Genetiska (cytogenetiska) artkriterier, tillsammans med andra, används för att särskilja elementära systematiska grupper, för att analysera tillståndet hos en art. I den här artikeln kommer vi att överväga egenskaperna hos kriteriet, såväl som de svårigheter som en forskare kan stöta på när den tillämpar det.
Vad är en vy
Inom olika grenar av biologisk vetenskap definieras arten på sitt eget sätt. Ur ett evolutionärt perspektiv kan vi säga att en art är en samling individer som har likheter i yttre struktur och intern organisation, fysiologiska och biokemiska processer, kapabla till obegränsad korsning, lämnar fertil avkomma och genetiskt isolerade från liknande grupper.
En art kan representeras av en eller flera populationer och har följaktligen ett helt eller dissekerat utbredningsområde (habitatområde/vattenområde)
Artnomenklatur
Varje art har sitt eget namn. I enlighet med reglerna för binär nomenklatur består den av två ord: ett substantiv och ett adjektiv. Substantivt är det generiska namnet och adjektivet är det specifika namnet. Till exempel, i namnet "Dandelion officinalis" är arten "officinalis" en av representanterna för växterna av släktet "Dandelion".
Individer av besläktade arter inom släktet har vissa skillnader i utseende, fysiologi och ekologiska preferenser. Men om de är för lika, så bestäms deras arttillhörighet av artens genetiska kriterium baserat på analys av karyotyper.
Varför en art behöver kriterier
Carl Linnaeus, som var den första som gav moderna namn och beskrev många typer av levande organismer, ansåg dem oförändrade och oföränderliga. Det vill säga att alla individer motsvarar en enskild artbild, och eventuella avvikelser från den är ett fel i förkroppsligandet av artidén.
Sedan första hälften av 1800-talet har Charles Darwin och hans anhängare underbyggt ett helt annat artbegrepp. I enlighet med den är arten föränderlig, heterogen och inkluderar övergångsformer. Artens beständighet är relativ, den beror på variationen i miljöförhållandena. En arts elementära existensenhet är en population. Den är reproduktivt distinkt och uppfyller artens genetiska kriterier.
Med tanke på heterogeniteten hos individer av samma art kan det vara svårt för forskare att bestämma arterna av organismer eller fördela dem mellan systematiska grupper.
Morfologiska och genetiska kriterier för arten, biokemiska, fysiologiska, geografiska, ekologiska, beteendemässiga (etologiska) - allt dettakomplex av skillnader mellan arter. De bestämmer isoleringen av systematiska grupper, deras reproduktiva diskrethet. Och de kan användas för att skilja en art från en annan, för att fastställa graden av deras förhållande och position i det biologiska systemet.
Karakterisering av artens genetiska kriterium
Kärnan i denna egenskap är att alla individer av samma art har samma karyotyp.
En karyotyp är ett slags kromosom alt "pass" för en organism, det bestäms av antalet kromosomer som finns i mogna somatiska celler i kroppen, deras storlek och strukturella egenskaper:
- förhållande mellan kromosomarmlängd;
- positionen för centromererna i dem;
- närvaron av sekundära förträngningar och satelliter.
Individer som tillhör olika arter kommer inte att kunna korsa sig. Även om det är möjligt att få avkomma, som med en åsna och en häst, en tiger och ett lejon, kommer interspecifika hybrider inte att vara produktiva. Detta beror på att genotypens halvor inte är desamma och att konjugering mellan kromosomerna inte kan ske, så gameter bildas inte.
På bilden: en mula - en steril hybrid av en åsna och ett sto.
Studieobjekt - karyotyp
Människ karyotyp representeras av 46 kromosomer. Hos de flesta arter som studeras ligger antalet individuella DNA-molekyler i kärnan som bildar kromosomer inom intervallet 12–50. Men det finns undantag. Fruktflugan Drosophila har 8 kromosomer i cellkärnorna, och i en liten representant från Lepidoptera-familjen Lysandra är den diploida kromosomuppsättningen380.
Elektronmikrofotografiet av kondenserade kromosomer, som gör det möjligt att utvärdera deras form och storlek, återspeglar karyotypen. Analys av karyotypen som en del av studiet av det genetiska kriteriet, samt jämförelse av karyotyper med varandra, hjälper till att bestämma arterna av organismer.
