Το κριτήριο γενετικών (κυτταρογενετικών) ειδών, μαζί με άλλα, χρησιμοποιείται για τη διάκριση στοιχειωδών συστηματικών ομάδων, για την ανάλυση της κατάστασης ενός είδους. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά του κριτηρίου, καθώς και τις δυσκολίες που μπορεί να συναντήσει ένας ερευνητής κατά την εφαρμογή του.
Τι είναι η προβολή
Σε διαφορετικούς κλάδους της βιολογικής επιστήμης, το είδος ορίζεται με τον δικό του τρόπο. Από εξελικτική άποψη, μπορούμε να πούμε ότι ένα είδος είναι μια συλλογή ατόμων που έχουν ομοιότητες στην εξωτερική δομή και την εσωτερική οργάνωση, φυσιολογικές και βιοχημικές διεργασίες, ικανά για απεριόριστη διασταύρωση, αφήνοντας γόνιμους απογόνους και γενετικά απομονωμένα από παρόμοιες ομάδες.
Ένα είδος μπορεί να αντιπροσωπεύεται από έναν ή περισσότερους πληθυσμούς και, κατά συνέπεια, έχει μια ολόκληρη ή τεμαχισμένη περιοχή (περιοχή οικοτόπου/υδατική περιοχή)
Ονοματολογία ειδών
Κάθε είδος έχει το δικό του όνομα. Σύμφωνα με τους κανόνες της δυαδικής ονοματολογίας, αποτελείται από δύο λέξεις: ένα ουσιαστικό και ένα επίθετο. Το ουσιαστικό είναι το γενικό όνομα και το επίθετο το συγκεκριμένο όνομα. Για παράδειγμα, στο όνομα "Dandelion officinalis", το είδος "officinalis" είναι ένας από τους εκπροσώπους των φυτών του γένους "Dandelion".
Τα άτομα συγγενικών ειδών του γένους έχουν κάποιες διαφορές στην εμφάνιση, τη φυσιολογία και τις οικολογικές προτιμήσεις. Αν όμως μοιάζουν πολύ, τότε η υπαγωγή τους στο είδος καθορίζεται από το γενετικό κριτήριο του είδους με βάση την ανάλυση των καρυοτύπων.
Γιατί ένα είδος χρειάζεται κριτήρια
Ο Carl Linnaeus, ο οποίος ήταν ο πρώτος που έδωσε σύγχρονα ονόματα και περιέγραψε πολλούς τύπους ζωντανών οργανισμών, τους θεωρούσε αμετάβλητους και μη μεταβλητούς. Δηλαδή, όλα τα άτομα αντιστοιχούν σε μια εικόνα μεμονωμένου είδους και οποιεσδήποτε αποκλίσεις από αυτήν αποτελούν σφάλμα στην ενσάρκωση της ιδέας του είδους.
Από το πρώτο μισό του 19ου αιώνα, ο Κάρολος Δαρβίνος και οι οπαδοί του τεκμηριώνουν μια εντελώς διαφορετική έννοια του είδους. Σύμφωνα με αυτό, το είδος είναι μεταβλητό, ετερογενές και περιλαμβάνει μεταβατικές μορφές. Η σταθερότητα του είδους είναι σχετική, εξαρτάται από τη μεταβλητότητα των περιβαλλοντικών συνθηκών. Η στοιχειώδης μονάδα ύπαρξης ενός είδους είναι ένας πληθυσμός. Είναι αναπαραγωγικά διακριτό και πληροί τα γενετικά κριτήρια του είδους.
Δεδομένης της ετερογένειας των ατόμων του ίδιου είδους, μπορεί να είναι δύσκολο για τους επιστήμονες να προσδιορίσουν τα είδη των οργανισμών ή να τα κατανείμουν μεταξύ συστηματικών ομάδων.
Μορφολογικά και γενετικά κριτήρια του είδους, βιοχημικά, φυσιολογικά, γεωγραφικά, οικολογικά, συμπεριφορικά (ηθολογικά) - όλα αυτάσυμπλέγματα διαφορών μεταξύ των ειδών. Καθορίζουν την απομόνωση των συστηματικών ομάδων, την αναπαραγωγική τους διακριτικότητα. Και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διακρίνουν ένα είδος από ένα άλλο, για να καθορίσουν τον βαθμό της σχέσης και της θέσης τους στο βιολογικό σύστημα.
