Geneettistä (sytogeneettistä) lajikriteeriä muiden ohella käytetään systemaattisten alkeisryhmien erottamiseen, lajin tilan analysointiin. Tässä artikkelissa tarkastelemme kriteerin ominaisuuksia sekä vaikeuksia, joita tutkija voi kohdata sitä soveltaessaan.
Mikä on näkymä
Biologian eri aloilla laji määritellään omalla tavallaan. Evoluutionäkökulmasta voidaan sanoa, että laji on kokoelma yksilöitä, joilla on samank altaisuuksia ulkoisessa rakenteessa ja sisäisessä organisaatiossa, fysiologisissa ja biokemiallisissa prosesseissa, jotka kykenevät rajattomasti risteytymään, jättämään hedelmällisiä jälkeläisiä ja geneettisesti eristettyjä samanlaisista ryhmistä.
Lajia voi edustaa yksi tai useampi populaatio, ja sen mukaisesti niillä voi olla koko tai erillinen levinneisyysalue (elinalue/vesialue)
Lajien nimikkeistö
Jokaisella lajilla on oma nimi. Binäärinimikkeistön sääntöjen mukaisesti se koostuu kahdesta sanasta: substantiivista ja adjektiivista. Substantiivi on yleisnimi ja adjektiivi on erityinen nimi. Esimerkiksi nimessä "Dandelion officinalis" laji "officinalis" on yksi "Dandelion"-suvun kasvien edustajista.
Suvun sukulaislajien yksilöillä on joitain eroja ulkonäössä, fysiologiassa ja ekologisissa mieltymyksissä. Mutta jos ne ovat liian samank altaisia, niin niiden lajisidonnaisuus määräytyy lajin geneettisen kriteerin mukaan karyotyyppien analyysin perusteella.
Miksi laji tarvitsee kriteerit
Carl Linnaeus, joka antoi ensimmäisenä nykyaikaiset nimet ja kuvaili monenlaisia eläviä organismeja, piti niitä muuttumattomina ja muuttumattomina. Eli kaikki yksilöt vastaavat yhtä lajikuvaa ja mahdolliset poikkeamat siitä ovat virhe lajiidean toteutusmuodossa.
1800-luvun ensimmäisestä puoliskosta lähtien Charles Darwin ja hänen seuraajansa ovat perustelleet täysin erilaista lajikäsitystä. Sen mukaan laji on vaihteleva, heterogeeninen ja sisältää siirtymämuotoja. Lajien pysyvyys on suhteellista, se riippuu ympäristöolosuhteiden vaihtelevuudesta. Lajin olemassaolon perusyksikkö on populaatio. Se on lisääntymiskykyinen ja täyttää lajin geneettiset kriteerit.
Kun samaan lajiin kuuluvat yksilöt ovat heterogeenisiä, tutkijoiden voi olla vaikeaa määrittää organismilajeja tai jakaa niitä systemaattisten ryhmien kesken.
Lajien morfologiset ja geneettiset kriteerit, biokemialliset, fysiologiset, maantieteelliset, ekologiset, käyttäytymiskriteerit (etologiset) - kaikki tämälajien välisten erojen komplekseja. Ne määrittävät systemaattisten ryhmien eristäytymisen, niiden lisääntymisen diskreettisyyden. Ja niitä voidaan käyttää erottamaan lajit toisista, määrittämään niiden suhteen asteen ja aseman biologisessa järjestelmässä.
Lajin geneettisen kriteerin karakterisointi
Tämän ominaisuuden ydin on, että kaikilla saman lajin yksilöillä on sama karyotyyppi.
Karyotyyppi on organismin eräänlainen kromosomaalinen "passi", joka määräytyy kehon kypsissä somaattisissa soluissa olevien kromosomien lukumäärän, niiden koon ja rakenteellisten ominaisuuksien perusteella:
- kromosomin käsivarren pituuden suhde;
- sentromeerien sijainti niissä;
- sekundaaristen supisteiden ja satelliittien läsnäolo.
Eri lajeihin kuuluvat yksilöt eivät voi risteytyä. Vaikka on mahdollista saada jälkeläisiä, kuten aasin ja hevosen, tiikerin ja leijonan kanssa, lajien väliset hybridit eivät ole tuottelias. Tämä johtuu siitä, että genotyypin puolikkaat eivät ole samat ja kromosomien välistä konjugaatiota ei voi tapahtua, joten sukusoluja ei muodostu.
Kuvassa: muuli - aasin ja tamman steriili hybridi.
Tutkimuksen kohde - karyotyyppi
Ihmisen karyotyyppiä edustaa 46 kromosomia. Useimmissa tutkituissa lajeissa kromosomeja muodostavien yksittäisten DNA-molekyylien lukumäärä ytimessä on 12–50. Mutta poikkeuksiakin on. Hedelmäkärpäsellä Drosophila on 8 kromosomia solujen ytimissä, ja pienellä Lepidoptera-perheen edustajalla Lysandra diploidinen kromosomisarja on380.
