Genetiske (cytogenetiske) artskriterier bruges sammen med andre til at skelne mellem elementære systematiske grupper for at analysere en arts tilstand. I denne artikel vil vi overveje kriteriets karakteristika samt de vanskeligheder, som en forsker kan støde på, når den anvender det.
Hvad er en udsigt
I forskellige grene af biologisk videnskab er arten defineret på sin egen måde. Fra et evolutionært perspektiv kan vi sige, at en art er en samling af individer, der har ligheder i ydre struktur og intern organisation, fysiologiske og biokemiske processer, som er i stand til ubegrænset krydsning, efterlader frugtbare afkom og genetisk isoleret fra lignende grupper.
En art kan være repræsenteret af en eller flere populationer og har følgelig et helt eller dissekeret udbredelsesområde (habitatområde/vandområde)
Artsnomenklatur
Hver art har sit eget navn. I overensstemmelse med reglerne for binær nomenklatur består den af to ord: et substantiv og et adjektiv. Navneordet er det generiske navn, og adjektivet er det specifikke navn. For eksempel i navnet "Mælkebøtte officinalis" er arten "officinalis" en af repræsentanterne for planterne af slægten "Mælkebøtte".
Individer af beslægtede arter inden for slægten har nogle forskelle i udseende, fysiologi og økologiske præferencer. Men hvis de er for ens, så er deres artstilhørsforhold bestemt af artens genetiske kriterium baseret på analysen af karyotyper.
Hvorfor en art har brug for kriterier
Carl Linnaeus, som var den første til at give moderne navne og beskrev mange typer af levende organismer, betragtede dem som uændrede og ikke-variable. Det vil sige, at alle individer svarer til et enkelt artsbillede, og eventuelle afvigelser fra det er en fejl i udformningen af artsidéen.
Siden første halvdel af det 19. århundrede har Charles Darwin og hans tilhængere underbygget et helt andet artsbegreb. I overensstemmelse med den er arten foranderlig, heterogen og inkluderer overgangsformer. Artens konstanthed er relativ, den afhænger af variabiliteten af miljøforhold. En arts elementære eksistensenhed er en population. Den er reproduktivt særskilt og opfylder artens genetiske kriterier.
I betragtning af heterogeniteten af individer af samme art kan det være svært for forskere at bestemme arten af organismer eller fordele dem mellem systematiske grupper.
Morfologiske og genetiske kriterier for arten, biokemiske, fysiologiske, geografiske, økologiske, adfærdsmæssige (etologiske) - alt dettekomplekser af forskelle mellem arter. De bestemmer isolationen af systematiske grupper, deres reproduktive diskrethed. Og de kan bruges til at skelne en art fra en anden, til at fastslå graden af deres forhold og position i det biologiske system.
Karakterisering af artens genetiske kriterium
essensen af denne egenskab er, at alle individer af samme art har den samme karyotype.
En karyotype er en slags kromosom alt "pas" for en organisme, det bestemmes af antallet af kromosomer, der er til stede i kroppens modne somatiske celler, deres størrelse og strukturelle træk:
- forholdet mellem kromosomets armlængde;
- positionen af centromererne i dem;
- tilstedeværelsen af sekundære indsnævringer og satellitter.
Individer, der tilhører forskellige arter, vil ikke være i stand til at krydse hinanden. Selvom det er muligt at få afkom, som med et æsel og en hest, en tiger og en løve, så vil interspecifikke hybrider ikke være produktive. Dette skyldes, at halvdelene af genotypen ikke er ens, og konjugation mellem kromosomer kan ikke forekomme, så gameter dannes ikke.
På billedet: et muldyr - en steril hybrid af et æsel og en hoppe.
Undersøgelsesobjekt - karyotype
Human karyotype er repræsenteret af 46 kromosomer. I de fleste undersøgte arter falder antallet af individuelle DNA-molekyler i kernen, der danner kromosomer, inden for intervallet 12-50. Men der er undtagelser. Frugtfluen Drosophila har 8 kromosomer i cellekernerne, og i en lille repræsentant for Lepidoptera-familien Lysandra er det diploide kromosomsæt380.
Elektronmikrografen af kondenserede kromosomer, som gør det muligt at evaluere deres form og størrelse, afspejler karyotypen. Analyse af karyotypen som led i studiet af det genetiske kriterium, samt sammenligning af karyotyper med hinanden, hjælper med at bestemme arten af organismer.