Χαρακτηρισμός του γενετικού κριτηρίου του είδους
Η ουσία αυτού του χαρακτηριστικού είναι ότι όλα τα άτομα του ίδιου είδους έχουν τον ίδιο καρυότυπο.
Ο καρυότυπος είναι ένα είδος χρωμοσωμικού «διαβατηρίου» ενός οργανισμού, καθορίζεται από τον αριθμό των χρωμοσωμάτων που υπάρχουν στα ώριμα σωματικά κύτταρα του σώματος, το μέγεθος και τα δομικά χαρακτηριστικά τους:
- αναλογία μήκους βραχίονα χρωμοσώματος;
- η θέση των κεντρομερών σε αυτά;
- η παρουσία δευτερευόντων στενώσεων και δορυφόρων.
Τα άτομα που ανήκουν σε διαφορετικά είδη δεν θα μπορούν να διασταυρωθούν. Ακόμα κι αν είναι δυνατό να αποκτήσετε απογόνους, όπως με έναν γάιδαρο και ένα άλογο, μια τίγρη και ένα λιοντάρι, τότε τα μεσοειδικά υβρίδια δεν θα είναι παραγωγικά. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μισά του γονότυπου δεν είναι τα ίδια και δεν μπορεί να συμβεί σύζευξη μεταξύ των χρωμοσωμάτων, επομένως δεν σχηματίζονται γαμέτες.
Στη φωτογραφία: ένα μουλάρι - ένα στείρο υβρίδιο γαϊδάρου και φοράδας.
Αντικείμενο μελέτης - καρυότυπος
Ο καρυότυπος του ανθρώπου αντιπροσωπεύεται από 46 χρωμοσώματα. Στα περισσότερα είδη που μελετήθηκαν, ο αριθμός των μεμονωμένων μορίων DNA στον πυρήνα που σχηματίζουν χρωμοσώματα κυμαίνεται μεταξύ 12 και 50. Υπάρχουν όμως και εξαιρέσεις. Η μύγα Drosophila έχει 8 χρωμοσώματα στους πυρήνες των κυττάρων και σε έναν μικρό εκπρόσωπο της οικογένειας των λεπιδοπτέρων Lysandra, το διπλοειδές χρωμοσωμικό σύνολο είναι380.
Η ηλεκτρονική μικρογραφία των συμπυκνωμένων χρωμοσωμάτων, η οποία επιτρέπει την αξιολόγηση του σχήματος και του μεγέθους τους, αντανακλά τον καρυότυπο. Η ανάλυση του καρυότυπου ως μέρος της μελέτης του γενετικού κριτηρίου, καθώς και η σύγκριση των καρυοτύπων μεταξύ τους, βοηθά στον προσδιορισμό των ειδών των οργανισμών.
Όταν δύο είδη είναι ένα
Το κοινό χαρακτηριστικό των κριτηρίων προβολής είναι ότι δεν είναι απόλυτα. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση μόνο ενός από αυτά μπορεί να μην είναι επαρκής για ακριβή προσδιορισμό. Οι οργανισμοί που εξωτερικά δεν διακρίνονται μεταξύ τους μπορεί να είναι εκπρόσωποι διαφορετικών ειδών. Εδώ το μορφολογικό κριτήριο έρχεται σε βοήθεια του γενετικού κριτηρίου. Διπλά παραδείγματα:
- Σήμερα είναι γνωστά δύο είδη μαύρων αρουραίων, τα οποία προηγουμένως είχαν αναγνωριστεί ως ένα λόγω της εξωτερικής τους ταυτότητας.
- Υπάρχουν τουλάχιστον 15 είδη ελονοσιακών κουνουπιών που μπορούν να διακριθούν μόνο με κυτταρογενετική ανάλυση.
- 17 είδη γρύλων που βρέθηκαν στη Βόρεια Αμερική που είναι γενετικά διαφορετικά αλλά φαινοτυπικά σχετίζονται με το ίδιο είδος.
