קריטריון מינים גנטי (ציטוגנטיים), יחד עם אחרים, משמש להבחין בין קבוצות שיטתיות יסודיות, לניתוח מצבו של מין. במאמר זה נשקול את מאפייני הקריטריון, כמו גם את הקשיים שחוקר עלול להיתקל בהם בעת יישומו.
מהו נוף
בענפים שונים של מדע הביולוגיה, המין מוגדר בדרכו שלו. מנקודת מבט אבולוציונית, אנו יכולים לומר שמין הוא אוסף של פרטים שיש להם קווי דמיון במבנה החיצוני ובארגון הפנימי, בתהליכים פיזיולוגיים וביוכימיים, המסוגלים להתרבות בלתי מוגבלת, להשאיר צאצאים פוריים ומבודדים גנטית מקבוצות דומות.
מין יכול להיות מיוצג על ידי אוכלוסיה אחת או כמה, ובהתאם, יש לו טווח שלם או מנותח (אזור בית גידול/אזור מים)
מינוח המינים
לכל מין יש שם משלו. בהתאם לכללי המינוח הבינארי, הוא מורכב משתי מילים: שם עצם ותואר.שם העצם הוא השם הגנרי, ושם התואר הוא השם הספציפי. לדוגמה, בשם "Dandelion officinalis", המין "officinalis" הוא אחד מנציגי הצמחים מהסוג "Dandelion".
ליחידים ממינים קרובים בסוג יש כמה הבדלים במראה, בפיזיולוגיה ובהעדפות אקולוגיות. אבל אם הם דומים מדי, אזי שיוך המינים שלהם נקבע על פי הקריטריון הגנטי של המין המבוסס על ניתוח קריוטיפים.
למה מין צריך קריטריונים
קרל לינאוס, שהיה הראשון שנתן שמות מודרניים ותאר סוגים רבים של אורגניזמים חיים, ראה אותם ללא שינוי ולא משתנים. כלומר, כל הפרטים מתאימים לתמונת מין בודדת, וכל סטייה ממנה היא שגיאה בהתגלמות רעיון המין.
מאז המחצית הראשונה של המאה ה-19, צ'ארלס דרווין וחסידיו מבססים מושג שונה לחלוטין של מינים. בהתאם לו, המין הוא משתנה, הטרוגני וכולל צורות מעבר. הקביעות של המין היא יחסית, היא תלויה בשונות של תנאי הסביבה. יחידת הקיום היסודית של מין היא אוכלוסייה. הוא נבדל מבחינה רבייה ועומד בקריטריונים הגנטיים של המין.
בהתחשב בהטרוגניות של פרטים מאותו מין, יכול להיות למדענים קשה לקבוע את מיני האורגניזמים או להפיץ אותם בין קבוצות שיטתיות.
קריטריונים מורפולוגיים וגנטיים של המין, ביוכימיים, פיזיולוגיים, גיאוגרפיים, אקולוגיים, התנהגותיים (אתולוגיים) - כל זהקומפלקסים של הבדלים בין מינים. הם קובעים את הבידוד של קבוצות שיטתיות, את דיסקרטיות הרבייה שלהם. וניתן להשתמש בהם כדי להבחין בין מין אחד למשנהו, כדי לבסס את מידת הקשר והמיקום שלהם במערכת הביולוגית.
אפיון הקריטריון הגנטי של המין
מהות התכונה הזו היא שלכל הפרטים מאותו מין יש את אותו קריוטיפ.
קריוטיפ הוא מעין "דרכון" כרומוזומלי של אורגניזם, הוא נקבע לפי מספר הכרומוזומים הקיימים בתאים סומטיים בוגרים של הגוף, גודלם ותכונותיהם המבניות:
- יחס בין אורך זרוע הכרומוזום;
- מיקום הצנטרומרים בהם;
- הנוכחות של הגבלות משניות ולוויינים.
