Գենետիկ (ցիտոգենետիկ) տեսակների չափանիշը մյուսների հետ օգտագործվում է տարրական սիստեմատիկ խմբերը տարբերելու, տեսակների վիճակը վերլուծելու համար։ Այս հոդվածում մենք կքննարկենք չափանիշի բնութագրերը, ինչպես նաև այն դժվարությունները, որոնց կարող է հանդիպել հետազոտողը այն կիրառելիս:
Ի՞նչ է դիտումը
Կենսաբանական գիտության տարբեր ճյուղերում տեսակը սահմանվում է յուրովի։ Էվոլյուցիոն տեսանկյունից կարելի է ասել, որ տեսակը անհատների հավաքածու է, որոնք ունեն արտաքին կառուցվածքի և ներքին կազմակերպման, ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական գործընթացների նմանություններ, ունակ են անսահմանափակ խաչասերման, թողնելով բերրի սերունդ և գենետիկորեն մեկուսացված նմանատիպ խմբերից:
Տեսակը կարող է ներկայացված լինել մեկ կամ մի քանի պոպուլյացիաներով և, համապատասխանաբար, ունենալ ամբողջական կամ մասնատված տիրույթ (բնակավայր/ջրային տարածք)
Տեսակների անվանակարգ
Յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր անունը: Երկուական անվանացանկի կանոններին համապատասխան՝ այն բաղկացած է երկու բառից՝ գոյականից և ածականից։Գոյականը ընդհանուր անունն է, իսկ ածականը՝ հատուկ անուն։ Օրինակ՝ «Dandelion officinalis» անվանման մեջ «officinalis» տեսակը «Dandelion» ցեղի բույսերի ներկայացուցիչներից է։
։
Սեռի հարակից տեսակների անհատները որոշ տարբերություններ ունեն արտաքին տեսքի, ֆիզիոլոգիայի և էկոլոգիական նախասիրությունների մեջ: Բայց եթե դրանք չափազանց նման են, ապա նրանց տեսակային պատկանելությունը որոշվում է տեսակի գենետիկական չափանիշով` հիմնված կարիոտիպերի վերլուծության վրա:
Ինչու են տեսակներին անհրաժեշտ չափանիշներ
Կառլ Լիննեուսը, ով առաջինն էր, ով տվեց ժամանակակից անուններ և նկարագրեց կենդանի օրգանիզմների բազմաթիվ տեսակներ, դրանք համարում էր անփոփոխ և անփոփոխ: Այսինքն՝ բոլոր անհատները համապատասխանում են մեկ տեսակի պատկերին, և դրանից ցանկացած շեղում տեսակի գաղափարի մարմնավորման սխալ է։
19-րդ դարի առաջին կեսից Չարլզ Դարվինը և նրա հետևորդները հիմնավորում են տեսակների բոլորովին այլ հասկացություն։ Դրան համապատասխան՝ տեսակը փոփոխական է, տարասեռ և ներառում է անցումային ձևեր։ Տեսակի կայունությունը հարաբերական է, կախված է շրջակա միջավայրի պայմանների փոփոխականությունից։ Տեսակի գոյության տարրական միավորը պոպուլյացիան է։ Այն վերարտադրողականորեն տարբերվում է և համապատասխանում է տեսակի գենետիկական չափանիշներին:
Հաշվի առնելով նույն տեսակի անհատների տարասեռությունը՝ գիտնականների համար կարող է դժվար լինել որոշել օրգանիզմների տեսակները կամ բաշխել դրանք համակարգված խմբերի միջև:
Տեսակի մորֆոլոգիական և գենետիկական չափանիշները՝ կենսաքիմիական, ֆիզիոլոգիական, աշխարհագրական, էկոլոգիական, վարքային (էթոլոգիական)՝ այս ամենըտեսակների միջև տարբերությունների բարդույթներ. Նրանք որոշում են համակարգված խմբերի մեկուսացումը, նրանց վերարտադրողական դիսկրետությունը: Եվ դրանք կարող են օգտագործվել մի տեսակը մյուսից տարբերելու, կենսաբանական համակարգում նրանց փոխհարաբերությունների և դիրքի աստիճանը հաստատելու համար։
Տեսակի գենետիկական չափանիշի բնութագրում
Այս հատկանիշի էությունն այն է, որ նույն տեսակի բոլոր անհատներն ունեն նույն կարիոտիպը:
Կարիոտիպը օրգանիզմի քրոմոսոմային «անձնագրի» տեսակ է, որը որոշվում է մարմնի հասուն սոմատիկ բջիջներում առկա քրոմոսոմների քանակով, դրանց չափերով և կառուցվածքային առանձնահատկություններով:
- թեւի երկարության քրոմոսոմի հարաբերակցությունը;
- ցենտրոմերների դիրքը դրանցում;
- երկրորդային սեղմումների և արբանյակների առկայությունը։
Տարբեր տեսակների պատկանող անհատները չեն կարողանա խաչասերվել։ Եթե նույնիսկ հնարավոր լինի սերունդ ստանալ, ինչպես էշի ու ձիու, վագրի և առյուծի դեպքում, ապա միջտեսակային հիբրիդները բեղմնավոր չեն լինի։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ գենոտիպի կեսերը նույնը չեն, և քրոմոսոմների միջև կոնյուգացիա չի կարող տեղի ունենալ, ուստի գամետներ չեն ձևավորվում:
Լուսանկարում՝ ջորի՝ էշի և ծովի ստերիլ հիբրիդ։
Ուսումնասիրության օբյեկտ - կարիոտիպ
Մարդու կարիոտիպը ներկայացված է 46 քրոմոսոմով։ Ուսումնասիրված տեսակների մեծ մասում միջուկում ԴՆԹ-ի առանձին մոլեկուլների թիվը, որոնք կազմում են քրոմոսոմներ, ընկնում է 12-50 միջակայքում: Բայց կան բացառություններ: Մրգային ճանճը Drosophila-ն ունի 8 քրոմոսոմ բջիջների միջուկներում, իսկ Lepidoptera ընտանիքի Lysandra-ի փոքր ներկայացուցչի մոտ դիպլոիդ քրոմոսոմային հավաքածուն է.380.
Խտացված քրոմոսոմների էլեկտրոնային միկրոգրաֆը, որը թույլ է տալիս գնահատել դրանց ձևն ու չափը, արտացոլում է կարիոտիպը։ Կարիոտիպի վերլուծությունը որպես գենետիկական չափանիշի ուսումնասիրության մաս, ինչպես նաև կարիոտիպերի համեմատությունը միմյանց հետ օգնում է որոշել օրգանիզմների տեսակները։
Երբ երկու տեսակներ մեկ են
Դիտումների չափանիշների ընդհանուր առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք բացարձակ չեն: Սա նշանակում է, որ դրանցից միայն մեկի օգտագործումը կարող է բավարար չլինել ճշգրիտ որոշման համար: Օրգանիզմները, որոնք արտաքուստ չեն տարբերվում միմյանցից, կարող են լինել տարբեր տեսակների ներկայացուցիչներ։ Այստեղ գենետիկական չափանիշին օգնության է գալիս մորֆոլոգիական չափանիշը։ Կրկնակի օրինակներ՝
- Այսօր հայտնի են սև առնետների երկու տեսակ, որոնք նախկինում նույնականացվել են որպես մեկ՝ իրենց արտաքին ինքնության պատճառով:
- Կա մալարիայի մոծակների առնվազն 15 տեսակ, որոնք կարելի է տարբերել միայն ցիտոգենետիկ անալիզով:
- Հյուսիսային Ամերիկայում հայտնաբերված ծղրիդների 17 տեսակ, որոնք գենետիկորեն տարբեր են, բայց ֆենոտիպիկորեն կապված են նույն տեսակի հետ:
- Ենթադրվում է, որ թռչունների բոլոր տեսակների մեջ կան 5% երկվորյակներ, որոնց նույնականացման համար անհրաժեշտ է կիրառել գենետիկական չափանիշ։
- Լեռնային ձագերի սիստեմատիկայում առկա շփոթությունը վերացվել է կարիոլոգիական վերլուծության շնորհիվ: Հայտնաբերվել են կարիոտիպերի երեք տեսակ (2n=54 մուֆլոնների համար, 56՝ արգալիի և արգալիի համար և 58 քրոմոսոմ՝ ուրիալների համար):
Սև առնետների մի տեսակն ունի 42 քրոմոսոմ, մյուսի կարիոտիպը ներկայացված է ԴՆԹ-ի 38 մոլեկուլով։
Երբ մեկ դիտումը նման է երկու
Տարածքի և առանձնյակների քանակի մեծ տարածք ունեցող տեսակների խմբերի համար, երբ նրանց ներսում գործում է աշխարհագրական մեկուսացում կամ անհատներն ունեն էկոլոգիական լայն վալենտ, բնորոշ է տարբեր կարիոտիպեր ունեցող անհատների առկայությունը: Նման երևույթը տեսակների գենետիկական չափանիշի բացառությունների ևս մեկ տարբերակ է։
Ձկների մեջ տարածված են քրոմոսոմային և գենոմային պոլիմորֆիզմի օրինակներ.
- ծիածանային իշխանի մեջ քրոմոսոմների թիվը տատանվում է 58-ից մինչև 64;
- երկու կարիոմորֆ՝ 52 և 54 քրոմոսոմներով, հայտնաբերվել են Սպիտակ ծովի ծովատառեխում;
- 50 քրոմոսոմից բաղկացած դիպլոիդ հավաքածուով, արծաթե կարպի տարբեր պոպուլյացիաների ներկայացուցիչներ ունեն 100 (տետրապլոիդներ), 150 (հեքսապլոիդներ), 200 (օկտապլոիդներ) քրոմոսոմներ:
Պոլիպլոիդ ձևերը հանդիպում են և՛ բույսերի (այծի ուռենու), և՛ միջատների (խոզուկների) մոտ: Տնային մկները և գերբիլները կարող են ունենալ տարբեր թվով քրոմոսոմներ, այլ ոչ թե դիպլոիդների բազմապատիկ:
Կարիոտիպ երկվորյակներ
Տարբեր դասերի և տեսակների ներկայացուցիչներ կարող են ունենալ նույն թվով քրոմոսոմներով կարիոտիպեր: Այդպիսի զուգադիպություններ շատ ավելի շատ են լինում նույն ընտանիքների և սեռերի ներկայացուցիչների միջև՝
- Գորիլաները, օրանգուտանները և շիմպանզեները ունեն 48 քրոմոսոմի կարիոտիպ: Արտաքինից տարբերությունները որոշված չեն, այստեղ պետք է համեմատել նուկլեոտիդների կարգը։
- Հյուսիսամերիկյան բիզոնի և եվրոպական բիզոնի կարիոտիպերի փոքր տարբերություններ: Երկուսն էլ ունեն 60 քրոմոսոմ դիպլոիդային հավաքածուում: Դրանք կնշանակվեն նույն տեսակին, եթե վերլուծվեն միայն գենետիկական չափանիշներով:
- Գենետիկ երկվորյակների օրինակներ հայտնաբերվել են նաև բույսերի մեջ, հատկապես ընտանիքներում: Ուռենիների մեջնույնիսկ հնարավոր է միջտեսակային հիբրիդներ ստանալ։
