معیار گونه های ژنتیکی (سیتوژنتیک)، همراه با سایرین، برای تشخیص گروه های سیستماتیک ابتدایی، برای تجزیه و تحلیل وضعیت یک گونه استفاده می شود. در این مقاله، ویژگی‌های معیار و همچنین مشکلاتی که ممکن است محقق در هنگام اعمال آن با آن مواجه شود را در نظر خواهیم گرفت.
نما چیست
در شاخه های مختلف علم زیست شناسی، گونه به روش خاص خود تعریف می شود. از منظر تکاملی، می‌توان گفت که یک گونه مجموعه‌ای از افراد است که دارای شباهت‌هایی در ساختار بیرونی و سازمان درونی، فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی، قادر به آمیختگی نامحدود، بر جای گذاشتن فرزندان بارور و جداسازی ژنتیکی از گروه‌های مشابه هستند.
یک گونه را می توان با یک یا چند جمعیت نشان داد و بر این اساس، دارای یک محدوده کامل یا جدا شده (منطقه زیستگاه/منطقه آبی) است.
نامگذاری گونه
هر گونه نام خاص خود را دارد. مطابق با قوانین نامگذاری باینری، از دو کلمه تشکیل شده است: یک اسم و یک صفت.اسم اسم عام است و صفت اسم خاص. به عنوان مثال، در نام "Dandelion officinalis"، گونه "officinalis" یکی از نمایندگان گیاهان از جنس "Dandelion" است.
افراد گونه های مرتبط در این جنس تفاوت هایی در ظاهر، فیزیولوژی و ترجیحات اکولوژیکی دارند. اما اگر آنها بیش از حد شبیه باشند، وابستگی گونه آنها با معیار ژنتیکی گونه بر اساس تجزیه و تحلیل کاریوتیپ تعیین می شود.
چرا یک گونه به معیارهایی نیاز دارد
کارل لینه، که اولین کسی بود که نام‌های مدرن گذاشت و بسیاری از انواع موجودات زنده را توصیف کرد، آنها را بدون تغییر و غیر متغیر می‌دانست. به این معنا که همه افراد با یک تصویر یک گونه مطابقت دارند و هرگونه انحراف از آن یک خطا در تجسم ایده گونه است.
از نیمه اول قرن نوزدهم، چارلز داروین و پیروانش مفهوم کاملاً متفاوتی از گونه ها را اثبات کرده اند. مطابق با آن، گونه متغیر، ناهمگن و شامل اشکال انتقالی است. پایداری گونه نسبی است، به تغییر شرایط محیطی بستگی دارد. واحد ابتدایی وجود یک گونه، جمعیت است. از نظر تولید مثلی متمایز است و معیارهای ژنتیکی گونه را برآورده می کند.
با توجه به ناهمگونی افراد از یک گونه، تعیین گونه های موجودات یا توزیع آنها بین گروه های سیستماتیک برای دانشمندان می تواند دشوار باشد.
معیارهای مورفولوژیکی و ژنتیکی گونه ها، بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی، جغرافیایی، اکولوژیکی، رفتاری (اتولوژیک) - همه اینهامجتمع های تفاوت بین گونه ها آنها جداسازی گروه های سیستماتیک، گسستگی تولیدمثلی آنها را تعیین می کنند. و می توان از آنها برای متمایز کردن یک گونه از گونه دیگر استفاده کرد تا میزان رابطه و موقعیت آنها در سیستم بیولوژیکی مشخص شود.
ویژگی معیار ژنتیکی گونه
ماهیت این ویژگی این است که همه افراد یک گونه کاریوتیپ یکسان دارند.
کاریوتایپ نوعی "گذرنامه" کروموزومی یک ارگانیسم است که با تعداد کروموزوم های موجود در سلول های سوماتیک بالغ بدن، اندازه و ویژگی های ساختاری آنها تعیین می شود:
- نسبت طول بازوی کروموزوم؛
- موقعیت سانترومرها در آنها؛
- وجود انقباضات ثانویه و ماهواره ها.
