O critério genético (citogenético) de espécies, juntamente com outros, é usado para distinguir grupos sistemáticos elementares, para analisar o estado de uma espécie. Neste artigo, consideraremos as características do critério, bem como as dificuldades que um pesquisador pode encontrar ao aplicá-lo.
O que é uma vista
Em diferentes ramos da ciência biológica, a espécie é definida à sua maneira. Do ponto de vista evolutivo, podemos dizer que uma espécie é um conjunto de indivíduos que possuem semelhanças na estrutura externa e organização interna, processos fisiológicos e bioquímicos, capazes de intercruzamentos ilimitados, deixando descendentes férteis e geneticamente isolados de grupos semelhantes.
Uma espécie pode ser representada por uma ou várias populações e, portanto, ter uma distribuição inteira ou dissecada (área de habitat/área de água)
Nomenclatura das espécies
Cada espécie tem seu próprio nome. De acordo com as regras da nomenclatura binária, consiste em duas palavras: um substantivo e um adjetivo. O substantivo é o nome genérico e o adjetivo é o nome específico. Por exemplo, no nome "Dandelion officinalis", a espécie "officinalis" é um dos representantes das plantas do gênero "Dandelion".
Indivíduos de espécies relacionadas dentro do gênero têm algumas diferenças na aparência, fisiologia e preferências ecológicas. Mas se eles são muito semelhantes, então sua afiliação de espécie é determinada pelo critério genético da espécie com base na análise de cariótipos.
Por que uma espécie precisa de critérios
Carl Linnaeus, que foi o primeiro a dar nomes modernos e descrever muitos tipos de organismos vivos, considerou-os in alterados e invariáveis. Ou seja, todos os indivíduos correspondem a uma única imagem de espécie, e quaisquer desvios dela são um erro na incorporação da ideia de espécie.
Desde a primeira metade do século 19, Charles Darwin e seus seguidores vêm fundamentando um conceito completamente diferente de espécie. De acordo com ela, a espécie é mutável, heterogênea e inclui formas transicionais. A constância das espécies é relativa, depende da variabilidade das condições ambientais. A unidade elementar de existência de uma espécie é uma população. É reprodutivamente distinto e atende aos critérios genéticos da espécie.
Dada a heterogeneidade de indivíduos da mesma espécie, pode ser difícil para os cientistas determinar as espécies de organismos ou distribuí-las entre grupos sistemáticos.
Critérios morfológicos e genéticos da espécie, bioquímicos, fisiológicos, geográficos, ecológicos, comportamentais (etológicos) - tudo issocomplexos de diferenças entre as espécies. Eles determinam o isolamento de grupos sistemáticos, sua discrição reprodutiva. E eles podem ser usados para distinguir uma espécie de outra, para estabelecer o grau de seu relacionamento e posição no sistema biológico.
Caracterização do critério genético da espécie
A essência desta característica é que todos os indivíduos da mesma espécie têm o mesmo cariótipo.
Um cariótipo é uma espécie de "passaporte" cromossômico de um organismo, é determinado pelo número de cromossomos presentes nas células somáticas maduras do corpo, seu tamanho e características estruturais:
- proporção do comprimento do braço do cromossomo;
- a posição dos centrômeros neles;
- presença de constrições secundárias e satélites.
Indivíduos pertencentes a espécies diferentes não poderão cruzar. Mesmo que seja possível obter descendentes, como um burro e um cavalo, um tigre e um leão, os híbridos interespecíficos não serão prolíficos. Isso ocorre porque as metades do genótipo não são as mesmas e a conjugação entre os cromossomos não pode ocorrer, então os gametas não são formados.
Na foto: uma mula - um híbrido estéril de um burro e uma égua.
Objeto de estudo - cariótipo
O cariótipo humano é representado por 46 cromossomos. Na maioria das espécies estudadas, o número de moléculas de DNA individuais no núcleo que formam os cromossomos fica na faixa de 12 a 50. Mas há exceções. A mosca-das-frutas Drosophila possui 8 cromossomos nos núcleos das células, e em um pequeno representante da família Lepidoptera Lysandra, o conjunto diplóide de cromossomos é380.
