يستخدم معيار الأنواع الجينية (الوراثية الخلوية) ، إلى جانب معايير أخرى ، للتمييز بين المجموعات المنهجية الأولية ، لتحليل حالة الأنواع. في هذه المقالة سوف ننظر في خصائص المعيار ، وكذلك الصعوبات التي قد يواجهها الباحث عند تطبيقه.
ما هو العرض
في مختلف فروع العلوم البيولوجية ، يتم تحديد الأنواع بطريقتها الخاصة. من منظور تطوري ، يمكننا القول أن النوع هو مجموعة من الأفراد الذين لديهم أوجه تشابه في الهيكل الخارجي والتنظيم الداخلي ، والعمليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية ، والقادرة على التزاوج غير المحدود ، وترك ذرية خصبة ومعزولة وراثيًا عن مجموعات مماثلة.
يمكن تمثيل الأنواع من قبل مجموعة واحدة أو عدة مجموعات ، وبالتالي ، يكون لها نطاق كامل أو مقسم (منطقة الموائل / منطقة المياه)
تسمية الأنواع
كل نوع له اسمه الخاص. وفقًا لقواعد التسمية الثنائية ، تتكون من كلمتين: اسم وصفة.الاسم هو الاسم العام ، والصفة هي الاسم المحدد. على سبيل المثال ، في اسم "Dandelion officinalis" ، يعتبر النوع "officinalis" أحد ممثلي النباتات من جنس "الهندباء".
الأفراد من الأنواع ذات الصلة داخل الجنس لديهم بعض الاختلافات في المظهر وعلم وظائف الأعضاء والتفضيلات البيئية. ولكن إذا كانت متشابهة جدًا ، فسيتم تحديد انتماء الأنواع من خلال المعيار الجيني للأنواع بناءً على تحليل الأنماط النووية.
لماذا تحتاج الأنواع إلى معايير
كارل لينيوس ، الذي كان أول من أعطى أسماء حديثة ووصف أنواعًا عديدة من الكائنات الحية ، اعتبرها غير متغيرة وغير متغيرة. أي أن جميع الأفراد يتوافقون مع صورة نوع واحد وأي انحرافات عنها تعتبر خطأ في تجسيد فكرة الأنواع.
منذ النصف الأول من القرن التاسع عشر ، أثبت تشارلز داروين وأتباعه مفهومًا مختلفًا تمامًا للأنواع. وفقًا لذلك ، فإن الأنواع قابلة للتغيير وغير متجانسة وتتضمن أشكالًا انتقالية. ثبات النوع نسبي ، فهو يعتمد على تنوع الظروف البيئية. الوحدة الأولية لوجود النوع هي العشيرة. إنه متميز من الناحية الإنجابية ويلبي المعايير الجينية للأنواع.
نظرًا لعدم تجانس الأفراد من نفس النوع ، قد يكون من الصعب على العلماء تحديد أنواع الكائنات الحية أو توزيعها بين مجموعات نظامية.
المعايير المورفولوجية والوراثية للأنواع ، الكيمياء الحيوية ، الفسيولوجية ، الجغرافية ، البيئية ، السلوكية (الأخلاقية) - كل هذامجمعات الاختلافات بين الأنواع. يحددون عزلة المجموعات المنهجية وتقديرها الإنجابي. ويمكن استخدامها لتمييز نوع عن آخر ، لتحديد درجة علاقتهم وموقعهم في النظام البيولوجي.
توصيف المعيار الجيني للأنواع
جوهر هذه السمة هو أن جميع الأفراد من نفس النوع لديهم نفس النمط النووي.
النمط النووي هو نوع من "جواز السفر" الكروموسومي للكائن الحي ، يتم تحديده من خلال عدد الكروموسومات الموجودة في الخلايا الجسدية الناضجة ، وحجمها وسماتها الهيكلية:
- نسبة طول ذراع الكروموسوم ؛
- موقع السنتروميرات فيهم ؛
- وجود قيود ثانوية و أقمار صناعية.