افراد متعلق به گونه های مختلف قادر به آمیختگی نخواهند بود. حتی اگر بتوان فرزندانی مانند الاغ و اسب، ببر و شیر به دست آورد، هیبریدهای بین گونه ای پربار نخواهند بود. این به این دلیل است که نیمه‌های ژنوتیپ یکسان نیستند و کونژوگه بین کروموزوم‌ها نمی‌تواند رخ دهد، بنابراین گامت‌ها تشکیل نمی‌شوند.
در عکس: قاطر - هیبرید عقیم الاغ و مادیان.
موضوع مطالعه - کاریوتایپ
کاریوتیپ انسان با 46 کروموزوم نشان داده می شود. در بیشتر گونه‌های مورد مطالعه، تعداد مولکول‌های DNA منفرد در هسته که کروموزوم‌ها را تشکیل می‌دهند، در محدوده 12 تا 50 قرار دارد. اما استثناهایی وجود دارد. مگس میوه مگس سرکه دارای 8 کروموزوم در هسته سلول ها است و در یک نماینده کوچک از خانواده Lepidoptera Lysandra مجموعه کروموزوم دیپلوئیدی است.380.
میکروگراف الکترونی کروموزوم های متراکم، که امکان ارزیابی شکل و اندازه آنها را فراهم می کند، کاریوتایپ را منعکس می کند. تجزیه و تحلیل کاریوتیپ به عنوان بخشی از مطالعه معیار ژنتیکی، و همچنین مقایسه کاریوتیپ ها با یکدیگر، به تعیین گونه های موجودات کمک می کند.
وقتی دو گونه یکی هستند
ویژگی مشترک معیارهای دیدگاه این است که مطلق نیستند. این بدان معنی است که استفاده از تنها یکی از آنها ممکن است برای تعیین دقیق کافی نباشد. موجوداتی که از نظر ظاهری از یکدیگر قابل تشخیص نیستند ممکن است نمایندگان گونه های مختلف باشند. در اینجا معیار مورفولوژیکی به کمک معیار ژنتیکی می آید. مثال های دوگانه:
- امروزه دو گونه موش سیاه شناخته شده است که قبلاً به دلیل هویت خارجی آنها یکی از آنها شناسایی شده بود.
- حداقل 15 گونه از پشه مالاریا وجود دارد که فقط با تجزیه و تحلیل سیتوژنتیک قابل تشخیص هستند.
- 17 گونه از جیرجیرک ها در آمریکای شمالی یافت می شوند که از نظر ژنتیکی متفاوت هستند اما از نظر فنوتیپی به گونه مشابهی مرتبط هستند.
- اعتقاد بر این است که در بین همه گونه های پرندگان 5٪ دوقلو وجود دارد که برای شناسایی آنها باید معیار ژنتیکی اعمال شود.
- سردرگمی در سیستماتیک گاوهای کوهی به لطف تجزیه و تحلیل کاریولوژیک از بین رفته است. سه نوع کاریوتیپ شناسایی شده است (2n=54 برای موفلون، 56 برای آرگالی و آرگالی، و 58 کروموزوم برای اوریال).
یک گونه موش سیاه دارای 42 کروموزوم است، کاریوتیپ دیگری با 38 مولکول DNA نشان داده می شود.
وقتی یک نما مانند دو است
برای گروه‌های گونه‌ای با مساحت وسیعی از گستره و تعداد افراد، زمانی که انزوای جغرافیایی در درون آنها عمل می‌کند یا افراد دارای ظرفیت اکولوژیکی گسترده‌ای هستند، وجود افراد با کاریوتیپ‌های مختلف مشخصه است. چنین پدیده ای گونه دیگری از استثناها در معیار ژنتیکی گونه است.
نمونه هایی از پلی مورفیسم کروموزومی و ژنومی در ماهی رایج است:
- در ماهی قزل آلای رنگین کمان، تعداد کروموزوم ها از 58 تا 64 متغیر است؛
- دو کاریومورف با 52 و 54 کروموزوم موجود در شاه ماهی دریای سفید؛
- با مجموعه دیپلوئیدی از 50 کروموزوم، نمایندگان جمعیت های مختلف ماهی کپور نقره ای دارای 100 کروموزوم (تتراپلوئید)، 150 (هگزاپلوئید)، 200 (اکتاپلوید) کروموزوم هستند.