Kompunoituneiden kromosomien elektronimikrokuva, jonka avulla voidaan arvioida niiden muoto ja koko, heijastaa karyotyyppiä. Karyotyypin analyysi osana geneettisen kriteerin tutkimusta sekä karyotyyppien vertailu keskenään auttaa määrittämään organismilajit.
Kun kaksi lajia on yksi
Katselukriteerien yhteinen piirre on, että ne eivät ole ehdottomia. Tämä tarkoittaa, että vain yhden niistä käyttäminen ei välttämättä riitä tarkkaan määritykseen. Organismit, jotka ovat ulkoisesti erottumattomia toisistaan, voivat olla eri lajien edustajia. Tässä morfologinen kriteeri tulee avuksi geneettiselle kriteerille. Kaksoisesimerkit:
- Nykyään tunnetaan kaksi musta rottalajia, jotka aiemmin tunnistettiin yhdeksi niiden ulkoisen identiteetin vuoksi.
- On olemassa ainakin 15 malariahyttyslajia, jotka voidaan erottaa vain sytogeneettisellä analyysillä.
- 17 Pohjois-Amerikasta löydetty sirkat, jotka ovat geneettisesti erilaisia, mutta fenotyyppisesti sukua samalle lajille.
- Kaikista lintulajeista uskotaan olevan 5 % kaksosia, joiden tunnistamiseen on käytettävä geneettistä kriteeriä.
- Sekaannukset vuoristoeläinten systematiikasta on eliminoitu karyologisen analyysin ansiosta. Kolme erilaista karyotyyppiä on tunnistettu (2n=54 mufloneille, 56 argalille ja argalille ja 58 kromosomia urialeille).
Yhdellä mustalla rotalla on 42 kromosomia, toisen karyotyyppiä edustaa 38 DNA-molekyyliä.
Kun yksi näkymä on kuin kaksi
Lajiryhmille, joilla on laaja levinneisyysalue ja yksilöiden lukumäärä, kun niiden sisällä toimii maantieteellinen eristyneisyys tai yksilöillä on laaja ekologinen valenssi, eri karyotyyppisten yksilöiden läsnäolo on ominaista. Tällainen ilmiö on toinen muunnelma poikkeuksista lajin geneettisessä kriteerissä.
Esimerkkejä kromosomaalisesta ja genomisesta polymorfismista ovat yleisiä kaloissa:
- kirjolohen kromosomien lukumäärä vaihtelee 58:sta 64:ään;
- kaksi karyomorfia, joissa on 52 ja 54 kromosomia, löydetty Valkomeren silakasta;
- 50 kromosomin diploidisella sarjalla hopeakarppien eri populaatioiden edustajilla on 100 (tetraploidi), 150 (heksaploidi), 200 (oktaploidi) kromosomia.
Polyploidisia muotoja löytyy sekä kasveista (vuohenpaju) että hyönteisistä (kärsäkäristä). Huonehiirillä ja gerbiileillä voi olla eri määrä kromosomeja, ei diploidijoukon kerrannaisia.
Karyotyyppiset kaksoset
Eri luokkien ja tyyppien edustajilla voi olla karyotyyppejä, joissa on sama määrä kromosomeja. Tällaisia yhteensattumia on paljon enemmän samojen perheiden ja sukujen edustajien keskuudessa:
- Gorillat, orangut ja simpanssit ovat 48 kromosomin karyotyyppiä. Ulkonäöltään eroja ei määritellä, tässä sinun on verrattava nukleotidien järjestystä.
- Pieniä eroja Pohjois-Amerikan ja Euroopan biisonin karyotyypeissä. Molemmilla on 60 kromosomia diploidisessa sarjassa. Ne määritetään samalle lajille, jos ne analysoidaan vain geneettisten kriteerien perusteella.
- Esimerkkejä geneettisistä kaksosista löytyy myös kasveista, erityisesti perheistä. Pajujen joukossaon jopa mahdollista saada lajien välisiä hybridejä.
Tällaisten lajien geneettisen materiaalin hienovaraisten erojen paljastamiseksi on tarpeen määrittää geenien sekvenssi ja järjestys, jossa ne ovat mukana.
Mutaatioiden vaikutus kriteerin analyysiin
Karyotyyppisten kromosomien lukumäärä voi muuttua genomisten mutaatioiden – aneuploidia tai euploidia – seurauksena.
Kun karyotyypissä esiintyy aneuploidiaa, ilmaantuu yksi tai useampi lisäkromosomi, ja kromosomien lukumäärä voi myös olla pienempi kuin täysimittaisella yksilöllä. Syynä tähän rikkomukseen on kromosomien hajoamattomuus sukusolujen muodostumisvaiheessa.
Kuvassa on esimerkki ihmisen aneuploidiasta (Downin oireyhtymä).
