10.3 خزانه ژنی و گونه‌زایی

مفاهیم

  • خزانه ژنی شامل مجموع الل­های مربوط به ژن­های همه­ی سلول­های زایشی افراد یک جمعیت هست.
  • با گذشت زمان و پیشرفت تکامل، فراوانی الل­ها در جمعیت نیز تغییر می­کند.
  • انزوای تولیدمثلی[1] می­تواند زمانی، رفتاری یا جغرافیایی باشد.
  • گونه­زایی به دلیل واگرایی جمعیت­های جدا شده می­تواند تدریجی باشد.
  • گونه­زایی می­تواند ناگهانی اتفاق بیفتد.

کاربرد علم

  • شناسایی انتخاب­های جهت­دار، پایدارکننده و برهم­زننده[2].
  • گونه­زایی در گیاه سیر[3] توسط پدیده پلی­پلوییدی[4].

مهارت آموزی

  • مقایسه فراوانی الل­های جمعیت­های جدا شده از نظر جغرافیایی.

ماهیت علم

  • بررسی الگوها، روندها و تناقض­ها: الگوهای تعداد کروموزوم­ها در برخی از گونه­ها را می توان با گونه­زایی ناشی از پلی­پلوئیدی توضیح داد.

 

فعالیت

در آمیزش شکل شماره1، فراوانی فنوتیپ­های رنگ گل لاله عباسی[1](گل ساعت چهار) در سه نسل نشان داده شده است. در ژنوتیپ CRCR رنگ گل­ها قرمز و در ژنوتیپ CWCW رنگ گل­ها سفید است. الل­ها در این صفت هم­توان هستند و گل­هایی با ژنوتیپ CRCW رنگ صورتی دارند.

·         در نسل اول، 50درصد جمعیت گل­های قرمز و 50 درصد باقیمانده، گل­های سفید رنگ هستند.

·         در نسل دوم، 100 درصد گل­ها

صورتی هستند.

·         در نسل سوم، 50 درصد گل­ها صورتی، 25 درصد سفید و 25 درصد دیگر قرمز هستند.

این آمیزش نشان می­دهد که فراوانی آلل­هایCR و CW در هر سه نسل 50درصد است. در حالی که فراوانی فنوتیپ­ها بین نسل­ها تغییر می­کند، این امکان وجود دارد که فراوانی آلل­ها تغییر نکند. بنابراین مشخص است که این جمعیت در حال تکامل نیست زیرا فراوانی آلل­ها تغییر نمی­کند.

 

خزانه ژنی

خزانه ژنی شامل مجموع الل­های مربوط به ژن­های همه­ی سلول­های زایشی افراد یک جمعیت هست.

رایج­ترین تعریف گونه، مفهوم زیست­شناسی آن است. گونه در زیست­شناسی به مجموعه جاندارانی گفته می­شود که می­توانند در طبیعت با هم آمیزش کنند و زاده­های زیستا و زایا به وجود آورند ولی نمی­توانند با گونه­های دیگر آمیزش موفقیت آمیز داشته باشند. خزانه ژنی گونه­های مختلف از هم جدا است و هرگز  بین آن­ها تبادل ژنی رخ نمی­دهد. بعضی از جمعیت­های یک گونه از نظر جغرافیایی از یکدیگر جدا هستند؛ بنابراین ممکن است یک گونه، چندین خزانه ژنی داشته باشد.

افرادی که تولید مثل می­کنند به ساخت خزانه­ ژنی نسل بعد کمک می­کنند. تعادل ژنتیکی زمانی وجود دارد که تمام اعضای یک جمعیت، فرصت برابر برای غنی سازی خزانه ژنی نسل آینده داشته باشند.

فراوانی الل­ها و تکامل

با گذشت زمان و پیشرفت تکامل، فراوانی الل­ها در جمعیت نیز تغییر می­کند.

