გენეტიკური (ციტოგენეტიკური) სახეობის კრიტერიუმი სხვებთან ერთად გამოიყენება ელემენტარული სისტემატური ჯგუფების გამოსაყოფად, სახეობის მდგომარეობის გასაანალიზებლად. ამ სტატიაში განვიხილავთ კრიტერიუმის მახასიათებლებს, ასევე იმ სირთულეებს, რომლებიც მკვლევარს შეიძლება წააწყდეს მისი გამოყენებისას.
რა არის ხედი
ბიოლოგიური მეცნიერების სხვადასხვა დარგში სახეობა თავისებურად არის განსაზღვრული. ევოლუციური თვალსაზრისით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სახეობა არის ინდივიდების ერთობლიობა, რომლებსაც აქვთ მსგავსება გარე სტრუქტურასა და შინაგან ორგანიზაციაში, ფიზიოლოგიურ და ბიოქიმიურ პროცესებში, შეუძლიათ შეუზღუდავი შეჯვარება, დატოვონ ნაყოფიერი შთამომავლობა და გენეტიკურად იზოლირებულნი იყვნენ მსგავსი ჯგუფებისგან.
სახეობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ერთი ან რამდენიმე პოპულაციით და, შესაბამისად, ჰქონდეს მთლიანი ან დაშლილი დიაპაზონი (ჰაბიტატის ფართობი/წყლის ფართობი)
სახეობების ნომენკლატურა
თითოეულ სახეობას აქვს თავისი სახელი. ბინარული ნომენკლატურის წესების შესაბამისად, იგი შედგება ორი სიტყვისაგან: არსებითი სახელი და ზედსართავი სახელი.არსებითი სახელი არის ზოგადი სახელი, ხოლო ზედსართავი სახელი არის კონკრეტული სახელი. მაგალითად, სახელწოდებაში "Dandelion officinalis" სახეობა "officinalis" არის "Dandelion" გვარის მცენარეების ერთ-ერთი წარმომადგენელი.
გვარის მონათესავე სახეობის ინდივიდებს აქვთ გარკვეული განსხვავებები გარეგნულად, ფიზიოლოგიაში და ეკოლოგიურ პრეფერენციებში. მაგრამ თუ ისინი ძალიან ჰგვანან, მაშინ მათი სახეობრივი კუთვნილება განისაზღვრება სახეობის გენეტიკური კრიტერიუმით, კარიოტიპების ანალიზის საფუძველზე.
რატომ სჭირდება სახეობას კრიტერიუმები
კარლ ლინე, რომელმაც პირველმა დაარქვა თანამედროვე სახელები და აღწერა ცოცხალი ორგანიზმების მრავალი სახეობა, თვლიდა მათ უცვლელად და უცვლელად. ანუ, ყველა ინდივიდი შეესაბამება ერთი სახეობის გამოსახულებას და მისგან ნებისმიერი გადახრა არის შეცდომა სახეობის იდეის განსახიერებაში.
მე-19 საუკუნის პირველი ნახევრიდან ჩარლზ დარვინი და მისი მიმდევრები სახეობების სრულიად განსხვავებულ კონცეფციას ასაბუთებდნენ. მის შესაბამისად, სახეობა ცვალებადია, ჰეტეროგენულია და მოიცავს გარდამავალ ფორმებს. სახეობის მუდმივობა ფარდობითია, ეს დამოკიდებულია გარემო პირობების ცვალებადობაზე. სახეობის არსებობის ელემენტარული ერთეული არის პოპულაცია. ის რეპროდუქციულად განსხვავებულია და აკმაყოფილებს სახეობის გენეტიკურ კრიტერიუმებს.
იგივე სახეობის ინდივიდების ჰეტეროგენურობის გათვალისწინებით, მეცნიერებს შეიძლება გაუჭირდეთ ორგანიზმების სახეობების დადგენა ან მათი სისტემურ ჯგუფებს შორის განაწილება.
