Il criterio delle specie genetiche (citogenetiche), insieme ad altri, viene utilizzato per distinguere i gruppi sistematici elementari, per analizzare lo stato di una specie. In questo articolo considereremo le caratteristiche del criterio, nonché le difficoltà che un ricercatore può incontrare nell'applicarlo.
Cos'è una vista
In diversi rami della scienza biologica, la specie è definita a modo suo. Da una prospettiva evolutiva, possiamo dire che una specie è un insieme di individui che hanno somiglianze nella struttura esterna e nell'organizzazione interna, nei processi fisiologici e biochimici, capaci di incroci illimitati, lasciando prole fertile e geneticamente isolati da gruppi simili.
Una specie può essere rappresentata da una o più popolazioni e, di conseguenza, avere un areale intero o sezionato (area dell'habitat/area dell'acqua)
Nomenclatura delle specie
Ogni specie ha il suo nome. Secondo le regole della nomenclatura binaria, si compone di due parole: un sostantivo e un aggettivo. Il sostantivo è il nome generico e l'aggettivo è il nome specifico. Ad esempio, nel nome "Dandelion officinalis", la specie "officinalis" è uno dei rappresentanti delle piante del genere "Dandelion".
Gli individui di specie affini all'interno del genere hanno alcune differenze nell'aspetto, nella fisiologia e nelle preferenze ecologiche. Ma se sono troppo simili, la loro affiliazione alla specie è determinata dal criterio genetico della specie basato sull'analisi dei cariotipi.
Perché una specie ha bisogno di criteri
Carl Linnaeus, che fu il primo a dare nomi moderni e descrivere molti tipi di organismi viventi, li considerava immutati e non variabili. Cioè, tutti gli individui corrispondono a un'immagine di una singola specie e qualsiasi deviazione da essa è un errore nell'incarnazione dell'idea della specie.
Dalla prima metà del 19° secolo, Charles Darwin ei suoi seguaci hanno dato prova di un concetto di specie completamente diverso. In accordo con esso, la specie è mutevole, eterogenea e include forme transitorie. La costanza della specie è relativa, dipende dalla variabilità delle condizioni ambientali. L'unità elementare di esistenza di una specie è una popolazione. È distinto dal punto di vista riproduttivo e soddisfa i criteri genetici della specie.
Data l'eterogeneità degli individui della stessa specie, può essere difficile per gli scienziati determinare le specie di organismi o distribuirle tra gruppi sistematici.
Criteri morfologici e genetici della specie, biochimici, fisiologici, geografici, ecologici, comportamentali (etologici) - tutto questocomplessi di differenze tra le specie. Determinano l'isolamento dei gruppi sistematici, la loro discrezionalità riproduttiva. E possono essere usati per distinguere una specie da un' altra, per stabilire il grado della loro relazione e posizione nel sistema biologico.
Caratterizzazione del criterio genetico della specie
L'essenza di questo tratto è che tutti gli individui della stessa specie hanno lo stesso cariotipo.
Un cariotipo è una specie di "passaporto" cromosomico di un organismo, è determinato dal numero di cromosomi presenti nelle cellule somatiche mature del corpo, dalle loro dimensioni e dalle caratteristiche strutturali:
- rapporto della lunghezza del braccio del cromosoma;
- la posizione dei centromeri al loro interno;
- la presenza di costrizioni secondarie e satelliti.
Gli individui appartenenti a specie diverse non potranno incrociarsi. Anche se è possibile ottenere prole, come con un asino e un cavallo, una tigre e un leone, gli ibridi interspecifici non saranno prolifici. Questo perché le metà del genotipo non sono le stesse e la coniugazione tra i cromosomi non può avvenire, quindi i gameti non si formano.
Nella foto: un mulo - un ibrido sterile di un asino e una cavalla.
Oggetto di studio - cariotipo
Il cariotipo umano è rappresentato da 46 cromosomi. Nella maggior parte delle specie studiate, il numero di singole molecole di DNA nel nucleo che formano i cromosomi rientra nell'intervallo 12-50, ma ci sono delle eccezioni. La mosca della frutta Drosophila ha 8 cromosomi nei nuclei delle cellule e in un piccolo rappresentante della famiglia dei lepidotteri Lysandra, il set cromosomico diploide è380.
La micrografia elettronica dei cromosomi condensati, che permette di valutarne la forma e le dimensioni, riflette il cariotipo. L'analisi del cariotipo come parte dello studio del criterio genetico, così come il confronto dei cariotipi tra loro, aiuta a determinare le specie di organismi.
Quando due specie sono una
La caratteristica comune dei criteri di visualizzazione è che non sono assoluti. Ciò significa che l'uso di uno solo di essi potrebbe non essere sufficiente per una determinazione accurata. Gli organismi che sono esteriormente indistinguibili l'uno dall' altro possono essere rappresentanti di specie diverse. Qui il criterio morfologico viene in aiuto al criterio genetico. Doppi esempi:
- Oggi sono note due specie di ratti neri, precedentemente identificati come una sola a causa della loro identità esterna.
- Ci sono almeno 15 specie di zanzare malariche che possono essere distinte solo dall'analisi citogenetica.
- 17 specie di grilli trovate in Nord America che sono geneticamente diverse ma fenotipicamente correlate alla stessa specie.
- Si ritiene che tra tutte le specie di uccelli vi siano il 5% di gemelli, per l'identificazione dei quali è necessario applicare un criterio genetico.
- La confusione nella sistematica dei bovidi di montagna è stata eliminata grazie all'analisi cariologica. Sono state identificate tre varietà di cariotipi (2n=54 per i mufloni, 56 per argali e argali e 58 cromosomi per gli urali).
Una specie di ratto nero ha 42 cromosomi, il cariotipo dell' altra è rappresentato da 38 molecole di DNA.
Quando una vista è come due
Per i gruppi di specie con una vasta area dell'areale e del numero di individui, quando al loro interno opera l'isolamento geografico o gli individui hanno un'ampia valenza ecologica, è caratteristica la presenza di individui con cariotipi diversi. Un tale fenomeno è un' altra variante delle eccezioni nel criterio genetico della specie.
Esempi di polimorfismo cromosomico e genomico sono comuni nei pesci:
- nella trota iridea, il numero di cromosomi varia da 58 a 64;
- due cariomorfi, con 52 e 54 cromosomi, trovati nell'aringa del Mar Bianco;
- con un set diploide di 50 cromosomi, i rappresentanti di diverse popolazioni di carpa argentata hanno 100 (tetraploidi), 150 (esaploidi), 200 (ottaploidi).
Le forme poliploidi si trovano sia nelle piante (salice) che negli insetti (tonchi). Topi domestici e gerbilli possono avere un numero diverso di cromosomi, non un multiplo dell'insieme diploide.
Gemelli cariotipici
Rappresentanti di classi e tipi diversi possono avere cariotipi con lo stesso numero di cromosomi. Ci sono molte più coincidenze del genere tra rappresentanti delle stesse famiglie e generi:
- Gorilla, oranghi e scimpanzé hanno un cariotipo di 48 cromosomi. In apparenza, le differenze non sono determinate, qui è necessario confrontare l'ordine dei nucleotidi.
- Leggeri differenze nei cariotipi del bisonte nordamericano e del bisonte europeo. Entrambi hanno 60 cromosomi in un set diploide. Saranno assegnati alla stessa specie se analizzati solo da criteri genetici.
- Esempi di gemelli genetici si trovano anche tra le piante, specialmente all'interno delle famiglie. Tra i saliciè anche possibile ottenere ibridi interspecifici.
Per rivelare sottili differenze nel materiale genetico di tali specie, è necessario determinare la sequenza dei geni e l'ordine in cui sono inclusi.
Influenza delle mutazioni sull'analisi del criterio
Il numero di cromosomi del cariotipo può essere modificato a causa di mutazioni genomiche - aneuploidie o euploidie.
Quando si verifica un'aneuploidia nel cariotipo, compaiono uno o più cromosomi aggiuntivi e il numero di cromosomi può anche essere inferiore a quello di un individuo a tutti gli effetti. La ragione di questa violazione è la non disgiunzione dei cromosomi nella fase di formazione dei gameti.
L'immagine mostra un esempio di aneuploidia umana (sindrome di Down).
