Genetisch (cytogenetisch) soortcriterium, samen met andere, wordt gebruikt om elementaire systematische groepen te onderscheiden, om de toestand van een soort te analyseren. In dit artikel zullen we de kenmerken van het criterium beschouwen, evenals de moeilijkheden die een onderzoeker kan tegenkomen bij het toepassen ervan.
Wat is een uitzicht
In verschillende takken van de biologische wetenschap wordt de soort op zijn eigen manier gedefinieerd. Vanuit een evolutionair perspectief kunnen we zeggen dat een soort een verzameling individuen is met overeenkomsten in externe structuur en interne organisatie, fysiologische en biochemische processen, in staat tot onbeperkt kruisen, vruchtbare nakomelingen achterlatend en genetisch geïsoleerd van vergelijkbare groepen.
Een soort kan worden vertegenwoordigd door een of meerdere populaties en dienovereenkomstig een geheel of ontleed verspreidingsgebied hebben (habitatgebied/watergebied)
Soortennomenclatuur
Elke soort heeft zijn eigen naam. In overeenstemming met de regels van de binaire nomenclatuur, bestaat het uit twee woorden: een zelfstandig naamwoord en een bijvoeglijk naamwoord. Het zelfstandig naamwoord is de generieke naam en het bijvoeglijk naamwoord is de specifieke naam. In de naam "Dandelion officinalis" is de soort "officinalis" bijvoorbeeld een van de vertegenwoordigers van de planten van het geslacht "Dandelion".
Individuen van verwante soorten binnen het geslacht hebben enkele verschillen in uiterlijk, fysiologie en ecologische voorkeuren. Maar als ze te veel op elkaar lijken, wordt hun soortrelatie bepaald door het genetische criterium van de soort op basis van de analyse van karyotypen.
Waarom een soort criteria nodig heeft
Carl Linnaeus, die de eerste was die moderne namen gaf en vele soorten levende organismen beschreef, beschouwde ze als onveranderd en niet-variabel. Dat wil zeggen, alle individuen komen overeen met het beeld van een enkele soort, en eventuele afwijkingen daarvan zijn een fout in de belichaming van het soortidee.
Sinds de eerste helft van de 19e eeuw hebben Charles Darwin en zijn volgelingen een heel ander soortconcept onderbouwd. In overeenstemming hiermee is de soort veranderlijk, heterogeen en omvat overgangsvormen. De constantheid van de soort is relatief, het hangt af van de variabiliteit van de omgevingsomstandigheden. De elementaire bestaanseenheid van een soort is een populatie. Het is reproductief verschillend en voldoet aan de genetische criteria van de soort.
Gezien de heterogeniteit van individuen van dezelfde soort, kan het voor wetenschappers moeilijk zijn om de soorten organismen te bepalen of ze over systematische groepen te verdelen.
Morfologische en genetische criteria van de soort, biochemische, fysiologische, geografische, ecologische, gedragsmatige (ethologische) - dit allescomplexen van verschillen tussen soorten. Ze bepalen de isolatie van systematische groepen, hun reproductieve discretie. En ze kunnen worden gebruikt om de ene soort van de andere te onderscheiden, om de mate van hun verwantschap en positie in het biologische systeem vast te stellen.
Karakterisering van het genetische criterium van de soort
De essentie van deze eigenschap is dat alle individuen van dezelfde soort hetzelfde karyotype hebben.
Een karyotype is een soort chromosomaal "paspoort" van een organisme, het wordt bepaald door het aantal chromosomen dat aanwezig is in rijpe lichaamscellen van het lichaam, hun grootte en structurele kenmerken:
- verhouding van chromosoomarmlengte;
- de positie van de centromeren daarin;
- de aanwezigheid van secundaire vernauwingen en satellieten.
Individuen die tot verschillende soorten behoren, kunnen niet met elkaar kruisen. Zelfs als het mogelijk is om nakomelingen te krijgen, zoals bij een ezel en een paard, een tijger en een leeuw, dan zullen interspecifieke hybriden niet vruchtbaar zijn. Dit komt omdat de helften van het genotype niet hetzelfde zijn en conjugatie tussen chromosomen niet kan plaatsvinden, dus gameten worden niet gevormd.
Op de foto: een muilezel - een steriele hybride van een ezel en een merrie.
Object van studie - karyotype
Mens karyotype wordt vertegenwoordigd door 46 chromosomen. Bij de meeste onderzochte soorten v alt het aantal individuele DNA-moleculen in de kern die chromosomen vormen binnen het bereik van 12 tot 50. Maar er zijn uitzonderingen. De fruitvlieg Drosophila heeft 8 chromosomen in de celkernen en in een kleine vertegenwoordiger van de Lepidoptera-familie Lysandra is de diploïde chromosomenset380.
