El criterio de especie genético (citogenético), junto con otros, se utiliza para distinguir grupos sistemáticos elementales, para analizar el estado de una especie. En este artículo consideraremos las características del criterio, así como las dificultades que un investigador puede encontrar al aplicarlo.
Qué es una vista
En diferentes ramas de la ciencia biológica, la especie se define a su manera. Desde una perspectiva evolutiva, podemos decir que una especie es un conjunto de individuos que tienen similitudes en estructura externa y organización interna, procesos fisiológicos y bioquímicos, capaces de cruzarse sin límites, dejando descendencia fértil y genéticamente aislados de grupos similares.
Una especie puede estar representada por una o varias poblaciones y, en consecuencia, tener un área de distribución completa o diseccionada (área de hábitat/área de agua)
Nomenclatura de especies
Cada especie tiene su propio nombre. De acuerdo con las reglas de la nomenclatura binaria, consta de dos palabras: un sustantivo y un adjetivo. El sustantivo es el nombre genérico y el adjetivo es el nombre específico. Por ejemplo, en el nombre "Dandelion officinalis", la especie "officinalis" es uno de los representantes de las plantas del género "Dandelion".
Los individuos de especies relacionadas dentro del género tienen algunas diferencias en apariencia, fisiología y preferencias ecológicas. Pero si son demasiado similares, entonces su afiliación de especie está determinada por el criterio genético de la especie basado en el análisis de cariotipos.
Por qué una especie necesita criterios
Carl Linnaeus, quien fue el primero en dar nombres modernos y describir muchos tipos de organismos vivos, los consideró sin cambios y no variables. Es decir, todos los individuos corresponden a una sola imagen de especie, y cualquier desviación de ella es un error en la encarnación de la idea de especie.
Desde la primera mitad del siglo XIX, Charles Darwin y sus seguidores han estado fundamentando un concepto de especie completamente diferente. De acuerdo con ello, la especie es cambiante, heterogénea e incluye formas de transición. La constancia de la especie es relativa, depende de la variabilidad de las condiciones ambientales. La unidad elemental de existencia de una especie es una población. Es reproductivamente distinto y cumple con los criterios genéticos de la especie.
Dada la heterogeneidad de los individuos de la misma especie, puede ser difícil para los científicos determinar las especies de organismos o distribuirlos entre grupos sistemáticos.
Criterios morfológicos y genéticos de la especie, bioquímicos, fisiológicos, geográficos, ecológicos, conductuales (etológicos) - todo estocomplejos de diferencias entre especies. Determinan el aislamiento de los grupos sistemáticos, su discreción reproductiva. Y pueden usarse para distinguir una especie de otra, para establecer el grado de su relación y posición en el sistema biológico.
Caracterización del criterio genético de la especie
La esencia de este rasgo es que todos los individuos de la misma especie tienen el mismo cariotipo.
Un cariotipo es una especie de "pasaporte" cromosómico de un organismo, está determinado por el número de cromosomas presentes en las células somáticas maduras del cuerpo, su tamaño y características estructurales:
- proporción de la longitud del brazo cromosómico;
- la posición de los centrómeros en ellos;
- la presencia de constricciones secundarias y satélites.
Los individuos pertenecientes a diferentes especies no podrán cruzarse. Incluso si es posible obtener descendencia, como con un burro y un caballo, un tigre y un león, los híbridos interespecíficos no serán prolíficos. Esto se debe a que las mitades del genotipo no son iguales y la conjugación entre los cromosomas no puede ocurrir, por lo que no se forman los gametos.
En la foto: una mula - un híbrido estéril de burro y yegua.
Objeto de estudio - cariotipo
El cariotipo humano está representado por 46 cromosomas. En la mayoría de las especies estudiadas, el número de moléculas individuales de ADN en el núcleo que forman los cromosomas está dentro del rango de 12 a 50. Pero hay excepciones. La mosca de la fruta Drosophila tiene 8 cromosomas en los núcleos de las células, y en un pequeño representante de la familia de lepidópteros Lysandra, el juego de cromosomas diploides es380.