Նման տեսակների գենետիկական նյութի նուրբ տարբերությունները բացահայտելու համար անհրաժեշտ է որոշել գեների հաջորդականությունը և դրանց ընդգրկման հերթականությունը:
Մուտացիաների ազդեցությունը չափանիշի վերլուծության վրա
Կարիոտիպի քրոմոսոմների թիվը կարող է փոխվել գենոմային մուտացիաների արդյունքում՝ անէուպլոիդիա կամ էուպլոիդիա։
Երբ կարիոտիպի մեջ անէուպլոյդիա է առաջանում, մեկ կամ մի քանի լրացուցիչ քրոմոսոմներ են հայտնվում, և քրոմոսոմների թիվը կարող է նաև ավելի քիչ լինել, քան լիարժեք անհատինը: Այս խախտման պատճառը գամետների առաջացման փուլում քրոմոսոմների չտարանջատումն է։
Նկարը ցույց է տալիս մարդու անեուպլոիդիայի (Դաունի համախտանիշ) օրինակ:
Նվազեցված թվով քրոմոսոմներով զիգոտները, որպես կանոն, չեն սկսում տրոհվել։ Իսկ բազմազոմային օրգանիզմները («լրացուցիչ» քրոմոսոմներով) կարող են լավ կենսունակ լինել: Տրիզոմիայի (2n+1) կամ պենտասոմիայի (2n+3) դեպքում կենտ թվով քրոմոսոմները ցույց կտան անոմալիա։ Տետրազոմիան (2n+2) կարող է հանգեցնել իրական սխալի՝ գենետիկ չափանիշներով տեսակը որոշելու հարցում։
| Մուտացիա | Մուտացիայի էությունը | Ազդեցությունը տեսակի գենետիկական չափանիշի վրա |
| Տետրազոմիա | Կարիոտիպում առկա են լրացուցիչ զույգ քրոմոսոմներ կամ երկու ոչ հոմոլոգ լրացուցիչ քրոմոսոմներ: | Միայն այս չափանիշով վերլուծելիս օրգանիզմը կարող է դասակարգվել որպես ևս մեկ զույգ քրոմոսոմ ունեցող: |
| Տետրապլոյդի | Կարիոտիպումյուրաքանչյուր զույգից երկուսի փոխարեն չորս քրոմոսոմ կա։ | Օրգանիզմը կարող է վերագրվել մեկ այլ տեսակի՝ նույն տեսակի պոլիպլոիդ սորտի փոխարեն (բույսերում): |
Կարիոտիպի բազմապատկումը՝ պոլիպլոիդիան, կարող է նաև մոլորեցնել հետազոտողին, երբ մուտանտի կարիոտիպը քրոմոսոմների մի քանի դիպլոիդ խմբերի գումարն է։
Չափանիշի բարդություն. անհասանելի ԴՆԹ
ԴՆԹ-ի շղթայի տրամագիծը չոլորված վիճակում 2 նմ է: Գենետիկական չափանիշը որոշում է կարիոտիպը բջիջների բաժանմանը նախորդող ժամանակահատվածում, երբ բարակ ԴՆԹ մոլեկուլները բազմիցս պարուրաձևանում են (խտանում) և ներկայացնում խիտ ձողաձև կառուցվածքներ՝ քրոմոսոմներ։ Քրոմոսոմի միջին հաստությունը 700 նմ է։
Դպրոցական և համալսարանական լաբորատորիաները սովորաբար հագեցած են փոքր խոշորացմամբ (8-ից մինչև 100) մանրադիտակներով, որոնցում հնարավոր չէ տեսնել կարիոտիպի մանրամասները։ Լույսի մանրադիտակի լուծիչ ուժը, ի լրումն, թույլ է տալիս ցանկացած, նույնիսկ ամենաբարձր խոշորացումով տեսնել ամենակարճ լուսային ալիքի երկարության կեսից ոչ պակաս առարկաներ: Ամենափոքր ալիքի երկարությունը մանուշակագույն ալիքների համար է (400 նմ): Սա նշանակում է, որ լուսային մանրադիտակով տեսանելի ամենափոքր առարկան կլինի 200 նմ-ից:
Պարզվում է, որ ներկված խտացրած քրոմատինը նման կլինի ամպամած տարածքների, իսկ քրոմոսոմները տեսանելի կլինեն առանց մանրամասների։ 0,5 նմ թույլատրությամբ էլեկտրոնային մանրադիտակը թույլ է տալիս հստակ տեսնել և համեմատել տարբեր կարիոտիպեր: Հաշվի առնելով թելավոր ԴՆԹ-ի հաստությունը (2 նմ), այն պարզորոշ կտարբերվի նման սարքի տակ։
Ցիտոգենետիկ չափանիշ դպրոցում
Վերը նկարագրված պատճառներով լաբորատոր աշխատանքներում միկրոպատրաստուկների օգտագործումը՝ ըստ տեսակի գենետիկական չափանիշի, տեղին չէ։ Առաջադրանքներում կարող եք օգտագործել էլեկտրոնային մանրադիտակի տակ ստացված քրոմոսոմների լուսանկարները: Լուսանկարում աշխատելու հարմարության համար առանձին քրոմոսոմները միավորվում են հոմոլոգ զույգերի և դասավորվում ըստ հերթականության։ Նման սխեման կոչվում է կարիոգրամա։
Լաբորատոր առաջադրանքի օրինակ
Առաջադրանք. Դիտարկենք կարիոտիպերի տրված լուսանկարները, համեմատե՛ք դրանք և եզրակացություն արե՛ք անհատների մեկ կամ երկու տեսակների պատկանելիության մասին։
Կարիոտիպերի լուսանկարներ լաբորատոր համեմատության համար։
Աշխատանք առաջադրանքի վրա. Հաշվեք քրոմոսոմների ընդհանուր թիվը յուրաքանչյուր կարիոտիպի լուսանկարում: Եթե դրանք համընկնում են, համեմատեք դրանք արտաքին տեսքով: Եթե չկա կարիոգրամա, ապա երկու պատկերներում գտե՛ք միջին երկարության քրոմոսոմներից ամենակարճը և ամենաերկարը, համեմատե՛ք դրանք ըստ ցենտրոմերների չափի և տեղակայման։ Եզրակացություն արեք կարիոտիպերի տարբերության/նմանության մասին։
Առաջադրանքի պատասխանները՝
- Եթե քրոմոսոմների թիվը, չափը և ձևը համընկնում են, ապա այն երկու անհատները, որոնց գենետիկ նյութը ներկայացված է ուսումնասիրության, պատկանում են նույն տեսակին։
- Եթե քրոմոսոմների թիվը երկու անգամ տարբեր է, և երկու լուսանկարներում էլ կան նույն չափի և ձևի քրոմոսոմներ, ապա, ամենայն հավանականությամբ, անհատները նույն տեսակի ներկայացուցիչներ են: Դրանք կլինեն դիպլոիդ և տետրապլոիդ կարիոտիպեր։ձև.
- Եթե քրոմոսոմների թիվը նույնը չէ (տարբերվում է մեկ-երկուով), բայց ընդհանուր առմամբ երկու կարիոտիպերի քրոմոսոմների ձևն ու չափը նույնն են, ապա խոսքը նորմալ և մուտանտի ձևերի մասին է։ նույն տեսակը (անեուպլոիդիայի երևույթ):
- Քրոմոսոմների տարբեր քանակով, ինչպես նաև չափի և ձևի բնութագրերի անհամապատասխանությամբ, չափանիշը ներկայացված անհատներին վերագրելու է երկու տարբեր տեսակների:
Արդյունքում պահանջվում է նշել, թե արդյոք հնարավոր է որոշել անհատների տեսակը գենետիկական չափանիշի հիման վրա (և միայն այն):
Պատասխան՝ անհնար է, քանի որ ցանկացած տեսակի չափանիշ, այդ թվում՝ գենետիկ, ունի բացառություններ և կարող է որոշման սխալ արդյունք տալ։ Ճշգրտությունը կարող է երաշխավորվել միայն ձևի մի շարք չափանիշների կիրառմամբ:
