เกณฑ์ของสปีชีส์ทางพันธุกรรม (cytogenetic) ร่วมกับเกณฑ์อื่นๆ ใช้เพื่อแยกแยะกลุ่มที่เป็นระบบเบื้องต้น เพื่อวิเคราะห์สถานะของสปีชีส์ ในบทความนี้ เราจะพิจารณาลักษณะของเกณฑ์ ตลอดจนความยากที่ผู้วิจัยอาจพบเมื่อนำไปใช้
วิวคืออะไร
ในสาขาต่าง ๆ ของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ สปีชีส์ถูกกำหนดในแบบของมันเอง จากมุมมองเชิงวิวัฒนาการ เราสามารถพูดได้ว่าสปีชีส์คือกลุ่มของบุคคลที่มีความคล้ายคลึงกันในโครงสร้างภายนอกและการจัดระเบียบภายใน กระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมี ความสามารถในการผสมข้ามพันธุ์อย่างไม่จำกัด ปล่อยให้ลูกหลานที่อุดมสมบูรณ์และแยกจากกันทางพันธุกรรมจากกลุ่มที่คล้ายกัน
สายพันธุ์สามารถเป็นตัวแทนของประชากรหนึ่งหรือหลายกลุ่มและดังนั้นจึงมีช่วงทั้งหมดหรือแยกส่วน (พื้นที่ที่อยู่อาศัย/พื้นที่น้ำ)
การตั้งชื่อสปีชีส์
แต่ละสายพันธุ์มีชื่อเป็นของตัวเอง ตามกฎของการตั้งชื่อไบนารี ประกอบด้วยคำสองคำ: คำนามและคำคุณศัพท์คำนามเป็นชื่อสามัญ และคำคุณศัพท์เป็นชื่อเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ในชื่อ "Dandelion officinalis" สายพันธุ์ "officinalis" เป็นหนึ่งในตัวแทนของพืชในสกุล "Dandelion"
สปีชีส์ที่เกี่ยวข้องในสกุลมีลักษณะ สรีรวิทยา และความชอบทางนิเวศวิทยาแตกต่างกัน แต่ถ้าพวกมันคล้ายกันเกินไป ความเกี่ยวพันของสปีชีส์จะถูกกำหนดโดยเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสปีชีส์ตามการวิเคราะห์คาริโอไทป์
ทำไมสัตว์ถึงต้องการเกณฑ์
คาร์ล ลินเนียส ซึ่งเป็นคนแรกที่ให้ชื่อสมัยใหม่และอธิบายสิ่งมีชีวิตหลายประเภท ถือว่าพวกมันไม่เปลี่ยนแปลงและไม่แปรผัน นั่นคือ ปัจเจกบุคคลทั้งหมดสอดคล้องกับภาพสปีชีส์เดียว และการเบี่ยงเบนจากภาพนั้นเป็นข้อผิดพลาดในศูนย์รวมของแนวคิดเรื่องสปีชีส์
ตั้งแต่ช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 ชาร์ลส์ ดาร์วินและผู้ติดตามของเขาได้ยืนยันแนวคิดเรื่องสปีชีส์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตามมัน สปีชีส์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ต่างกัน และรวมถึงรูปแบบการนำส่งด้วย ความคงตัวของสายพันธุ์นั้นสัมพันธ์กันขึ้นอยู่กับความแปรปรวนของสภาพแวดล้อม หน่วยพื้นฐานของการดำรงอยู่ของสปีชีส์คือประชากร มีความชัดเจนในการสืบพันธุ์และเป็นไปตามเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสายพันธุ์
ด้วยความแตกต่างของแต่ละบุคคลในสายพันธุ์เดียวกัน นักวิทยาศาสตร์อาจระบุชนิดของสิ่งมีชีวิตหรือแจกจ่ายระหว่างกลุ่มที่เป็นระบบได้ยาก