La micrografía electrónica de los cromosomas condensados, que permite evaluar su forma y tamaño, refleja el cariotipo. El análisis del cariotipo como parte del estudio del criterio genético, así como la comparación de los cariotipos entre sí, ayuda a determinar las especies de organismos.
Cuando dos especies son una
La característica común de los criterios de visualización es que no son absolutos. Esto significa que el uso de uno solo de ellos puede no ser suficiente para una determinación precisa. Los organismos que son aparentemente indistinguibles unos de otros pueden ser representantes de diferentes especies. Aquí el criterio morfológico viene en ayuda del criterio genético. Ejemplos dobles:
- Hoy en día se conocen dos especies de ratas negras, que anteriormente se identificaban como una sola debido a su identidad externa.
- Hay al menos 15 especies de mosquitos palúdicos que solo pueden distinguirse mediante análisis citogenéticos.
- 17 especies de grillos encontradas en América del Norte que son genéticamente diferentes pero fenotípicamente relacionadas con la misma especie.
- Se cree que entre todas las especies de aves hay un 5% de gemelos, para cuya identificación es necesario aplicar un criterio genético.
- Se ha eliminado la confusión en la sistemática de los bóvidos de montaña gracias al análisis cariológico. Se han identificado tres variedades de cariotipos (2n=54 para muflones, 56 para argali y argali, y 58 cromosomas para uriales).
Una especie de rata negra tiene 42 cromosomas, el cariotipo de la otra está representado por 38 moléculas de ADN.
Cuando una vista es como dos
Para grupos de especies con una gran área de distribución y número de individuos, cuando en ellos opera el aislamiento geográfico o los individuos tienen una amplia valencia ecológica, es característica la presencia de individuos con diferentes cariotipos. Tal fenómeno es otra variante de las excepciones en el criterio genético de la especie.
Los ejemplos de polimorfismo cromosómico y genómico son comunes en los peces:
- en la trucha arcoíris, el número de cromosomas varía de 58 a 64;
- dos cariomorfos, con 52 y 54 cromosomas, encontrados en el arenque del Mar Blanco;
- con un conjunto diploide de 50 cromosomas, los representantes de diferentes poblaciones de carpa plateada tienen 100 (tetraploides), 150 (hexaploides), 200 (octaploides) cromosomas.
Las formas poliploides se encuentran tanto en plantas (sauce de cabra) como en insectos (gorgojos). Los ratones domésticos y los jerbos pueden tener diferentes números de cromosomas, no un múltiplo del conjunto diploide.
Cariotipo gemelos
Representantes de diferentes clases y tipos pueden tener cariotipos con el mismo número de cromosomas. Hay muchas más coincidencias de este tipo entre representantes de las mismas familias y géneros:
- Los gorilas, los orangutanes y los chimpancés tienen un cariotipo de 48 cromosomas. En apariencia, las diferencias no están determinadas, aquí debe comparar el orden de los nucleótidos.
- Ligeras diferencias en los cariotipos del bisonte norteamericano y el bisonte europeo. Ambos tienen 60 cromosomas en un conjunto diploide. Serán asignados a la misma especie si se analizan únicamente por criterios genéticos.
- También se encuentran ejemplos de gemelos genéticos entre las plantas, especialmente dentro de las familias. entre los saucesincluso es posible obtener híbridos interespecíficos.
Para revelar diferencias sutiles en el material genético de dichas especies, es necesario determinar la secuencia de genes y el orden en que se incluyen.
Influencia de las mutaciones en el análisis del criterio
El número de cromosomas del cariotipo puede cambiar como resultado de mutaciones genómicas: aneuploidía o euploidía.
Cuando ocurre aneuploidía en el cariotipo, aparecen uno o más cromosomas adicionales, y la cantidad de cromosomas también puede ser menor que la de un individuo completo. El motivo de esta violación es la no disyunción de los cromosomas en la etapa de formación de gametos.
La imagen muestra un ejemplo de aneuploidía humana (síndrome de Down).
