Kriteria spesies genetik (sitogenetik), bersama-sama dengan yang lain, digunakan untuk membezakan kumpulan sistematik asas, untuk menganalisis keadaan spesies. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan ciri-ciri kriteria, serta kesukaran yang mungkin dihadapi oleh penyelidik semasa menerapkannya.
Apakah itu pemandangan
Dalam pelbagai cabang sains biologi, spesies ditakrifkan dengan caranya sendiri. Daripada perspektif evolusi, kita boleh mengatakan bahawa spesies ialah himpunan individu yang mempunyai persamaan dalam struktur luaran dan organisasi dalaman, proses fisiologi dan biokimia, yang mampu melakukan pembiakan tanpa had, meninggalkan keturunan yang subur dan diasingkan secara genetik daripada kumpulan yang serupa.
Spesies boleh diwakili oleh satu atau beberapa populasi dan, oleh itu, mempunyai julat keseluruhan atau dibedah (kawasan habitat/kawasan air)
Nomenklatur spesies
Setiap spesies mempunyai nama sendiri. Selaras dengan peraturan tatanama binari, ia terdiri daripada dua perkataan: kata nama dan kata sifat. Kata nama ialah nama generik, dan kata sifat ialah nama khusus. Contohnya, dalam nama "Dandelion officinalis", spesies "officinalis" ialah salah satu daripada wakil tumbuhan genus "Dandelion".
Individu spesies berkaitan dalam genus mempunyai beberapa perbezaan dalam rupa, fisiologi dan keutamaan ekologi. Tetapi jika mereka terlalu serupa, maka gabungan spesies mereka ditentukan oleh kriteria genetik spesies berdasarkan analisis karyotype.
Mengapa spesies memerlukan kriteria
Carl Linnaeus, yang pertama memberikan nama moden dan menerangkan pelbagai jenis organisma hidup, menganggapnya tidak berubah dan tidak berubah. Iaitu, semua individu sepadan dengan imej spesies tunggal, dan sebarang penyelewengan daripadanya adalah ralat dalam penjelmaan idea spesies.
Sejak separuh pertama abad ke-19, Charles Darwin dan pengikutnya telah membuktikan konsep spesies yang sama sekali berbeza. Selaras dengannya, spesies boleh berubah, heterogen dan termasuk bentuk peralihan. Ketekalan spesies adalah relatif, ia bergantung kepada kebolehubahan keadaan persekitaran. Unit asas kewujudan spesies ialah populasi. Ia berbeza secara reproduktif dan memenuhi kriteria genetik spesies.
Memandangkan kepelbagaian individu daripada spesies yang sama, mungkin sukar bagi saintis untuk menentukan spesies organisma atau mengagihkannya antara kumpulan sistematik.
Kriteria morfologi dan genetik spesies, biokimia, fisiologi, geografi, ekologi, tingkah laku (etologi) - semua inikompleks perbezaan antara spesies. Mereka menentukan pengasingan kumpulan sistematik, diskret pembiakan mereka. Dan mereka boleh digunakan untuk membezakan satu spesies daripada yang lain, untuk menentukan tahap hubungan dan kedudukan mereka dalam sistem biologi.
Pencirian kriteria genetik spesies
Intipati sifat ini ialah semua individu daripada spesies yang sama mempunyai karyotype yang sama.
Karyotype ialah sejenis "pasport" kromosom organisma, ia ditentukan oleh bilangan kromosom yang terdapat dalam sel somatik matang badan, saiz dan ciri strukturnya:
- nisbah panjang lengan kromosom;
- kedudukan sentromer di dalamnya;
- kehadiran penyempitan sekunder dan satelit.
Individu yang tergolong dalam spesies berbeza tidak akan dapat membiak. Walaupun mungkin untuk mendapatkan keturunan, seperti keldai dan kuda, harimau dan singa, maka hibrid interspesifik tidak akan menjadi prolifik. Ini kerana bahagian genotip tidak sama dan konjugasi antara kromosom tidak boleh berlaku, jadi gamet tidak terbentuk.
Dalam foto: keldai - kacukan steril keldai dan kuda betina.
Objek kajian - karyotype
Karyotype manusia diwakili oleh 46 kromosom. Dalam kebanyakan spesies yang dikaji, bilangan molekul DNA individu dalam nukleus yang membentuk kromosom berada dalam julat 12-50. Tetapi terdapat pengecualian. Lalat buah Drosophila mempunyai 8 kromosom dalam nukleus sel, dan dalam wakil kecil keluarga Lepidoptera Lysandra, set kromosom diploid adalah380.
Mikrograf elektron kromosom pekat, yang membolehkan untuk menilai bentuk dan saiznya, mencerminkan karyotype. Analisis karyotype sebagai sebahagian daripada kajian kriteria genetik, serta perbandingan karyotype antara satu sama lain, membantu untuk menentukan spesies organisma.
Apabila dua spesies adalah satu
Ciri umum kriteria paparan ialah kriteria tersebut tidak mutlak. Ini bermakna bahawa penggunaan hanya satu daripadanya mungkin tidak mencukupi untuk penentuan yang tepat. Organisma yang secara luaran tidak dapat dibezakan antara satu sama lain mungkin mewakili spesies yang berbeza. Di sini kriteria morfologi datang untuk membantu kriteria genetik. Contoh berganda:
- Hari ini, dua spesies tikus hitam diketahui, yang sebelum ini dikenal pasti sebagai satu kerana identiti luarannya.
- Terdapat sekurang-kurangnya 15 spesies nyamuk malaria yang hanya boleh dibezakan melalui analisis sitogenetik.
- 17 spesies cengkerik yang ditemui di Amerika Utara yang berbeza secara genetik tetapi fenotipnya berkaitan dengan spesies yang sama.
- Adalah dipercayai bahawa antara semua spesies burung terdapat 5% kembar, untuk pengecaman yang mana ia perlu menggunakan kriteria genetik.
- Kekeliruan dalam sistematik bovid gunung telah dihapuskan berkat analisis karyologi. Tiga jenis karyotype telah dikenal pasti (2n=54 untuk mouflon, 56 untuk argali dan argali, dan 58 kromosom untuk urial).
Satu spesies tikus hitam mempunyai 42 kromosom, karyotype yang lain diwakili oleh 38 molekul DNA.
Apabila satu paparan seperti dua
Bagi kumpulan spesies dengan kawasan julat yang luas dan bilangan individu, apabila pengasingan geografi beroperasi di dalamnya atau individu mempunyai valensi ekologi yang luas, kehadiran individu dengan karyotype yang berbeza adalah ciri. Fenomena sedemikian ialah satu lagi variasi pengecualian dalam kriteria genetik spesies.
Contoh polimorfisme kromosom dan genomik adalah perkara biasa pada ikan:
- dalam trout pelangi, bilangan kromosom berbeza dari 58 hingga 64;
- dua karyomorph, dengan 52 dan 54 kromosom, ditemui dalam herring Laut Putih;
- dengan set diploid 50 kromosom, wakil populasi yang berbeza ikan mas perak mempunyai 100 (tetraploid), 150 (heksaploid), 200 (octaploid) kromosom.
Bentuk poliploid terdapat dalam kedua-dua tumbuhan (willow kambing) dan serangga (kumbang). Tikus rumah dan gerbil boleh mempunyai bilangan kromosom yang berbeza, bukan gandaan set diploid.
Kembar Karyotype
Wakil kelas dan jenis yang berbeza mungkin mempunyai karyotype dengan bilangan kromosom yang sama. Terdapat lebih banyak kebetulan seperti itu di kalangan wakil keluarga dan genera yang sama:
- Gorillas, orang utan dan cimpanzi mempunyai karyotype 48 kromosom. Dari segi rupa, perbezaan tidak ditentukan, di sini anda perlu membandingkan susunan nukleotida.
- Perbezaan sedikit dalam karyotype bison Amerika Utara dan bison Eropah. Kedua-duanya mempunyai 60 kromosom dalam set diploid. Mereka akan ditugaskan kepada spesies yang sama jika dianalisis hanya dengan kriteria genetik.
- Contoh kembar genetik juga terdapat di kalangan tumbuhan, terutamanya dalam keluarga. Antara pokok willowmalah mungkin untuk mendapatkan hibrid interspesifik.
Untuk mendedahkan perbezaan halus dalam bahan genetik dalam spesies tersebut, adalah perlu untuk menentukan jujukan gen dan susunan gen tersebut dimasukkan.
Pengaruh mutasi pada analisis kriteria
Bilangan kromosom karyotype boleh diubah akibat mutasi genomik - aneuploidi atau euploidi.
Apabila aneuploidi berlaku dalam karyotype, satu atau lebih kromosom tambahan muncul, dan bilangan kromosom juga mungkin kurang daripada individu yang lengkap. Sebab pelanggaran ini ialah tidak bercagar kromosom pada peringkat pembentukan gamet.
Gambar menunjukkan contoh aneuploidi manusia (sindrom Down).
