Genetisk (cytogenetisk) artskriterium, sammen med andre, brukes til å skille ut elementære systematiske grupper, for å analysere tilstanden til en art. I denne artikkelen vil vi vurdere egenskapene til kriteriet, samt vanskelighetene som en forsker kan støte på ved bruk av det.
Hva er en visning
I ulike grener av biologisk vitenskap er arten definert på sin egen måte. Fra et evolusjonært perspektiv kan vi si at en art er en samling av individer som har likheter i ytre struktur og intern organisering, fysiologiske og biokjemiske prosesser, i stand til ubegrenset avling, etterlater fruktbart avkom og genetisk isolert fra lignende grupper.
En art kan representeres av en eller flere populasjoner og har følgelig et helt eller dissekert utbredelsesområde (habitatområde/vannområde)
Artsnomenklatur
Hver art har sitt eget navn. I samsvar med reglene for binær nomenklatur består den av to ord: et substantiv og et adjektiv. Substantivet er det generiske navnet, og adjektivet er det spesifikke navnet. For eksempel, i navnet "Dandelion officinalis" er arten "officinalis" en av representantene for plantene av slekten "Dandelion".
Individer av beslektede arter innen slekten har noen forskjeller i utseende, fysiologi og økologiske preferanser. Men hvis de er for like, bestemmes artstilhørigheten deres av det genetiske kriteriet for arten basert på analyse av karyotyper.
Hvorfor en art trenger kriterier
Carl Linnaeus, som var den første som ga moderne navn og beskrev mange typer levende organismer, anså dem som uendrede og ikke-variable. Det vil si at alle individer tilsvarer et enkelt artsbilde, og eventuelle avvik fra det er en feil i legemliggjøringen av artsideen.
Siden første halvdel av 1800-tallet har Charles Darwin og hans tilhengere underbygget et helt annet artsbegrep. I samsvar med den er arten foranderlig, heterogen og inkluderer overgangsformer. Konstansen til arten er relativ, den avhenger av variasjonen av miljøforhold. Den elementære eksistensenheten til en art er en populasjon. Den er reproduktivt distinkt og oppfyller artens genetiske kriterier.
Gitt heterogeniteten til individer av samme art, kan det være vanskelig for forskere å bestemme arten av organismer eller fordele dem mellom systematiske grupper.
Morfologiske og genetiske kriterier for arten, biokjemiske, fysiologiske, geografiske, økologiske, atferdsmessige (etologiske) - alt dettekomplekser av forskjeller mellom arter. De bestemmer isolasjonen av systematiske grupper, deres reproduktive diskrethet. Og de kan brukes til å skille en art fra en annen, for å fastslå graden av deres slektskap og posisjon i det biologiske systemet.
Karakterisering av artens genetiske kriterium
Kjernen i denne egenskapen er at alle individer av samme art har samme karyotype.
En karyotype er et slags kromosom alt "pass" til en organisme, det bestemmes av antall kromosomer som finnes i modne somatiske celler i kroppen, deres størrelse og strukturelle egenskaper:
- forhold mellom kromosomarmlengde;
- posisjonen til sentromerene i dem;
- tilstedeværelsen av sekundære innsnevringer og satellitter.
Individer som tilhører ulike arter vil ikke kunne krysse seg. Selv om det er mulig å få avkom, som med et esel og en hest, en tiger og en løve, vil interspesifikke hybrider ikke være produktive. Dette er fordi halvdelene av genotypen ikke er like og konjugering mellom kromosomer kan ikke forekomme, så gameter dannes ikke.
På bildet: et muldyr - en steril hybrid av et esel og en hoppe.
Studieobjekt - karyotype
Menneskelig karyotype er representert av 46 kromosomer. I de fleste arter som er studert, faller antallet individuelle DNA-molekyler i kjernen som danner kromosomer innenfor området 12–50. Men det finnes unntak. Fruktfluen Drosophila har 8 kromosomer i cellekjernene, og i en liten representant for Lepidoptera-familien Lysandra er det diploide kromosomsettet380.
Elektronmikrofotografiet av kondenserte kromosomer, som gjør det mulig å evaluere deres form og størrelse, gjenspeiler karyotypen. Analyse av karyotypen som en del av studiet av det genetiske kriteriet, samt sammenligning av karyotyper med hverandre, bidrar til å bestemme arten av organismer.
