Le critère d'espèce génétique (cytogénétique), ainsi que d'autres, est utilisé pour distinguer les groupes systématiques élémentaires, pour analyser l'état d'une espèce. Dans cet article, nous examinerons les caractéristiques du critère, ainsi que les difficultés qu'un chercheur peut rencontrer lors de son application.
Qu'est-ce qu'une vue
Dans différentes branches de la science biologique, l'espèce est définie à sa manière. D'un point de vue évolutif, on peut dire qu'une espèce est un ensemble d'individus qui présentent des similitudes dans la structure externe et l'organisation interne, les processus physiologiques et biochimiques, capables de se reproduire à l'infini, laissant une progéniture fertile et génétiquement isolés de groupes similaires.
Une espèce peut être représentée par une ou plusieurs populations et, par conséquent, avoir une aire de répartition complète ou fragmentée (zone d'habitat/zone d'eau)
Nomenclature des espèces
Chaque espèce a son propre nom. Conformément aux règles de la nomenclature binaire, il est composé de deux mots: un nom et un adjectif. Le nom est le nom générique et l'adjectif est le nom spécifique. Par exemple, dans le nom "Dandelion officinalis", l'espèce "officinalis" est l'un des représentants des plantes du genre "Dandelion".
Les individus d'espèces apparentées au sein du genre ont des différences d'apparence, de physiologie et de préférences écologiques. Mais s'ils sont trop similaires, alors leur appartenance à une espèce est déterminée par le critère génétique de l'espèce basé sur l'analyse des caryotypes.
Pourquoi une espèce a besoin de critères
Carl Linnaeus, qui fut le premier à donner des noms modernes et à décrire de nombreux types d'organismes vivants, les considérait comme inchangés et non variables. Autrement dit, tous les individus correspondent à une seule image d'espèce, et tout écart par rapport à celle-ci est une erreur dans l'incarnation de l'idée d'espèce.
Depuis la première moitié du 19e siècle, Charles Darwin et ses disciples ont étayé un concept complètement différent de l'espèce. Conformément à cela, l'espèce est changeante, hétérogène et comprend des formes de transition. La constance de l'espèce est relative, elle dépend de la variabilité des conditions environnementales. L'unité élémentaire d'existence d'une espèce est une population. Il est distinct sur le plan de la reproduction et répond aux critères génétiques de l'espèce.
Étant donné l'hétérogénéité des individus d'une même espèce, il peut être difficile pour les scientifiques de déterminer les espèces d'organismes ou de les répartir entre des groupes systématiques.
Critères morphologiques et génétiques de l'espèce, biochimiques, physiologiques, géographiques, écologiques, comportementaux (éthologiques) - tout celacomplexes de différences entre les espèces. Ils déterminent l'isolement des groupes systématiques, leur discrétion reproductive. Et ils peuvent être utilisés pour distinguer une espèce d'une autre, pour établir le degré de leur relation et leur position dans le système biologique.
Caractérisation du critère génétique de l'espèce
L'essence de ce trait est que tous les individus de la même espèce ont le même caryotype.
Un caryotype est une sorte de "passeport" chromosomique d'un organisme, il est déterminé par le nombre de chromosomes présents dans les cellules somatiques matures du corps, leur taille et leurs caractéristiques structurelles:
- rapport de longueur de bras chromosomique;
- la position des centromères en eux;
- la présence de constrictions secondaires et de satellites.
Les individus appartenant à des espèces différentes ne pourront pas se croiser. Même s'il est possible d'obtenir une progéniture, comme avec un âne et un cheval, un tigre et un lion, les hybrides interspécifiques ne seront pas prolifiques. En effet, les moitiés du génotype ne sont pas les mêmes et la conjugaison entre les chromosomes ne peut pas se produire, de sorte que les gamètes ne se forment pas.
Sur la photo: une mule - un hybride stérile d'un âne et d'une jument.
Objet d'étude - caryotype
Le caryotype humain est représenté par 46 chromosomes. Chez la plupart des espèces étudiées, le nombre de molécules d'ADN individuelles dans le noyau qui forment les chromosomes se situe entre 12 et 50. Mais il y a des exceptions. La mouche des fruits Drosophila a 8 chromosomes dans les noyaux des cellules, et chez un petit représentant de la famille des lépidoptères Lysandra, l'ensemble de chromosomes diploïdes est380.
La micrographie électronique des chromosomes condensés, qui permet d'évaluer leur forme et leur taille, reflète le caryotype. L'analyse du caryotype dans le cadre de l'étude du critère génétique, ainsi que la comparaison des caryotypes entre eux, permettent de déterminer les espèces d'organismes.