تکامل به عنوان تغییر تجمعی در خصوصیات وراثتی یک جمعیت در طول زمان تعریف می شود. تکامل می­تواند به دلایل مختلفی رخ دهد؛ مانند جهش که باعث ایجاد الل­های جدید می­شود، فشارهای انتخابی که باعث تکثیر بیشتر برخی از الل­ها نسبت به سایر الل­ها در جمعیت می­شود و همچنین عواملی که مانع از شارش ژن بین جمعیت­های مختلف می­شود. اگر جمعیت کوچک باشد، بر اثر نوسانات تصادفی، فراوانی الل­ها تغییر می­کند.

الگوهای انتخاب طبیعی

شناسایی انتخاب­های جهت­دار، پایدارکننده و برهم­زننده.

تناسب ژنوتیپ و فنوتیپ هر دو تعیین کننده سهم فرد در ایجاد نسل بعد است. نظام طبیعت با فشارهای انتخابی، همواره انواع فنوتیپ و ژنوتیپ سازگارتر نسبت به محیط را انتخاب می­کند که این نوع انتخاب، انتخاب طبیعی[5] نام دارد. در طبیعت سه نوع الگوی انتخاب طبیعی وجود دارد: انتخاب پایدارکننده[6]، انتخاب برهم­زننده[7] و انتخاب جهت­دار[8].

در انتخاب پایدار کننده، فشار انتخابی باعث حذف انواع گروه­های حاضر در دو سمت آستانه نمودار توزیع می­شود و افرادی که فنوتیپ حد وسط دارند، در جمعیت باقی می­مانند. به عنوان مثال، در انسان، انتخاب پایدارکننده سبب شده است که وزن اغلب نوزادان هنگام تولد نزدیک به مقدار متوسط (نه خیلی پایین نه خیلی بالا) باشد. به تعداد تخم­هایی که یک جانور ماده تخم­گذار در هر دوره تخم­گذاری تولید می­کند، کلاچ[9] می­گویند. اگر تعداد تخم­ها کم باشد، ممکن است به این معنی باشد که هیچ یک از فرزندان در نسل بعدی زنده نمی­مانند. کلاچ­های بسیار بزرگ(تعداد تخم زیاد) ممکن است به معنای مرگ و میر بالاتر باشد، زیرا والدین نمی­توانند غذای کافی برای تخم­ها را تأمین کنند و ممکن است بر بقای خود تا فصل بعدی تأثیر بگذارد. این بدان معنی است که اندازه کلاچ متوسط، ​​مناسب است.

در انتخاب طبیعی گسلنده، ، فشار انتخابی باعث حذف فنوتیپ­های حد واسط می­شود و فنوتیپ­های آستانه­ای حفظ می­شوند(از افراط و تفریط برخوردار است). یکی از مثال­های این نوع انتخاب، سهره­های قرمز[10] هستند. قسمت پایین نوک این سهره­ها برای شکستن دانه­ها، سازگاری پیدا کرده است. به گونه­ای که افراد کوچک منقار از دانه­های نرم تغذیه می­کنند و بزرگ منقارها دانه­های سخت را می­شکنند. افرادی که اندازه منقار متوسط دارند، نمی­توانند از هیچ کدام از دانه­های نرم یا سخت به خوبی استفاده کنند.

در انتخاب جهت­دار، جاندرانی که در یکی از دو انتهای نمودار توزیع جای می­گیرند و ابتدا فراوانی کمی دارند، انتخاب می­شوند و پس از مدتی، نمودار توزیع در جهت افزایش یا کاهش مقدار صفت مورد نظر جابجا می­شود.

طرح سوال مبتنی بر داده: انتخاب پایدارکننده

از سال 1970 در رشته­های کوه­های کانادا روی جمعیتی از گوسفندهای بزرگ شاخ[11]  مطالعاتی شده است. شاخ­های بزرگ این گونه برای شکارچیان بسیار جذاب است و آن­ها می­توانند مجوز شلیک گوسفندهای نر را در کوه خریداری کنند.

