Genetické kritérium druhu: příklady, vlastnosti

Genetické (cytogenetické) kritérium druhu, spolu s ostatními, se používá k vymezení základních systematických skupin, k analýze stavu druhu. V tomto článku budeme zkoumat charakteristiku kritéria a složitost, s níž může být konfrontován výzkumný pracovník, který jej uplatňuje.

Co je pohled?

V různých odvětvích biologické vědy je druh určován svým vlastním způsobem. V evolučního hlediska lze říci, že forma - sbírka jednotlivců, které se podobají vnější strukturu a vnitřní organizaci, fyziologické a biochemické procesy, které jsou schopné neomezeného křížení vlevo plodné potomstvo a genetické izolace od podobné skupiny.

Druhy mohou být zastoupeny jednou nebo více populacemi, a proto mají jednodílnou nebo rozřezanou plochu (území / vodní oblast)

Názvosloví druhu

Každý druh má své vlastní jméno. V souladu s pravidly binární nomenklatury se skládá ze dvou slov: podstatné jméno a přídavné jméno. Podstatné jméno je obecné jméno a přídavné jméno je obecné jméno. Například v názvu "Dandelion officinalis" je druh "medicinal" jedním ze zástupců rostlin rodu "Dandelion".

Druhy příbuzných druhů v rodu mají některé rozdíly ve vzhledu, fyziologii, ekologických preferencích. Ale pokud jsou příliš podobné, jejich druhová identita určuje genetické kritérium druhu na základě analýzy karyotypů.

Pro jaký druh potřebujete kritéria

Karl Linnaeus, který nejprve dal moderní názvy a popsal mnoho druhů živých organismů, považoval je za nezměněný a nesrovnatelný. To znamená, že všichni jednotlivci odpovídají jednomu druhovému obrazu a jakékoliv odchylky od něj jsou chybou ve ztělesnění druhového nápadu.

Od první poloviny XIX. Století Charles Darwin a jeho následovníci opodstatnili zcela odlišné pojetí tohoto druhu. Podle něj je druh variabilní, heterogenní a zahrnuje přechodné formy. Stálost druhu je poměrně závislá na variabilitě podmínek prostředí. Elementární jednotka existence druhu je populace. Je reproduktivně izolován a odpovídá genetickému kritériu druhu.

Vzhledem k heterogenitě jedinců jednoho druhu vědci považují za obtížné určit druhy patřící k organismům nebo je rozdělovat mezi systematické skupiny.

Morfologické a genetické druhové kritéria, biochemické, fyziologický, geografický, ekologický, behaviorální (etologický) - to vše jsou komplexy rozdílů mezi druhy. Určují izolaci systematických skupin, jejich reproduktivní diskrétnost. A z nich je možné rozlišit jeden druh od druhého, stanovit stupeň jejich vztahu a postavení v biologickém systému.

Charakteristika genetického kritéria druhu

Podstatou této rysy je, že všichni jedinci stejného druhu mají stejný karyotyp.

Karyotyp je druh chromozomového "pasu" těla, který je určen počtem chromozómů přítomných v zralých somatických buňkách těla, jejich velikostí a strukturními vlastnostmi:

• poměr délky ramen chromozomů;
• pozice v nich centromere;
• přítomnost sekundárních zúžení a družic.

Jednotlivci, kteří patří k různým druhům, se nemohou křížit. Dokonce i když získání potomstva je to možné, jako osla a koně, tygra a lva, mezidruhové hybridy nejsou plodné. Je to proto, že poloviny genotypu nejsou stejné a konjugace mezi chromozomy se nedá vyskytnout, proto se gamety netvoří.

Na fotografii: mula je neúrodný hybrid zadku a klisny.

Předmět studia - karyotyp

Lidský karyotyp je reprezentován 46 chromozomy. Ve většině studovaných druhů je počet jednotlivých molekul DNA v jádře, které tvoří chromozomy, v rozmezí 12 až 50. Existují však výjimky. Ovocná muška z Drosophily má 8 chromozomů v jádrech buněk a u malého zástupce rodiny Lepidoptera Lysandra je diploidní chromosomový soubor 380.

