Genetski (citogenetski) kriterij vrste, zajedno s ostalima, koristi se za razlikovanje elementarnih sustavnih skupina, za analizu stanja vrste. U ovom članku razmotrit ćemo karakteristike kriterija, kao i poteškoće s kojima se istraživač može susresti prilikom njegove primjene.
Što je pogled
U različitim granama biološke znanosti, vrsta je definirana na svoj način. Iz evolucijske perspektive, možemo reći da je vrsta skup jedinki koje imaju sličnosti u vanjskoj strukturi i unutarnjoj organizaciji, fiziološkim i biokemijskim procesima, sposobne za neograničeno križanje, ostavljajući plodno potomstvo i genetski izolirane od sličnih skupina.
Vrstu može predstavljati jedna ili više populacija i, sukladno tome, imati cijeli ili raščlanjen raspon (područje staništa/vodno područje)
Nomenklatura vrsta
Svaka vrsta ima svoje ime. U skladu s 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 kriterijem vrste na temelju analize kariotipa.
Zašto su vrsti potrebni kriteriji
Carl Linnaeus, koji je prvi dao moderna imena i opisao mnoge vrste živih organizama, smatrao ih je nepromijenjenim i nepromjenjivim. Odnosno, svi pojedinci odgovaraju jednoj slici vrste, a svako odstupanje od nje je greška u utjelovljenju ideje vrste.
Od prve polovice 19. stoljeća, Charles Darwin i njegovi sljedbenici potkrepljuju potpuno drugačiji koncept vrste. U skladu s tim, vrsta je promjenjiva, heterogena i uključuje prijelazne oblike. Konstantnost vrste je relativna, ovisi o varijabilnosti uvjeta okoliša. Osnovna jedinica postojanja vrste je populacija. Reproduktivno se razlikuje i zadovoljava genetske kriterije vrste.
S obzirom na heterogenost pojedinaca iste vrste, znanstvenicima može biti teško odrediti vrstu organizama ili ih rasporediti između sustavnih skupina.
Morfološki i genetski kriteriji vrste, biokemijski, fiziološki, geografski, ekološki, bihevioralni (etološki) - sve tokompleksa razlika među vrstama. Oni određuju izoliranost sustavnih skupina, njihovu reprodukcijsku diskretnost. I mogu se koristiti za razlikovanje jedne vrste od druge, za utvrđivanje stupnja njihovog odnosa i položaja u biološkom sustavu.
Karakterizacija genetskog kriterija vrste
Suština ove osobine je da svi pojedinci iste vrste imaju isti kariotip.
Kariotip je vrsta kromosomske "putovnice" organizma, određen je brojem kromosoma prisutnih u zrelim somatskim stanicama tijela, njihovom veličinom i strukturnim značajkama:
- omjer duljine kraka kromosoma;
- položaj centromera u njima;
- prisutnost sekundarnih suženja i satelita.
Pojedinci koji pripadaju različitim vrstama neće se moći križati. 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 kromosoma, pa se gamete ne formiraju.
Na fotografiji: mazga - sterilni hibrid magarca i kobile.
Predmet proučavanja - kariotip
Ljudski kariotip je predstavljen sa 46 kromosoma. U većini proučavanih vrsta, broj pojedinačnih molekula DNA u jezgri koje tvore kromosome nalazi se u rasponu od 12 do 50. Ali postoje iznimke. Vinska mušica Drosophila ima 8 kromosoma u jezgri stanica, a u malog predstavnika porodice Lepidoptera Lysandra diploidni kromosomski skup je380.
Elektronska mikrofotografija kondenziranih kromosoma, koja omogućuje procjenu njihovog oblika i veličine, odražava kariotip. Analiza kariotipa kao dio proučavanja genetskog kriterija, kao i međusobna usporedba kariotipa, pomaže u određivanju vrste organizama.