Når to arter er én
Fællestræk ved synskriterier er, at de ikke er absolutte. Det betyder, at brugen af kun én af dem muligvis ikke er tilstrækkelig til en nøjagtig bestemmelse. Organismer, der udadtil ikke kan skelnes fra hinanden, kan være repræsentanter for forskellige arter. Her kommer det morfologiske kriterium til hjælp for det genetiske kriterium. Dobbelteksempler:
- I dag kendes to arter af sorte rotter, som tidligere blev identificeret som én på grund af deres ydre identitet.
- Der er mindst 15 arter af malariamyg, der kun kan skelnes ved cytogenetisk analyse.
- 17 arter af fårekyllinger fundet i Nordamerika, der er genetisk forskellige, men fænotypisk beslægtede med den samme art.
- Det menes, at der blandt alle fuglearter er 5 % tvillinger, til identifikation af hvilke det er nødvendigt at anvende et genetisk kriterium.
- Forvirring i systematikken af bjergbovider er blevet elimineret takket være karyologisk analyse. Tre varianter af karyotyper er blevet identificeret (2n=54 for mufloner, 56 for argali og argali og 58 kromosomer for urialer).
En sort rotteart har 42 kromosomer, den andens karyotype er repræsenteret af 38 DNA-molekyler.
Når én visning er som to
For artsgrupper med et stort område af rækkevidden og antallet af individer, når geografisk isolation opererer inden for dem, eller individer har en bred økologisk valens, er tilstedeværelsen af individer med forskellige karyotyper karakteristisk. Et sådant fænomen er en anden variant af undtagelser i artens genetiske kriterium.
Eksempler på kromosomal og genomisk polymorfi er almindelige hos fisk:
- i regnbueørred varierer antallet af kromosomer fra 58 til 64;
- to karyomorfer, med 52 og 54 kromosomer, fundet i hvidhavssild;
- med et diploid sæt på 50 kromosomer har repræsentanter for forskellige populationer af sølvkarper 100 (tetraploide), 150 (hexaploide), 200 (oktaploide) kromosomer.
Polyploide former findes i både planter (gedepil) og insekter (snudebiller). Husmus og ørkenrotter kan have forskellige antal kromosomer, ikke et multiplum af det diploide sæt.
Karyotype tvillinger
Repræsentanter for forskellige klasser og typer kan have karyotyper med det samme antal kromosomer. Der er meget flere sådanne tilfældigheder blandt repræsentanter for de samme familier og slægter:
- Gorillaer, orangutanger og chimpanser har en karyotype på 48 kromosomer. Udseendemæssigt er forskellene ikke bestemt, her skal du sammenligne rækkefølgen af nukleotider.
- Små forskelle i karyotyperne af nordamerikansk bison og europæisk bison. Begge har 60 kromosomer i et diploid sæt. De vil blive tildelt den samme art, hvis de kun analyseres efter genetiske kriterier.
- Eksempler på genetiske tvillinger findes også blandt planter, især inden for familier. Blandt pilenedet er endda muligt at opnå interspecifikke hybrider.
For at afsløre subtile forskelle i det genetiske materiale i sådanne arter er det nødvendigt at bestemme sekvensen af gener og rækkefølgen, hvori de er inkluderet.
Inflydelse af mutationer på analysen af kriteriet
Antallet af karyotype kromosomer kan ændres som følge af genomiske mutationer - aneuploidi eller euploidi.
Når der opstår aneuploidi i karyotypen, opstår der et eller flere yderligere kromosomer, og antallet af kromosomer kan også være mindre end hos et fuldgyldigt individ. Årsagen til denne krænkelse er manglende disjunktion af kromosomer på stadiet af gametdannelse.
Billedet viser et eksempel på human aneuploidi (Downs syndrom).