De elektronenmicrofoto van gecondenseerde chromosomen, die het mogelijk maakt om hun vorm en grootte te evalueren, weerspiegelt het karyotype. Analyse van het karyotype als onderdeel van de studie van het genetische criterium, evenals vergelijking van karyotypen met elkaar, helpt bij het bepalen van de soorten organismen.
Als twee soorten één zijn
Het gemeenschappelijke kenmerk van weergavecriteria is dat ze niet absoluut zijn. Dit betekent dat het gebruik van slechts één ervan mogelijk niet voldoende is voor een nauwkeurige bepaling. Organismen die uiterlijk niet van elkaar te onderscheiden zijn, kunnen vertegenwoordigers zijn van verschillende soorten. Hier komt het morfologische criterium het genetische criterium te hulp. Dubbele voorbeelden:
- Tegenwoordig zijn er twee soorten zwarte ratten bekend, die eerder als één werden geïdentificeerd vanwege hun externe identiteit.
- Er zijn minstens 15 soorten malariamuggen die alleen kunnen worden onderscheiden door cytogenetische analyse.
- 17 soorten krekels gevonden in Noord-Amerika die genetisch verschillend zijn maar fenotypisch verwant aan dezelfde soort.
- Er wordt aangenomen dat er onder alle vogelsoorten 5% tweelingen zijn, voor de identificatie waarvan het noodzakelijk is om een genetisch criterium toe te passen.
- Verwarring in de systematiek van bergdieren is geëlimineerd dankzij karyologische analyse. Er zijn drie soorten karyotypen geïdentificeerd (2n=54 voor moeflons, 56 voor argali en argali en 58 chromosomen voor urials).
De ene soort zwarte rat heeft 42 chromosomen, het karyotype van de andere wordt vertegenwoordigd door 38 DNA-moleculen.
Als één weergave twee is
Voor soortengroepen met een groot gebied van het verspreidingsgebied en het aantal individuen, wanneer geografische isolatie binnen hen opereert of individuen een brede ecologische valentie hebben, is de aanwezigheid van individuen met verschillende karyotypen kenmerkend. Een dergelijk fenomeen is een andere variant van uitzonderingen in het genetische criterium van de soort.
Voorbeelden van chromosomaal en genomisch polymorfisme komen veel voor bij vissen:
- in regenboogforel varieert het aantal chromosomen van 58 tot 64;
- twee karyomorfen, met 52 en 54 chromosomen, gevonden in Witte Zeeharing;
- met een diploïde set van 50 chromosomen hebben vertegenwoordigers van verschillende populaties zilverkarpers 100 (tetraploïden), 150 (hexaploïden), 200 (octaploïden) chromosomen.
Polyploïde vormen komen voor in zowel planten (geitenwilg) als insecten (kevers). Huismuizen en gerbils kunnen verschillende aantallen chromosomen hebben, geen veelvoud van de diploïde set.
Karyotype tweeling
Vertegenwoordigers van verschillende klassen en typen kunnen karyotypen hebben met hetzelfde aantal chromosomen. Er zijn veel meer van dergelijke toevalligheden onder vertegenwoordigers van dezelfde families en geslachten:
- Gorilla's, orang-oetans en chimpansees hebben een 48-chromosoom karyotype. Qua uiterlijk zijn de verschillen niet bepaald, hier moet je de volgorde van nucleotiden vergelijken.
- Kleine verschillen in de karyotypen van Noord-Amerikaanse bizons en Europese bizons. Beide hebben 60 chromosomen in een diploïde set. Ze worden toegewezen aan dezelfde soort als ze alleen worden geanalyseerd op basis van genetische criteria.
- Voorbeelden van genetische tweelingen worden ook gevonden bij planten, vooral binnen families. Tussen de wilgenhet is zelfs mogelijk om interspecifieke hybriden te verkrijgen.
Om subtiele verschillen in het genetisch materiaal van dergelijke soorten aan het licht te brengen, is het noodzakelijk om de volgorde van genen te bepalen en de volgorde waarin ze zijn opgenomen.
Invloed van mutaties op de analyse van het criterium
Het aantal karyotype-chromosomen kan worden gewijzigd als gevolg van genomische mutaties - aneuploïdie of euploïdie.
Wanneer aneuploïdie optreedt in het karyotype, verschijnen een of meer extra chromosomen en kan het aantal chromosomen ook minder zijn dan dat van een volwaardig individu. De reden voor deze overtreding is de niet-disjunctie van chromosomen in het stadium van gametenvorming.
De afbeelding toont een voorbeeld van menselijke aneuploïdie (syndroom van Down).