เกณฑ์ทางสัณฐานวิทยาและพันธุกรรมของสายพันธุ์ ชีวเคมี สรีรวิทยา ภูมิศาสตร์ นิเวศวิทยา พฤติกรรม (ethological) - ทั้งหมดนี้ความซับซ้อนของความแตกต่างระหว่างสายพันธุ์ พวกเขากำหนดการแยกกลุ่มที่เป็นระบบความไม่ต่อเนื่องของการสืบพันธุ์ และสามารถใช้แยกแยะสายพันธุ์จากอีกสายพันธุ์หนึ่ง เพื่อสร้างระดับความสัมพันธ์และตำแหน่งในระบบชีวภาพ
ลักษณะเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสายพันธุ์
สาระสำคัญของลักษณะนี้คือบุคคลในสายพันธุ์เดียวกันทั้งหมดมีคาริโอไทป์เหมือนกัน
คาริโอไทป์เป็นโครโมโซม "พาสปอร์ต" ชนิดหนึ่งของสิ่งมีชีวิต โดยพิจารณาจากจำนวนโครโมโซมที่มีอยู่ในเซลล์ร่างกายที่โตเต็มที่ของร่างกาย ขนาดและลักษณะโครงสร้าง:
- อัตราส่วนความยาวแขนของโครโมโซม
- ตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ในตัวพวกมัน
- การมีอยู่ของข้อ จำกัด รองและดาวเทียม
บุคคลที่อยู่ในสายพันธุ์ต่างกันจะไม่สามารถผสมข้ามพันธุ์ได้ แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะได้ลูกหลานเช่นเดียวกับลาและม้า เสือและสิงโต ลูกผสมระหว่างกันจะไม่อุดมสมบูรณ์ นี่เป็นเพราะว่าครึ่งหนึ่งของจีโนไทป์ไม่เหมือนกันและการผันกันระหว่างโครโมโซมไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ดังนั้นจึงไม่เกิดเซลล์สืบพันธุ์
ในรูป: ล่อ - ลูกผสมของลากับตัวเมียที่ปลอดเชื้อ
วัตถุประสงค์ของการศึกษา - คาริโอไทป์
โครโมโซมของมนุษย์แทนด้วย 46 โครโมโซม จำนวนโมเลกุล DNA แต่ละตัวในนิวเคลียสที่สร้างโครโมโซมอยู่ในช่วง 12-50 ในสปีชีส์ส่วนใหญ่ที่มีการศึกษา แต่มีข้อยกเว้น แมลงหวี่ Drosophila มีโครโมโซม 8 ตัวในนิวเคลียสของเซลล์และเป็นตัวแทนเล็ก ๆ ของตระกูล Lepidoptera Lysandra ชุดโครโมโซมแบบดิพลอยด์คือ380.
ไมโครกราฟอิเล็กตรอนของโครโมโซมควบแน่น ซึ่งช่วยให้ประเมินรูปร่างและขนาดของโครโมโซมได้ สะท้อนถึงคาริโอไทป์ การวิเคราะห์คาริโอไทป์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเกณฑ์ทางพันธุกรรม ตลอดจนการเปรียบเทียบคาริโอไทป์ระหว่างกัน ช่วยในการระบุชนิดของสิ่งมีชีวิต
เมื่อสองสายพันธุ์เป็นหนึ่งเดียว
คุณสมบัติทั่วไปของเกณฑ์การดูคือยังไม่สมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าการใช้เพียงหนึ่งในนั้นอาจไม่เพียงพอสำหรับการพิจารณาที่แม่นยำ สิ่งมีชีวิตที่ภายนอกแยกแยะไม่ออกอาจเป็นตัวแทนของสายพันธุ์ต่างๆ ที่นี่เกณฑ์ทางสัณฐานวิทยามาเพื่อช่วยเกณฑ์ทางพันธุกรรม ตัวอย่างคู่:
- วันนี้รู้จักหนูดำสองสายพันธุ์ ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกระบุว่าเป็นหนูตัวหนึ่งเนื่องจากลักษณะภายนอกของพวกมัน
- ยุงมาเลเรียมีอย่างน้อย 15 สายพันธุ์ที่สามารถแยกแยะได้ด้วยการวิเคราะห์ทางเซลล์สืบพันธุ์เท่านั้น
