Tiêu chí loài di truyền (di truyền tế bào), cùng với các tiêu chí khác, được sử dụng để phân biệt các nhóm cơ bản có hệ thống, để phân tích trạng thái của một loài. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các đặc điểm của tiêu chí, cũng như những khó khăn mà nhà nghiên cứu có thể gặp phải khi áp dụng nó.
Xem là gì
Trong các ngành khác nhau của khoa học sinh học, loài được định nghĩa theo cách riêng của nó. Từ góc độ tiến hóa, chúng ta có thể nói rằng một loài là một tập hợp các cá thể có những điểm giống nhau về cấu trúc bên ngoài và tổ chức bên trong, các quá trình sinh lý và sinh hóa, có khả năng giao phối với nhau không giới hạn, để lại con cái có khả năng sinh sản và cách ly về mặt di truyền với các nhóm tương tự.
Một loài có thể được đại diện bởi một hoặc một số quần thể và do đó, có một phạm vi toàn bộ hoặc phân tách (khu vực sinh cảnh / khu vực nước)
Danh pháp loài
Mỗi loài có một tên riêng. Theo quy tắc của danh pháp nhị phân, nó bao gồm hai từ: một danh từ và một tính từ. Danh từ là tên chung, và tính từ là tên riêng. Ví dụ, trong tên "Dandelion officinalis", loài "officinalis" là một trong những đại diện của các loài thực vật thuộc chi "Dandelion".
Các cá thể của các loài có liên quan trong chi có một số khác biệt về ngoại hình, sinh lý và sở thích sinh thái. Nhưng nếu chúng quá giống nhau, thì mối liên hệ giữa các loài của chúng được xác định bởi tiêu chí di truyền của loài dựa trên phân tích các karyotype.
Tại sao một loài cần tiêu chí
Carl Linnaeus, người đầu tiên đặt tên hiện đại và mô tả nhiều loại sinh vật sống, coi chúng là không thay đổi và không thay đổi. Có nghĩa là, tất cả các cá thể đều tương ứng với một hình ảnh loài duy nhất và bất kỳ sự sai lệch nào so với hình ảnh đó đều là lỗi trong hiện thân của ý tưởng loài.
Kể từ nửa đầu thế kỷ 19, Charles Darwin và những người theo ông đã chứng minh một khái niệm hoàn toàn khác về loài. Phù hợp với nó, các loài có thể thay đổi, không đồng nhất và bao gồm các dạng chuyển tiếp. Sự cố định của loài là tương đối, nó phụ thuộc vào sự biến đổi của điều kiện môi trường. Đơn vị tồn tại cơ bản của loài là quần thể. Nó khác biệt về mặt sinh sản và đáp ứng các tiêu chí di truyền của loài.
Với sự không đồng nhất của các cá thể trong cùng một loài, các nhà khoa học có thể khó xác định loài sinh vật hoặc phân bố chúng giữa các nhóm có hệ thống.
Tiêu chí hình thái và di truyền của loài, sinh hóa, sinh lý, địa lý, sinh thái, hành vi (thần thoại) - tất cả những điều nàyphức hợp về sự khác biệt giữa các loài. Chúng xác định sự cô lập của các nhóm có hệ thống, sự rời rạc trong sinh sản của chúng. Và chúng có thể được sử dụng để phân biệt loài này với loài khác, để thiết lập mức độ mối quan hệ và vị trí của chúng trong hệ thống sinh học.
Đặc điểm của tiêu chí di truyền của loài
Bản chất của đặc điểm này là tất cả các cá thể của cùng một loài đều có cùng một kiểu mẫu giống nhau.
Karyotype là một loại "hộ chiếu" nhiễm sắc thể của sinh vật, nó được xác định bởi số lượng nhiễm sắc thể có trong tế bào sinh dưỡng trưởng thành của cơ thể, kích thước và đặc điểm cấu trúc của chúng:
- tỷ lệ chiều dài cánh tay nhiễm sắc thể;
- vị trí của tâm động trong chúng;
- sự hiện diện của hằng số phụ và vệ tinh.