სახეობების მორფოლოგიური და გენეტიკური კრიტერიუმები, ბიოქიმიური, ფიზიოლოგიური, გეოგრაფიული, ეკოლოგიური, ქცევითი (ეთოლოგიური) - ეს ყველაფერისახეობებს შორის განსხვავებების კომპლექსები. ისინი განსაზღვრავენ სისტემატური ჯგუფების იზოლაციას, მათ რეპროდუქციულ დისკრეტულობას. და მათი გამოყენება შესაძლებელია ერთი სახეობის მეორისგან განასხვავებლად, მათი ურთიერთობისა და პოზიციის ხარისხის დასადგენად ბიოლოგიურ სისტემაში.
სახეობის გენეტიკური კრიტერიუმის დახასიათება
ამ მახასიათებლის არსი ის არის, რომ ერთი და იგივე სახეობის ყველა ინდივიდს აქვს ერთი და იგივე კარიოტიპი.
კარიოტიპი არის ორგანიზმის ერთგვარი ქრომოსომული "პასპორტი", იგი განისაზღვრება სხეულის მომწიფებულ სომატურ უჯრედებში არსებული ქრომოსომების რაოდენობით, მათი ზომით და სტრუქტურული მახასიათებლებით:
- ქრომოსომის მკლავის სიგრძის თანაფარდობა;
- ცენტრომერების მდებარეობა მათში;
- მეორადი შევიწროვებისა და თანამგზავრების არსებობა.
სხვადასხვა სახეობის კუთვნილი ინდივიდები ვერ შეძლებენ შეჯვარებას. მაშინაც კი, თუ შთამომავლობის მიღება შესაძლებელია, როგორც ვირთან და ცხენთან, ვეფხვთან და ლომთან, მაშინ სახეობათაშორისი ჰიბრიდები არ იქნება ნაყოფიერი. ეს იმიტომ ხდება, რომ გენოტიპის ნახევრები არ არის იგივე და ქრომოსომებს შორის კონიუგაცია შეუძლებელია, ამიტომ გამეტები არ წარმოიქმნება.
ფოტოზე: ჯორი - ვირის და კვერნის სტერილური ჰიბრიდი.
შესწავლის ობიექტი - კარიოტიპი
ადამიანის კარიოტიპი წარმოდგენილია 46 ქრომოსომით. შესწავლილ სახეობებში უმეტესობაში დნმ-ის ინდივიდუალური მოლეკულების რაოდენობა ბირთვში, რომლებიც ქმნიან ქრომოსომებს, 12-50-ის ფარგლებშია, მაგრამ არის გამონაკლისებიც. ბუზ Drosophila-ს აქვს 8 ქრომოსომა უჯრედების ბირთვებში, ხოლო ლეპიდოპტერების ოჯახის პატარა წარმომადგენელში Lysandra, დიპლოიდური ქრომოსომის ნაკრებია.380.
შედედებული ქრომოსომების ელექტრონული მიკროგრაფი, რომელიც საშუალებას იძლევა შეაფასოს მათი ფორმა და ზომა, ასახავს კარიოტიპს. კარიოტიპის ანალიზი, როგორც გენეტიკური კრიტერიუმის შესწავლის ნაწილი, ასევე კარიოტიპების ერთმანეთთან შედარება ხელს უწყობს ორგანიზმების სახეობების დადგენას.
როცა ორი სახეობა ერთია
დათვალიერების კრიტერიუმების საერთო მახასიათებელია ის, რომ ისინი არ არიან აბსოლუტური. ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ ერთი მათგანის გამოყენება შეიძლება არ იყოს საკმარისი ზუსტი განსაზღვრისთვის. ორგანიზმები, რომლებიც გარეგნულად არ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, შეიძლება იყვნენ სხვადასხვა სახეობის წარმომადგენლები. აქ მორფოლოგიური კრიტერიუმი გენეტიკურ კრიტერიუმს ეხმარება. ორმაგი მაგალითები:
- დღეს ცნობილია შავი ვირთხების ორი სახეობა, რომლებიც ადრე იდენტიფიცირებული იყო როგორც ერთი მათი გარეგანი იდენტობის გამო.
- არის სულ მცირე 15 სახეობის მალარიული კოღო, რომელთა გარჩევა შესაძლებელია მხოლოდ ციტოგენეტიკური ანალიზით.