- 17 สายพันธุ์ของจิ้งหรีดที่พบในอเมริกาเหนือที่มีความแตกต่างทางพันธุกรรมแต่มีความสัมพันธ์ทางฟีโนไทป์กับสายพันธุ์เดียวกัน
- เชื่อกันว่าในบรรดานกทุกชนิดมีฝาแฝด 5% สำหรับการระบุซึ่งจำเป็นต้องใช้เกณฑ์ทางพันธุกรรม
- ความสับสนในระบบของโบวิดภูเขาถูกขจัดออกไปด้วยการวิเคราะห์ทางคารีโอโลจี มีการระบุคาริโอไทป์สามแบบ (2n=54 สำหรับมูฟล่อน 56 สำหรับอาร์กาลีและอาร์กาลี และโครโมโซม 58 สำหรับปัสสาวะ)
หนูดำหนึ่งสายพันธุ์มีโครโมโซม 42 โครโมโซม โครโมโซมของอีกสายพันธุ์หนึ่งมี DNA อยู่ 38 โมเลกุล
เมื่อหนึ่งวิวเหมือนสอง
สำหรับกลุ่มสปีชีส์ที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่ในช่วงและจำนวนบุคคล เมื่อการแยกทางภูมิศาสตร์ดำเนินการภายในพวกเขา หรือบุคคลมีความจุทางนิเวศวิทยาที่กว้าง การปรากฏตัวของบุคคลที่มีคาริโอไทป์ต่างกันเป็นลักษณะเฉพาะ ปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นข้อยกเว้นอีกประการหนึ่งในเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสายพันธุ์
ตัวอย่างโครโมโซมและความหลากหลายทางพันธุกรรมที่พบได้ทั่วไปในปลา:
- ในเรนโบว์เทราต์ จำนวนโครโมโซมแตกต่างกันไปตั้งแต่ 58 ถึง 64;
- คาริโอมอร์ฟ 2 ตัว มีโครโมโซม 52 และ 54 ตัว พบในปลาเฮอริ่งทะเลขาว
- ด้วยโครโมโซมจำนวน 50 ชุด ตัวแทนของประชากรปลาคาร์พเงินที่แตกต่างกันมีโครโมโซม 100 (tetraploids), 150 (hexaploids), 200 (octaploids) โครโมโซม
โพลีพลอยด์พบได้ทั้งในพืช (วิลโลว์แพะ) และแมลง (มอด) หนูบ้านและหนูเจอร์บิลมีจำนวนโครโมโซมต่างกัน ไม่ใช่ชุดซ้ำกัน
แฝดคาริโอไทป์
ตัวแทนของคลาสและประเภทต่าง ๆ อาจมีคาริโอไทป์ที่มีจำนวนโครโมโซมเท่ากัน มีความบังเอิญเช่นนี้มากขึ้นในหมู่ตัวแทนของครอบครัวและจำพวกเดียวกัน:
- กอริลล่า อุรังอุตัง และชิมแปนซีมีโครโมโซม 48 โครโมโซม ในลักษณะที่ปรากฏ ความแตกต่างไม่ได้ถูกกำหนด ที่นี่คุณต้องเปรียบเทียบลำดับของนิวคลีโอไทด์
- ความแตกต่างเล็กน้อยในคาริโอไทป์ของกระทิงอเมริกาเหนือและกระทิงยุโรป ทั้งสองมีโครโมโซม 60 ชุดในชุดดิพลอยด์ พวกมันจะถูกส่งไปยังสายพันธุ์เดียวกันหากวิเคราะห์โดยเกณฑ์ทางพันธุกรรมเท่านั้น
- ตัวอย่างพันธุกรรมฝาแฝดยังพบได้ในพืชโดยเฉพาะในครอบครัว ท่ามกลางต้นหลิวเป็นไปได้ที่จะได้รับลูกผสมระหว่างกัน
เพื่อเปิดเผยความแตกต่างเล็กน้อยในสารพันธุกรรมในสายพันธุ์ดังกล่าว จำเป็นต้องกำหนดลำดับของยีนและลำดับของยีน
อิทธิพลของการกลายพันธุ์ในการวิเคราะห์เกณฑ์
จำนวนโครโมโซมของโครโมโซมสามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการกลายพันธุ์ของจีโนม - แอนนูพลอยดีหรือยูพลอยดี