بیشترین میزان رشد شاخ در گوسفندان نر، بین سال­های دوم و چهارم زندگی اتفاق می­افتد. آن ها از شاخ­های خود برای جنگیدن با نرهای دیگر در فصل تولید مثل استفاده می کنند تا از گروه های ماده دفاع کنند و سپس با آنها جفت شوند.. شکل شماره 2، میانگین طول شاخ نرهای چهار ساله در رشته کوه­های کانادا را بین سال­های 1975 تا 2002 نشان می­دهد.

الف) روند رشد اندازه شاخ را در طول دوره مطالعه مشخص کنید.

ب) با استفاده از این مثال، مفهوم انتخاب جهت­دار را توضیح دهید.

ج) در این مثال، در مورد تعادل بین شاخ­های کوتاه و بلند به عنوان سازگاری بحث کنید.

طرح سوال مبتنی بر داده

محققان در یکی از بیمارستان­های لندن به مدت دوازده سال روی وزن و نرخ فوت، 3760 نوزاد تازه متولد شده مطالعه کردند. هدف از این مطالعه تعیین نحوه انتخاب طبیعی روی وزن نوزادان هنگام تولد بود. نمودار زیر فراوانی وزن نوزادان هنگام تولد را نشان می­دهد. منحنی روی نمودار، نشان دهنده درصد مرگ و میر نوزادان است (نوزادانی که بیش از 4 هفته زنده نمی­مانند).

الف) مقدار مُد یا بیشینه وزن نوزادان را در هنگام تولد مشخص کنید.

ب) وزن مطلوب برای زنده ماندن را تعیین کنید.

ج) رابطه بین وزن هنگام تولد و نرخ مرگ و میر را بیان کنید.

د) این مثال چگونه الگوی انتخاب پایدارکننده در انتخاب طبیعی را نشان می­دهد؟ توضیح دهید.

طرح سوال مبتنی بر داده

در ماهی قزل آلای کوهو[12] بعضی از ماهی­های نر تقریباً 50٪ زودتر و به اندازه 30٪ اندازه بدن سایر نرها در جامعه به بلوغ می­رسند. موفقیت در تولید مثل (پرورش) بستگی به آزاد شدن اسپرم ماهی­های نر در نزدیکی ماده تخم­گذار دارد. ماهی­های نر کوچک و بزرگ از راهکارهای مختلفی برای رسیدن به ماهی­های ماده استفاده می­کنند. نرهای کوچکی که جک[13] نامیده می­شوند در “حرکات سریع و پنهانی[14]” و نرهای بزرگتر در مبارزه و مجبور كردن ماهی­های ماده براي تخم­ريزي تخصص دارند.

در مقابل، ماهی­های نر با اندازه متوسط در رقابت با ماهی­های جك و نرهای بزرگ، موفق نیستند؛ زیرا ویژگی­های حرکت سریع و پنهانی و قدرت مبارزه را در مقایسه با دو نوع دیگر ندارند. نمودار شکل شماره 4، میانگین رسیدن به ماهی­های ماده را با استفاده از این دو راهکار نشان می­دهد.

الف) میانگین موفقیت لقاح با ماده­ها را در ماهی­های نر با اندازه 35-39 سانتی متر بدست آورید:

  1. حرکت سریع و پنهانی
  2. در حال مبارزه.

ب) با استفاده از موارد زیر، محدوده اندازه ماهی­هایی را که با ماهی­های ماده لقاح انجام می­دهند، تعیین کنید:

  1. در حال مبارزه
  2. حرکت سریع و پنهانی.

ج) با استفاده از هر دو راهکار، اندازه ماهی­های نری را که هرگز در 100 سانتی متر (1 متر) قرار نمی­گیرند، مشخص کنید.

د) این مثال چگونه الگوی انتخاب گسلنده در انتخاب طبیعی را نشان می­دهد؟ توضیح دهید.

انزوای تولیدمثلی، انواع مختلفی دارد.

انزوای تولیدمثلی می­تواند زمانی، رفتاری یا جغرافیایی باشد.