اشكال پلي پلوئيد هم در گياهان (بيد بز) و هم در حشرات (خرسخرها) يافت مي شود. موش‌های خانگی و ژربیل‌ها می‌توانند تعداد کروموزوم‌های متفاوتی داشته باشند، نه مضربی از مجموعه دیپلوئید.
دوقلوهای کاریوتایپ
نمایندگان طبقات و انواع مختلف ممکن است کاریوتیپ هایی با تعداد کروموزوم یکسان داشته باشند. چنین تصادفی در بین نمایندگان همان خانواده ها و جنس ها بسیار بیشتر است:
- گوریل ها، اورانگوتان ها و شامپانزه ها دارای کاریوتیپ ۴۸ کروموزومی هستند. از نظر ظاهری، تفاوت ها مشخص نشده است، در اینجا باید ترتیب نوکلئوتیدها را با هم مقایسه کنید.
- تفاوت های جزئی در کاریوتیپ های گاومیش کوهان دار آمریکای شمالی و گاومیش کوهان دار اروپایی. هر دو دارای 60 کروموزوم در یک مجموعه دیپلوئید هستند. اگر تنها با معیارهای ژنتیکی تجزیه و تحلیل شوند، آنها به یک گونه اختصاص داده می‌شوند.
- نمونه هایی از دوقلوهای ژنتیکی نیز در میان گیاهان، به ویژه در خانواده ها یافت می شود. در میان بیدهاحتی می توان هیبریدهای بین گونه ای را به دست آورد.
برای آشکار کردن تفاوت های ظریف در ماده ژنتیکی در این گونه گونه ها، لازم است توالی ژن ها و ترتیب گنجاندن آنها مشخص شود.
تاثیر جهش در تجزیه و تحلیل معیار
تعداد کروموزوم های کاریوتیپ را می توان در نتیجه جهش های ژنومی - آنئوپلوئیدی یا اوپلوئیدی تغییر داد.
وقتی آنیوپلوئیدی در کاریوتایپ رخ می دهد، یک یا چند کروموزوم اضافی ظاهر می شود و تعداد کروموزوم ها نیز ممکن است کمتر از یک فرد کامل باشد. دلیل این تخلف عدم تفکیک کروموزوم ها در مرحله تشکیل گامت است.
تصویر نمونه ای از آنیوپلوئیدی انسانی (سندرم داون) را نشان می دهد.
زیگوت ها با تعداد کروموزوم های کاهش یافته، به طور معمول، شروع به خرد شدن نمی کنند. و ارگانیسم‌های پلی‌زومی (با کروموزوم‌های «اضافی») ممکن است زنده باشند. در مورد تریزومی (2n+1) یا پنتازومی (2n+3)، تعداد فرد کروموزوم نشان دهنده ناهنجاری است. تترازومی (2n+2) می تواند منجر به خطای واقعی در تعیین گونه بر اساس معیارهای ژنتیکی شود.
| جهش | جوهر جهش | تاثیر بر معیار ژنتیکی گونه |
| تترازومی | یک جفت کروموزوم اضافی یا دو کروموزوم اضافی غیر همولوگ در کاریوتایپ وجود دارد. | هنگامی که تنها با این معیار تجزیه و تحلیل شود، یک موجود زنده را می توان به عنوان دارای یک جفت کروموزوم بیشتر طبقه بندی کرد. |
| Tetraploidy | در کاریوتایپاز هر جفت به جای دو کروموزوم، چهار کروموزوم وجود دارد. | یک ارگانیسم را می توان به جای یک رقم پلی پلوئیدی از همان گونه (در گیاهان) به گونه دیگری اختصاص داد. |
تکثیر کاریوتیپ - پلی پلوئیدی - زمانی که کاریوتایپ جهش یافته مجموع چندین مجموعه دیپلوئیدی کروموزوم باشد می تواند محقق را گمراه کند.
پیچیدگی معیار: DNA گریزان
قطر رشته DNA در حالت پیچ خورده 2 نانومتر است. معیار ژنتیکی کاریوتیپ را در دوره قبل از تقسیم سلولی تعیین می کند، زمانی که مولکول های نازک DNA به طور مکرر مارپیچی (تراکم) می شوند و ساختارهای میله ای شکل متراکم - کروموزوم ها را نشان می دهند. ضخامت متوسط یک کروموزوم 700 نانومتر است.