Zygotes dengan bilangan kromosom yang berkurangan, sebagai peraturan, jangan mula hancur. Dan organisma polisomik (dengan kromosom "tambahan") mungkin berdaya maju. Dalam kes trisomi (2n+1) atau pentasomy (2n+3), bilangan kromosom yang ganjil akan menunjukkan anomali. Tetrasomi (2n+2) boleh membawa kepada ralat sebenar dalam menentukan spesies mengikut kriteria genetik.
| Mutasi | Intipati mutasi | Pengaruh pada kriteria genetik spesies |
| Tetrasomi | Sepasang kromosom tambahan atau dua kromosom tambahan bukan homolog terdapat dalam karyotype. | Apabila dianalisis dengan kriteria ini sahaja, organisma boleh dikelaskan sebagai mempunyai sepasang kromosom lagi. |
| Tetraploidy | Dalam karyotypeterdapat empat kromosom daripada setiap pasangan dan bukannya dua. | Sesuatu organisma boleh ditugaskan kepada spesies lain dan bukannya kultivar poliploid daripada spesies yang sama (dalam tumbuhan). |
Pendaraban kariotaip - poliploidi - juga boleh mengelirukan penyelidik apabila karyotype mutan ialah jumlah beberapa set kromosom diploid.
Kriteria Kerumitan: DNA sukar difahami
Diameter untaian DNA dalam keadaan tidak berpintal ialah 2 nm. Kriteria genetik menentukan karyotype dalam tempoh sebelum pembahagian sel, apabila molekul DNA nipis berulang kali berpilin (mengeluwap) dan mewakili struktur berbentuk batang padat - kromosom. Ketebalan purata kromosom ialah 700 nm.
Makmal sekolah dan universiti biasanya dilengkapi dengan mikroskop dengan pembesaran rendah (dari 8 hingga 100), tidak mungkin untuk melihat butiran karyotype di dalamnya. Kuasa penyelesaian mikroskop cahaya, sebagai tambahan, membolehkan pada mana-mana, walaupun pembesaran tertinggi, untuk melihat objek tidak kurang daripada separuh panjang gelombang cahaya terpendek. Panjang gelombang terkecil adalah untuk gelombang ungu (400 nm). Ini bermakna objek terkecil yang boleh dilihat dalam mikroskop cahaya adalah dari 200 nm.
Ternyata kromatin ternyah terkondensasi akan kelihatan seperti kawasan mendung dan kromosom akan kelihatan tanpa butiran. Mikroskop elektron dengan resolusi 0.5 nm membolehkan anda melihat dengan jelas dan membandingkan karyotype yang berbeza. Memandangkan ketebalan DNA berfilamen (2 nm), ia akan dapat dibezakan dengan jelas di bawah peranti sedemikian.
Kriteria sitogenetik di sekolah
Atas sebab yang dinyatakan di atas, penggunaan persediaan mikro dalam kerja makmal mengikut kriteria genetik spesies adalah tidak sesuai. Dalam tugasan, anda boleh menggunakan gambar kromosom yang diperoleh di bawah mikroskop elektron. Untuk kemudahan bekerja dalam foto, kromosom individu digabungkan menjadi pasangan homolog dan disusun mengikut urutan. Skim sedemikian dipanggil karyogram.
Contoh tugasan makmal
Tugasan. Pertimbangkan gambar karyotype yang diberikan, bandingkannya dan buat kesimpulan tentang kepunyaan individu kepada satu atau dua spesies.
Foto karyotype untuk perbandingan makmal.
Mengusahakan tugas. Kira jumlah bilangan kromosom dalam setiap foto karyotype. Jika mereka sepadan, bandingkan mereka dari segi penampilan. Jika karyogram tidak ditunjukkan, cari yang terpendek dan terpanjang di antara kromosom sederhana panjang dalam kedua-dua imej, bandingkan mengikut saiz dan lokasi sentromer. Buat kesimpulan tentang perbezaan / persamaan karyotype.
Jawapan kepada tugasan:
- Jika bilangan, saiz dan bentuk kromosom sepadan, maka dua individu yang bahan genetiknya dibentangkan untuk kajian tergolong dalam spesies yang sama.
- Jika bilangan kromosom adalah dua kali berbeza, dan dalam kedua-dua gambar terdapat kromosom yang sama saiz dan bentuk, maka kemungkinan besar individu tersebut adalah wakil daripada spesies yang sama. Ini akan menjadi karyotip diploid dan tetraploid.borang.
- Jika bilangan kromosom tidak sama (ia berbeza dengan satu atau dua), tetapi secara umum bentuk dan saiz kromosom kedua-dua karyotype adalah sama, kita bercakap tentang bentuk normal dan mutan bagi spesies yang sama (fenomena aneuploidi).
- Dengan bilangan kromosom yang berbeza, serta ketidakpadanan dalam ciri saiz dan bentuk, kriteria akan mengaitkan individu yang dibentangkan kepada dua spesies berbeza.
Dalam output, ia dikehendaki menunjukkan sama ada adalah mungkin untuk menentukan spesies individu berdasarkan kriteria genetik (dan hanya ia).
Jawapan: adalah mustahil, kerana mana-mana kriteria spesies, termasuk genetik, mempunyai pengecualian dan boleh memberikan hasil penentuan yang salah. Ketepatan hanya boleh dijamin dengan menggunakan set kriteria borang.