Các cá thể thuộc các loài khác nhau sẽ không thể giao phối với nhau. Ngay cả khi có thể có được con cái, như với lừa và ngựa, hổ và sư tử, thì các con lai giữa các loài đặc biệt sẽ không thể sinh sôi. Điều này là do các nửa của kiểu gen không giống nhau và sự tiếp hợp giữa các nhiễm sắc thể không thể xảy ra nên giao tử không được hình thành.
Trong ảnh: một con la - con lai thuần chủng giữa lừa và ngựa cái.
Đối tượng nghiên cứu - karyotype
Karyotype của con người được biểu thị bằng 46 nhiễm sắc thể. Ở hầu hết các loài được nghiên cứu, số lượng phân tử DNA riêng lẻ trong nhân hình thành nhiễm sắc thể nằm trong khoảng 12–50. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ. Ruồi giấm Drosophila có 8 nhiễm sắc thể trong nhân tế bào, và ở một đại diện nhỏ của họ Lepidoptera Lysandra, bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội là380.
Hình ảnh hiển vi điện tử của các nhiễm sắc thể cô đặc, cho phép đánh giá hình dạng và kích thước của chúng, phản ánh karyotype. Phân tích karyotype như một phần của nghiên cứu tiêu chí di truyền, cũng như so sánh các karyotype với nhau, giúp xác định các loài sinh vật.
Khi hai loài là một
Đặc điểm chung của các tiêu chí lượt xem là chúng không tuyệt đối. Điều này có nghĩa là chỉ sử dụng một trong số chúng có thể không đủ để xác định chính xác. Các sinh vật bề ngoài không thể phân biệt được với nhau có thể là đại diện của các loài khác nhau. Ở đây, tiêu chí hình thái có sự hỗ trợ của tiêu chí di truyền. Ví dụ kép:
- Ngày nay, hai loài chuột đen đã được biết đến, chúng trước đây được xác định là một do đặc điểm nhận dạng bên ngoài của chúng.
- Có ít nhất 15 loài muỗi sốt rét chỉ có thể được phân biệt bằng phân tích di truyền tế bào.
- 17 loài dế được tìm thấy ở Bắc Mỹ khác nhau về mặt di truyền nhưng có liên quan về mặt kiểu hình với cùng một loài.
- Người ta tin rằng trong số tất cả các loài chim có 5% là cặp song sinh, để xác định được loài nào cần phải áp dụng tiêu chí di truyền.
- Sự nhầm lẫn trong hệ thống học của những con bò rừng núi đã được loại bỏ nhờ vào phân tích karyological. Ba loại karyotype đã được xác định (2n=54 đối với mouflon, 56 đối với argali và argali, và 58 nhiễm sắc thể đối với urial).
Một loài chuột đen có 42 nhiễm sắc thể, karyotype của loài còn lại được đại diện bởi 38 phân tử DNA.
Khi một lượt xem giống như hai lượt xem
Đối với các nhóm loài có diện tích và số lượng cá thể lớn, khi sự cách ly địa lý hoạt động bên trong chúng hoặc các cá thể có hóa trị sinh thái rộng, sự hiện diện của các cá thể với các karyotype khác nhau là đặc trưng. Hiện tượng như vậy là một biến thể khác của các trường hợp ngoại lệ trong tiêu chí di truyền của loài.
Các ví dụ về đa hình nhiễm sắc thể và bộ gen thường gặp ở cá:
- ở cá hồi vân, số lượng nhiễm sắc thể thay đổi từ 58 đến 64;
- hai karyomorph, với 52 và 54 nhiễm sắc thể, được tìm thấy ở cá trích Biển Trắng;
- với bộ lưỡng bội gồm 50 nhiễm sắc thể, các đại diện của các quần thể cá chép bạc khác nhau có 100 nhiễm sắc thể (tứ bội), 150 (lục bội), 200 (bát bội).
Dạng đa bội có ở cả thực vật (liễu dê) và côn trùng (mọt). Chuột nhà và chuột nhảy có thể có số lượng nhiễm sắc thể khác nhau, không phải là bội số của bộ lưỡng bội.