Zygotes con un numero ridotto di cromosomi, di regola, non iniziano a schiacciarsi. E gli organismi polisomici (con cromosomi "extra") potrebbero essere vitali. Nel caso di trisomia (2n+1) o pentasomia (2n+3), un numero dispari di cromosomi indicherà un'anomalia. La tetrasomia (2n+2) può portare a un vero e proprio errore nel determinare la specie in base a criteri genetici.
| Mutazione | Essenza della mutazione | Influenza sul criterio genetico della specie |
| Tetrasomia | Nel cariotipo sono presenti una coppia extra di cromosomi o due cromosomi extra non omologhi. | Quando analizzato solo in base a questo criterio, un organismo può essere classificato come avente un' altra coppia di cromosomi. |
| Tetraploidia | Nel cariotipoci sono quattro cromosomi da ogni coppia invece di due. | Un organismo può essere assegnato a un' altra specie invece di una cultivar poliploide della stessa specie (nelle piante). |
La moltiplicazione del cariotipo - poliploidia - può anche fuorviare il ricercatore quando il cariotipo mutante è la somma di diversi insiemi diploidi di cromosomi.
Complessità del criterio: DNA sfuggente
Il diametro del filamento di DNA nello stato non ritorto è di 2 nm. Il criterio genetico determina il cariotipo nel periodo precedente la divisione cellulare, quando le molecole sottili di DNA spiralizzano ripetutamente (condensano) e rappresentano strutture dense a forma di bastoncello - i cromosomi. Lo spessore medio di un cromosoma è 700 nm.
Le scuole e i laboratori universitari sono generalmente dotati di microscopi a basso ingrandimento (da 8 a 100), in essi non è possibile vedere i dettagli del cariotipo. Il potere risolutivo di un microscopio ottico, inoltre, consente a qualsiasi, anche al massimo ingrandimento, di vedere oggetti non inferiori alla metà della lunghezza dell'onda luminosa più corta. La lunghezza d'onda più piccola è per le onde viola (400 nm). Ciò significa che l'oggetto più piccolo visibile al microscopio ottico sarà di 200 nm.
Si scopre che la cromatina decondensata macchiata sembrerà aree torbide e i cromosomi saranno visibili senza dettagli. Un microscopio elettronico con una risoluzione di 0,5 nm consente di vedere e confrontare chiaramente diversi cariotipi. Considerando lo spessore del DNA filamentoso (2 nm), sarà chiaramente distinguibile sotto un tale dispositivo.
Criterio citogenetico a scuola
Per le ragioni sopra descritte, l'uso di micropreparati nel lavoro di laboratorio secondo il criterio genetico della specie è inappropriato. Nelle attività, puoi utilizzare fotografie di cromosomi ottenuti al microscopio elettronico. Per comodità di lavorare nella foto, i singoli cromosomi sono combinati in coppie omologhe e disposti in ordine. Tale schema è chiamato cariogramma.
Esempio di assegnazione di laboratorio
Incarico. Considera le fotografie fornite dei cariotipi, confrontale e trai una conclusione sull'appartenenza degli individui a una o due specie.
Foto di cariotipi per il confronto di laboratorio.
Lavoro su un compito. Conta il numero totale di cromosomi in ogni foto del cariotipo. Se corrispondono, confrontali nell'aspetto. Se non viene presentato un cariogramma, trova il più corto e il più lungo tra i cromosomi di media lunghezza in entrambe le immagini, confrontali in base alla dimensione e alla posizione dei centromeri. Trai una conclusione sulla differenza/somiglianza dei cariotipi.
Risposte al compito:
- Se il numero, la dimensione e la forma dei cromosomi corrispondono, allora i due individui il cui materiale genetico è presentato per lo studio appartengono alla stessa specie.
- Se il numero di cromosomi è due volte diverso e in entrambe le fotografie sono presenti cromosomi della stessa dimensione e forma, allora molto probabilmente gli individui sono rappresentanti della stessa specie. Questi saranno cariotipi diploidi e tetraploidi.modulo.
- Se il numero di cromosomi non è lo stesso (differisce di uno o due), ma in generale la forma e la dimensione dei cromosomi di entrambi i cariotipi sono le stesse, stiamo parlando di forme normali e mutanti del stessa specie (fenomeno di aneuploidia).
- Con un diverso numero di cromosomi, così come una discrepanza nelle caratteristiche di dimensioni e forma, il criterio attribuirà gli individui presentati a due specie diverse.
Nell'output è necessario indicare se è possibile determinare la specie di individui in base al criterio genetico (e solo esso).
Risposta: è impossibile, poiché qualsiasi criterio di specie, anche genetico, ha delle eccezioni e può dare un risultato errato della determinazione. L'accuratezza può essere garantita solo applicando una serie di criteri del modulo.