Kada su dvije vrste jedna
Zajednička značajka kriterija pregleda je da nisu apsolutni. To znači da uporaba samo jednog od njih možda neće biti dovoljna za točno određivanje. Organizmi koji se izvana međusobno ne razlikuju mogu biti predstavnici različitih vrsta. Ovdje morfološki kriterij dolazi u pomoć genetskom kriteriju. Dvostruki primjeri:
- Danas su poznate dvije vrste crnih štakora, koje su prije bile identificirane kao jedna zbog njihovog vanjskog identiteta.
- Postoji najmanje 15 vrsta malarijskih komaraca koje se mogu razlikovati samo citogenetskom analizom.
- 17 vrsta cvrčaka pronađenih u Sjevernoj Americi koje su genetski različite, ali fenotipski povezane s 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 otklonjena je zahvaljujući kariološkoj analizi. Identificirane su tri varijante kariotipa (2n=54 za muflone, 56 za argale i argale i 58 kromosoma za urijale).
Jedna vrsta crnog štakora ima 42 kromosoma, kariotip druge predstavlja 38 DNK molekula.
Kada je jedan pogled kao dva
Za skupine vrsta s velikim područjem rasprostranjenja i broja jedinki, kada unutar njih djeluje geografska izolacija ili jedinke imaju široku ekološku valenciju, karakteristična je prisutnost jedinki s različitim kariotipovima. Takav je fenomen još jedna varijanta izuzetaka u genetskom kriteriju vrste.
Primjeri kromosomskog i genomskog polimorfizma česti su u ribama:
- u kalifornijskoj pastrvi, broj kromosoma varira od 58 do 64;
- dva kariomorfa, s 52 i 54 kromosoma, pronađena u haringi Bijelog mora;
- sa diploidnim skupom od 50 kromosoma, predstavnici različitih populacija tolstolobika imaju 100 (tetraploidi), 150 (heksaploidi), 200 (oktaploidi) kromosoma.
Poliploidni oblici nalaze se i u biljkama (kozja vrba) i u kukcima (žižak). Kućni miševi i gerbili mogu imati različite brojeve kromosoma, a ne višestruki od diploidnog skupa.
kariotipski blizanci
Predstavnici različitih klasa i tipova mogu imati kariotipove s istim brojem kromosoma. Mnogo je više takvih podudarnosti među predstavnicima istih obitelji i rodova:
- Gorile, orangutani i čimpanze imaju kariotip od 48 kromosoma. U izgledu, razlike nisu određene, ovdje trebate usporediti redoslijed nukleotida.
- Male razlike u kariotipovima sjevernoameričkog i europskog bizona. Oba imaju 60 kromosoma u diploidnom skupu. Oni će biti dodijeljeni istoj vrsti ako se analiziraju samo prema genetskim kriterijima.
- Primjeri genetskih blizanaca također se nalaze među biljkama, posebno unutar obitelji. Među vrbamamoguće je čak dobiti i međuvrsne hibride.
Da bi se otkrile suptilne razlike u genetskom materijalu kod takvih vrsta, potrebno je odrediti slijed gena i redoslijed u kojem su uključeni.
Utjecaj mutacija na analizu kriterija
Broj kromosoma kariotipa može se promijeniti kao rezultat genomskih mutacija - aneuploidije ili euploidije.
Kada se u kariotipu pojavi aneuploidija, pojavljuje se jedan ili više dodatnih kromosoma, a broj kromosoma također može biti manji od broja punopravnog pojedinca. Razlog za ovo kršenje je nerazdvajanje kromosoma u fazi formiranja gameta.
Slika prikazuje primjer ljudske aneuploidije (Downov sindrom).
Zigoti sa smanjenim brojem kromosoma u pravilu se ne počnu drobiti. I polisomični organizmi (s "dodatnim" kromosomima) mogu biti održivi. U slučaju trisomije (2n+1) ili pentasomije (2n+3), neparan broj kromosoma će ukazivati na anomaliju. Tetrasomija (2n+2) može dovesti do stvarne pogreške u određivanju vrste prema genetskim kriterijima.
| Mutacija | Suština mutacije | Utjecaj na genetski kriterij vrste |
| Tetrasomija | U kariotipu je prisutan dodatni par kromosoma ili dva nehomologna dodatna kromosoma. | Kada se analizira samo po ovom kriteriju, organizam se može klasificirati kao da ima još jedan par kromosoma. |
| Tetraploidy | U kariotipupostoje četiri kromosoma iz svakog para umjesto dva. | Organizam se može pripisati drugoj vrsti umjesto poliploidnom kultivaru iste vrste (u biljkama). |
Množenje kariotipa - poliploidija - također može dovesti u zabludu istraživača kada je mutantni kariotip zbroj nekoliko diploidnih skupova kromosoma.