Cặp song sinh Karyotype
Đại diện của các lớp và kiểu khác nhau có thể có karyotype với số lượng nhiễm sắc thể bằng nhau. Có nhiều sự trùng hợp như vậy giữa các đại diện của cùng một họ và chi:
- Khỉ đột, đười ươi và tinh tinh có bộ karyotype 48 nhiễm sắc thể. Về ngoại hình, sự khác biệt không được xác định, ở đây bạn cần so sánh thứ tự của các nucleotide.
- Sự khác biệt nhỏ về karyotype của bò rừng Bắc Mỹ và bò rừng châu Âu. Cả hai đều có 60 nhiễm sắc thể trong bộ lưỡng bội. Chúng sẽ được gán cho cùng một loài nếu chỉ được phân tích theo tiêu chí di truyền.
- Ví dụ về các cặp song sinh di truyền cũng được tìm thấy giữa các loài thực vật, đặc biệt là trong các gia đình. Trong số những cây liễuthậm chí có thể thu được các giống lai giữa các loài đặc biệt.
Để tiết lộ những khác biệt tinh tế về vật chất di truyền ở những loài như vậy, cần phải xác định trình tự gen và thứ tự bao gồm chúng.
Ảnh hưởng của đột biến đến việc phân tích tiêu chí
Số lượng nhiễm sắc thể karyotype có thể bị thay đổi do đột biến gen - dị bội hoặc dị bội.
Khi thể dị bội xảy ra trong karyotype, một hoặc nhiều nhiễm sắc thể bổ sung sẽ xuất hiện và số lượng nhiễm sắc thể cũng có thể ít hơn số lượng nhiễm sắc thể của một cá thể đầy đủ. Lý do cho sự vi phạm này là sự không phân ly của các nhiễm sắc thể ở giai đoạn hình thành giao tử.
Hình ảnh cho thấy một ví dụ về thể dị bội ở người (hội chứng Down).
Hợp tử có số lượng nhiễm sắc thể giảm, theo quy luật, không bắt đầu nghiền nát. Và các sinh vật đa thể (có thêm nhiễm sắc thể) cũng có thể tồn tại được. Trong trường hợp thể tam nhiễm (2n + 1) hoặc thể ngũ bội (2n + 3), một số lượng nhiễm sắc thể lẻ sẽ cho thấy sự bất thường. Thể tứ bội (2n + 2) có thể dẫn đến sai sót thực sự trong việc xác định loài theo tiêu chí di truyền.
| Đột biến | Bản chất đột biến | Ảnh hưởng đến tiêu chí di truyền của loài |
| Tetrasomy | Có thêm một cặp nhiễm sắc thể hoặc hai nhiễm sắc thể phụ không tương đồng trong karyotype. | Khi chỉ phân tích theo tiêu chí này, một sinh vật có thể được phân loại là có thêm một cặp nhiễm sắc thể. |
| Thể tứ bội | Trong karyotypecó bốn nhiễm sắc thể từ mỗi cặp thay vì hai. | Một sinh vật có thể được gán cho một loài khác thay vì một cây trồng đa bội của cùng một loài (ở thực vật). |
Sự nhân lên của karyotype - đa bội - cũng có thể gây hiểu lầm cho nhà nghiên cứu khi karyotype đột biến là tổng số của một số bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội.
Độ phức tạp của tiêu chí: DNA khó nắm bắt
Đường kính của sợi DNA ở trạng thái không bị xoắn là 2 nm. Tiêu chí di truyền xác định karyotype trong giai đoạn trước khi phân chia tế bào, khi các phân tử DNA mỏng liên tục phân hóa (cô đặc) và đại diện cho cấu trúc hình que dày đặc - nhiễm sắc thể. Độ dày trung bình của nhiễm sắc thể là 700 nm.