آزمایشگاه های مدرسه و دانشگاه معمولاً مجهز به میکروسکوپ با بزرگنمایی کم (از 8 تا 100) هستند که نمی توان جزئیات کاریوتایپ را در آنها مشاهده کرد. قدرت تفکیک یک میکروسکوپ نوری، علاوه بر این، اجازه می دهد تا با هر بزرگنمایی، حتی با بالاترین بزرگنمایی، اجسامی را که کمتر از نصف طول کوتاه ترین موج نوری نباشد، ببینند. کوچکترین طول موج برای امواج بنفش (400 نانومتر) است. این بدان معناست که کوچکترین جسم قابل مشاهده در میکروسکوپ نوری از 200 نانومتر خواهد بود.
معلوم می شود که کروماتین غلیظ شده رنگ آمیزی شده مانند مناطق ابری به نظر می رسد و کروموزوم ها بدون جزئیات قابل مشاهده خواهند بود. یک میکروسکوپ الکترونی با وضوح 0.5 نانومتر به شما اجازه می دهد تا به وضوح کاریوتیپ های مختلف را ببینید و مقایسه کنید. با توجه به ضخامت DNA رشته ای (2 نانومتر)، در چنین دستگاهی به وضوح قابل تشخیص خواهد بود.
معیار سیتوژنتیک در مدرسه
به دلایلی که در بالا توضیح داده شد، استفاده از ریزفرآورده‌ها در کارهای آزمایشگاهی با توجه به معیار ژنتیکی گونه نامناسب است. در کارها، می توانید از عکس های کروموزوم های بدست آمده در زیر میکروسکوپ الکترونی استفاده کنید. برای راحتی کار در عکس، کروموزوم های فردی به جفت های همولوگ ترکیب شده و به ترتیب مرتب می شوند. چنین طرحی کاریوگرام نامیده می شود.
تکالیف آزمایشگاهی نمونه
تکلیف. عکس های داده شده از کاریوتیپ ها را در نظر بگیرید، آنها را مقایسه کنید و در مورد تعلق افراد به یک یا دو گونه نتیجه گیری کنید.
عکس‌های کاریوتیپ برای مقایسه آزمایشگاهی.
کار روی یک کار. تعداد کل کروموزوم ها را در هر عکس کاریوتایپ بشمارید. اگر مطابقت دارند، آنها را از نظر ظاهری مقایسه کنید. اگر کاریوگرام ارائه نمی شود، کوتاه ترین و طولانی ترین کروموزوم های با طول متوسط را در هر دو تصویر پیدا کنید، آنها را با توجه به اندازه و محل سانترومرها مقایسه کنید. درباره تفاوت / شباهت کاریوتیپ ها نتیجه گیری کنید.
پاسخ به کار:
- اگر تعداد، اندازه و شکل کروموزوم ها مطابقت داشته باشد، دو فردی که ماده ژنتیکی آنها برای مطالعه ارائه شده است متعلق به یک گونه هستند.
- اگر تعداد کروموزوم ها دو برابر متفاوت باشد و در هر دو عکس کروموزوم هایی با اندازه و شکل یکسان وجود داشته باشد، به احتمال زیاد این افراد نمایندگان یک گونه هستند. اینها کاریوتیپ های دیپلوئید و تتراپلوئید خواهند بود.فرم.
- اگر تعداد کروموزوم ها یکسان نباشد (یک یا دو عدد متفاوت است)، اما به طور کلی شکل و اندازه کروموزوم های هر دو کاریوتیپ یکسان است، در مورد اشکال طبیعی و جهش یافته صحبت می کنیم. همان گونه (پدیده آنیوپلوئیدی).
- با تعداد کروموزوم های متفاوت و همچنین عدم تطابق در ویژگی های اندازه و شکل، این معیار افراد ارائه شده را به دو گونه متفاوت نسبت می دهد.
در خروجی باید مشخص شود که آیا می توان گونه افراد را بر اساس معیار ژنتیکی (و فقط آن) تعیین کرد.
جواب: غیرممکن است، زیرا هر معیار گونه ای، از جمله ژنتیک، استثنا دارد و می تواند نتیجه اشتباهی از تعیین را بدهد. دقت را فقط می توان با اعمال مجموعه ای از معیارهای فرم تضمین کرد.