- ჩრდილოეთ ამერიკაში ნაპოვნი ჭიკჭიკის 17 სახეობა, რომლებიც გენეტიკურად განსხვავებულია, მაგრამ ფენოტიპურად დაკავშირებულია იმავე სახეობებთან.
- მიჩნეულია, რომ ყველა სახეობის ფრინველს შორის არის 5% ტყუპები, რომელთა იდენტიფიცირებისთვის აუცილებელია გენეტიკური კრიტერიუმის გამოყენება.
- მთის მსხვილფეხა რქოსანთა სისტემატიკაში დაბნეულობა აღმოიფხვრა კარიოლოგიური ანალიზის წყალობით. გამოვლენილია სამი სახეობის კარიოტიპი (2n=54 მუფლონებისთვის, 56 არგალისთვის და არგალისთვის და 58 ქრომოსომა ურიალებისთვის).
შავი ვირთხის ერთ სახეობას აქვს 42 ქრომოსომა, მეორის კარიოტიპი წარმოდგენილია დნმ-ის 38 მოლეკულით.
როდესაც ერთი ხედი ჰგავს ორს
სახეობების ჯგუფებისთვის დიაპაზონის და ინდივიდების რაოდენობის დიდი ფართობით, როდესაც მათში გეოგრაფიული იზოლაცია მოქმედებს ან ინდივიდებს აქვთ ფართო ეკოლოგიური ვალენტობა, დამახასიათებელია სხვადასხვა კარიოტიპის მქონე ინდივიდების არსებობა. ასეთი ფენომენი გამონაკლისების კიდევ ერთი ვარიანტია სახეობების გენეტიკურ კრიტერიუმში.
ქრომოსომული და გენომიური პოლიმორფიზმის მაგალითები ხშირია თევზებში:
- ცისარტყელას კალმახში ქრომოსომების რაოდენობა მერყეობს 58-დან 64-მდე;
- ორი კარიომორფი, 52 და 54 ქრომოსომით, ნაპოვნი თეთრი ზღვის ქაშაყში;
- 50 ქრომოსომის დიპლოიდური ნაკრებით, ვერცხლის კობრის სხვადასხვა პოპულაციის წარმომადგენლებს აქვთ 100 (ტეტრაპლოიდი), 150 (ჰექსაპლოიდი), 200 (ოქტაპლოიდი) ქრომოსომა.
პოლიპლოიდური ფორმები გვხვდება როგორც მცენარეებში (თხის ტირიფი), ასევე მწერებში (ჩვეულები). სახლის თაგვებსა და გერბილებს შეიძლება ჰქონდეთ ქრომოსომების განსხვავებული რაოდენობა და არა დიპლოიდური ნაკრების ჯერადი.
კარიოტიპი ტყუპები
სხვადასხვა კლასისა და ტიპის წარმომადგენლებს შეიძლება ჰქონდეთ კარიოტიპები ქრომოსომების ერთნაირი რაოდენობით. ასეთი დამთხვევები გაცილებით მეტია ერთი და იგივე გვარისა და გვარის წარმომადგენლებს შორის:
- გორილებს, ორანგუტანებსა და შიმპანზეებს აქვთ 48-ქრომოსომიანი კარიოტიპი. გარეგნულად, განსხვავებები არ არის განსაზღვრული, აქ თქვენ უნდა შეადაროთ ნუკლეოტიდების რიგი.
- მცირე განსხვავებები ჩრდილოეთ ამერიკის და ევროპული ბიზონების კარიოტიპებში. ორივეს აქვს 60 ქრომოსომა დიპლოიდურ ნაკრებში. ისინი მიენიჭება ერთსა და იმავე სახეობას, თუ გაანალიზდება მხოლოდ გენეტიკური კრიტერიუმებით.
- გენეტიკური ტყუპების მაგალითები ასევე გვხვდება მცენარეებში, განსაკუთრებით ოჯახებში. ტირიფებს შორისშესაძლებელია სახეობათაშორისი ჰიბრიდების მიღებაც.
ასეთ სახეობებში გენეტიკურ მასალაში დახვეწილი განსხვავებების გამოსავლენად აუცილებელია გენების თანმიმდევრობის და მათი შეყვანის რიგის დადგენა.
