Genetski (citogenetski) kriterijum vrste, zajedno sa ostalima, koristi se za razlikovanje elementarnih sistematskih grupa, za analizu stanja vrste. U ovom članku ćemo razmotriti karakteristike kriterija, kao i poteškoće na koje istraživač može naići prilikom njegove primjene.
Šta je pogled
U različitim granama biološke nauke, vrsta je definisana na svoj način. Iz evolucijske perspektive, možemo reći da je vrsta skup jedinki koje imaju sličnosti u vanjskoj strukturi i unutrašnjoj organizaciji, fiziološkim i biohemijskim procesima, sposobnih za neograničeno ukrštanje, ostavljajući plodno potomstvo i genetski izolovane od sličnih grupa.
Vrsta može biti predstavljena jednom ili više populacija i, shodno tome, ima cijeli ili raščlanjen raspon (područje staništa/vodno područje)
Nomenklatura vrsta
Svaka vrsta ima svoje ime. U skladu sa pravilima binarne nomenklature, sastoji se od dvije riječi: imenice i pridjeva. Imenica je generički naziv, a pridjev specifično ime. Na primjer, u nazivu "Maslačak officinalis", vrsta "officinalis" je jedan od predstavnika biljaka iz roda "Maslačak".
Pojedinci srodnih vrsta unutar roda imaju neke razlike u izgledu, fiziologiji i ekološkim preferencijama. Ali ako su previše slični, onda je njihova pripadnost vrsti određena genetskim kriterijumom vrste na osnovu analize kariotipova.
Zašto su vrsti potrebni kriterijumi
Carl Linnaeus, koji je prvi dao moderna imena i opisao mnoge vrste živih organizama, smatrao ih je nepromijenjenim i nepromjenjivim. To jest, svi pojedinci odgovaraju jednoj slici vrste, a svako odstupanje od nje je greška u utjelovljenju ideje vrste.
Od prve polovine 19. veka, Čarls Darvin i njegovi sledbenici potkrepljuju potpuno drugačiji koncept vrste. U skladu s tim, vrsta je promjenjiva, heterogena i uključuje prijelazne oblike. Konstantnost vrste je relativna, zavisi od varijabilnosti uslova sredine. Osnovna jedinica postojanja vrste je populacija. Reproduktivno se razlikuje i zadovoljava genetske kriterije vrste.
S obzirom na heterogenost pojedinaca iste vrste, naučnicima može biti teško da odrede vrstu organizama ili da ih rasporede između sistematskih grupa.
Morfološki i genetski kriterijumi vrste, biohemijski, fiziološki, geografski, ekološki, bihevioralni (etološki) - sve ovokompleksa razlika između vrsta. One određuju izolaciju sistematskih grupa, njihovu reproduktivnu diskretnost. I mogu se koristiti za razlikovanje jedne vrste od druge, za utvrđivanje stepena njihovog odnosa i položaja u biološkom sistemu.
Karakterizacija genetskog kriterijuma vrste
Suština ove osobine je da sve jedinke iste vrste imaju isti kariotip.
Kariotip je vrsta hromozomskog "pasoša" organizma, određen je brojem hromozoma prisutnih u zrelim somatskim ćelijama tela, njihovom veličinom i strukturnim karakteristikama:
- odnos dužine ruke hromozoma;
- položaj centromera u njima;
- prisustvo sekundarnih suženja i satelita.
Pojedinci koji pripadaju različitim vrstama neće se moći ukrštati. Čak i ako je moguće dobiti potomstvo, kao kod magarca i konja, tigra i lava, tada međuvrsni hibridi neće biti plodni. To je zato što polovice genotipa nisu iste i ne može doći do konjugacije između hromozoma, pa se gamete ne formiraju.
Na fotografiji: mazga - sterilni hibrid magarca i kobile.
Objekat proučavanja - kariotip
Ljudski kariotip je predstavljen sa 46 hromozoma. U većini proučavanih vrsta, broj pojedinačnih molekula DNK u jezgru koji formiraju hromozome je u rasponu od 12 do 50. Ali postoje izuzeci. Voćna mušica Drosophila ima 8 hromozoma u jezgrima ćelija, a kod malog predstavnika porodice Lepidoptera Lysandra diploidni hromozomski set je380.
Elektronski mikrograf kondenzovanih hromozoma, koji omogućava da se proceni njihov oblik i veličina, odražava kariotip. Analiza kariotipa kao dio proučavanja genetskog kriterija, kao i poređenje kariotipova međusobno, pomaže u određivanju vrste organizama.