- Πιστεύεται ότι μεταξύ όλων των ειδών πτηνών υπάρχουν 5% δίδυμα, για την αναγνώριση των οποίων είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί ένα γενετικό κριτήριο.
- Η σύγχυση στη συστηματική των ορεινών βοοειδών έχει εξαλειφθεί χάρη στην καρυολογική ανάλυση. Έχουν εντοπιστεί τρεις ποικιλίες καρυοτύπων (2n=54 για τα μουφλόν, 56 για τα αργάλια και τα αργάλια και 58 χρωμοσώματα για τα ουρία).
Ένα είδος μαύρου αρουραίου έχει 42 χρωμοσώματα, ο καρυότυπος του άλλου αντιπροσωπεύεται από 38 μόρια DNA.
Όταν μια προβολή είναι σαν δύο
για ομάδες ειδών με μεγάλη έκταση του εύρους και τον αριθμό των ατόμων, όταν η γεωγραφική απομόνωση λειτουργεί μέσα σε αυτά ή τα άτομα έχουν ένα ευρύ οικολογικό σθένος, η παρουσία ατόμων με διαφορετικούς καρυοτύπους είναι χαρακτηριστική. Ένα τέτοιο φαινόμενο είναι μια άλλη παραλλαγή εξαιρέσεων στο γενετικό κριτήριο του είδους.
Παραδείγματα χρωμοσωμικού και γονιδιωματικού πολυμορφισμού είναι κοινά στα ψάρια:
- στην ιριδίζουσα πέστροφα, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων ποικίλλει από 58 έως 64;
- δύο καρυόμορφα, με 52 και 54 χρωμοσώματα, που βρέθηκαν στη ρέγγα της Λευκής Θάλασσας.
- με ένα διπλοειδές σύνολο 50 χρωμοσωμάτων, οι εκπρόσωποι διαφορετικών πληθυσμών ασημένιου κυπρίνου έχουν 100 (τετραπλοειδή), 150 (εξαπλοειδή), 200 (οκταπλοειδή) χρωμοσώματα.
Οι πολυπλοειδείς μορφές απαντώνται τόσο στα φυτά (ιτιά κατσίκας) όσο και στα έντομα (τριχθούρια). Τα οικιακά ποντίκια και οι γερβίλοι μπορεί να έχουν διαφορετικούς αριθμούς χρωμοσωμάτων, όχι πολλαπλάσιο του διπλοειδούς συνόλου.
Δίδυμα Καρυότυπο
Εκπρόσωποι διαφορετικών τάξεων και τύπων μπορεί να έχουν καρυότυπους με τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων. Υπάρχουν πολύ περισσότερες τέτοιες συμπτώσεις μεταξύ των εκπροσώπων των ίδιων οικογενειών και γενών:
- Οι γορίλες, οι ουρακοτάγκοι και οι χιμπατζήδες έχουν καρυότυπο 48 χρωμοσωμάτων. Στην εμφάνιση, οι διαφορές δεν καθορίζονται, εδώ πρέπει να συγκρίνετε τη σειρά των νουκλεοτιδίων.
- Ελαφρές διαφορές στους καρυότυπους του βίσωνα της Βόρειας Αμερικής και του ευρωπαϊκού βίσωνα. Και τα δύο έχουν 60 χρωμοσώματα σε ένα διπλοειδές σύνολο. Θα αποδοθούν στο ίδιο είδος εάν αναλυθούν μόνο με γενετικά κριτήρια.
- Παραδείγματα γενετικών διδύμων βρίσκονται επίσης μεταξύ των φυτών, ειδικά εντός των οικογενειών. Ανάμεσα στις ιτιέςείναι ακόμη δυνατό να ληφθούν διαειδικά υβρίδια.
Για να αποκαλυφθούν ανεπαίσθητες διαφορές στο γενετικό υλικό σε τέτοια είδη, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η αλληλουχία των γονιδίων και η σειρά με την οποία περιλαμβάνονται.
Επίδραση μεταλλάξεων στην ανάλυση του κριτηρίου
Ο αριθμός των καρυότυπου χρωμοσωμάτων μπορεί να αλλάξει ως αποτέλεσμα γονιδιωματικών μεταλλάξεων - ανευπλοειδία ή ευπλοειδία.