لن يتمكن الأفراد الذين ينتمون إلى أنواع مختلفة من التزاوج. حتى لو كان من الممكن الحصول على ذرية ، كما هو الحال مع الحمار والحصان والنمر والأسد ، فلن تكون الهجينة متعددة الأنواع غزيرة الإنتاج. هذا لأن نصفي النمط الجيني ليسا متماثلين ولا يمكن أن يحدث الاقتران بين الكروموسومات ، لذلك لا تتشكل الأمشاج.
في الصورة: بغل - هجين معقم من حمار وفرس.
موضوع الدراسة - النمط النووي
يتم تمثيل النمط النووي البشري بـ 46 كروموسوم. في معظم الأنواع التي خضعت للدراسة ، يقع عدد جزيئات الدنا الفردية في النواة التي تشكل الكروموسومات ضمن نطاق 12-50. ولكن هناك استثناءات. تحتوي ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة على 8 كروموسومات في نوى الخلايا ، وفي ممثل صغير لعائلة Lepidoptera Lysandra ، فإن مجموعة الكروموسوم ثنائية الصبغيات هي380.
الرسم المجهري الإلكتروني للكروموسومات المكثفة ، والذي يسمح بتقييم شكلها وحجمها ، يعكس النمط النووي. يساعد تحليل النمط النووي كجزء من دراسة المعيار الجيني ، وكذلك مقارنة الأنماط النووية مع بعضها البعض ، في تحديد أنواع الكائنات الحية.
عندما يكون نوعان واحد
السمة المشتركة لمعايير العرض هي أنها ليست مطلقة. هذا يعني أن استخدام واحد منهم فقط قد لا يكون كافياً لتحديد دقيق. الكائنات الحية التي لا يمكن تمييزها ظاهريًا عن بعضها البعض قد تكون ممثلين لأنواع مختلفة. هنا يأتي المعيار المورفولوجي لمساعدة المعيار الجيني. أمثلة مزدوجة:
- اليوم ، يُعرف نوعان من الفئران السوداء ، والتي تم تحديدها سابقًا على أنها واحدة بسبب هويتها الخارجية.
- هناك ما لا يقل عن 15 نوعًا من بعوض الملاريا لا يمكن تمييزها إلا عن طريق التحليل الوراثي الخلوي.
- 17 نوعًا من الصراصير الموجودة في أمريكا الشمالية مختلفة وراثيًا ولكنها مرتبطة ظاهريًا بنفس النوع.
- يُعتقد أنه من بين جميع أنواع الطيور يوجد توائم 5 ٪ ، ومن أجل تحديدها من الضروري تطبيق معيار وراثي.
- تم القضاء على الارتباك في منهجية الأبقار الجبلية بفضل التحليل karyological. تم تحديد ثلاثة أنواع من الأنماط النووية (2 ن=54 للأرواء ، و 56 للأرجالي والأرجالي ، و 58 كروموسومًا للبول).
نوع واحد من الفئران السوداء يحتوي على 42 كروموسوم ، والنمط النووي للآخر يمثله 38 جزيء DNA.
عندما يكون منظر واحد مثل اثنين
بالنسبة لمجموعات الأنواع ذات المساحة الكبيرة من النطاق وعدد الأفراد ، عندما تعمل العزلة الجغرافية داخلها أو يكون لدى الأفراد تكافؤ بيئي واسع ، فإن وجود الأفراد ذوي الأنماط النووية المختلفة هو سمة مميزة. هذه الظاهرة هي نوع آخر من الاستثناءات في المعيار الجيني للأنواع.
أمثلة على تعدد الأشكال الكروموسومات والجينومية شائعة في الأسماك:
- في تراوت قوس قزح ، يختلف عدد الكروموسومات من 58 إلى 64 ؛
- اثنين من karyomorphs ، مع 52 و 54 كروموسوم ، وجدت في رنجة البحر الأبيض ؛
- مع مجموعة ثنائية الصبغيات من 50 كروموسوم ، ممثلو مجموعات مختلفة من الكارب الفضي لديهم 100 (رباعي الصبغيات) ، 150 (سداسي الصبغيات) ، 200 (ثماني النواة) كروموسوم.