Kada su dvije vrste jedna
Zajednička karakteristika kriterijuma pregleda je da oni nisu apsolutni. To znači da upotreba samo jednog od njih možda neće biti dovoljna za precizno određivanje. Organizmi koji se spolja ne razlikuju jedni od drugih mogu biti predstavnici različitih vrsta. Ovdje morfološki kriterij dolazi u pomoć genetskom kriteriju. Dvostruki primjeri:
- Danas su poznate dvije vrste crnih pacova, koje su ranije bile identificirane kao jedna zbog njihovog vanjskog identiteta.
- Postoji najmanje 15 vrsta malarijskih komaraca koji se mogu razlikovati samo citogenetskom analizom.
- 17 vrsta cvrčaka pronađenih u Sjevernoj Americi koje su genetski različite, ali fenotipski povezane sa istom vrstom.
- Smatra se da među svim vrstama ptica ima 5% blizanaca, za čiju identifikaciju je potrebno primijeniti genetski kriterij.
- Zabuna u sistematici planinskih goveda je otklonjena zahvaljujući kariološkoj analizi. Identificirane su tri varijante kariotipa (2n=54 za muflone, 56 za argale i argale i 58 hromozoma za urijale).
Jedna vrsta crnog štakora ima 42 hromozoma, kariotip druge je predstavljen sa 38 DNK molekula.
Kada je jedan pogled kao dva
Za grupe vrsta sa velikim područjem Kada unutar njih postoji geografska izolacija ili jedinke imaju široku ekološku valenciju, karakteristično je prisustvo jedinki različitih kariotipova. Takav fenomen je još jedna varijanta izuzetaka u genetskom kriterijumu vrste.
Primjeri hromozomskog i genomskog polimorfizma su uobičajeni kod riba:
- u kalifornijskoj pastrmki, broj hromozoma varira od 58 do 64;
- dva kariomorfa, sa 52 i 54 hromozoma, pronađena u haringi Belog mora;
- sa diploidnim setom od 50 hromozoma, predstavnici različitih populacija srebrnog šarana imaju 100 (tetraploidi), 150 (heksaploidi), 200 (oktaploidi) hromozoma.
Poliploidni oblici se nalaze i u biljkama (kozja vrba) i u insektima (žižak). Kućni miševi i gerbili mogu imati različite brojeve hromozoma, a ne višestruki od diploidnog skupa.
Kariotip blizanci
Predstavnici različitih klasa i tipova mogu imati kariotipove sa istim brojem hromozoma. Mnogo je više ovakvih podudarnosti među predstavnicima istih porodica i rodova:
- Gorile, orangutani i čimpanze imaju kariotip od 48 hromozoma. Po izgledu, razlike nisu utvrđene, ovdje treba uporediti redoslijed nukleotida.
- Male razlike u kariotipovima sjevernoameričkog i evropskog bizona. Oba imaju po 60 hromozoma u diploidnom setu. Oni će biti dodijeljeni istoj vrsti ako se analiziraju samo po genetskim kriterijima.
- Primjeri genetskih blizanaca također se nalaze među biljkama, posebno u porodicama. Među vrbamamoguće je čak dobiti i interspecifične hibride.
Da bi se otkrile suptilne razlike u genetskom materijalu kod ovakvih vrsta, potrebno je odrediti redoslijed gena i redoslijed u kojem su uključeni.
Uticaj mutacija na analizu kriterijuma
Broj hromozoma kariotipa može se promijeniti kao rezultat genomskih mutacija - aneuploidije ili euploidije.
Kada se aneuploidija pojavi u kariotipu, pojavljuje se jedan ili više dodatnih hromozoma, a broj hromozoma takođe može biti manji nego kod punopravne osobe. Razlog za ovo kršenje je nedisjunkcija hromozoma u fazi formiranja gameta.
Na slici je prikazan primjer ljudske aneuploidije (Downov sindrom).
Zigoti sa smanjenim brojem hromozoma, po pravilu, ne počinju da se drobe. A polisomični organizmi (sa "dodatnim" hromozomima) mogu biti održivi. U slučaju trisomije (2n+1) ili pentasomije (2n+3), neparan broj hromozoma će ukazivati na anomaliju. Tetrasomija (2n+2) može dovesti do stvarne greške u određivanju vrste prema genetskim kriterijima.
| Mutacija | Essence of mutation | Uticaj na genetski kriterijum vrste |
| Tetrasomija | U kariotipu je prisutan dodatni par hromozoma ili dva nehomologna dodatna hromozoma. | Kada se analizira samo po ovom kriterijumu, organizam se može klasifikovati kao da ima još jedan par hromozoma. |
| Tetraploidy | U kariotipupostoje četiri hromozoma iz svakog para umjesto dva. | Organizam se može pripisati drugoj vrsti umjesto poliploidnoj sorti iste vrste (u biljkama). |
Množenje kariotipa - poliploidija - takođe može dovesti u zabludu istraživača kada je mutantni kariotip zbir nekoliko diploidnih setova hromozoma.
Složenost kriterijuma: Neuhvatljiva DNK
Prečnik DNK lanca u neupletenom stanju je 2 nm. Genetski kriterijum određuje kariotip u periodu koji prethodi deobi ćelije, kada tanke DNK molekule više puta spiraliziraju (kondenziraju) i predstavljaju guste štapićaste strukture - hromozome. Prosječna debljina hromozoma je 700 nm.
Školske i univerzitetske laboratorije su obično opremljene mikroskopima sa malim uvećanjem (od 8 do 100), u njima nije moguće vidjeti detalje kariotipa. Razlučiva moć svjetlosnog mikroskopa, osim toga, omogućava da se pri svakom, čak i najvećem povećanju, vide objekti ne manji od polovine dužine najkraćeg svjetlosnog vala. Najmanja talasna dužina je za ljubičaste talase (400 nm). To znači da će najmanji objekt vidljiv u svjetlosnom mikroskopu biti od 200 nm.
Ispostavilo se da će obojeni dekondenzovani hromatin izgledati kao mutna područja, a hromozomi će biti vidljivi bez detalja. Elektronski mikroskop rezolucije 0,5 nm omogućava vam da jasno vidite i uporedite različite kariotipove. Uzimajući u obzir debljinu filamentne DNK (2 nm), ona će se jasno razlikovati pod takvim uređajem.
Citogenetski kriterijum u školi
Iz gore opisanih razloga, upotreba mikropreparata u laboratorijskom radu prema genetskom kriterijumu vrste je neprikladna. U zadacima možete koristiti fotografije kromosoma dobivene pod elektronskim mikroskopom. Radi praktičnosti rada na fotografiji, pojedinačni hromozomi se kombiniraju u homologne parove i poredaju po redu. Takva šema se naziva kariogram.
Primjer laboratorijskog zadatka
Dodatak. Razmotrite date fotografije kariotipova, uporedite ih i donesite zaključak o pripadnosti jedinki jednoj ili dvije vrste.
Fotografije kariotipova za laboratorijsko poređenje.
Rad na zadatku. Izbrojite ukupan broj hromozoma na svakoj fotografiji kariotipa. Ako se poklapaju, uporedite ih po izgledu. Ako nije prikazan kariogram, pronađite najkraći i najduži među kromosomima srednje dužine na obje slike, usporedite ih prema veličini i lokaciji centromera. Napravite zaključak o razlici/sličnosti kariotipova.
Odgovori na zadatak:
- Ako se broj, veličina i oblik hromozoma poklapaju, tada dvije individue čiji je genetski materijal predstavljen za proučavanje pripadaju istoj vrsti.
- Ako je broj hromozoma dva puta različit, a na obe fotografije se nalaze hromozomi iste veličine i oblika, onda su najverovatnije jedinke predstavnici iste vrste. To će biti diploidni i tetraploidni kariotipovi.obrazac.
- Ako broj hromozoma nije isti (razlikuje se za jedan ili dva), ali su generalno oblik i veličina hromozoma oba kariotipa isti, govorimo o normalnim i mutantnim oblicima ista vrsta (fenomen aneuploidije).
- Uz različit broj hromozoma, kao i nepodudarnost karakteristika veličine i oblika, kriterijum će pripisati predstavljene jedinke dve različite vrste.
U izlazu je potrebno naznačiti da li je moguće odrediti vrstu jedinki na osnovu genetskog kriterijuma (i samo njega).
Odgovor: to je nemoguće, jer bilo koji kriterij vrste, uključujući genetski, ima izuzetke i može dati pogrešan rezultat određivanja. Tačnost se može garantovati samo primjenom skupa kriterija obrasca.