მუტაციების გავლენა კრიტერიუმის ანალიზზე
კარიოტიპის ქრომოსომების რაოდენობა შეიძლება შეიცვალოს გენომიური მუტაციების შედეგად - ანევპლოიდია ან ეუფლოიდი.
როდესაც ანევპლოიდი ხდება კარიოტიპში, ჩნდება ერთი ან მეტი დამატებითი ქრომოსომა, ასევე ქრომოსომების რაოდენობა შეიძლება იყოს უფრო ნაკლები ვიდრე სრულფასოვანი ინდივიდი. ამ დარღვევის მიზეზი გამეტების ფორმირების სტადიაზე ქრომოსომების განუსაზღვრელობაა.
სურათზე ნაჩვენებია ადამიანის ანევპლოიდიის (დაუნის სინდრომი) მაგალითი.
ზიგოტები შემცირებული რაოდენობის ქრომოსომებით, როგორც წესი, არ იწყებენ დამსხვრევას. და პოლისომული ორგანიზმები („დამატებითი“ქრომოსომებით) შესაძლოა სიცოცხლისუნარიანი იყოს. ტრიზომიის (2n+1) ან პენტასომიის (2n+3) შემთხვევაში ქრომოსომების უცნაური რაოდენობა მიუთითებს ანომალიაზე. ტეტრასომიამ (2n+2) შეიძლება გამოიწვიოს ფაქტობრივი შეცდომა სახეობის გენეტიკური კრიტერიუმებით განსაზღვრისას.
| მუტაცია | მუტაციის არსი | ზემოქმედება სახეობის გენეტიკურ კრიტერიუმზე |
| ტეტრასომია | კარიოტიპში არის დამატებითი წყვილი ქრომოსომა ან ორი არაჰომოლოგიური დამატებითი ქრომოსომა. | მხოლოდ ამ კრიტერიუმით გაანალიზებისას ორგანიზმი შეიძლება კლასიფიცირდეს, როგორც კიდევ ერთი წყვილი ქრომოსომა. |
| ტეტრაპლოიდი | კარიოტიპშიოთხი ქრომოსომაა თითოეული წყვილიდან ორის ნაცვლად. | ორგანიზმი შეიძლება მიეკუთვნოს სხვა სახეობას იმავე სახეობის პოლიპლოიდური ჯიშის ნაცვლად (მცენარეებში). |
კარიოტიპის გამრავლება - პოლიპლოიდი - ასევე შეიძლება შეცდომაში შეიყვანოს მკვლევარი, როდესაც მუტანტის კარიოტიპი არის ქრომოსომების რამდენიმე დიპლოიდური ნაკრების ჯამი.
კრიტერიუმის სირთულის: მიუწვდომელი დნმ
დნმ-ის ჯაჭვის დიამეტრი დაუხვევიან მდგომარეობაში არის 2 ნმ. გენეტიკური კრიტერიუმი განსაზღვრავს კარიოტიპს უჯრედის გაყოფის წინა პერიოდში, როდესაც წვრილი დნმ-ის მოლეკულები განმეორებით სპირალირდება (კონდენსირებულია) და წარმოადგენს მკვრივი ღეროს ფორმის სტრუქტურებს - ქრომოსომებს. ქრომოსომის საშუალო სისქეა 700 ნმ.
სკოლისა და უნივერსიტეტის ლაბორატორიები, როგორც წესი, აღჭურვილია მცირე გადიდების მიკროსკოპებით (8-დან 100-მდე), მათში კარიოტიპის დეტალების დანახვა შეუძლებელია. გარდა ამისა, სინათლის მიკროსკოპის გამხსნელი ძალა საშუალებას აძლევს ნებისმიერ, თუნდაც ყველაზე მაღალ გადიდებას, დაინახოს ობიექტები უმოკლესი სინათლის ტალღის სიგრძის ნახევარზე ნაკლები. ყველაზე პატარა ტალღის სიგრძე არის იისფერი ტალღებისთვის (400 ნმ). ეს ნიშნავს, რომ მსუბუქი მიკროსკოპით ხილული ყველაზე პატარა ობიექტი იქნება 200 ნმ.