Når to arter er én
Fellestrekket med visningskriterier er at de ikke er absolutte. Dette betyr at bruken av bare én av dem kanskje ikke er tilstrekkelig for en nøyaktig bestemmelse. Organismer som utad ikke kan skilles fra hverandre kan være representanter for forskjellige arter. Her kommer det morfologiske kriteriet til hjelp for det genetiske kriteriet. Doble eksempler:
- I dag er det kjent to arter av svartrotter, som tidligere ble identifisert som én på grunn av deres ytre identitet.
- Det er minst 15 arter av malariamygg som bare kan skjelnes ved cytogenetisk analyse.
- 17 arter av sirisser funnet i Nord-Amerika som er genetisk forskjellige, men fenotypisk beslektet med samme art.
- Det antas at blant alle fuglearter er det 5 % tvillinger, for identifisering av disse er det nødvendig å anvende et genetisk kriterium.
- Forvirring i systematikken til fjellbovider har blitt eliminert takket være karyologisk analyse. Tre varianter av karyotyper er identifisert (2n=54 for mufloner, 56 for argali og argali, og 58 kromosomer for urialer).
En sort rotte har 42 kromosomer, karyotypen til den andre er representert av 38 DNA-molekyler.
Når én visning er som to
For artsgrupper med et stort område av rekkevidde og antall individer, når geografisk isolasjon opererer innenfor dem eller individer har en bred økologisk valens, er tilstedeværelsen av individer med ulike karyotyper karakteristisk. Et slikt fenomen er en annen variant av unntak i det genetiske kriteriet for arten.
Eksempler på kromosomal og genomisk polymorfisme er vanlige hos fisk:
- i regnbueørret varierer antallet kromosomer fra 58 til 64;
- to karyomorfer, med 52 og 54 kromosomer, funnet i hvithavssild;
- med et diploid sett på 50 kromosomer har representanter for forskjellige populasjoner av sølvkarpe 100 (tetraploide), 150 (heksaploide), 200 (oktaploide) kromosomer.
Polyploide former finnes i både planter (geitepil) og insekter (snutebiller). Husmus og gerbiler kan ha forskjellig antall kromosomer, ikke et multiplum av det diploide settet.
Karyotype tvillinger
Representanter for forskjellige klasser og typer kan ha karyotyper med samme antall kromosomer. Det er mye flere slike tilfeldigheter blant representanter for samme familier og slekter:
- Gorillaer, orangutanger og sjimpanser har en karyotype på 48 kromosomer. Utseendemessig er ikke forskjellene bestemt, her må du sammenligne rekkefølgen på nukleotidene.
- Små forskjeller i karyotypene til nordamerikansk bison og europeisk bison. Begge har 60 kromosomer i et diploid sett. De vil bli tildelt samme art hvis de kun analyseres etter genetiske kriterier.
- Eksempler på genetiske tvillinger finnes også blant planter, spesielt innenfor familier. Blant pilenedet er til og med mulig å skaffe interspesifikke hybrider.
For å avsløre subtile forskjeller i det genetiske materialet hos slike arter, er det nødvendig å bestemme sekvensen av gener og rekkefølgen de er inkludert i.
Mutasjoners innflytelse på analysen av kriteriet
Antallet karyotype kromosomer kan endres som et resultat av genomiske mutasjoner - aneuploidi eller euploidy.
Når aneuploidi oppstår i karyotypen, vises ett eller flere kromosomer i tillegg, og antallet kromosomer kan også være mindre enn hos et fullverdig individ. Årsaken til dette bruddet er ikke-disjunksjon av kromosomer på stadiet av gametdannelse.
Bildet viser et eksempel på menneskelig aneuploidi (Downs syndrom).