Složenost kriterija: nedostižna DNK
Promjer lanca DNA u neupletenom stanju je 2 nm. Genetski kriterij određuje kariotip u razdoblju koje prethodi diobi stanice, kada se tanke molekule DNA više puta spiraliziraju (kondenziraju) i predstavljaju guste štapićaste strukture – kromosome. Prosječna debljina kromosoma je 700 nm.
Školski i sveučilišni laboratoriji obično su opremljeni mikroskopima s malim povećanjem (od 8 do 100), u njima nije moguće vidjeti detalje kariotipa. Snaga razlučivanja svjetlosnog mikroskopa, osim toga, omogućuje pri svakom, čak i najvećem povećanju, da se vide objekti ne manji od polovice duljine najkraćeg svjetlosnog vala. Najmanja valna duljina je za ljubičaste valove (400 nm). To znači da će najmanji objekt vidljiv u svjetlosnom mikroskopu biti od 200 nm.
Ispostavilo se da će obojeni dekondenzirani kromatin izgledati kao mutna područja, a kromosomi će biti vidljivi bez detalja. Elektronski mikroskop razlučivosti od 0,5 nm omogućuje vam da jasno vidite i usporedite različite kariotipove. Uzimajući u obzir debljinu filamentne DNK (2 nm), ona će se pod takvim uređajem jasno razlikovati.
Citogenetski kriterij u školi
Iz gore opisanih razloga uporaba mikropreparata u laboratorijskom radu prema genetskom kriteriju vrste je neprikladna. U zadacima možete koristiti fotografije kromosoma dobivene pod elektronskim mikroskopom. Radi praktičnosti rada na fotografiji, pojedinačni kromosomi su kombinirani u homologne parove i poredani po redu. Takva shema naziva se kariogram.
Primjer laboratorijskog zadatka
Dodatak. Razmotrite dane fotografije kariotipova, usporedite ih i donesite zaključak o pripadnosti jedinki jednoj ili dvije vrste.
Fotografije kariotipova za laboratorijsku usporedbu.
Rad na zadatku. Izbrojite ukupan broj kromosoma na svakoj fotografiji kariotipa. Ako se podudaraju, usporedite ih po izgledu. Ako nije prikazan kariogram, pronađite najkraći i najduži među kromosomima srednje duljine na obje slike, usporedite ih prema veličini i položaju centromera. Donesite zaključak o razlici/sličnosti kariotipova.
Odgovori na zadatak:
- Ako se broj, veličina i oblik kromosoma podudaraju, tada dvije individue čiji je genetski materijal predstavljen za proučavanje pripadaju istoj vrsti.
- Ako je broj kromosoma dva puta različit, a na obje fotografije se nalaze kromosomi iste veličine i oblika, onda su najvjerojatnije jedinke predstavnici iste vrste. To će biti diploidni i tetraploidni kariotipovi.obrazac.
- Ako broj kromosoma nije isti (razlikuje se za jedan ili dva), ali su općenito oblik i veličina kromosoma oba kariotipa isti, govorimo o normalnim i mutantnim oblicima ista vrsta (fenomen aneuploidije).
- Uz različit broj kromosoma, kao i nepodudarnost karakteristika veličine i oblika, kriterij će prikazane jedinke pripisati dvije različite vrste.
U izlazu je potrebno naznačiti je li moguće odrediti vrstu jedinki na temelju genetskog kriterija (i samo njega).
Odgovor: to je nemoguće, budući da bilo koji kriterij vrste, uključujući genetski, ima iznimke i može dati pogrešan rezultat određivanja. Točnost se može jamčiti samo primjenom skupa kriterija obrasca.