Όταν εμφανίζεται ανευπλοειδία στον καρυότυπο, εμφανίζονται ένα ή περισσότερα επιπλέον χρωμοσώματα και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μπορεί επίσης να είναι μικρότερος από εκείνον ενός πλήρους ατόμου. Ο λόγος αυτής της παραβίασης είναι η μη διάσπαση των χρωμοσωμάτων στο στάδιο του σχηματισμού γαμετών.
Η εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα ανθρώπινης ανευπλοειδίας (σύνδρομο Down).
Οι ζυγώτες με μειωμένο αριθμό χρωμοσωμάτων, κατά κανόνα, δεν αρχίζουν να συνθλίβονται. Και οι πολυσωμικοί οργανισμοί (με «επιπλέον» χρωμοσώματα) μπορεί κάλλιστα να είναι βιώσιμοι. Στην περίπτωση της τρισωμίας (2n+1) ή της πεντασωμίας (2n+3), ένας περιττός αριθμός χρωμοσωμάτων θα υποδηλώνει ανωμαλία. Η τετρασωμία (2n+2) μπορεί να οδηγήσει σε πραγματικό σφάλμα στον προσδιορισμό του είδους με γενετικά κριτήρια.
| Μετάλλαξη | Ουσία μετάλλαξης | Επίδραση στο γενετικό κριτήριο του είδους |
| Τετρασωμία | Ένα επιπλέον ζεύγος χρωμοσωμάτων ή δύο μη ομόλογα επιπλέον χρωμοσώματα υπάρχουν στον καρυότυπο. | Όταν αναλύεται μόνο με αυτό το κριτήριο, ένας οργανισμός μπορεί να ταξινομηθεί ότι έχει ένα ακόμη ζεύγος χρωμοσωμάτων. |
| Τετραπλοειδία | Στον καρυότυπουπάρχουν τέσσερα χρωμοσώματα από κάθε ζευγάρι αντί για δύο. | Ένας οργανισμός μπορεί να εκχωρηθεί σε άλλο είδος αντί για πολυπλοειδή ποικιλία του ίδιου είδους (στα φυτά). |
Πολλαπλασιασμός καρυότυπου - πολυπλοειδία - μπορεί επίσης να παραπλανήσει τον ερευνητή όταν ο μεταλλαγμένος καρυότυπος είναι το άθροισμα πολλών διπλοειδών συνόλων χρωμοσωμάτων.
Πολυπλοκότητα κριτηρίου: Ασύλληπτο DNA
Η διάμετρος του κλώνου DNA σε μη στριμμένη κατάσταση είναι 2 nm. Το γενετικό κριτήριο καθορίζει τον καρυότυπο στην περίοδο που προηγείται της κυτταρικής διαίρεσης, όταν τα λεπτά μόρια DNA επαναλαμβανόμενα σπειροειδώς (συμπυκνώνονται) και αντιπροσωπεύουν πυκνές ραβδοειδείς δομές - χρωμοσώματα. Το μέσο πάχος ενός χρωμοσώματος είναι 700 nm.
Τα σχολικά και πανεπιστημιακά εργαστήρια είναι συνήθως εξοπλισμένα με μικροσκόπια χαμηλής μεγέθυνσης (από 8 έως 100), δεν είναι δυνατόν να δούμε τις λεπτομέρειες του καρυότυπου σε αυτά. Η διακριτική ισχύς ενός μικροσκοπίου φωτός, επιπλέον, επιτρέπει σε οποιαδήποτε, ακόμη και στην υψηλότερη μεγέθυνση, να βλέπει κανείς αντικείμενα όχι λιγότερο από το μισό μήκος του μικρότερου κύματος φωτός. Το μικρότερο μήκος κύματος είναι για ιώδη κύματα (400 nm). Αυτό σημαίνει ότι το μικρότερο αντικείμενο που είναι ορατό σε ένα μικροσκόπιο φωτός θα είναι από 200 nm.