گونه­زایی شکل­گیری گونه­ا­ی جدید با تقسیم جمعیت موجود است. موانع مختلفی برای جدا کردن خزانه­های ژنی وجود دارند و هنگام جداشدن خزانه­های ژنی، ممکن است گونه­زایی رخ دهد. اگر یک مانع جغرافیایی خزانه­های ژنی جمعیت­های مختلف یک گونه را از هم جدا کند؛ به این نوع گونه­زایی، گونه­زایی دگر میهنی[15] گفته می­شود.

ماهی­های سیکلید[16] یکی از بزرگ­ترین خانواده­های مهره­داران هستند. اکثر ماهی­های این خانواده در سه دریاچه­ی در آفریقای شرقی حضور دارند؛ دریاچه ویکتوریا[17]، دریاچه تانگانیکا[18] و دریاچه­ی مالاوی[19]. نوسان­های سالانه سطح آب منجر به جدایی جمعیت­هایی می­شود که تحت فشارهای انتخابی قرار می­گیرند. در فصل­های بارانی، جمعیت­ها دوباره ترکیب می­شوند اما از نظر تولیدمثلی جدا هستند. که این موضوع منجر به شکل­گیری گونه­های جدید می­شود.

در برابر گونه­زایی دگر میهنی، گونه­زایی هم­میهنی[20] مطرح می­شود که بدون نیاز به جدایی جغرافیایی و بین جمعیت­هایی که در یک زیستگاه زندگی می­کنند، اتفاق می­افتد. برای مثال، جدایی می­تواند رفتاری باشد؛ نشانه­هایی که اعضای هرگونه برای جلب توجه جفت از خود بروز می­دهند، ویژه­ی همان گونه است. این عامل، جدایی رفتاری نامیده می­شود.

جدایی زمانی نیز زمانی مطرح می­شود که دو گونه در فصل­ها و زمان­های مختلفی تولید مثل می­کنند. برای مثال، سه گونه ارکیده گرمسیری[21]، هر کدام زمان­های متفاوتی گل می­دهند. بنابراین زمان بین تحریک و گل­دهی یک گونه 8 روز، گونه دیگر 9 روز و گونه سوم 10 الی11 روز است. جدایی خزانه­های ژنی به این دلیل اتفاق می­افتد که در زمان باز بودن گل­های یک گونه، گل­های گونه­های دیگر قبلاً پژمرده شده­اند یا هنوز بالغ نشده­اند.

 

طرح سوال مبتنی بر داده: آواز بال توری سانان[22]

آواز، بخشی از فرآیند انتخاب جفت در اعضای گونه­های مختلف تیره بال توری سانان است. جانوران نر و ماده در یک گونه دقیقاً آهنگ­های یکسانی دارند و در دوره قبل از جفت گیری، به نوبت از این آهنگ­ها برای جذب جفت استفاده می­کنند. اسیلوگراف[23] دو گونه از این جانور در شکل شماره 5 نشان داده شده است.

1- آهنگ­های این دو گونه را با یکدیگر مقایسه کنید.[3]

2- چرا تفاوت این آهنگ­های جفت­یابی منجر به گونه­زایی می­شود؟ توضیح دهید.[3]

3- در حال حاضر دامنه آهنگ­های این دو گونه با هم تداخل دارند. تفاوت آهنگ را در انواع گونه­زایی زیر نشان دهید:

الف) با گونه­زایی دگرمیهنی

ب) با گونه­زایی هم­میهنی[4]

 

فراوانی الل­ها در جمعیت­های متنوع، با یکدیگر تفاوت دارد.

مقایسه فراوانی الل­های جمعیت­های جدا شده از نظر جغرافیایی.

