Genetski (citogenetski) kriterij vrste se skupaj z drugimi uporablja za razlikovanje elementarnih sistematičnih skupin, za analizo stanja vrste. V tem članku bomo obravnavali značilnosti merila, pa tudi težave, s katerimi se lahko sreča raziskovalec pri njegovi uporabi.
Kaj je pogled
V različnih vejah biološke znanosti je vrsta opredeljena na svoj način. Z evolucijske perspektive lahko rečemo, da je vrsta skupek posameznikov, ki imajo podobnosti v zunanji strukturi in notranji organizaciji, fizioloških in biokemičnih procesih, ki so sposobni neomejenega križanja, puščajo plodne potomce in genetsko izolirane iz podobnih skupin.
Vrsto lahko predstavlja ena ali več populacij in ima v skladu s tem celotno ali razčlenjeno območje (habitatno območje/vodno območje)
Nomenklatura vrst
Vsaka vrsta ima svoje ime. V skladu s pravili binarne nomenklature je sestavljen iz dveh besed: samostalnika in pridevnika. Samostalnik je generično ime, pridevnik pa specifično ime. Na primer, v imenu "Regrat officinalis" je vrsta "officinalis" eden od predstavnikov rastlin iz rodu "Regrat".
Posamezniki sorodnih vrst znotraj rodu imajo nekaj razlik v videzu, fiziologiji in ekoloških preferencah. Če pa sta si preveč podobna, potem je njihova vrstna pripadnost določena z genetskim kriterijem vrste na podlagi analize kariotipov.
Zakaj vrsta potrebuje merila
Carl Linnaeus, ki je prvi dal sodobna imena in opisal številne vrste živih organizmov, jih je smatral za nespremenjene in nespremenljive. To pomeni, da vsi posamezniki ustrezajo eni sami podobi vrste in kakršna koli odstopanja od nje so napaka pri utelešenju ideje vrste.
Od prve polovice 19. stoletja Charles Darwin in njegovi privrženci utemeljujejo povsem drugačen koncept vrste. V skladu z njim je vrsta spremenljiva, heterogena in vključuje prehodne oblike. Konstantnost vrste je relativna, odvisna je od variabilnosti okoljskih razmer. Osnovna enota obstoja vrste je populacija. Reproduktivno se razlikuje in izpolnjuje genetska merila vrste.
Glede na heterogenost posameznikov iste vrste je lahko znanstvenikom težko določiti vrste organizmov ali jih razdeliti med sistematične skupine.
Morfološka in genetska merila vrste, biokemična, fiziološka, geografska, ekološka, vedenjska (etološka) - vse tokomplekse razlik med vrstami. Določajo izolacijo sistematičnih skupin, njihovo reproduktivno diskretnost. In jih je mogoče uporabiti za razlikovanje ene vrste od druge, za ugotavljanje stopnje njihovega razmerja in položaja v biološkem sistemu.
Opredelitev genetskega kriterija vrste
Bistvo te lastnosti je, da imajo vsi posamezniki iste vrste enak kariotip.
Kariotip je neke vrste kromosomski "potni list" organizma, ki ga določa število kromosomov, prisotnih v zrelih somatskih celicah telesa, njihova velikost in strukturne značilnosti:
- razmerje dolžine kromosomske roke;
- položaj centromer v njih;
- prisotnost sekundarnih zožitev in satelitov.
Posamezniki, ki pripadajo različnim vrstam, se ne bodo mogli križati. Tudi če je mogoče dobiti potomce, kot pri oslu in konju, tigru in levu, potem medvrstni hibridi ne bodo plodni. To je zato, ker polovice genotipa niso enake in konjugacija med kromosomi ne more priti, zato se gamete ne tvorijo.
Na fotografiji: mula - sterilni hibrid osla in kobile.
Predmet študije - kariotip
Človeški kariotip je predstavljen s 46 kromosomi. Pri večini preučenih vrst je število posameznih molekul DNK v jedru, ki tvorijo kromosome, v območju od 12 do 50. Vendar obstajajo izjeme. Sadna mušica Drosophila ima v jedrih celic 8 kromosomov, pri majhnem predstavniku družine Lepidoptera Lysandra pa je diploidni kromosomski niz380.
