Kriteria spesies genetik (sitogenetik), bersama dengan kriteria lainnya, digunakan untuk membedakan kelompok sistematik dasar, untuk menganalisis status spesies. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan karakteristik kriteria, serta kesulitan yang mungkin dihadapi peneliti saat menerapkannya.
Apa itu tampilan
Dalam berbagai cabang ilmu biologi, spesies didefinisikan dengan caranya sendiri. Dari perspektif evolusi, kita dapat mengatakan bahwa spesies adalah kumpulan individu yang memiliki kesamaan dalam struktur eksternal dan organisasi internal, proses fisiologis dan biokimia, mampu kawin silang tanpa batas, meninggalkan keturunan yang subur dan terisolasi secara genetik dari kelompok yang sama.
Suatu spesies dapat diwakili oleh satu atau beberapa populasi dan, karenanya, memiliki rentang keseluruhan atau terpotong (area habitat/wilayah perairan)
Nomenklatur spesies
Setiap spesies memiliki namanya sendiri. Sesuai dengan aturan penamaan biner, itu terdiri dari dua kata: kata benda dan kata sifat. Kata benda adalah nama generik, dan kata sifat adalah nama khusus. Misalnya, dalam nama "Dandelion officinalis", spesies "officinalis" adalah salah satu perwakilan dari tanaman genus "Dandelion".
Individu spesies terkait dalam genus memiliki beberapa perbedaan dalam penampilan, fisiologi, dan preferensi ekologi. Tetapi jika terlalu mirip, maka afiliasi spesiesnya ditentukan oleh kriteria genetik spesies berdasarkan analisis kariotipe.
Mengapa suatu spesies membutuhkan kriteria
Carl Linnaeus, yang pertama memberi nama modern dan mendeskripsikan banyak jenis organisme hidup, menganggap mereka tidak berubah dan tidak berubah-ubah. Artinya, semua individu sesuai dengan gambar spesies tunggal, dan setiap penyimpangan dari itu adalah kesalahan dalam perwujudan ide spesies.
Sejak paruh pertama abad ke-19, Charles Darwin dan para pengikutnya telah membuktikan konsep spesies yang sama sekali berbeda. Sesuai dengan itu, spesies dapat berubah, heterogen dan termasuk bentuk transisi. Keteguhan spesies bersifat relatif, tergantung pada variabilitas kondisi lingkungan. Unit dasar keberadaan suatu spesies adalah populasi. Ini berbeda secara reproduktif dan memenuhi kriteria genetik spesies.
Mengingat heterogenitas individu dari spesies yang sama, mungkin sulit bagi para ilmuwan untuk menentukan spesies organisme atau mendistribusikannya di antara kelompok-kelompok sistematis.
Kriteria morfologi dan genetik spesies, biokimia, fisiologis, geografis, ekologis, perilaku (etologis) - semua inikompleks perbedaan antar spesies. Mereka menentukan isolasi kelompok sistematis, diskrit reproduksi mereka. Dan mereka dapat digunakan untuk membedakan satu spesies dari yang lain, untuk menetapkan tingkat hubungan dan posisi mereka dalam sistem biologis.
Karakterisasi kriteria genetik spesies
Inti dari sifat ini adalah bahwa semua individu dari spesies yang sama memiliki kariotipe yang sama.
A kariotipe adalah semacam "paspor" kromosom suatu organisme, ditentukan oleh jumlah kromosom yang ada dalam sel somatik dewasa tubuh, ukuran dan fitur strukturalnya:
- rasio panjang lengan kromosom;
- posisi sentromer di dalamnya;
- adanya penyempitan sekunder dan satelit.
Individu dari spesies yang berbeda tidak akan dapat kawin silang. Bahkan jika mungkin untuk mendapatkan keturunan, seperti keledai dan kuda, harimau dan singa, maka hibrida antarspesies tidak akan produktif. Ini karena bagian genotipe tidak sama dan konjugasi antar kromosom tidak dapat terjadi, sehingga gamet tidak terbentuk.
Dalam foto: bagal - hibrida steril keledai dan kuda betina.
Objek studi - kariotipe
Kariotipe manusia diwakili oleh 46 kromosom. Pada sebagian besar spesies yang diteliti, jumlah molekul DNA individu dalam nukleus yang membentuk kromosom berada dalam kisaran 12-50. Tetapi ada pengecualian. Lalat buah Drosophila memiliki 8 kromosom dalam inti sel, dan dalam perwakilan kecil dari keluarga Lepidoptera Lysandra, set kromosom diploid adalah380.
Mikrograf elektron dari kromosom terkondensasi, yang memungkinkan untuk mengevaluasi bentuk dan ukurannya, mencerminkan kariotipe. Analisis kariotipe sebagai bagian dari studi kriteria genetik, serta perbandingan kariotipe satu sama lain, membantu menentukan spesies organisme.