Los cigotos con un número reducido de cromosomas, por regla general, no comienzan a aplastarse. Y los organismos polisómicos (con cromosomas "extra") bien pueden ser viables. En el caso de trisomía (2n+1) o pentasomía (2n+3), un número impar de cromosomas indicará una anomalía. La tetrasomía (2n+2) puede conducir a un error real en la determinación de la especie por criterios genéticos.
| Mutación | Esencia de la mutación | Influencia en el criterio genético de la especie |
| Tetrasomía | Un par extra de cromosomas o dos cromosomas extra no homólogos están presentes en el cariotipo. | Cuando se analiza solo con este criterio, un organismo puede clasificarse como que tiene un par más de cromosomas. |
| Tetraploidía | En el cariotipohay cuatro cromosomas de cada par en lugar de dos. | Un organismo puede asignarse a otra especie en lugar de un cultivo poliploide de la misma especie (en plantas). |
La multiplicación del cariotipo (poliploidía) también puede inducir a error al investigador cuando el cariotipo mutante es la suma de varios conjuntos diploides de cromosomas.
Complejidad de criterio: ADN esquivo
El diámetro de la hebra de ADN en estado no retorcido es de 2 nm. El criterio genético determina el cariotipo en el período anterior a la división celular, cuando las moléculas delgadas de ADN se espiralizan (condensan) repetidamente y representan estructuras densas en forma de bastón: los cromosomas. El grosor medio de un cromosoma es de 700 nm.
Los laboratorios escolares y universitarios suelen estar equipados con microscopios de bajo aumento (de 8 a 100), no es posible ver en ellos los detalles del cariotipo. Además, el poder de resolución de un microscopio óptico permite, con cualquier aumento, incluso con el mayor aumento, ver objetos con una longitud no inferior a la mitad de la onda de luz más corta. La longitud de onda más pequeña es para ondas violetas (400 nm). Esto significa que el objeto más pequeño visible en un microscopio óptico será de 200 nm.
Resulta que la cromatina descondensada teñida se verá como áreas turbias y los cromosomas serán visibles sin detalles. Un microscopio electrónico con una resolución de 0,5 nm le permite ver claramente y comparar diferentes cariotipos. Teniendo en cuenta el grosor del ADN filamentoso (2 nm), será claramente distinguible con dicho dispositivo.
Criterio citogenético en la escuela
Por las razones descritas anteriormente, el uso de micropreparados en el trabajo de laboratorio según el criterio genético de la especie es inadecuado. En las tareas, puede usar fotografías de cromosomas obtenidas bajo un microscopio electrónico. Para facilitar el trabajo en la foto, los cromosomas individuales se combinan en pares homólogos y se organizan en orden. Tal esquema se llama cariograma.
Ejemplo de tarea de laboratorio
Asignación. Considere las fotografías dadas de cariotipos, compárelas y saque una conclusión sobre la pertenencia de los individuos a una o dos especies.
Fotos de cariotipos para comparación de laboratorio.
Trabajando en una tarea. Cuente el número total de cromosomas en cada foto de cariotipo. Si coinciden, compárelos en apariencia. Si no se presenta un cariograma, encuentre el más corto y el más largo entre los cromosomas de longitud media en ambas imágenes, compárelos según el tamaño y la ubicación de los centrómeros. Saca una conclusión sobre la diferencia/similitud de los cariotipos.
Respuestas a la tarea:
- Si el número, el tamaño y la forma de los cromosomas coinciden, entonces los dos individuos cuyo material genético se presenta para el estudio pertenecen a la misma especie.
- Si el número de cromosomas es dos veces diferente, y en ambas fotografías hay cromosomas del mismo tamaño y forma, lo más probable es que los individuos sean representantes de la misma especie. Estos serán cariotipos diploides y tetraploides.formulario.
- Si el número de cromosomas no es el mismo (difiere en uno o dos), pero en general la forma y el tamaño de los cromosomas de ambos cariotipos son iguales, estamos hablando de formas normales y mutantes del misma especie (fenómeno de aneuploidía).
- Con un número diferente de cromosomas, así como un desajuste en las características de tamaño y forma, el criterio atribuirá los individuos presentados a dos especies diferentes.
En el resultado, se requiere indicar si es posible determinar la especie de los individuos en base al criterio genético (y solo a él).
Respuesta: es imposible, ya que cualquier criterio de especie, incluido el genético, tiene excepciones y puede dar un resultado erróneo de la determinación. La precisión solo puede garantizarse aplicando un conjunto de criterios de la forma.