Elektronska mikrofotografija kondenziranih kromosomov, ki omogoča oceno njihove oblike in velikosti, odraža kariotip. Analiza kariotipa kot del študije genetskega kriterija, pa tudi primerjava kariotipov med seboj, pomaga določiti vrsto organizmov.
Ko sta dve vrsti ena
Skupna značilnost meril za ogled je, da niso absolutni. To pomeni, da uporaba samo enega od njih morda ne zadošča za natančno določitev. Organizmi, ki se navzven med seboj ne razlikujejo, so lahko predstavniki različnih vrst. Tu priskoči na pomoč morfološki kriterij genetskemu kriteriju. Dvojni primeri:
- Danes sta znani dve vrsti črnih podgan, ki sta bili prej opredeljeni kot ena zaradi zunanje identitete.
- Obstaja vsaj 15 vrst malarijskih komarjev, ki jih je mogoče razlikovati samo s citogenetsko analizo.
- 17 vrst čričkov, najdenih v Severni Ameriki, ki so genetsko različnih, a fenotipsko sorodnih z isto vrsto.
- Meni je, da je med vsemi vrstami ptic 5% dvojčkov, za identifikacijo katerih je treba uporabiti genetski kriterij.
- Zmeda v sistematiki gorskih goved je odpravljena zahvaljujoč kariološki analizi. Ugotovljene so bile tri vrste kariotipov (2n=54 za muflone, 56 za argale in argale ter 58 kromosomov za uriale).
Ena vrsta črne podgane ima 42 kromosomov, kariotip druge predstavlja 38 molekul DNK.
Ko je en pogled kot dva
Za skupine vrst z velikim območjem , kadar znotraj njih deluje geografska izolacija ali imajo posamezniki široko ekološko valenco, je značilna prisotnost osebkov z različnimi kariotipi. Takšen pojav je še ena različica izjem v genetskem kriteriju vrste.
Primeri kromosomskega in genomskega polimorfizma so pogosti pri ribah:
- pri šarenki se število kromosomov giblje od 58 do 64;
- dva kariomorfa z 52 in 54 kromosomi, najdena v sledu v Belem morju;
- z diploidnim naborom 50 kromosomov imajo predstavniki različnih populacij tolstolobika 100 (tetraploidi), 150 (heksaploidi), 200 (oktaploidi) kromosomov.
Poliploidne oblike najdemo tako v rastlinah (kozja vrba) kot v žuželkah (možki). Hišne miši in gerbili imajo lahko različno število kromosomov, ne večkratnika diploidnega niza.
dvojčki kariotipa
Predstavniki različnih razredov in tipov imajo lahko kariotipe z enakim številom kromosomov. Med predstavniki istih družin in rodov je veliko več takšnih naključij:
- Gorile, orangutani in šimpanzi imajo 48-kromosomski kariotip. Na videz razlike niso določene, tukaj morate primerjati vrstni red nukleotidov.
- Rahle razlike v kariotipih severnoameriškega in evropskega bizona. Oba imata 60 kromosomov v diploidnem nizu. Pripisani bodo isti vrsti, če bodo analizirani samo po genetskih merilih.
- Primeri genetskih dvojčkov najdemo tudi med rastlinami, zlasti v družinah. Med vrbemožno je celo pridobiti medvrstne hibride.
Da bi razkrili subtilne razlike v genskem materialu pri takih vrstah, je treba določiti zaporedje genov in vrstni red, v katerem so vključeni.
Vpliv mutacij na analizo kriterija
Število kromosomov kariotipa se lahko spremeni zaradi genomskih mutacij - aneuploidija ali evploidija.
Ko se v kariotipu pojavi aneuploidija, se pojavi en ali več dodatnih kromosomov, število kromosomov pa je lahko tudi manjše kot pri polnopravnem posamezniku. Razlog za to kršitev je neločitev kromosomov v fazi tvorbe gamete.
Slika prikazuje primer človeške aneuploidije (Downov sindrom).
Zigote z zmanjšanim številom kromosomov se praviloma ne začnejo drobiti. Polisomski organizmi (z "dodatnimi" kromosomi) so lahko sposobni preživeti. V primeru trisomije (2n+1) ali pentasomije (2n+3) bo liho število kromosomov kazalo na anomalijo. Tetrasomija (2n+2) lahko povzroči dejansko napako pri določanju vrste z genetskimi merili.
| Mutacija | Bistvo mutacije | Vpliv na genetski kriterij vrste |
| tetrasomija | V kariotipu je prisoten dodaten par kromosomov ali dva nehomologna dodatna kromosoma. | Če analiziramo samo to merilo, se lahko organizem razvrsti kot ima še en par kromosomov. |
| Tetraploidy | V kariotipuiz vsakega para so štirje kromosomi namesto dveh. | Organizem je mogoče pripisati drugi vrsti namesto poliploidnemu kultivarju iste vrste (v rastlinah). |
Množenje kariotipa - poliploidija - lahko tudi zavede raziskovalca, ko je mutantni kariotip vsota več diploidnih nizov kromosomov.
Zapletenost merila: neulovljiva DNK
Premer verige DNK v nezvitem stanju je 2 nm. Genetski kriterij določa kariotip v obdobju pred celično delitvijo, ko tanke molekule DNK večkrat spiralizirajo (kondenzirajo) in predstavljajo goste paličaste strukture – kromosome. Povprečna debelina kromosoma je 700 nm.
Šolski in univerzitetni laboratoriji so običajno opremljeni z mikroskopi z majhno povečavo (od 8 do 100), v njih ni mogoče videti podrobnosti kariotipa. Poleg tega ločljivost svetlobnega mikroskopa omogoča pri kateri koli, tudi največji povečavi, da vidite predmete, ki niso krajši od polovice dolžine najkrajšega svetlobnega vala. Najmanjša valovna dolžina je za vijolične valove (400 nm). To pomeni, da bo najmanjši predmet, viden v svetlobnem mikroskopu, od 200 nm.
Izkazalo se je, da bo obarvan dekondenzirani kromatin videti kot motna območja, kromosomi pa bodo vidni brez podrobnosti. Elektronski mikroskop z ločljivostjo 0,5 nm vam omogoča, da jasno vidite in primerjate različne kariotipe. Glede na debelino filamentne DNK (2 nm) jo bo pod takšno napravo jasno razločiti.
Citogenetski kriterij v šoli
Iz zgoraj opisanih razlogov je uporaba mikropreparatov pri laboratorijskem delu po genetskem kriteriju vrste neprimerna. Pri nalogah lahko uporabite fotografije kromosomov, pridobljene pod elektronskim mikroskopom. Za udobje dela na fotografiji so posamezni kromosomi združeni v homologne pare in razporejeni po vrstnem redu. Takšna shema se imenuje kariogram.
Primer laboratorijske naloge
Dodelitev. Oglejte si podane fotografije kariotipov, jih primerjajte in sklepajte o pripadnosti posameznikov eni ali dvema vrstama.
Fotografije kariotipov za primerjavo v laboratoriju.
Delo na nalogi. Preštejte skupno število kromosomov na vsaki fotografiji kariotipa. Če se ujemata, jih primerjajte po videzu. Če ni predstavljen kariogram, poiščite najkrajši in najdaljši med srednje dolgimi kromosomi na obeh slikah, ju primerjajte glede na velikost in lokacijo centromer. Naredite sklep o razliki/podobnosti kariotipov.
Odgovori na nalogo:
- Če se število, velikost in oblika kromosomov ujemajo, potem dva posameznika, katerih genski material je predstavljen za študij, pripadata isti vrsti.
- Če je število kromosomov dvakrat različno, na obeh fotografijah pa sta kromosoma enake velikosti in oblike, potem so najverjetneje posamezniki predstavniki iste vrste. To bodo diploidni in tetraploidni kariotipi.obrazec.
- Če število kromosomov ni enako (razlikuje se za enega ali dva), na splošno pa sta oblika in velikost kromosomov obeh kariotipov enaki, govorimo o normalnih in mutantnih oblikah ista vrsta (fenomen aneuploidije).
- Z različnim številom kromosomov ter neskladjem v značilnostih velikosti in oblike bo merilo predstavljene posameznike pripisalo dvema različnima vrstama.
V izpisu je treba navesti, ali je mogoče določiti vrsto osebkov na podlagi genetskega kriterija (in samo njega).
Odgovor: to je nemogoče, saj ima kateri koli kriterij vrste, vključno z genetskim, izjeme in lahko daje napačen rezultat določitve. Točnost je mogoče zagotoviti samo z uporabo niza meril obrazca.
