradul de relație și poziția lor în sistemul biologic.
Caracterizarea criteriului genetic al speciei
Esența acestei trăsături este că toți indivizii din aceeași specie au același cariotip.
Un cariotip este un fel de „pașaport” cromozomial al unui organism, acesta este determinat de numărul de cromozomi prezenți în celulele somatice mature ale corpului, dimensiunea și caracteristicile structurale ale acestora:
- raportul lungimii brațului cromozomului;
- poziția centromerilor în ei;
- prezența constricțiilor secundare și a sateliților.
Indivizii aparținând unor specii diferite nu se vor putea încrucișa. Chiar dacă este posibil să se obțină descendenți, ca la un măgar și un cal, un tigru și un leu, atunci hibrizii interspecifici nu vor fi prolifici. Acest lucru se datorează faptului că jumătățile genotipului nu sunt aceleași și conjugarea între cromozomi nu poate avea loc, astfel încât gameții nu se formează.
În fotografie: un catâr - un hibrid steril de măgar și iapă.
Obiect de studiu - cariotip
Cariotipul uman este reprezentat de 46 de cromozomi. La majoritatea speciilor studiate, numărul de molecule individuale de ADN din nucleu care formează cromozomi se încadrează în intervalul 12-50. Dar există și excepții. Musca de fructe Drosophila are 8 cromozomi în nucleele celulelor, iar într-un mic reprezentant al familiei Lepidoptera Lysandra, setul de cromozomi diploid este380.
Micrografia electronică a cromozomilor condensați, care permite evaluarea formei și mărimii acestora, reflectă cariotipul. Analiza cariotipului ca parte a studiului criteriului genetic, precum și compararea cariotipurilor între ele, ajută la determinarea speciilor de organisme.
Când două specii sunt una
Caracteristica comună a criteriilor de vizualizare este că nu sunt absolute. Aceasta înseamnă că utilizarea doar a unuia dintre ele poate să nu fie suficientă pentru o determinare precisă. Organismele care nu se pot distinge în exterior unele de altele pot fi reprezentanți ai unor specii diferite. Aici criteriul morfologic vine în sprijinul criteriului genetic. Exemple duble:
- Astăzi sunt cunoscute două specii de șobolani negri, care anterior au fost identificate ca una datorită identității lor externe.
- Există cel puțin 15 specii de țânțari de malarie care pot fi distinse numai prin analize citogenetice.
- 17 specii de greieri găsite în America de Nord care sunt diferiți genetic, dar înrudiți fenotipic cu aceeași specie.
- Se crede că printre toate speciile de păsări există 5% gemeni, pentru identificarea cărora este necesar să se aplice un criteriu genetic.
- Confuzia în sistematica bovidelor de munte a fost eliminată datorită analizei cariologice. Au fost identificate trei varietăți de cariotipuri (2n=54 pentru mufloni, 56 pentru argali și argali și 58 de cromozomi pentru urial).
O specie de șobolan negru are 42 de cromozomi, cariotipul celeil alte este reprezentat de 38 de molecule de ADN.
Când o vizualizare este ca două
Pentru grupurile de specii cu o suprafață mare a intervalului și a numărului de indivizi, atunci când în cadrul acestora operează izolarea geografică sau indivizii au o valență ecologică largă, este caracteristică prezența indivizilor cu cariotipuri diferite. Un astfel de fenomen este o altă variantă a excepțiilor în criteriul genetic al speciei.
Exemple de polimorfism cromozomial și genomic sunt frecvente la pești:
- la păstrăvul curcubeu, numărul de cromozomi variază de la 58 la 64;
- două cariomorfe, cu 52 și 54 de cromozomi, găsite în heringul de la Marea Albă;
- cu un set diploid de 50 de cromozomi, reprezentanții diferitelor populații de crap argintiu au 100 (tetraploizi), 150 (hexaploizi), 200 (octaploizi).
Formele poliploide se găsesc atât la plante (salcie capră), cât și la insecte (gărgărițe). Șoarecii de casă și gerbilii pot avea un număr diferit de cromozomi, nu un multiplu al setului diploid.
gemeni cariotip
Reprezentanții diferitelor clase și tipuri pot avea cariotipuri cu același număr de cromozomi. Există mult mai multe astfel de coincidențe între reprezentanții acelorași familii și genuri:
- Gorilele, urangutanii și cimpanzeii au un cariotip cu 48 de cromozomi. În aparență, diferențele nu sunt determinate, aici trebuie să comparați ordinea nucleotidelor.
- Ușoare diferențe între cariotipurile zimbrilor nord-americani și europeni. Ambele au 60 de cromozomi într-un set diploid. Ele vor fi atribuite aceleiași specii dacă sunt analizate numai după criterii genetice.
- Exemple de gemeni genetici se găsesc și în rândul plantelor, în special în cadrul familiilor. Printre sălciieste chiar posibil să se obțină hibrizi interspecifici.
Pentru a dezvălui diferențe subtile în materialul genetic la astfel de specii, este necesar să se determine secvența genelor și ordinea în care sunt incluse.
Influența mutațiilor asupra analizei criteriului
Numărul de cromozomi cariotip poate fi modificat ca urmare a mutațiilor genomice - aneuploidie sau euploidie.