توجد أشكال متعددة الصبغيات في كل من نباتات (صفصاف الماعز) والحشرات (السوس). يمكن أن تحتوي الفئران المنزلية والجربوع على أعداد مختلفة من الكروموسومات ، وليس مضاعفات مجموعة ثنائية الصبغيات.
توائم من النوع Karyotype
قد يكون لممثلي الفئات والأنواع المختلفة أنماط نواة بنفس عدد الكروموسومات. هناك الكثير من هذه المصادفات بين ممثلي نفس العائلات والأجناس:
- تمتلك الغوريلا وإنسان الغاب والشمبانزي نمطًا نوويًا مكونًا من 48 كروموسومًا. في المظهر ، لم يتم تحديد الاختلافات ، وهنا تحتاج إلى مقارنة ترتيب النيوكليوتيدات.
- اختلافات طفيفة في الأنماط النووية لبيسون أمريكا الشمالية وثور البيسون الأوروبي. كلاهما يحتوي على 60 كروموسومًا في مجموعة ثنائية الصبغيات. سيتم تعيينهم لنفس النوع إذا تم تحليلهم فقط من خلال المعايير الجينية.
- توجد أمثلة على التوائم الجينية أيضًا بين النباتات ، خاصة داخل العائلات. بين الصفصافبل من الممكن الحصول على أنواع هجينة متعددة الأنواع.
للكشف عن الاختلافات الدقيقة في المادة الجينية في مثل هذه الأنواع ، من الضروري تحديد تسلسل الجينات وترتيب تضمينها.
تأثير الطفرات على تحليل المعيار
يمكن تغيير عدد كروموسومات النمط النووي نتيجة للطفرات الجينية - اختلال الصيغة الصبغية أو الصبغيات.
عندما يحدث اختلال الصيغة الصبغية في النمط النووي ، يظهر واحد أو أكثر من الكروموسومات الإضافية ، وقد يكون عدد الكروموسومات أيضًا أقل من عدد الفرد الكامل. سبب هذا الانتهاك هو عدم انفصال الكروموسومات في مرحلة تكوين الأمشاج.
الصورة توضح مثالا على اختلال الصيغة الصبغية عند الانسان (متلازمة داون).
Zygotes مع عدد مخفض من الكروموسومات ، كقاعدة عامة ، لا تبدأ في التكسير. وقد تكون الكائنات متعددة الجسيمات (ذات الصبغيات "الإضافية") قابلة للحياة. في حالة التثلث الصبغي (2n + 1) أو الخماسي (2n + 3) ، يشير عدد فردي من الكروموسومات إلى وجود شذوذ. يمكن أن يؤدي الرباعي (2n + 2) إلى خطأ فعلي في تحديد الأنواع حسب المعايير الجينية.
| طفرة | جوهر الطفرة | التأثير على المعيار الجيني للأنواع |
| الرباعي | يوجد زوج إضافي من الكروموسومات أو كروموسومان إضافيان غير متماثلان في النمط النووي. | عند التحليل بواسطة هذا المعيار وحده ، يمكن تصنيف الكائن الحي على أنه يحتوي على زوج آخر من الكروموسومات. |
| رباعي الصيغة الصبغية | في النمط النوويهناك أربعة كروموسومات من كل زوج بدلاً من اثنين. | يمكن تخصيص كائن حي لأنواع أخرى بدلاً من صنف متعدد الصيغ الصبغية من نفس النوع (في النباتات). |
يمكن أن يؤدي ضرب النمط النووي - متعدد الصبغيات - إلى تضليل الباحث عندما يكون النمط النووي الطافر هو مجموع مجموعات ثنائية الصبغيات من الكروموسومات.