Αποδεικνύεται ότι η χρωματισμένη αποσυμπυκνωμένη χρωματίνη θα μοιάζει με νεφελώδεις περιοχές και τα χρωμοσώματα θα είναι ορατά χωρίς λεπτομέρειες. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με ανάλυση 0,5 nm σας επιτρέπει να βλέπετε καθαρά και να συγκρίνετε διαφορετικούς καρυότυπους. Λαμβάνοντας υπόψη το πάχος του νηματώδους DNA (2 nm), θα διακρίνεται σαφώς κάτω από μια τέτοια συσκευή.
Κυτταρογενετικό κριτήριο στο σχολείο
Για τους λόγους που περιγράφονται παραπάνω, η χρήση μικροπαρασκευασμάτων σε εργαστηριακές εργασίες σύμφωνα με το γενετικό κριτήριο του είδους είναι ακατάλληλη. Στις εργασίες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε φωτογραφίες χρωμοσωμάτων που λαμβάνονται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Για τη διευκόλυνση της εργασίας στη φωτογραφία, τα μεμονωμένα χρωμοσώματα συνδυάζονται σε ομόλογα ζεύγη και διατάσσονται με τη σειρά. Ένα τέτοιο σχήμα ονομάζεται καρυόγραμμα.
Παράδειγμα εργαστηριακής εργασίας
Εργασία. Εξετάστε τις φωτογραφίες καρυοτύπων που δίνονται, συγκρίνετε τις και βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά με την αναγωγή ατόμων σε ένα ή δύο είδη.
Φωτογραφίες καρυοτύπων για σύγκριση εργαστηρίου.
Εργασία σε μια εργασία. Μετρήστε τον συνολικό αριθμό των χρωμοσωμάτων σε κάθε φωτογραφία καρυότυπου. Αν ταιριάζουν, συγκρίνετε τα στην εμφάνιση. Εάν δεν παρουσιάζεται καρυόγραμμα, βρείτε το συντομότερο και το μεγαλύτερο από τα μεσαίου μήκους χρωμοσώματα και στις δύο εικόνες, συγκρίνετε τα ανάλογα με το μέγεθος και τη θέση των κεντρομερών. Βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη διαφορά/ομοιότητα των καρυοτύπων.
Απαντήσεις στην εργασία:
- Αν ο αριθμός, το μέγεθος και το σχήμα των χρωμοσωμάτων ταιριάζουν, τότε τα δύο άτομα των οποίων το γενετικό υλικό παρουσιάζεται για μελέτη ανήκουν στο ίδιο είδος.
- Αν ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι δύο φορές διαφορετικός και και στις δύο φωτογραφίες υπάρχουν χρωμοσώματα ίδιου μεγέθους και σχήματος, τότε πιθανότατα τα άτομα είναι εκπρόσωποι του ίδιου είδους. Αυτοί θα είναι διπλοειδείς και τετραπλοειδείς καρυότυποι.φόρμα.
- Αν ο αριθμός των χρωμοσωμάτων δεν είναι ίδιος (διαφέρει κατά ένα ή δύο), αλλά γενικά το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων και των δύο καρυοτύπων είναι το ίδιο, μιλάμε για κανονικές και μεταλλαγμένες μορφές του ίδιο είδος (φαινόμενο ανευπλοειδίας).
- Με διαφορετικό αριθμό χρωμοσωμάτων, καθώς και αναντιστοιχία στα χαρακτηριστικά μεγέθους και σχήματος, το κριτήριο θα αποδώσει τα άτομα που παρουσιάζονται σε δύο διαφορετικά είδη.
Στην έξοδο, απαιτείται να υποδεικνύεται εάν είναι δυνατός ο προσδιορισμός του είδους των ατόμων με βάση το γενετικό κριτήριο (και μόνο αυτό).
Απάντηση: είναι αδύνατο, αφού οποιοδήποτε κριτήριο είδους, συμπεριλαμβανομένου του γενετικού, έχει εξαιρέσεις και μπορεί να δώσει ένα εσφαλμένο αποτέλεσμα του προσδιορισμού. Η ακρίβεια μπορεί να διασφαλιστεί μόνο με την εφαρμογή ενός συνόλου κριτηρίων της φόρμας.