Tsygootit, joissa on pienempi määrä kromosomeja, eivät yleensä ala murskata. Ja polysomiset organismit (joilla on "ylimääräisiä" kromosomeja) voivat hyvinkin olla elinkelpoisia. Trisomian (2n+1) tai pentasomian (2n+3) tapauksessa pariton lukumäärä kromosomeja osoittaa poikkeavuuden. Tetrasomia (2n+2) voi johtaa todelliseen virheeseen lajin määrittämisessä geneettisten kriteerien perusteella.
| Mutaatio | Mutaation olemus | Vaikutus lajin geneettiseen kriteeriin |
| Tetrasomia | Karyotyypissä on ylimääräinen kromosomipari tai kaksi ei-homologista ylimääräistä kromosomia. | Pelkästään tällä kriteerillä analysoituna organismilla voidaan luokitella yksi kromosomipari lisää. |
| Tetraploidia | Karyotyypissäkustakin parista on neljä kromosomia kahden sijaan. | Organismi voidaan liittää toiseen lajiin saman lajin polyploidisen lajikkeen sijasta (kasveissa). |
Karyotyypin lisääntyminen - polyploidia - voi myös johtaa tutkijaa harhaan, kun mutanttikaryotyyppi on useiden diploidisten kromosomisarjojen summa.
Ehdon monimutkaisuus: vaikea DNA
DNA-juosteen halkaisija kiertymättömässä tilassa on 2 nm. Geneettinen kriteeri määrittää karyotyypin solun jakautumista edeltävällä jaksolla, jolloin ohuet DNA-molekyylit toistuvasti kiertyvät (tiivistyvät) ja edustavat tiheitä sauvamaisia rakenteita - kromosomeja. Kromosomin keskimääräinen paksuus on 700 nm.
Koulujen ja yliopistojen laboratoriot on yleensä varustettu pienellä suurennuksella (8-100) olevilla mikroskoopeilla, joista ei ole mahdollista nähdä karyotyypin yksityiskohtia. Lisäksi valomikroskoopin erotuskyky mahdollistaa millä tahansa, jopa suurimmalla suurennuksella, nähdä esineitä, jotka ovat vähintään puolet lyhimmän valoaallon pituudesta. Pienin aallonpituus on violettien a altojen (400 nm). Tämä tarkoittaa, että pienin valomikroskoopissa näkyvä kohde on alkaen 200 nm.
On käynyt ilmi, että värjäytynyt dekondensoitunut kromatiini näyttää sameilta alueilta ja kromosomit näkyvät ilman yksityiskohtia. Elektronimikroskoopilla, jonka resoluutio on 0,5 nm, voit selvästi nähdä ja verrata erilaisia karyotyyppejä. Kun otetaan huomioon rihmamaisen DNA:n paksuus (2 nm), se on selvästi erotettavissa tällaisen laitteen alla.
Sytogeneettinen kriteeri koulussa
Yllä kuvatuista syistä mikrovalmisteiden käyttö laboratoriotyössä lajin geneettisen kriteerin mukaan ei ole tarkoituksenmukaista. Tehtävissä voit käyttää elektronimikroskoopilla saatuja valokuvia kromosomeista. Valokuvassa työskentelyn helpottamiseksi yksittäiset kromosomit yhdistetään homologisiksi pareiksi ja järjestetään järjestykseen. Tällaista kaaviota kutsutaan karyogrammiksi.
Esimerkkilaboratoriotehtävä
Tehtävä. Harkitse annettuja valokuvia karyotyypeistä, vertaa niitä ja tee johtopäätös yksilöiden kuulumisesta yhteen tai kahteen lajiin.
Kuvia karyotyypeistä laboratoriovertailua varten.
Tehtävän parissa työskenteleminen. Laske kromosomien kokonaismäärä kussakin karyotyyppikuvassa. Jos ne täsmäävät, vertaa niitä ulkonäöltään. Jos karyogrammia ei esitetä, etsi molemmista kuvista lyhin ja pisin keskipituisista kromosomeista, vertaa niitä sentromeerien koon ja sijainnin mukaan. Tee johtopäätös karyotyyppien erosta/samank altaisuudesta.
Vastaukset tehtävään:
- Jos kromosomien lukumäärä, koko ja muoto täsmäävät, niin ne kaksi yksilöä, joiden geneettinen materiaali esitetään tutkittavaksi, kuuluvat samaan lajiin.
- Jos kromosomien lukumäärä on kaksi kertaa erilainen ja molemmissa kuvissa on samankokoisia ja -muotoisia kromosomeja, yksilöt ovat todennäköisesti saman lajin edustajia. Nämä ovat diploidisia ja tetraploidisia karyotyyppejä.muoto.
- Jos kromosomien lukumäärä ei ole sama (se eroaa yhdellä tai kahdella), mutta yleensä molempien karyotyyppien kromosomien muoto ja koko ovat samat, puhumme kromosomien normaaleista ja mutanteista muodoista. sama laji (aneuploidian ilmiö).
- Jos kromosomeja on eri määrä sekä koon ja muodon ominaisuudet eivät vastaa toisiaan, kriteeri lukee esitellyt yksilöt kahteen eri lajiin.
Tulokkeessa on ilmoitettava, onko yksilöiden lajit mahdollista määrittää geneettisen kriteerin (ja vain sen) perusteella.
Vastaus: se on mahdotonta, koska kaikki lajikriteerit, mukaan lukien geneettiset, sisältävät poikkeuksia ja voivat antaa virheellisen tuloksen määrityksestä. Tarkkuus voidaan taata vain soveltamalla lomakkeen kriteerejä.