יחידים המשתייכים למינים שונים לא יוכלו להתרבות. גם אם אפשר להשיג צאצאים, כמו עם חמור וסוס, נמר ואריה, הרי שהכלאיים בין-ספציפיים לא יהיו פוריים. הסיבה לכך היא שהחצאים של הגנוטיפ אינם זהים וצימוד בין כרומוזומים אינו יכול להתרחש, ולכן לא נוצרים גמטות.
בתמונה: פרד - הכלאה סטרילית של חמור וסוסה.
אובייקט הלימוד - קריוטיפ
קריוטיפ אנושי מיוצג על ידי 46 כרומוזומים. ברוב המינים שנחקרו, מספר מולקולות הדנ א הבודדות בגרעין היוצרות כרומוזומים נופל בטווח של 12-50. אבל יש יוצאים מן הכלל. לזבוב הפירות תסיסנית יש 8 כרומוזומים בגרעיני התאים, ובנציג קטן ממשפחת ה-Lepidoptera Lysandra, מערך הכרומוזומים הדיפלואידי הוא380.
תצלום האלקטרונים של כרומוזומים מעובה, המאפשר להעריך את צורתם וגודלם, משקף את הקריוטיפ. ניתוח הקריוטיפ כחלק מחקר הקריטריון הגנטי, כמו גם השוואה של קריוטיפים זה עם זה, עוזרים לקבוע את מיני האורגניזמים.
כאשר שני מינים הם אחד
התכונה הנפוצה של קריטריוני צפייה היא שהם אינם מוחלטים. המשמעות היא ששימוש רק באחד מהם עשוי שלא להספיק לקביעה מדויקת. אורגניזמים שאינם ניתנים להבחנה כלפי חוץ זה מזה עשויים להיות נציגים של מינים שונים. כאן בא הקריטריון המורפולוגי לעזרת הקריטריון הגנטי. דוגמאות כפולות:
- כיום ידועים שני מינים של חולדות שחורות, אשר זוהו בעבר כאחד בשל זהותם החיצונית.
- ישנם לפחות 15 מינים של יתושים מלריה שניתן להבחין בהם רק על ידי ניתוח ציטוגנטי.
- 17 מינים של צרצרים שנמצאו בצפון אמריקה, שונים גנטית אך קשורים באופן פנוטיפי לאותו מין.
- מאמינים שבין כל מיני הציפורים יש 5% תאומים, שלצורך זיהוים יש צורך ליישם קריטריון גנטי.
- הבלבול בשיטתיות של בקר הרים הוסר הודות לניתוח קריולוגי. זוהו שלושה סוגים של קריוטיפים (2n=54 עבור מופלונים, 56 עבור ארגאלי וארגאלי, ו-58 כרומוזומים עבור אוריאלים).
למין אחד של חולדה שחורה יש 42 כרומוזומים, הקריוטיפ של השני מיוצג על ידי 38 מולקולות DNA.
כשתצוגה אחת היא כמו שתיים
עבור קבוצות מינים עם שטח גדול של טווח ומספר הפרטים, כאשר בידוד גיאוגרפי פועל בתוכם או שלפרטים יש ערכיות אקולוגית רחבה, אופיינית נוכחותם של פרטים בעלי קריוטיפים שונים. תופעה כזו היא גרסה נוספת של חריגים בקריטריון הגנטי של המין.
דוגמאות לפולימורפיזם כרומוזומלי וגנומי שכיחות בדגים:
- בפורל הקשת, מספר הכרומוזומים משתנה בין 58 ל-64;
- שני קריומורפים, עם 52 ו-54 כרומוזומים, שנמצאו בהרינג בים הלבן;
- עם סט דיפלואידי של 50 כרומוזומים, לנציגי אוכלוסיות שונות של קרפיון כסף יש 100 (טטרפלואידים), 150 (הקספלואידים), 200 (אוקטפלואידים) כרומוזומים.