Zygoter med et reduceret antal kromosomer begynder som regel ikke at knuse. Og polysomiske organismer (med "ekstra" kromosomer) kan sagtens være levedygtige. I tilfælde af trisomi (2n+1) eller pentasomi (2n+3), vil et ulige antal kromosomer indikere en anomali. Tetrasomi (2n+2) kan føre til en faktisk fejl ved artbestemmelse ud fra genetiske kriterier.
| Mutation | Essence of mutation | Indflydelse på artens genetiske kriterium |
| Tetrasomi | Et ekstra par kromosomer eller to ikke-homologe ekstra kromosomer er til stede i karyotypen. | Når den analyseres ud fra dette kriterium alene, kan en organisme klassificeres som havende et par kromosomer mere. |
| Tetraploidy | I karyotypender er fire kromosomer fra hvert par i stedet for to. | En organisme kan tildeles en anden art i stedet for en polyploid kultivar af samme art (i planter). |
Karyotype multiplikation - polyploidi - kan også vildlede forskeren, når den mutante karyotype er summen af flere diploide sæt kromosomer.
Kriteriumkompleksitet: Undvigende DNA
Diameteren af DNA-strengen i ikke-snoet tilstand er 2 nm. Det genetiske kriterium bestemmer karyotypen i perioden forud for celledeling, når tynde DNA-molekyler gentagne gange spiraliserer (kondenserer) og repræsenterer tætte stavformede strukturer - kromosomer. Den gennemsnitlige tykkelse af et kromosom er 700 nm.
Skole- og universitetslaboratorier er norm alt udstyret med mikroskoper med lav forstørrelse (fra 8 til 100), det er ikke muligt at se detaljerne i karyotypen i dem. Opløsningsevnen af et lysmikroskop tillader desuden ved enhver, selv den højeste forstørrelse, at se objekter ikke mindre end halvdelen af længden af den korteste lysbølge. Den mindste bølgelængde er for violette bølger (400 nm). Det betyder, at den mindste genstand, der er synlig i et lysmikroskop, vil være fra 200 nm.
Det viser sig, at det farvede dekondenserede kromatin vil ligne uklare områder, og kromosomerne vil være synlige uden detaljer. Et elektronmikroskop med en opløsning på 0,5 nm giver dig mulighed for tydeligt at se og sammenligne forskellige karyotyper. I betragtning af tykkelsen af filamentøst DNA (2 nm), vil det være tydeligt at skelne under en sådan enhed.
Cytogenetisk kriterium i skolen
Af de ovenfor beskrevne årsager er brugen af mikropræparater i laboratoriearbejde i henhold til artens genetiske kriterium uhensigtsmæssig. I opgaver kan du bruge fotografier af kromosomer opnået under et elektronmikroskop. For at gøre det nemmere at arbejde på billedet kombineres individuelle kromosomer i homologe par og arrangeres i rækkefølge. Sådan et skema kaldes et karyogram.
Eksempel på laboratorieopgave
Opgave. Overvej de givne fotografier af karyotyper, sammenlign dem og lav en konklusion om individers tilhørsforhold til en eller to arter.
Fotos af karyotyper til laboratoriesammenligning.
Arbejder på en opgave. Tæl det samlede antal kromosomer i hvert karyotypefoto. Hvis de matcher, så sammenlign dem i udseende. Hvis der ikke vises et karyogram, skal du finde den korteste og længste blandt kromosomerne af mellemlængde på begge billeder, sammenligne dem i henhold til størrelsen og placeringen af centromererne. Lav en konklusion om forskellen/ligheden mellem karyotyper.
Svar på opgaven:
- Hvis antallet, størrelsen og formen af kromosomerne stemmer overens, tilhører de to individer, hvis genetiske materiale præsenteres for undersøgelse, den samme art.
- Hvis antallet af kromosomer er to gange forskelligt, og der på begge fotografier er kromosomer af samme størrelse og form, så er individerne højst sandsynligt repræsentanter for den samme art. Disse vil være diploide og tetraploide karyotyper.formular.
- Hvis antallet af kromosomer ikke er det samme (det adskiller sig med en eller to), men generelt er formen og størrelsen af kromosomerne for begge karyotyper den samme, taler vi om normale og mutante former for samme art (fænomen aneuploidi).
- Med et forskelligt antal kromosomer, samt et misforhold i karakteristika for størrelse og form, vil kriteriet tilskrive de præsenterede individer to forskellige arter.
I outputtet er det nødvendigt at angive, om det er muligt at bestemme arten af individer ud fra det genetiske kriterium (og kun det).
Svar: det er umuligt, da ethvert artskriterium, inklusive genetisk, har undtagelser og kan give et fejlagtigt resultat af bestemmelsen. Nøjagtighed kan kun garanteres ved at anvende et sæt kriterier i formularen.