Quand deux espèces ne font qu'une
La caractéristique commune des critères de vue est qu'ils ne sont pas absolus. Cela signifie que l'utilisation d'un seul d'entre eux peut ne pas être suffisante pour une détermination précise. Les organismes qui sont extérieurement indiscernables les uns des autres peuvent être des représentants d'espèces différentes. Ici le critère morphologique vient en aide au critère génétique. Exemples doubles:
- Aujourd'hui, deux espèces de rats noirs sont connues, qui étaient auparavant identifiées comme une seule en raison de leur identité externe.
- Il existe au moins 15 espèces de moustiques porteurs du paludisme qui ne peuvent être distingués que par analyse cytogénétique.
- 17 espèces de grillons trouvées en Amérique du Nord qui sont génétiquement différentes mais phénotypiquement apparentées à la même espèce.
- On pense que parmi toutes les espèces d'oiseaux, il y a 5% de jumeaux, pour l'identification desquels il est nécessaire d'appliquer un critère génétique.
- La confusion dans la systématique des bovidés de montagne a été éliminée grâce à l'analyse caryologique. Trois variétés de caryotypes ont été identifiées (2n=54 pour les mouflons, 56 pour les argalis et les argalis, et 58 chromosomes pour les urials).
Une espèce de rat noir a 42 chromosomes, le caryotype de l'autre est représenté par 38 molécules d'ADN.
Quand une vue est comme deux
Pour les groupes d'espèces avec une grande superficie de l'aire de répartition et le nombre d'individus, lorsque l'isolement géographique opère en leur sein ou que les individus ont une large valence écologique, la présence d'individus avec des caryotypes différents est caractéristique. Un tel phénomène est une autre variante des exceptions dans le critère génétique de l'espèce.
Des exemples de polymorphisme chromosomique et génomique sont courants chez les poissons:
- chez la truite arc-en-ciel, le nombre de chromosomes varie de 58 à 64;
- deux caryomorphes, avec 52 et 54 chromosomes, trouvés dans le hareng de la mer Blanche;
- avec un ensemble diploïde de 50 chromosomes, les représentants de différentes populations de carpes argentées ont 100 (tétraploïdes), 150 (hexaploïdes), 200 (octaploïdes) chromosomes.
Les formes polyploïdes se retrouvent aussi bien chez les plantes (saule chèvre) que chez les insectes (charançons). Les souris domestiques et les gerbilles peuvent avoir différents nombres de chromosomes, et non un multiple de l'ensemble diploïde.
Jumeaux caryotypiques
Des représentants de différentes classes et types peuvent avoir des caryotypes avec le même nombre de chromosomes. Il y a beaucoup plus de telles coïncidences parmi les représentants des mêmes familles et genres:
- Les gorilles, les orangs-outans et les chimpanzés ont un caryotype à 48 chromosomes. En apparence, les différences ne sont pas déterminées, ici vous devez comparer l'ordre des nucléotides.
- Légères différences dans les caryotypes du bison d'Amérique du Nord et du bison d'Europe. Les deux ont 60 chromosomes dans un ensemble diploïde. Ils seront attribués à la même espèce s'ils sont analysés uniquement selon des critères génétiques.
- Des exemples de jumeaux génétiques se trouvent également parmi les plantes, en particulier au sein des familles. Parmi les saulesil est même possible d'obtenir des hybrides interspécifiques.
Pour révéler des différences subtiles dans le matériel génétique de ces espèces, il est nécessaire de déterminer la séquence des gènes et l'ordre dans lequel ils sont inclus.
Influence des mutations sur l'analyse du critère
Le nombre de chromosomes du caryotype peut être modifié à la suite de mutations génomiques - aneuploïdie ou euploïdie.
Lorsque l'aneuploïdie se produit dans le caryotype, un ou plusieurs chromosomes supplémentaires apparaissent, et le nombre de chromosomes peut également être inférieur à celui d'un individu à part entière. La raison de cette violation est la non-disjonction des chromosomes au stade de la formation des gamètes.
La photo montre un exemple d'aneuploïdie humaine (syndrome de Down).