Ketika dua spesies menjadi satu
Fitur umum dari kriteria tampilan adalah bahwa kriteria tersebut tidak mutlak. Ini berarti bahwa penggunaan hanya satu dari mereka mungkin tidak cukup untuk penentuan yang akurat. Organisme yang secara lahiriah tidak dapat dibedakan satu sama lain mungkin merupakan perwakilan dari spesies yang berbeda. Di sini kriteria morfologi membantu kriteria genetik. Contoh ganda:
- Hari ini, dua spesies tikus hitam diketahui, yang sebelumnya diidentifikasi sebagai satu karena identitas eksternal mereka.
- Setidaknya ada 15 spesies nyamuk malaria yang hanya dapat dibedakan dengan analisis sitogenetik.
- 17 spesies jangkrik ditemukan di Amerika Utara yang secara genetik berbeda tetapi secara fenotip terkait dengan spesies yang sama.
- Dipercayai bahwa di antara semua spesies burung ada 5% kembar, untuk mengidentifikasinya perlu menerapkan kriteria genetik.
- Kebingungan dalam sistematika hewan gunung telah dihilangkan berkat analisis karyologis. Tiga varietas kariotipe telah diidentifikasi (2n=54 untuk mouflon, 56 untuk argali dan argali, dan 58 kromosom untuk urial).
Satu spesies tikus hitam memiliki 42 kromosom, kariotipe yang lain diwakili oleh 38 molekul DNA.
Ketika satu tampilan menjadi dua
Untuk kelompok spesies dengan luas jangkauan dan jumlah individu, ketika isolasi geografis beroperasi di dalamnya atau individu memiliki valensi ekologis yang luas, kehadiran individu dengan kariotipe yang berbeda adalah karakteristik. Fenomena seperti itu merupakan varian lain dari pengecualian dalam kriteria genetik spesies.
Contoh polimorfisme kromosom dan genom yang umum pada ikan:
- pada ikan rainbow trout, jumlah kromosom bervariasi dari 58 hingga 64;
- dua kariomorf, dengan kromosom 52 dan 54, ditemukan pada ikan haring Laut Putih;
- dengan set diploid yang terdiri dari 50 kromosom, perwakilan dari populasi ikan mas perak yang berbeda memiliki 100 (tetraploid), 150 (heksaploid), 200 (oktaploid) kromosom.
Bentuk poliploid ditemukan pada tumbuhan (goat willow) dan serangga (weevils). Tikus rumah dan gerbil dapat memiliki jumlah kromosom yang berbeda, bukan kelipatan dari himpunan diploid.
Kembar Kariotipe
Perwakilan dari kelas dan tipe yang berbeda mungkin memiliki kariotipe dengan jumlah kromosom yang sama. Ada lebih banyak kebetulan seperti itu di antara perwakilan dari keluarga dan genera yang sama:
- Gorila, orangutan, dan simpanse memiliki kariotipe 48-kromosom. Dalam penampilan, perbedaan tidak ditentukan, di sini Anda perlu membandingkan urutan nukleotida.
- Sedikit perbedaan dalam kariotipe bison Amerika Utara dan bison Eropa. Keduanya memiliki 60 kromosom dalam satu set diploid. Mereka akan ditempatkan pada spesies yang sama jika dianalisis hanya dengan kriteria genetik.
- Contoh kembar genetik juga ditemukan di antara tumbuhan, terutama di dalam keluarga. Di antara pohon willowbahkan dimungkinkan untuk mendapatkan hibrida interspesifik.
Untuk mengungkap perbedaan halus dalam materi genetik pada spesies tersebut, perlu untuk menentukan urutan gen dan urutan di mana mereka dimasukkan.
Pengaruh mutasi pada analisis kriteria
Jumlah kromosom kariotipe dapat diubah sebagai akibat dari mutasi genom - aneuploidi atau euploidi.
Ketika aneuploidi terjadi pada kariotipe, satu atau lebih kromosom tambahan muncul, dan jumlah kromosom mungkin juga lebih sedikit daripada individu dewasa. Alasan pelanggaran ini adalah non-disjungsi kromosom pada tahap pembentukan gamet.
Gambar menunjukkan contoh aneuploidi manusia (sindrom Down).