צורות פוליפואידיות נמצאות הן בצמחים (ערבת עיזים) והן בחרקים (חדקנים). לעכברי בית וגרבילים יכולים להיות מספרים שונים של כרומוזומים, לא כפולה של הסט הדיפלואידי.
תאומים קריוטיפ
לנציגים של מחלקות וסוגים שונים עשויים להיות קריוטיפים עם אותו מספר של כרומוזומים. יש הרבה יותר צירופי מקרים כאלה בקרב נציגי אותן משפחות וסוגים:
- לגורילות, אורנגאוטנים ושימפנזים יש קריוטיפ של 48 כרומוזומים. במראה, ההבדלים לא נקבעים, כאן צריך להשוות את סדר הנוקלאוטידים.
- הבדלים קלים בקריוטיפים של ביזון צפון אמריקאי וביזון אירופאי. לשניהם 60 כרומוזומים בקבוצה דיפלואידית. הם יוקצו לאותו מין אם ינותחו רק לפי קריטריונים גנטיים.
- דוגמאות לתאומים גנטיים נמצאות גם בקרב צמחים, במיוחד בתוך משפחות. בין הערבותאפשר אפילו להשיג הכלאות בין-ספציפיות.
כדי לחשוף הבדלים עדינים בחומר הגנטי במינים כאלה, יש צורך לקבוע את רצף הגנים ואת הסדר שבו הם נכללים.
השפעת מוטציות על ניתוח הקריטריון
ניתן לשנות את מספר הכרומוזומים הקריוטיפ כתוצאה ממוטציות גנומיות - אנאופלואידיה או אפלואידיה.
כאשר אנופלואידיה מתרחשת בקריוטיפ, מופיע כרומוזום נוסף אחד או יותר, ומספר הכרומוזומים עשוי להיות גם קטן מזה של אדם מן המניין. הסיבה להפרה זו היא אי-ניתוק הכרומוזומים בשלב היווצרות הגמטות.
התמונה מציגה דוגמה לאנופלואידיה אנושית (תסמונת דאון).
זיגוטים עם מספר מופחת של כרומוזומים, ככלל, אינם מתחילים למעוך. ואורגניזמים פוליסומיים (עם כרומוזומים "נוספים") עשויים בהחלט להיות ברי קיימא. במקרה של טריזומיה (2n+1) או פנטזומיה (2n+3), מספר אי זוגי של כרומוזומים יעיד על אנומליה. טטרזומיה (2n+2) יכולה להוביל לטעות ממשית בקביעת המין לפי קריטריונים גנטיים.
| Mutation | מהות המוטציה | השפעה על הקריטריון הגנטי של המין |
| Tetrasomy | זוג נוסף של כרומוזומים או שני כרומוזומים נוספים שאינם הומולוגים נמצאים בקריוטיפ. | כאשר הוא מנותח על פי קריטריון זה בלבד, ניתן לסווג אורגניזם כבעל זוג אחד נוסף של כרומוזומים. |
| Tetraploidy | בקריוטיפיש ארבעה כרומוזומים מכל זוג במקום שניים. | ניתן לשייך אורגניזם למין אחר במקום זן פוליפלואיד מאותו מין (בצמחים). |
כפל קריוטיפ - פוליפלוידיה - יכול גם להטעות את החוקר כאשר הקריוטיפ המוטנטי הוא סכום של מספר קבוצות דיפלואידיות של כרומוזומים.
מורכבות קריטריון: DNA חמקמק
קוטר גדיל ה-DNA במצב לא מעוות הוא 2 ננומטר. הקריטריון הגנטי קובע את הקריוטיפ בתקופה שקדמה לחלוקת התא, כאשר מולקולות DNA דקות מסתחררות שוב ושוב (מתעבות) ומייצגות מבנים צפופים בצורת מוט - כרומוזומים. העובי הממוצע של כרומוזום הוא 700 ננומטר.