გამოდის, რომ შეღებილი დეკონდენსირებული ქრომატინი მოღრუბლულ ადგილებს წააგავს, ქრომოსომა კი დეტალების გარეშე ჩანს. ელექტრონული მიკროსკოპი 0,5 ნმ გარჩევადობით საშუალებას გაძლევთ ნათლად ნახოთ და შეადაროთ სხვადასხვა კარიოტიპები. ძაფისებრი დნმ-ის სისქის (2 ნმ) გათვალისწინებით, ის ნათლად გამოირჩევა ასეთი მოწყობილობის ქვეშ.
ციტოგენეტიკური კრიტერიუმი სკოლაში
ზემოთ აღწერილი მიზეზების გამო, მიკროპრეპარატების გამოყენება ლაბორატორიულ სამუშაოებში სახეობის გენეტიკური კრიტერიუმის მიხედვით შეუსაბამოა. ამოცანებში შეგიძლიათ გამოიყენოთ ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ მიღებული ქრომოსომების ფოტოები. ფოტოზე მუშაობის მოხერხებულობისთვის ცალკეული ქრომოსომა გაერთიანებულია ჰომოლოგიურ წყვილებად და დალაგებულია თანმიმდევრობით. ასეთ სქემას კარიოგრამა ჰქვია.
სამაგალითო ლაბორატორიული დავალება
დავალება. განვიხილოთ კარიოტიპების მოცემული ფოტოები, შეადარეთ ისინი და გააკეთეთ დასკვნა ცალკეულ პირთა ერთი ან ორი სახეობის კუთვნილების შესახებ.
კარიოტიპების ფოტოები ლაბორატორიული შედარებისთვის.
დავალებაზე მუშაობა. დათვალეთ ქრომოსომების საერთო რაოდენობა თითოეულ კარიოტიპის ფოტოში. თუ ისინი ემთხვევა, შეადარეთ ისინი გარეგნულად. თუ კარიოგრამა არ არის წარმოდგენილი, იპოვეთ ყველაზე მოკლე და გრძელი საშუალო სიგრძის ქრომოსომებს შორის ორივე სურათზე, შეადარეთ ისინი ცენტრომერების ზომისა და მდებარეობის მიხედვით. გააკეთეთ დასკვნა კარიოტიპების სხვაობის/მსგავსების შესახებ.
პასუხები დავალებაზე:
- თუ ქრომოსომების რაოდენობა, ზომა და ფორმა ემთხვევა, მაშინ ორი ინდივიდი, რომელთა გენეტიკური მასალა წარმოდგენილია შესასწავლად, მიეკუთვნება იმავე სახეობას.
- თუ ქრომოსომების რაოდენობა ორჯერ განსხვავებულია და ორივე ფოტოზე არის ერთი და იგივე ზომისა და ფორმის ქრომოსომა, მაშინ დიდი ალბათობით ეს ინდივიდები ერთი და იგივე სახეობის წარმომადგენლები არიან. ეს იქნება დიპლოიდური და ტეტრაპლოიდური კარიოტიპები.ფორმა.
- თუ ქრომოსომების რაოდენობა არ არის ერთნაირი (ის განსხვავდება ერთი ან ორით), მაგრამ ზოგადად ორივე კარიოტიპის ქრომოსომის ფორმა და ზომა ერთნაირია, მაშინ საუბარია ნორმალურ და მუტანტ ფორმებზე. იგივე სახეობა (ანევპლოიდიის ფენომენი).
- ქრომოსომების განსხვავებული რაოდენობით, ასევე ზომისა და ფორმის მახასიათებლების შეუსაბამობით, კრიტერიუმი წარმოდგენილ ინდივიდებს მიაკუთვნებს ორ განსხვავებულ სახეობას.
გამომავალში საჭიროა მიეთითოს შესაძლებელია თუ არა ინდივიდების სახეობების დადგენა გენეტიკური კრიტერიუმის საფუძველზე (და მხოლოდ მას).
პასუხი: შეუძლებელია, რადგან ნებისმიერი სახეობის კრიტერიუმს, გენეტიკური ჩათვლით, აქვს გამონაკლისები და შეუძლია განსაზღვროს მცდარი შედეგი. სიზუსტის გარანტია შესაძლებელია მხოლოდ ფორმის კრიტერიუმების ნაკრების გამოყენებით.