Zygoten met een verminderd aantal chromosomen beginnen in de regel niet te verpletteren. En polysomische organismen (met "extra" chromosomen) kunnen heel goed levensvatbaar zijn. Bij trisomie (2n+1) of pentasomie (2n+3) wijst een oneven aantal chromosomen op een afwijking. Tetrasomie (2n+2) kan leiden tot een feitelijke fout bij het bepalen van de soort op basis van genetische criteria.
| Mutatie | Essentie van mutatie | Invloed op het genetische criterium van de soort |
| Tetrasomie | Een extra paar chromosomen of twee niet-homologe extra chromosomen zijn aanwezig in het karyotype. | Als het alleen op basis van dit criterium wordt geanalyseerd, kan een organisme worden geclassificeerd als een organisme met nog een paar chromosomen. |
| Tetraploïdie | In het karyotypeer zijn vier chromosomen van elk paar in plaats van twee. | Een organisme kan worden toegewezen aan een andere soort in plaats van een polyploïde cultivar van dezelfde soort (in planten). |
Karyotype-vermenigvuldiging - polyploïdie - kan de onderzoeker ook misleiden wanneer het gemuteerde karyotype de som is van verschillende diploïde sets chromosomen.
Criteriumcomplexiteit: ongrijpbaar DNA
De diameter van de DNA-streng in de niet-gedraaide toestand is 2 nm. Het genetische criterium bepa alt het karyotype in de periode voorafgaand aan de celdeling, wanneer dunne DNA-moleculen herhaaldelijk spiraliseren (condenseren) en dichte staafvormige structuren vertegenwoordigen - chromosomen. De gemiddelde dikte van een chromosoom is 700 nm.
School- en universiteitslaboratoria zijn meestal uitgerust met microscopen met een lage vergroting (van 8 tot 100), het is niet mogelijk om de details van het karyotype erin te zien. Het oplossend vermogen van een lichtmicroscoop maakt het bovendien mogelijk om bij elke, zelfs de hoogste vergroting, objecten te zien die niet minder zijn dan de helft van de lengte van de kortste lichtgolf. De kleinste golflengte is voor violette golven (400 nm). Dit betekent dat het kleinste object dat zichtbaar is in een lichtmicroscoop vanaf 200 nm zal zijn.
Het blijkt dat het gekleurde gedecondenseerde chromatine eruit zal zien als troebele gebieden en dat de chromosomen zichtbaar zullen zijn zonder details. Met een elektronenmicroscoop met een resolutie van 0,5 nm kun je verschillende karyotypen duidelijk zien en vergelijken. Gezien de dikte van filamenteus DNA (2 nm), zal het duidelijk te onderscheiden zijn onder een dergelijk apparaat.
Cytogenetisch criterium op school
Om de hierboven beschreven redenen is het gebruik van micropreparaten in laboratoriumwerk volgens het genetische criterium van de soort ongepast. In taken kunt u foto's van chromosomen gebruiken die zijn verkregen onder een elektronenmicroscoop. Voor het gemak van het werken op de foto, worden individuele chromosomen gecombineerd tot homologe paren en in volgorde gerangschikt. Zo'n schema wordt een karyogram genoemd.
Voorbeeld lab opdracht
Opdracht. Bekijk de gegeven foto's van karyotypen, vergelijk ze en trek een conclusie over het behoren van individuen tot een of twee soorten.
Foto's van karyotypes voor laboratoriumvergelijking.
Bezig met een taak. Tel het totale aantal chromosomen in elke karyotype-foto. Als ze overeenkomen, vergelijk ze dan qua uiterlijk. Als er geen karyogram wordt gepresenteerd, zoek dan de kortste en langste van de chromosomen van gemiddelde lengte in beide afbeeldingen, vergelijk ze op basis van de grootte en locatie van de centromeren. Maak een conclusie over het verschil/overeenkomst van karyotypes.
Antwoorden op de taak:
- Als het aantal, de grootte en de vorm van de chromosomen overeenkomen, dan behoren de twee individuen van wie het genetische materiaal wordt aangeboden voor onderzoek tot dezelfde soort.
- Als het aantal chromosomen twee keer anders is, en in beide foto's zijn er chromosomen van dezelfde grootte en vorm, dan zijn de individuen hoogstwaarschijnlijk vertegenwoordigers van dezelfde soort. Dit zullen diploïde en tetraploïde karyotypen zijn.formulier.
- Als het aantal chromosomen niet hetzelfde is (het verschilt met één of twee), maar in het algemeen de vorm en grootte van de chromosomen van beide karyotypen hetzelfde zijn, hebben we het over normale en mutante vormen van de dezelfde soort (fenomeen van aneuploïdie).
- Met een verschillend aantal chromosomen, evenals een mismatch in de kenmerken van grootte en vorm, zal het criterium de gepresenteerde individuen toeschrijven aan twee verschillende soorten.
In de output moet worden aangegeven of het mogelijk is om de soort van individuen te bepalen op basis van het genetische criterium (en alleen dat).
Antwoord: het is onmogelijk, aangezien elk soortcriterium, inclusief genetisch, uitzonderingen heeft en een foutief resultaat van de bepaling kan geven. Nauwkeurigheid kan alleen worden gegarandeerd door een reeks criteria van het formulier toe te passen.