Zygot dengan jumlah kromosom yang berkurang, sebagai aturan, tidak mulai hancur. Dan organisme polisom (dengan kromosom "ekstra") mungkin dapat bertahan hidup. Dalam kasus trisomi (2n+1) atau pentasomi (2n+3), jumlah kromosom ganjil akan menunjukkan anomali. Tetrasomi (2n+2) dapat menyebabkan kesalahan aktual dalam menentukan spesies berdasarkan kriteria genetik.
| Mutasi | Esensi mutasi | Pengaruh pada kriteria genetik spesies |
| Tetrasomi | Sepasang kromosom ekstra atau dua kromosom ekstra non-homolog terdapat dalam kariotipe. | Bila dianalisis dengan kriteria ini saja, suatu organisme dapat diklasifikasikan memiliki satu pasang kromosom lagi. |
| Tetraploidi | Dalam kariotipeada empat kromosom dari setiap pasangan, bukan dua. | Suatu organisme dapat ditempatkan pada spesies lain sebagai ganti kultivar poliploid dari spesies yang sama (pada tumbuhan). |
Perkalian kariotipe - poliploidi - juga dapat menyesatkan peneliti ketika kariotipe mutan adalah jumlah dari beberapa set kromosom diploid.
Kerumitan Kriteria: DNA yang Sulit dipahami
Diameter untai DNA dalam keadaan tidak terpilin adalah 2 nm. Kriteria genetik menentukan kariotipe pada periode sebelum pembelahan sel, ketika molekul DNA tipis berulang kali berputar (memadat) dan mewakili struktur berbentuk batang padat - kromosom. Ketebalan rata-rata sebuah kromosom adalah 700 nm.
Laboratorium sekolah dan universitas biasanya dilengkapi dengan mikroskop dengan perbesaran rendah (dari 8 hingga 100), tidak mungkin untuk melihat detail kariotipe di dalamnya. Selain itu, daya urai mikroskop cahaya memungkinkan setiap, bahkan perbesaran tertinggi, untuk melihat objek tidak kurang dari setengah panjang gelombang cahaya terpendek. Panjang gelombang terkecil adalah untuk gelombang violet (400 nm). Artinya, objek terkecil yang terlihat di mikroskop cahaya adalah dari 200 nm.
Ternyata kromatin dekondensasi yang diwarnai akan terlihat seperti area keruh, dan kromosom akan terlihat tanpa detail. Mikroskop elektron dengan resolusi 0,5 nm memungkinkan Anda untuk melihat dengan jelas dan membandingkan berbagai kariotipe. Mempertimbangkan ketebalan DNA berfilamen (2 nm), itu akan dapat dibedakan dengan jelas di bawah perangkat semacam itu.
Kriteria sitogenetik di sekolah
Untuk alasan yang dijelaskan di atas, penggunaan persiapan mikro dalam pekerjaan laboratorium menurut kriteria genetik spesies tidak tepat. Dalam tugas, Anda dapat menggunakan foto-foto kromosom yang diperoleh di bawah mikroskop elektron. Untuk kenyamanan bekerja di foto, kromosom individu digabungkan menjadi pasangan homolog dan diatur secara berurutan. Skema seperti ini disebut kariogram.
Contoh tugas lab
Tugas. Pertimbangkan foto-foto kariotipe yang diberikan, bandingkan dan buat kesimpulan tentang kepemilikan individu pada satu atau dua spesies.
Foto kariotipe untuk perbandingan lab.
Mengerjakan tugas. Hitung jumlah total kromosom pada setiap foto kariotipe. Jika cocok, bandingkan penampilannya. Jika tidak disajikan kariogram, cari yang terpendek dan terpanjang di antara kromosom dengan panjang sedang di kedua gambar, bandingkan menurut ukuran dan lokasi sentromer. Buatlah kesimpulan tentang perbedaan/kesamaan kariotipe.
Jawaban tugas:
- Jika jumlah, ukuran, dan bentuk kromosom cocok, maka dua individu yang materi genetiknya disajikan untuk penelitian termasuk dalam spesies yang sama.
- Jika jumlah kromosom berbeda dua kali, dan pada kedua foto terdapat kromosom dengan ukuran dan bentuk yang sama, maka kemungkinan besar individu tersebut merupakan perwakilan dari spesies yang sama. Ini akan menjadi kariotipe diploid dan tetraploid.bentuk.
- Jika jumlah kromosom tidak sama (berbeda satu atau dua), tetapi secara umum bentuk dan ukuran kromosom kedua kariotipe sama, kita berbicara tentang bentuk normal dan mutan dari spesies yang sama (fenomena aneuploidi).
- Dengan jumlah kromosom yang berbeda, serta ketidakcocokan dalam karakteristik ukuran dan bentuk, kriteria akan menghubungkan individu yang disajikan dengan dua spesies yang berbeda.
Dalam output, diperlukan untuk menunjukkan apakah mungkin untuk menentukan spesies individu berdasarkan kriteria genetik (dan hanya itu).
Jawaban: tidak mungkin, karena kriteria spesies apa pun, termasuk genetik, memiliki pengecualian dan dapat memberikan hasil penentuan yang salah. Akurasi hanya dapat dijamin dengan menerapkan serangkaian kriteria formulir.