Elektronový mikrograf kondenzovaných chromozomů, který umožňuje odhadnout jejich tvar a velikost, odráží karyotyp. Analýza karyotypu v rámci studie genetického kritéria, stejně jako srovnání karyotypů mezi sebou, pomáhá určit druhu, který patří organismům.

Když dva druhy jako jeden

Obecné informace kritérium kritérií je to, že nejsou absolutní. To znamená, že použití pouze jedné z nich nemusí být dostatečné pro přesné stanovení. Organismy, zjevně nerozlišitelné od sebe, se mohou ukázat být zástupci různých druhů. Zde genetické kritérium přichází k morfologickému. Příklady dvojčat:

1. K dnešnímu dni existují dva typy černých krys, které byly předtím identifikovány jako externí identita.
2. Existuje nejméně 15 druhů malariálních komárů, které se vyznačují pouze cytogenetickou analýzou.
3. V Severní Americe bylo zjištěno 17 druhů cvrčků s genetickými rozdíly, které však byly fenotypicky připisovány jedinému druhu.
4. Předpokládá se, že mezi všemi druhy ptáků je 5% dvojčat, pro jejichž identifikaci je nutné použít genetické kritérium.
5. Zmatek v systematice horského paroxysmu byl eliminován díky karyologické analýze. Vyznačují se tři odrůdy karyotypů (v muflonech 2n = 54, v argali a argali - 56, urials má 58 chromosomů každý).

Jeden z druhů černých potkanů ​​má 42 chromozomů, karyotyp druhého je reprezentován 38 molekulami DNA.

Když je jeden pohled jako dva

U druhových skupin s velkou rozlohou a počtem jedinců, kdy v nich působí geografická izolace, nebo mají jednotlivci širokou ekologickou valenci, je charakteristická přítomnost jedinců s různými karyotypy. Tento jev je dalším variantou výjimky v genetickém kritériu druhu.

Příklady chromozomálního a genomového polymorfismu jsou u ryb často:

• U pstruha duhového se počet chromozomů pohybuje od 58 do 64;
• dva karyomorfy s 52 a 54 chromozomy byly nalezeny ve sledích Bílého moře;
• s diploidní sadou 50 chromozómů, zástupci různých populací křížový kapr mají 100 (tetraploidy), 150 (hexaploidy), 200 (octaploidy) chromozomů.

Polyploidní formy se vyskytují v rostlinách (kozí vrba) a v hmyzu (hmyz). Domácí myši a gerbily mohou mít odlišný počet chromozomů, nikoliv násobek diploidního souboru.

Karyotypové dvojčata

U zástupců různých tříd a typů mohou být karyotypy s jedním počtem chromozomů. Existuje mnoho dalších shody mezi zástupci určitých rodin a rodů:

1. U goril, orangutanů a šimpanzů je karyotyp složen z 48 chromozomů. Na formu rozdílu nejsou určeny, pak je třeba porovnat pořadí nukleotidů.
2. V karyotypech severoamerického bizonu a evropského bizonu existují malé rozdíly. Oba mají 60 chromozómů v diploidním souboru. Jsou přiděleny stejnému druhu, pokud se analýza provádí pouze genetickým kritériem.
3. Příklady genetických dvojčat jsou nalezeny mezi rostlinami, zejména v rámci rodiny. Mezi vrby je dokonce možné získat mezidruhové hybridy.

K detekci jemných rozdílů v genetickém materiálu u takových druhů je nezbytné určit genové sekvence a pořadí jejich zařazení.

Vliv mutací na analýzu kritéria

Počet karyotypových chromozomů může být změněn v důsledku genomových mutací - aneuploidie nebo euploidy.

Když se objeví aneuploidie v karyotypu jednoho nebo více dalších chromozomů, a může být také počet chromozomů méně než plnohodnotné jedince. Důvodem tohoto porušení v nerovnoměrnosti chromozomů ve fázi tvorby gamet.

Obrázek ukazuje aneuploidii u lidí (Downův syndrom).