تعقيد المعيار: الحمض النووي المراوغ
يبلغ قطر خيط DNA في الحالة غير الملتوية 2 نانومتر. يحدد المعيار الجيني النمط النووي في الفترة التي تسبق انقسام الخلية ، عندما تتصاعد جزيئات الحمض النووي الرقيقة بشكل متكرر (تتكثف) وتمثل بنى كثيفة على شكل قضيب - كروموسومات. متوسط سمك الكروموسوم 700 نانومتر
المعامل المدرسية والجامعية عادة ما تكون مجهزة بمجاهر ذات تكبير منخفض (من 8 إلى 100) ، ولا يمكن رؤية تفاصيل النمط النووي فيها. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح قوة تحليل المجهر الضوئي في أي ، حتى أعلى نسبة تكبير ، برؤية الأشياء التي لا تقل عن نصف طول أقصر موجة ضوئية. أصغر طول موجي للموجات البنفسجية (400 نانومتر). هذا يعني أن أصغر جسم مرئي في المجهر الضوئي سيكون من 200 نانومتر.
اتضح أن الكروماتين الملون اللامع سيبدو مثل المناطق الملبدة بالغيوم ، والكروموسومات ستكون مرئية بدون تفاصيل. يسمح لك المجهر الإلكتروني بدقة 0.5 نانومتر برؤية ومقارنة الأنماط المختلفة بوضوح. بالنظر إلى سمك الحمض النووي الخيطي (2 نانومتر) ، يمكن تمييزه بوضوح تحت مثل هذا الجهاز.
معيار الوراثة الخلوية في المدرسة
للأسباب الموضحة أعلاه ، فإن استخدام المستحضرات الدقيقة في العمل المخبري وفقًا للمعيار الجيني للأنواع غير مناسب. في المهام ، يمكنك استخدام صور الكروموسومات التي تم الحصول عليها تحت المجهر الإلكتروني. لتسهيل العمل في الصورة ، يتم دمج الكروموسومات الفردية في أزواج متجانسة وترتيبها بالترتيب. يسمى هذا المخطط karyogram.
مثال على مهمة معملية
واجب. ضع في اعتبارك الصور المعطاة للأنماط النووية ، وقارنها وتوصل إلى استنتاج حول انتماء الأفراد إلى نوع أو نوعين.
صور من الأنماط لمقارنة معملية.
العمل في مهمة. احسب العدد الإجمالي للكروموسومات في كل صورة من النمط النووي. إذا تطابقوا ، قارنهم في المظهر. إذا لم يتم تقديم مخطط karyogram ، فابحث عن الأقصر والأطول بين الكروموسومات ذات الطول المتوسط في كلتا الصورتين ، وقارنها وفقًا لحجم وموقع السنتروميرات. توصل إلى استنتاج حول الاختلاف / التشابه بين الأنماط النووية.
إجابات على المهمة:
- إذا تطابق عدد الكروموسومات وحجمها وشكلها ، فإن الشخصين اللذين يتم تقديم مادتهما الوراثية للدراسة ينتميان إلى نفس النوع.
- إذا كان عدد الكروموسومات مختلفًا مرتين ، وفي كلتا الصورتين توجد كروموسومات من نفس الحجم والشكل ، فمن المرجح أن يكون الأفراد ممثلين لنفس النوع. ستكون هذه الأنماط ثنائية الصبغية ورباعية الصبغيات.شكل
- إذا لم يكن عدد الكروموسومات متماثلًا (يختلف بمقدار واحد أو اثنين) ، ولكن بشكل عام شكل وحجم الكروموسومات لكلا النوعين متماثلين ، فنحن نتحدث عن الأشكال الطبيعية والمتحولة للكروموسومات. نفس النوع (ظاهرة اختلال الصيغة الصبغية).
- مع وجود عدد مختلف من الكروموسومات ، وكذلك عدم تطابق في خصائص الحجم والشكل ، سينسب المعيار الأفراد المقدمين إلى نوعين مختلفين.
في الإخراج ، من الضروري الإشارة إلى ما إذا كان من الممكن تحديد أنواع الأفراد بناءً على المعيار الجيني (وهو فقط).
الجواب: مستحيل ، لأن أي معيار للأنواع ، بما في ذلك الجيني ، له استثناءات ويمكن أن يعطي نتيجة خاطئة للتحديد. لا يمكن ضمان الدقة إلا من خلال تطبيق مجموعة من معايير النموذج.