A micrografia eletrônica de cromossomos condensados, que permite avaliar sua forma e tamanho, reflete o cariótipo. A análise do cariótipo como parte do estudo do critério genético, bem como a comparação dos cariótipos entre si, ajuda a determinar as espécies de organismos.
Quando duas espécies são uma
A característica comum dos critérios de visualização é que eles não são absolutos. Isso significa que o uso de apenas um deles pode não ser suficiente para uma determinação precisa. Organismos que são aparentemente indistinguíveis uns dos outros podem ser representantes de espécies diferentes. Aqui o critério morfológico vem em auxílio do critério genético. Exemplos duplos:
- Hoje, são conhecidas duas espécies de ratos pretos, que antes eram identificadas como uma só devido à sua identidade externa.
- Existem pelo menos 15 espécies de mosquitos da malária que só podem ser distinguidas por análise citogenética.
- 17 espécies de grilos encontradas na América do Norte que são geneticamente diferentes, mas fenotipicamente relacionadas à mesma espécie.
- Acredita-se que entre todas as espécies de aves existam 5% de gémeos, para a identificação dos quais é necessário aplicar um critério genético.
- A confusão na sistemática dos bovídeos da montanha foi eliminada graças à análise cariológica. Três variedades de cariótipos foram identificadas (2n=54 para muflões, 56 para argali e argali e 58 cromossomos para urials).
Uma espécie de rato preto possui 42 cromossomos, o cariótipo da outra é representado por 38 moléculas de DNA.
Quando uma visão é igual a duas
Para grupos de espécies com grande área de distribuição e o número de indivíduos, quando o isolamento geográfico opera dentro deles ou os indivíduos possuem uma ampla valência ecológica, é característica a presença de indivíduos com diferentes cariótipos. Tal fenômeno é outra variante de exceções no critério genético da espécie.
Exemplos de polimorfismo cromossômico e genômico são comuns em peixes:
- na truta arco-íris, o número de cromossomos varia de 58 a 64;
- dois cariomorfos, com 52 e 54 cromossomos, encontrados no arenque do Mar Branco;
- com um conjunto diplóide de 50 cromossomos, representantes de diferentes populações de carpas prateadas possuem 100 (tetraplóides), 150 (hexaplóides), 200 (octaplóides) cromossomos.
As formas poliplóides são encontradas tanto em plantas (salgueiro de cabra) quanto em insetos (gorgulhos). Camundongos e gerbos podem ter diferentes números de cromossomos, não um múltiplo do conjunto diplóide.
Gêmeos cariotípicos
Representantes de diferentes classes e tipos podem ter cariótipos com o mesmo número de cromossomos. Há muito mais coincidências entre representantes das mesmas famílias e gêneros:
- Gorilas, orangotangos e chimpanzés têm um cariótipo de 48 cromossomos. Na aparência, as diferenças não são determinadas, aqui você precisa comparar a ordem dos nucleotídeos.
- Ligeiras diferenças nos cariótipos do bisão norte-americano e do bisão europeu. Ambos têm 60 cromossomos em um conjunto diplóide. Serão atribuídos à mesma espécie se analisados apenas por critérios genéticos.
- Exemplos de gêmeos genéticos também são encontrados entre as plantas, especialmente dentro das famílias. Entre os salgueirosé até possível obter híbridos interespecíficos.
Para revelar diferenças sutis no material genético de tais espécies, é necessário determinar a sequência dos genes e a ordem em que eles são incluídos.
Influência das mutações na análise do critério
O número de cromossomos do cariótipo pode ser alterado como resultado de mutações genômicas - aneuploidia ou euploidia.
Quando ocorre aneuploidia no cariótipo, um ou mais cromossomos adicionais aparecem, e o número de cromossomos também pode ser menor que o de um indivíduo completo. O motivo dessa violação é a não disjunção dos cromossomos no estágio de formação dos gametas.
A imagem mostra um exemplo de aneuploidia humana (síndrome de Down).