Zygoty se sníženým počtem chromozomů zpravidla nezahájují drcení. Polysomální organismy (s "extra" chromozomy) se mohou ukázat jako životaschopné. V případě trisomie (2n + 1) nebo pentasomie (2n + 3) nepatrné množství chromozomů indikuje anomálii. Tetrasom (2n + 2) může vést ke skutečné chybě při určování druhu genetickým kritériem.

Násobení karyotypu - polyploidie - může také zavádět výzkumníka, když karyotyp mutantu je součtem několika diploidních sad chromozomů.

Složitost kritéria: nepolapitelná DNA

Průměr vlákna DNA v nenavázaném stavu je 2 nm. Genetické kritérium určuje karyotyp v období před buněčným dělením, kdy jsou tenké molekuly DNA opakovaně spirálovány (kondenzovány) a představují husté prutové struktury - chromozomy. Tloušťka chromozomu je v průměru 700 nm.

Školní a univerzitní laboratoře jsou obvykle vybaveny mikroskopy s malým nárůstem (od 8 do 100), není možné v nich uvažovat detaily karyotypu. Rozlišení světelného mikroskopu navíc umožňuje vidět objekty alespoň v největším zvětšení alespoň o polovinu délky nejkratší vlny světla. Nejmenší délka je pro vlny fialové barvy (400 nm). To znamená, že nejmenší objekt, který lze pozorovat ve světelném mikroskopu, bude od 200 nm.

Ukazuje se, že barevný dekondenzovaný chromatin bude vypadat jako zakalené oblasti a chromozomy budou viditelné bez detailů. Jasně vidět a porovnat různé typy karyotypů umožňuje elektronový mikroskop s rozlišením 0,5 nm. Vzhledem k tloušťce vláknité DNA (2 nm) bude v takovém zařízení jasně vidět.

Cytogenetická kritéria ve škole

Z výše uvedených důvodů není použití mikro-přípravků v laboratorní práci na genetickém kritériu druhů vhodné. V úkolech můžete aplikovat fotografie chromozomů, získaných pod elektronovým mikroskopem. Pro usnadnění práce na fotografii jsou jednotlivé chromozomy kombinovány do homologních párů a uspořádány v pořádku. Takový systém se nazývá karyogram.

Příklad práce pro laboratorní práci

Přiřazení. Zvažte obrázky karyotypů, porovnejte je a dospějte k závěru, že jednotlivci patří k jednomu nebo dvěma druhům.

Práce na úkolu. Vypočtěte celkový počet chromozomů na každé karyotypové fotografii. V případě náhodného porovnání je ve vzhledu. Pokud není zastoupen karyogram, mezi středně dlouhými chromozomy najdeme na obou snímcích nejkratší a nejdelší obraz, porovnejte je podle velikosti a umístění centromeru. Vyvodit závěr o rozdílu / podobnosti karyotypů.

Odpovědi na úkol:

1. Pokud se počet, velikost a tvar chromozomů shodují, pak dva jedinci, jejichž genetický materiál je prezentován ke studiu, patří ke stejným druhům.
2. Pokud je počet chromozomů dvakrát odlišný a oba chromozomy jsou identické ve velikosti a tvaru, potom jsou s největší pravděpodobností jednotlivci zástupci stejného druhu. Budou to karyotypy diploidních a tetraploidních forem.
3. Pokud je počet chromozomů není stejná (odlišné jeden - dva), ale celkový tvar a velikost chromozómu karyotypů obou jsou stejné, jedná se o normální a mutantní formy jednoho druhu (fenomén aneuploidie).
4. Když různý počet chromozomů, stejně jako charakteristiky neodpovídají velikosti a tvaru kritérium klasifikuje vzorky předložené ke dvěma různým druhům.

Při odvozování je třeba uvést, zda je možné na základě genetického kritéria (a pouze to) určit druhy, které patří jednotlivcům.

Odpověď: to je nemožné, protože jakékoliv druhové kritérium, včetně genetického, má výjimky a může způsobit chybný výsledek definice. Přesnost může zaručit pouze použití souboru kritérií pro daný druh.