Când apare aneuploidia în cariotip, apar unul sau mai mulți cromozomi suplimentari, iar numărul de cromozomi poate fi, de asemenea, mai mic decât cel al unui individ cu drepturi depline. Motivul acestei încălcări este nedisjuncția cromozomilor în stadiul formării gameților.
Imaginea arată un exemplu de aneuploidie umană (sindrom Down).
Zigoții cu un număr redus de cromozomi, de regulă, nu încep să se zdrobească. Și organismele polisomice (cu cromozomi „în plus”) pot fi viabile. În cazul trisomiei (2n+1) sau pentasomiei (2n+3), un număr impar de cromozomi va indica o anomalie. Tetrasomia (2n+2) poate duce la o eroare reală în determinarea speciei după criterii genetice.
| Mutație | Esența mutației | Influența asupra criteriului genetic al speciei |
| Tetrasomie | În cariotip sunt prezenți o pereche suplimentară de cromozomi sau doi cromozomi suplimentari neomologi. | Când este analizat numai după acest criteriu, un organism poate fi clasificat ca având încă o pereche de cromozomi. |
| Tetraploidie | În cariotipexistă patru cromozomi din fiecare pereche în loc de doi. | Un organism poate fi atribuit unei alte specii în locul unui soi poliploid din aceeași specie (în plante). |
Înmulțirea cariotipului - poliploidia - poate, de asemenea, induce în eroare cercetătorul atunci când cariotipul mutant este suma mai multor seturi diploide de cromozomi.
Complexitatea criteriului: ADN evaziv
Diametrul catenei de ADN în starea nerăsucită este de 2 nm. Criteriul genetic determină cariotipul în perioada premergătoare diviziunii celulare, când moleculele subțiri de ADN se spiralizează (condensează) în mod repetat și reprezintă structuri dense în formă de baston - cromozomi. Grosimea medie a unui cromozom este de 700 nm.
Laboratoarele școlare și universitare sunt de obicei echipate cu microscoape cu o mărire redusă (de la 8 la 100), nu este posibil să se vadă detaliile cariotipului din ele. Puterea de rezoluție a unui microscop luminos permite, în plus, la orice mărire, chiar și la cea mai mare mărire, să se vadă obiecte nu mai puțin de jumătate din lungimea celei mai scurte undă de lumină. Cea mai mică lungime de undă este pentru undele violete (400 nm). Aceasta înseamnă că cel mai mic obiect vizibil într-un microscop cu lumină va fi de la 200 nm.
Se pare că cromatina decondensată pătată va arăta ca niște zone tulburi, iar cromozomii vor fi vizibili fără detalii. Un microscop electronic cu o rezoluție de 0,5 nm vă permite să vedeți și să comparați clar diferite cariotipuri. Având în vedere grosimea ADN-ului filamentos (2 nm), acesta va fi clar distins sub un astfel de dispozitiv.
Criteriu citogenetic la școală
Din motivele descrise mai sus, utilizarea micropreparatelor în lucrările de laborator conform criteriului genetic al speciei este inadecvată. În sarcini, puteți folosi fotografii ale cromozomilor obținute la microscop electronic. Pentru confortul lucrului în fotografie, cromozomii individuali sunt combinați în perechi omoloage și aranjați în ordine. O astfel de schemă se numește cariogramă.
Exemplu de temă de laborator
Tesare. Luați în considerare fotografiile oferite de cariotipuri, comparați-le și trageți o concluzie despre apartenența indivizilor la una sau două specii.
Fotografii cu cariotipuri pentru comparare în laborator.
Lucrul la o sarcină. Numărați numărul total de cromozomi din fiecare fotografie cariotip. Dacă se potrivesc, comparați-le ca aspect. Dacă nu este prezentată o cariogramă, găsiți cel mai scurt și cel mai lung dintre cromozomii de lungime medie din ambele imagini, comparați-le în funcție de dimensiunea și locația centromerilor. Trageți o concluzie despre diferența/asemănarea cariotipurilor.
Răspunsuri la sarcină:
- Dacă numărul, dimensiunea și forma cromozomilor se potrivesc, atunci cei doi indivizi al căror material genetic este prezentat pentru studiu aparțin aceleiași specii.
- Dacă numărul de cromozomi este de două ori diferit, iar în ambele fotografii există cromozomi de aceeași dimensiune și formă, atunci cel mai probabil indivizii sunt reprezentanți ai aceleiași specii. Acestea vor fi cariotipuri diploide și tetraploide.formular.
- Dacă numărul de cromozomi nu este același (diferă cu unul sau doi), dar în general forma și dimensiunea cromozomilor ambelor cariotipuri sunt aceleași, vorbim despre formele normale și mutante ale aceeași specie (fenomen de aneuploidie).
- Cu un număr diferit de cromozomi, precum și o nepotrivire a caracteristicilor de mărime și formă, criteriul va atribui indivizii prezentați la două specii diferite.
În rezultat, este necesar să se indice dacă este posibil să se determine speciile de indivizi pe baza criteriului genetic (și numai acesta).
Răspuns: este imposibil, întrucât orice criteriu de specie, inclusiv genetic, are excepții și poate da un rezultat eronat al determinării. Acuratețea poate fi garantată numai prin aplicarea unui set de criterii din formular.