เมื่อ aneuploidy เกิดขึ้นใน karyotype โครโมโซมเพิ่มเติมอย่างน้อยหนึ่งอันจะปรากฏขึ้นและจำนวนโครโมโซมอาจน้อยกว่าของบุคคลที่มีคุณสมบัติครบถ้วน สาเหตุของการละเมิดนี้เกิดจากการไม่แยกโครโมโซมในระยะการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์
ภาพแสดงตัวอย่าง aneuploidy ของมนุษย์ (ดาวน์ซินโดรม)
Zygotes ที่มีจำนวนโครโมโซมลดลงตามกฎแล้วอย่าเริ่มบดขยี้ และสิ่งมีชีวิตที่มีโครโมโซมหลายตัว (ที่มีโครโมโซมที่ "เกินมา") ก็มีความเป็นไปได้เช่นกัน ในกรณีของไทรโซมี (2n+1) หรือเพนทาโซมี (2n+3) จำนวนโครโมโซมที่เป็นเลขคี่จะบ่งบอกถึงความผิดปกติ Tetrasomy (2n+2) สามารถนำไปสู่ข้อผิดพลาดที่แท้จริงในการกำหนดสายพันธุ์ตามเกณฑ์ทางพันธุกรรม
| กลายพันธุ์ | สาระสำคัญของการกลายพันธุ์ | อิทธิพลต่อเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสายพันธุ์ |
| เตตระโซมี | โครโมโซมคู่พิเศษหรือโครโมโซมพิเศษที่ไม่คล้ายคลึงกันสองตัวมีอยู่ในคาริโอไทป์ | เมื่อวิเคราะห์ตามเกณฑ์นี้เพียงอย่างเดียว สิ่งมีชีวิตสามารถจำแนกได้ว่ามีโครโมโซมเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งคู่ |
| เททราพลอยดี้ | ในคาริโอไทป์มีโครโมโซมสี่คู่จากแต่ละคู่แทนที่จะเป็นสองโครโมโซม | สิ่งมีชีวิตสามารถกำหนดให้กับสายพันธุ์อื่นแทนพันธุ์โพลีพลอยด์ของสายพันธุ์เดียวกัน (ในพืช) |
การคูณแบบคาริโอไทป์ - โพลิพลอยดี - ยังอาจทำให้ผู้วิจัยเข้าใจผิดเมื่อคาริโอไทป์กลายพันธุ์เป็นผลรวมของชุดโครโมโซมแบบดิพลอยด์หลายชุด
เกณฑ์ความซับซ้อน: DNA ที่เข้าใจยาก
เส้นผ่านศูนย์กลางของสาย DNA ในสถานะที่ไม่บิดเบี้ยวคือ 2 นาโนเมตร เกณฑ์ทางพันธุกรรมกำหนดคาริโอไทป์ในช่วงก่อนการแบ่งเซลล์ เมื่อโมเลกุลดีเอ็นเอบางๆ หมุนวน (ควบแน่น) ซ้ำแล้วซ้ำเล่า และแสดงถึงโครงสร้างรูปแท่งหนาแน่น - โครโมโซม ความหนาเฉลี่ยของโครโมโซมคือ 700 นาโนเมตร
ห้องปฏิบัติการของโรงเรียนและมหาวิทยาลัยมักจะมีกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายต่ำ (ตั้งแต่ 8 ถึง 100) จึงไม่สามารถมองเห็นรายละเอียดของคาริโอไทป์ในนั้นได้ นอกจากนี้ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงยังช่วยให้มองเห็นวัตถุด้วยความยาวไม่น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของคลื่นแสงที่สั้นที่สุด แม้แต่กำลังขยายสูงสุดก็ตาม แม้แต่กำลังขยายสูงสุด ความยาวคลื่นที่เล็กที่สุดสำหรับคลื่นสีม่วง (400 นาโนเมตร) ซึ่งหมายความว่าวัตถุที่เล็กที่สุดที่มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะอยู่ที่ 200 นาโนเมตร