Phòng thí nghiệm của trường học và đại học thường được trang bị kính hiển vi có độ phóng đại thấp (từ 8 đến 100), không thể nhìn thấy chi tiết của karyotype trong đó. Ngoài ra, khả năng phân giải của kính hiển vi ánh sáng cho phép ở bất kỳ độ phóng đại nào, ngay cả độ phóng đại cao nhất, có thể nhìn thấy các vật thể có chiều dài không nhỏ hơn một nửa của sóng ánh sáng ngắn nhất. Bước sóng nhỏ nhất dành cho sóng tím (400 nm). Điều này có nghĩa là vật thể nhỏ nhất có thể nhìn thấy trong kính hiển vi ánh sáng sẽ có kích thước từ 200 nm.
Hóa ra là chất nhiễm sắc bị mất bù nhuộm màu sẽ trông giống như những vùng mây, và các nhiễm sắc thể sẽ hiện rõ mà không có chi tiết. Kính hiển vi điện tử với độ phân giải 0,5 nm cho phép bạn nhìn rõ và so sánh các karyotype khác nhau. Xem xét độ dày của DNA dạng sợi (2 nm), nó sẽ được phân biệt rõ ràng dưới một thiết bị như vậy.
Tiêu chí di truyền tế bào ở trường
Vì những lý do được mô tả ở trên, việc sử dụng các chế phẩm vi sinh trong phòng thí nghiệm theo tiêu chí di truyền của loài là không phù hợp. Trong các nhiệm vụ, bạn có thể sử dụng ảnh chụp nhiễm sắc thể thu được dưới kính hiển vi điện tử. Để thuận tiện cho công việc trong ảnh, các nhiễm sắc thể riêng lẻ được kết hợp thành các cặp tương đồng và được sắp xếp theo thứ tự. Sơ đồ như vậy được gọi là karyogram.
Bài tập ví dụ trong phòng thí nghiệm
Chỉ định. Hãy xem xét các bức ảnh chụp karyotype đã cho, so sánh chúng và đưa ra kết luận về sự thuộc về các cá thể của một hoặc hai loài.
Ảnh chụp karyotype để so sánh trong phòng thí nghiệm.
Đang làm nhiệm vụ. Đếm tổng số nhiễm sắc thể trong mỗi ảnh karyotype. Nếu chúng phù hợp, hãy so sánh chúng về ngoại hình. Nếu không phải biểu đồ ký sinh, hãy tìm đoạn ngắn nhất và dài nhất trong số các nhiễm sắc thể có chiều dài trung bình ở cả hai ảnh, so sánh chúng theo kích thước và vị trí của tâm động. Đưa ra kết luận về sự khác biệt / giống nhau của các karyotype.
Câu trả lời cho nhiệm vụ:
- Nếu số lượng, kích thước và hình dạng của nhiễm sắc thể trùng khớp thì hai cá thể có vật chất di truyền được trình bày để nghiên cứu thuộc cùng một loài.
- Nếu số lượng nhiễm sắc thể hai lần khác nhau và trong cả hai bức ảnh đều có các nhiễm sắc thể có kích thước và hình dạng giống nhau thì rất có thể các cá thể là đại diện của cùng một loài. Đây sẽ là các thể lưỡng bội và tứ bội.hình thức.
- Nếu số lượng nhiễm sắc thể không giống nhau (chênh lệch một hoặc hai), nhưng nhìn chung hình dạng và kích thước của các nhiễm sắc thể của cả hai dạng karyotype là giống nhau, chúng ta đang nói về dạng bình thường và dạng đột biến của cùng loài (hiện tượng dị bội).
- Với số lượng nhiễm sắc thể khác nhau, cũng như sự không phù hợp về đặc điểm kích thước và hình dạng, tiêu chí sẽ quy các cá thể được giới thiệu là hai loài khác nhau.
Trong đầu ra, phải cho biết liệu có thể xác định loài của các cá thể dựa trên tiêu chí di truyền (và chỉ nó) hay không.
Trả lời: không thể, vì bất kỳ tiêu chí loài nào, kể cả di truyền, đều có ngoại lệ và có thể đưa ra kết quả xác định sai. Độ chính xác chỉ có thể được đảm bảo bằng cách áp dụng một bộ tiêu chí của biểu mẫu.