När två arter är en
Det gemensamma för synkriterier är att de inte är absoluta. Detta innebär att användningen av endast en av dem kanske inte är tillräcklig för en korrekt bestämning. Organismer som utåt inte går att skilja från varandra kan vara representanter för olika arter. Här kommer det morfologiska kriteriet till hjälp av det genetiska kriteriet. Dubbla exempel:
- Idag är två arter av svartråttor kända, som tidigare identifierats som en på grund av sin yttre identitet.
- Det finns minst 15 arter av malariamyggor som endast kan särskiljas genom cytogenetisk analys.
- 17 arter av syrsor som finns i Nordamerika och som är genetiskt olika men fenotypiskt besläktade med samma art.
- Man tror att det bland alla fågelarter finns 5 % tvillingar, för identifieringen av vilka det är nödvändigt att tillämpa ett genetiskt kriterium.
- Förvirring i systematiken hos bergsbovider har eliminerats tack vare karyologisk analys. Tre varianter av karyotyper har identifierats (2n=54 för mufflons, 56 för argali och argali, och 58 kromosomer för urial).
En art av svart råtta har 42 kromosomer, den andras karyotyp representeras av 38 DNA-molekyler.
När en vy är som två
För artgrupper med en stor yta av utbudet och antalet individer, när geografisk isolering verkar inom dem eller individer har en bred ekologisk valens, är närvaron av individer med olika karyotyper karakteristisk. Ett sådant fenomen är en annan variant av undantag i artens genetiska kriterium.
Exempel på kromosomal och genomisk polymorfism är vanliga hos fisk:
- i regnbåge varierar antalet kromosomer från 58 till 64;
- två karyomorfer, med 52 och 54 kromosomer, som finns i Vitahavssill;
- med en diploid uppsättning av 50 kromosomer har representanter för olika populationer av silverkarp 100 (tetraploider), 150 (hexaploider), 200 (oktaploida) kromosomer.
Polyploida former finns i både växter (get pil) och insekter (vivel). Husmöss och gerbiler kan ha olika antal kromosomer, inte en multipel av den diploida uppsättningen.
Karyotypiska tvillingar
Representanter för olika klasser och typer kan ha karyotyper med samma antal kromosomer. Det finns mycket fler sådana sammanträffanden bland representanter för samma familjer och släkter:
- Gorillor, orangutanger och schimpanser har en karyotyp med 48 kromosomer. Utseendemässigt bestäms inte skillnaderna, här måste du jämföra nukleotidernas ordning.
- Små skillnader i karyotyperna för nordamerikansk bison och europeisk bison. Båda har 60 kromosomer i en diploid uppsättning. De kommer att tilldelas samma art om de analyseras endast med genetiska kriterier.
- Exempel på genetiska tvillingar finns också bland växter, särskilt inom familjer. Bland pilarnadet är till och med möjligt att erhålla interspecifika hybrider.
För att avslöja subtila skillnader i det genetiska materialet hos sådana arter är det nödvändigt att bestämma sekvensen av gener och i vilken ordning de ingår.
Påverkan av mutationer på analysen av kriteriet
Antalet karyotypkromosomer kan ändras som ett resultat av genomiska mutationer - aneuploidi eller euploidi.
När aneuploidi inträffar i karyotypen uppstår ytterligare en eller flera kromosomer, och antalet kromosomer kan också vara mindre än hos en fullvärdig individ. Anledningen till denna kränkning är att kromosomerna inte skiljs åt i skedet av könsceller.
Bilden visar ett exempel på mänsklig aneuploidi (Downs syndrom).
Zygoter med minskat antal kromosomer börjar som regel inte krossas. Och polysomiska organismer (med "extra" kromosomer) kan mycket väl vara livskraftiga. I fallet med trisomi (2n+1) eller pentasomi (2n+3) kommer ett udda antal kromosomer att indikera en anomali. Tetrasomi (2n+2) kan leda till ett verkligt fel vid artbestämningen utifrån genetiska kriterier.
| Mutation | Essence of mutation | Påverkan på artens genetiska kriterium |
| Tetrasomi | Ett extra par kromosomer eller två icke-homologa extra kromosomer finns i karyotypen. | När den analyseras enbart med detta kriterium kan en organism klassificeras som att den har ytterligare ett par kromosomer. |
| Tetraploidy | I karyotypendet finns fyra kromosomer från varje par istället för två. | En organism kan tilldelas en annan art istället för en polyploid kultivar av samma art (i växter). |
Karyotypförökning - polyploidi - kan också vilseleda forskaren när den muterade karyotypen är summan av flera diploida uppsättningar kromosomer.
Kriteriumkomplexitet: gäckande DNA
DNA-strängens diameter i otvinnat tillstånd är 2 nm. Det genetiska kriteriet bestämmer karyotypen under perioden före celldelningen, när tunna DNA-molekyler upprepade gånger spiraliserar (kondenserar) och representerar täta stavformade strukturer - kromosomer. Medeltjockleken på en kromosom är 700 nm.
Skol- och universitetslaboratorier är vanligtvis utrustade med mikroskop med låg förstoring (från 8 till 100), det är inte möjligt att se detaljerna i karyotypen i dem. Upplösningsförmågan hos ett ljusmikroskop tillåter dessutom vid vilken som helst, även den högsta förstoringen, att se objekt som inte är mindre än halva längden av den kortaste ljusvågen. Den minsta våglängden är för violetta vågor (400 nm). Det betyder att det minsta synliga föremålet i ett ljusmikroskop kommer att vara från 200 nm.
Det visar sig att det färgade dekondenserade kromatinet kommer att se ut som grumliga områden, och kromosomerna kommer att vara synliga utan detaljer. Ett elektronmikroskop med en upplösning på 0,5 nm låter dig tydligt se och jämföra olika karyotyper. Med tanke på tjockleken på trådformigt DNA (2 nm) kommer det att vara tydligt urskiljbart under en sådan anordning.
Cytogent kriterium i skolan
Av de skäl som beskrivs ovan är användningen av mikropreparat i laboratoriearbete enligt artens genetiska kriterium olämplig. I uppgifter kan du använda fotografier av kromosomer som erhållits under ett elektronmikroskop. För att underlätta arbetet på bilden kombineras individuella kromosomer i homologa par och ordnas i ordning. Ett sådant schema kallas ett karyogram.
Exempel på labbuppgift
Uppdrag. Betrakta de givna fotografierna av karyotyper, jämför dem och dra en slutsats om individers tillhörighet till en eller två arter.
Foton av karyotyper för labbjämförelse.
Arbetar med en uppgift. Räkna det totala antalet kromosomer i varje karyotypfoto. Om de matchar, jämför dem i utseende. Om inte ett karyogram presenteras, hitta den kortaste och längsta bland kromosomerna av medellängd i båda bilderna, jämför dem enligt storleken och placeringen av centromererna. Gör en slutsats om skillnaden/likheten mellan karyotyper.
Svar på uppgiften:
- Om antalet, storleken och formen på kromosomerna stämmer överens, tillhör de två individer vars genetiska material presenteras för studier samma art.
- Om antalet kromosomer är två gånger olika, och på båda fotografierna finns kromosomer av samma storlek och form, är individerna troligen representanter för samma art. Dessa kommer att vara diploida och tetraploida karyotyper.form.
- Om antalet kromosomer inte är detsamma (det skiljer sig med en eller två), men i allmänhet är formen och storleken på kromosomerna för båda karyotyperna desamma, vi talar om normala och muterade former av samma art (fenomen aneuploidi).
- Med ett annat antal kromosomer, såväl som en bristande överensstämmelse i egenskaperna för storlek och form, kommer kriteriet att tillskriva de presenterade individerna två olika arter.
I utdata krävs det att ange om det är möjligt att bestämma arten av individer utifrån det genetiska kriteriet (och bara det).
Svar: det är omöjligt, eftersom alla artkriterier, inklusive genetiska, har undantag och kan ge ett felaktigt resultat av bestämningen. Noggrannhet kan endast garanteras genom att använda en uppsättning kriterier i formuläret.