מעבדות בתי ספר ואוניברסיטאות מצוידות לרוב במיקרוסקופים בעלי הגדלה נמוכה (מ-8 עד 100), לא ניתן לראות בהם את פרטי הקריוטיפ. כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ אור, בנוסף, מאפשר בכל הגדלה, אפילו בהגדלה הגבוהה ביותר, לראות עצמים לא פחות ממחצית האורך של גל האור הקצר ביותר. אורך הגל הקטן ביותר הוא עבור גלים סגולים (400 ננומטר). המשמעות היא שהעצם הקטן ביותר הנראה במיקרוסקופ אור יהיה מ-200 ננומטר.
מסתבר שהכרומטין המעובה המוכתם ייראה כמו אזורים עכורים, והכרומוזומים יהיו גלויים ללא פרטים. מיקרוסקופ אלקטרוני ברזולוציה של 0.5 ננומטר מאפשר לך לראות בבירור ולהשוות קריוטיפים שונים. בהתחשב בעובי של DNA חוטי (2 ננומטר), ניתן יהיה להבחין בו בבירור תחת מכשיר כזה.
קריטריון ציטוגני בבית הספר
מהסיבות שתוארו לעיל, השימוש במיקרו-תכשירים בעבודת מעבדה לפי הקריטריון הגנטי של המין אינו הולם. במשימות, ניתן להשתמש בתצלומים של כרומוזומים שהתקבלו במיקרוסקופ אלקטרוני. לנוחות העבודה בתמונה, כרומוזומים בודדים משולבים לזוגות הומולוגיים ומסודרים לפי הסדר. תכנית כזו נקראת קריוגרמה.
משימות מעבדה לדוגמה
משימה. שקול את התצלומים הנתונים של קריוטיפים, השוו ביניהם והסיקו מסקנה לגבי השתייכותם של פרטים למין אחד או שניים.
תמונות של קריוטיפים להשוואה במעבדה.
עובדים על משימה. ספור את המספר הכולל של הכרומוזומים בכל תמונה קריוטיפ. אם הם תואמים, השוו ביניהם במראה החיצוני. אם לא מוצגת קריוגרמה, מצא את הקצר והארוך ביותר מבין הכרומוזומים באורך בינוני בשתי התמונות, השוו אותם לפי גודל ומיקום הצנטרומרים. עשה מסקנה לגבי ההבדל/דמיון של קריוטיפים.
תשובות למשימה:
- אם המספר, הגודל והצורה של הכרומוזומים תואמים, אז שני הפרטים שהחומר הגנטי שלהם מוצג למחקר שייכים לאותו מין.
- אם מספר הכרומוזומים שונה פי שניים, ובשני התצלומים יש כרומוזומים באותו גודל וצורה, אז ככל הנראה הפרטים הם נציגים של אותו מין. אלה יהיו קריוטיפים דיפלואידים וטטרפלואידים.טופס.
- אם מספר הכרומוזומים אינו זהה (הוא שונה באחד או שניים), אבל באופן כללי הצורה והגודל של הכרומוזומים של שני הקריוטיפים זהים, אנחנו מדברים על צורות נורמליות ומוטנטיות של אותו מין (תופעת אנופלואידיה).
- עם מספר שונה של כרומוזומים, כמו גם חוסר התאמה במאפייני הגודל והצורה, הקריטריון ייחס את הפרטים המוצגים לשני מינים שונים.
בפלט נדרש לציין האם ניתן לקבוע את מיני הפרטים על סמך הקריטריון הגנטי (ורק הוא).
תשובה: זה בלתי אפשרי, שכן לכל קריטריון מין, כולל גנטי, יש יוצאים מן הכלל והוא יכול לתת תוצאה שגויה של הקביעה. ניתן להבטיח דיוק רק על ידי יישום קבוצת קריטריונים של הטופס.