Zygotes avec un nombre réduit de chromosomes, en règle générale, ne commencent pas à s'écraser. Et les organismes polysomiques (avec des chromosomes "supplémentaires") pourraient bien être viables. Dans le cas d'une trisomie (2n+1) ou d'une pentasomie (2n+3), un nombre impair de chromosomes indiquera une anomalie. La tétrasomie (2n+2) peut conduire à une véritable erreur dans la détermination de l'espèce par des critères génétiques.
| Mutation | Essence de mutation | Influence sur le critère génétique de l'espèce |
| Tétrasomie | Une paire supplémentaire de chromosomes ou deux chromosomes supplémentaires non homologues sont présents dans le caryotype. | Lorsqu'il est analysé selon ce seul critère, un organisme peut être classé comme ayant une paire de chromosomes de plus. |
| Tétraploïdie | Dans le caryotypeil y a quatre chromosomes de chaque paire au lieu de deux. | Un organisme peut être attribué à une autre espèce au lieu d'un cultivar polyploïde de la même espèce (chez les plantes). |
La multiplication du caryotype - la polyploïdie - peut également induire le chercheur en erreur lorsque le caryotype mutant est la somme de plusieurs ensembles diploïdes de chromosomes.
Complexité des critères: ADN insaisissable
Le diamètre du brin d'ADN à l'état non torsadé est de 2 nm. Le critère génétique détermine le caryotype dans la période précédant la division cellulaire, lorsque de fines molécules d'ADN se spiralent (se condensent) à plusieurs reprises et représentent des structures denses en forme de bâtonnets - les chromosomes. L'épaisseur moyenne d'un chromosome est de 700 nm.
Les laboratoires scolaires et universitaires sont généralement équipés de microscopes à faible grossissement (de 8 à 100), il n'est pas possible d'y voir les détails du caryotype. De plus, le pouvoir de résolution d'un microscope optique permet à n'importe quel grossissement, même le plus élevé, de voir des objets d'au moins la moitié de la longueur de l'onde lumineuse la plus courte. La plus petite longueur d'onde correspond aux ondes violettes (400 nm). Cela signifie que le plus petit objet visible dans un microscope optique sera à partir de 200 nm.
Il s'avère que la chromatine décondensée colorée ressemblera à des zones nuageuses et que les chromosomes seront visibles sans détails. Un microscope électronique avec une résolution de 0,5 nm vous permet de voir clairement et de comparer différents caryotypes. Vu l'épaisseur de l'ADN filamenteux (2 nm), il sera clairement distinguable sous un tel dispositif.
Critère cytogénétique à l'école
Pour les raisons décrites ci-dessus, l'utilisation de micropréparations dans les travaux de laboratoire selon le critère génétique de l'espèce est inappropriée. Dans les tâches, vous pouvez utiliser des photographies de chromosomes obtenues au microscope électronique. Pour faciliter le travail sur la photo, les chromosomes individuels sont combinés en paires homologues et disposés dans l'ordre. Un tel schéma s'appelle un caryogramme.
Exemple de devoir de laboratoire
Affectation. Considérez les photographies de caryotypes données, comparez-les et tirez une conclusion sur l'appartenance des individus à une ou deux espèces.
Photos de caryotypes pour comparaison en laboratoire.
Travailler sur une tâche. Comptez le nombre total de chromosomes dans chaque photo de caryotype. S'ils correspondent, comparez-les en apparence. Si aucun caryogramme n'est présenté, trouvez le plus court et le plus long parmi les chromosomes de longueur moyenne dans les deux images, comparez-les en fonction de la taille et de l'emplacement des centromères. Tirez une conclusion sur la différence / similitude des caryotypes.
Réponses à la tâche:
- Si le nombre, la taille et la forme des chromosomes correspondent, alors les deux individus dont le matériel génétique est présenté pour étude appartiennent à la même espèce.
- Si le nombre de chromosomes est deux fois différent et que les deux photographies contiennent des chromosomes de même taille et de même forme, il est fort probable que les individus soient des représentants de la même espèce. Ce seront des caryotypes diploïdes et tétraploïdes.form.
- Si le nombre de chromosomes n'est pas le même (il diffère d'un ou deux), mais qu'en général la forme et la taille des chromosomes des deux caryotypes sont identiques, nous parlons de formes normales et mutantes du même espèce (phénomène d'aneuploïdie).
- Avec un nombre différent de chromosomes, ainsi qu'une discordance dans les caractéristiques de taille et de forme, le critère attribuera les individus présentés à deux espèces différentes.
Dans la sortie, il est nécessaire d'indiquer s'il est possible de déterminer l'espèce des individus en fonction du critère génétique (et uniquement de lui).
Réponse: c'est impossible, car tout critère d'espèce, y compris génétique, a des exceptions et peut donner un résultat de détermination erroné. L'exactitude ne peut être garantie qu'en appliquant un ensemble de critères de la forme.