Zigotos com um número reduzido de cromossomos, como regra, não começam a esmagar. E organismos polissômicos (com cromossomos "extras") podem ser viáveis. No caso de trissomia (2n+1) ou pentassomia (2n+3), um número ímpar de cromossomos indicará uma anomalia. A tetrassomia (2n+2) pode levar a um erro real na determinação da espécie por critérios genéticos.
| Mutação | Essência da mutação | Influência no critério genético da espécie |
| Tetrassomia | Um par extra de cromossomos ou dois cromossomos extras não homólogos estão presentes no cariótipo. | Quando analisado apenas por este critério, um organismo pode ser classificado como tendo mais um par de cromossomos. |
| Tetraploidia | No cariótipohá quatro cromossomos de cada par em vez de dois. | Um organismo pode ser atribuído a outra espécie em vez de uma cultivar poliplóide da mesma espécie (em plantas). |
Multiplicação cariotípica - poliploidia - também pode enganar o pesquisador quando o cariótipo mutante é a soma de vários conjuntos diplóides de cromossomos.
Critério Complexidade: DNA Elusivo
O diâmetro da fita de DNA no estado não torcido é de 2 nm. O critério genético determina o cariótipo no período que antecede a divisão celular, quando moléculas finas de DNA espiralam repetidamente (condensam-se) e representam estruturas densas em forma de bastonetes - cromossomos. A espessura média de um cromossomo é de 700 nm.
Os laboratórios escolares e universitários geralmente são equipados com microscópios de baixa ampliação (de 8 a 100), não sendo possível ver neles os detalhes do cariótipo. O poder de resolução de um microscópio de luz, além disso, permite a qualquer, mesmo a maior ampliação, ver objetos não menos que a metade do comprimento da onda de luz mais curta. O menor comprimento de onda é para ondas violetas (400 nm). Isso significa que o menor objeto visível em um microscópio de luz será de 200 nm.
Acontece que a cromatina descondensada manchada parecerá áreas turvas, e os cromossomos ficarão visíveis sem detalhes. Um microscópio eletrônico com resolução de 0,5 nm permite ver e comparar claramente diferentes cariótipos. Considerando a espessura do DNA filamentoso (2 nm), será claramente distinguível sob tal dispositivo.
Critério citogenético na escola
Pelos motivos descritos acima, o uso de micropreparações em trabalhos de laboratório de acordo com o critério genético da espécie é inadequado. Nas tarefas, você pode usar fotografias de cromossomos obtidas em um microscópio eletrônico. Para a conveniência de trabalhar na foto, os cromossomos individuais são combinados em pares homólogos e organizados em ordem. Tal esquema é chamado de cariograma.
Exemplo de trabalho de laboratório
Atribuição. Considere as fotografias de cariótipos dadas, compare-as e tire uma conclusão sobre a pertença dos indivíduos a uma ou duas espécies.
Fotos de cariótipos para comparação em laboratório.
Trabalhando em uma tarefa. Conte o número total de cromossomos em cada foto do cariótipo. Se eles corresponderem, compare-os na aparência. Caso não seja apresentado um cariograma, encontre o mais curto e o mais longo entre os cromossomos de comprimento médio em ambas as imagens, compare-os de acordo com o tamanho e a localização dos centrômeros. Faça uma conclusão sobre a diferença/semelhança dos cariótipos.
Respostas da tarefa:
- Se o número, tamanho e forma dos cromossomos coincidirem, então os dois indivíduos cujo material genético é apresentado para estudo pertencem à mesma espécie.
- Se o número de cromossomos for duas vezes diferente, e em ambas as fotografias houver cromossomos do mesmo tamanho e forma, então provavelmente os indivíduos são representantes da mesma espécie. Estes serão cariótipos diplóides e tetraplóides.formulário.
- Se o número de cromossomos não é o mesmo (difere em um ou dois), mas em geral a forma e o tamanho dos cromossomos de ambos os cariótipos são os mesmos, estamos falando de formas normais e mutantes do mesma espécie (fenômeno de aneuploidia).
- Com um número diferente de cromossomos, bem como uma incompatibilidade nas características de tamanho e forma, o critério irá atribuir os indivíduos apresentados a duas espécies diferentes.
Na saída, é necessário indicar se é possível determinar as espécies de indivíduos com base no critério genético (e somente ele).
Resposta: é impossível, pois qualquer critério de espécie, inclusive genético, tem exceções e pode dar um resultado errôneo na determinação. A precisão só pode ser garantida aplicando um conjunto de critérios do formulário.