ปรากฎว่าโครมาตินที่ควบแน่นเป็นคราบจะมีลักษณะเป็นบริเวณที่มีเมฆมาก และโครโมโซมจะมองเห็นได้โดยไม่มีรายละเอียด กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีความละเอียด 0.5 นาโนเมตรช่วยให้คุณมองเห็นและเปรียบเทียบคาริโอไทป์ต่างๆ ได้อย่างชัดเจน เมื่อพิจารณาถึงความหนาของ DNA เส้นใย (2 นาโนเมตร) ก็จะสามารถแยกแยะความแตกต่างได้อย่างชัดเจนภายใต้อุปกรณ์ดังกล่าว
เกณฑ์พันธุกรรมที่โรงเรียน
ด้วยเหตุผลที่อธิบายข้างต้น การใช้ micropreparations ในห้องปฏิบัติการตามเกณฑ์ทางพันธุกรรมของสายพันธุ์นั้นไม่เหมาะสม ในงาน คุณสามารถใช้ภาพถ่ายโครโมโซมที่ได้รับจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เพื่อความสะดวกในการทำงานในภาพ โครโมโซมแต่ละตัวจะรวมกันเป็นคู่ที่คล้ายคลึงกันและจัดเรียงตามลำดับ รูปแบบดังกล่าวเรียกว่า karyogram
ตัวอย่างงานแล็บ
มอบหมาย. พิจารณาภาพถ่ายคาริโอไทป์ที่ให้มา เปรียบเทียบและสรุปเกี่ยวกับความเป็นอยู่ของบุคคลหนึ่งหรือสองสายพันธุ์
ภาพถ่ายคาริโอไทป์สำหรับการเปรียบเทียบในห้องปฏิบัติการ
กำลังทำงาน นับจำนวนโครโมโซมทั้งหมดในภาพถ่ายคาริโอไทป์แต่ละภาพ หากตรงกัน ให้เปรียบเทียบในลักษณะที่ปรากฏ หากไม่มีการแสดงคาริโอแกรม ให้ค้นหาโครโมโซมที่มีความยาวปานกลางที่สั้นที่สุดและยาวที่สุดในทั้งสองภาพ เปรียบเทียบตามขนาดและตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ทำการสรุปเกี่ยวกับความแตกต่าง/ความคล้ายคลึงของคาริโอไทป์
คำตอบของงาน:
- ถ้าจำนวน ขนาด และรูปร่างของโครโมโซมตรงกัน แสดงว่าบุคคลสองคนที่มีการนำเสนอสารพันธุกรรมเพื่อการศึกษาอยู่ในสายพันธุ์เดียวกัน
- หากจำนวนโครโมโซมแตกต่างกันสองเท่า และในภาพถ่ายทั้งสองภาพมีโครโมโซมที่มีขนาดและรูปร่างเท่ากัน บุคคลเหล่านี้มักจะเป็นตัวแทนของสายพันธุ์เดียวกัน เหล่านี้จะเป็นคาริโอไทป์แบบดิพลอยด์และเตตราพลอยด์แบบฟอร์ม
- ถ้าจำนวนโครโมโซมไม่เท่ากัน (ต่างกันหนึ่งหรือสองอัน) แต่โดยทั่วไปแล้ว รูปร่างและขนาดของโครโมโซมของโครโมโซมทั้งสองจะเท่ากัน เรากำลังพูดถึงรูปแบบปกติและกลายพันธุ์ของโครโมโซม สายพันธุ์เดียวกัน (ปรากฏการณ์ของ aneuploidy)
- ด้วยจำนวนโครโมโซมที่แตกต่างกัน รวมถึงลักษณะขนาดและรูปร่างที่ไม่ตรงกัน เกณฑ์จะระบุลักษณะบุคคลที่นำเสนอเป็นสองสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน
ในผลลัพธ์ จำเป็นต้องระบุว่าเป็นไปได้ที่จะกำหนดสายพันธุ์ของบุคคลตามเกณฑ์ทางพันธุกรรม (และเท่านั้น)
เฉลย: เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเกณฑ์ของสปีชีส์ใดๆ รวมทั้งพันธุกรรม มีข้อยกเว้นและสามารถให้ผลลัพธ์ที่ผิดพลาดของการตัดสินใจได้ รับประกันความถูกต้องได้โดยใช้ชุดเกณฑ์ของแบบฟอร์มเท่านั้น