Sygoter med redusert antall kromosomer begynner som regel ikke å knuses. Og polysomiske organismer (med "ekstra" kromosomer) kan godt være levedyktige. Ved trisomi (2n+1) eller pentasomi (2n+3), vil et oddetall kromosomer indikere en anomali. Tetrasomi (2n+2) kan føre til en faktisk feil ved å bestemme arten etter genetiske kriterier.
| Mutasjon | Essence of mutation | Påvirkning på artens genetiske kriterium |
| Tetrasomi | Et ekstra par kromosomer eller to ikke-homologe ekstra kromosomer er tilstede i karyotypen. | Når den analyseres med dette kriteriet alene, kan en organisme klassifiseres som å ha ett par kromosomer til. |
| Tetraploidy | I karyotypendet er fire kromosomer fra hvert par i stedet for to. | En organisme kan tilordnes en annen art i stedet for en polyploid kultivar av samme art (i planter). |
Karyotype multiplikasjon - polyploidi - kan også villede forskeren når den mutante karyotypen er summen av flere diploide sett med kromosomer.
Kriteriumkompleksitet: unnvikende DNA
Diameteren på DNA-tråden i uvridd tilstand er 2 nm. Det genetiske kriteriet bestemmer karyotypen i perioden før celledeling, når tynne DNA-molekyler gjentatte ganger spiraliserer (kondenserer) og representerer tette stavformede strukturer - kromosomer. Gjennomsnittlig tykkelse på et kromosom er 700 nm.
Skole- og universitetslaboratorier er vanligvis utstyrt med mikroskoper med lav forstørrelse (fra 8 til 100), det er ikke mulig å se detaljene om karyotypen i dem. Oppløsningskraften til et lysmikroskop lar i tillegg ved enhver, selv den høyeste forstørrelsen, se objekter som ikke er mindre enn halvparten av lengden av den korteste lysbølgen. Den minste bølgelengden er for fiolette bølger (400 nm). Dette betyr at den minste gjenstanden som er synlig i et lysmikroskop vil være fra 200 nm.
Det viser seg at det fargede dekondenserte kromatinet vil se ut som overskyede områder, og kromosomene vil være synlige uten detaljer. Et elektronmikroskop med en oppløsning på 0,5 nm lar deg tydelig se og sammenligne forskjellige karyotyper. Tatt i betraktning tykkelsen på filamentøst DNA (2 nm), vil det være klart å skille under en slik enhet.
Cytogenetisk kriterium på skolen
Av grunnene beskrevet ovenfor er bruk av mikropreparater i laboratoriearbeid etter artens genetiske kriterium uhensiktsmessig. I oppgaver kan du bruke fotografier av kromosomer tatt under et elektronmikroskop. For å gjøre det lettere å jobbe på bildet, kombineres individuelle kromosomer til homologe par og ordnes i rekkefølge. Et slikt opplegg kalles et karyogram.
Eksempel på laboratorieoppgave
Oppgave. Vurder de gitte fotografiene av karyotyper, sammenlign dem og lag en konklusjon om individers tilhørighet til en eller to arter.
Bilder av karyotyper for laboratoriesammenligning.
Jobber med en oppgave. Tell det totale antallet kromosomer i hvert karyotypebilde. Hvis de samsvarer, sammenlign dem i utseende. Hvis ikke et karyogram er presentert, finn den korteste og lengste blant kromosomene av middels lengde i begge bildene, sammenlign dem i henhold til størrelsen og plasseringen av sentromerene. Lag en konklusjon om forskjellen/likheten mellom karyotyper.
Svar på oppgaven:
- Hvis antallet, størrelsen og formen på kromosomene stemmer overens, tilhører de to individene hvis genetiske materiale presenteres for studier, samme art.
- Hvis antallet kromosomer er to ganger forskjellig, og på begge fotografiene er det kromosomer av samme størrelse og form, er individene mest sannsynlig representanter for samme art. Disse vil være diploide og tetraploide karyotyper.skjema.
- Hvis antallet kromosomer ikke er det samme (det skiller seg med en eller to), men generelt er formen og størrelsen på kromosomene til begge karyotypene de samme, snakker vi om normale og mutante former for samme art (fenomen aneuploidi).
- Med et forskjellig antall kromosomer, samt et misforhold i egenskapene til størrelse og form, vil kriteriet tilskrive de presenterte individene til to forskjellige arter.
I utgangen er det påkrevd å indikere om det er mulig å bestemme arten av individer basert på det genetiske kriteriet (og kun det).
Svar: det er umulig, siden ethvert artskriterium, inkludert genetisk, har unntak og kan gi et feilaktig resultat av bestemmelsen. Nøyaktighet kan bare garanteres ved å bruke et sett med kriterier i skjemaet.