پایگاه داده فراوانی الل­ها[24] (AlFreD) که توسط دانشگاه ییل [25]راه­اندازی شده است، حاوی فراوانی الل­های مختلف در جمعیت­های انسانی است. امروزه بیشتر جمعیت­های انسانی به دلیل سهولت سفر و ارتباطات بین کشورها و فرهنگ­های مختلف، دیگر در انزوای جغرافیایی نیستند. با این وجود، الگوهای متنوعی وجود دارد، به ویژه هنگام مقایسه جمعیت جزیره­های دور افتاده با سایر جمعیت­ها.

ژن PanI یک ژن در ماهی روغن (کاد [26]) است که پروتئین درون غشایی به نام پانتوفیزین[27] را کد می­کند. دو آلل این ژن، PanIA و PanIB، کدکننده پروتئین­های پانتوفیزینی هستند که در یک ناحیه ای به طول چهار اسید آمینه در با هم متفاوت هستند. نمونه­های از این نوع ماهی از 23 نقطه مکانی در شمال اقیانوس اطلس جمع آوری شده و برای یافتن نسبت آلل­های PanIA و PanIB در هر جمعیت مورد آزمایش قرار گرفتند.

نتایج این مشاهده در نمودار دایره­ای شکل شماره6، با اعداد 1 تا23، نمایش داده شده­است. به نسبت الل­ها در یک جمعیت، فراوانی اللی گفته می­شود. فراوانی یک الل می­تواند از 0 تا 1 باشد.

بخش­های خاکستری روی نمودارهای دایره­ای، فراوانی آلل PanIA و بخش­های سیاه فراوانی آلل PanIB را نشان می­دهد.

1- دو جمعیتی را که بیشترین فراوانی الل PanIAدر آن­ها دیده می­شود، نام ببرید.[2]

2- در جمعیتی که نیمی از ماهی­ها دارای ژنوتیپ PanIA PanIA  و نیمی دیگر دارای ژنوتیپ PanIA PanIB هستند، فراوانی الل­ها را تعیین کنید.[2]

3- دو جمعیتی را که احتمالاً از نظر جغرافیایی جدا هستند، نام ببرید.[2]

4- چرا آلل PanIB در جمعیت 14 بیشتر از جمعیت 21 است؟ دو دلیل بیاورید.[2]

نظریه علمی
در برابر کشف­های غیر منتظره، انتظار می­رود دانشمندان چه پاسخی بدهند؟

آزمون انسجام حقیقت، درستی و صحت ادعاهای موجود در علم و دانش را با استفاده از نظریه­هایی که کاملاً ثابت شده­اند، بررسی می­کند. اگر ادعای جدید مناسب نباشد، با بدبینی مورد استقبال جامعه علمی قرار می­گیرد. با وجود اینکه پلی­پلوئیدی در ماهی­ها و دوزیستان رایج است، اما همیشه در پستانداران غیر منتظره بوده است. سیستم تعیین جنسیت در پستانداران نسبت به کروموزوم­های جنسی اضافی بسیار حساس است. از زمانی که برای اولین بار خبر وجود یک پستاندار تتراپلوئید منتشر شد، هنوز این مسئله تا کنون به طور کامل پذیرفته نشده است و ابهاماتی در رابطه با آن وجود دارد و فعلاً هیچ پاسخ منطقی در مورد منشأ T. barrerae (نوعی جونده تتراپلوئید) وجود ندارد.

 

 

تحول تدریجی در گونه­‌زایی

گونه­‌زایی به دلیل واگرایی جمعیت­‌های جدا شده می­‌تواند تدریجی باشد.

دو نظریه در مورد سرعت تغییرات تکاملی وجود دارد. تحول تدریجی که در شکل شماره7 نشان داده شده است، بیان می­کند که گونه­ها به آرامی از طریق یک سری شکل­های حد واسط از یک گونه تغییر می­کنند. عبارت “ساختار” روی نمودار ممکن است به مواردی مانند طول منقار در پرندگان یا اندازه جمجمه در نخستی­ها اشاره داشته باشد.

تحول تدریجی برای مدت طولانی نظریه ای غالب  در فسیل شناسی بود. با این وجود، با مطالعه روی فسیل­ها، مشخص شد که اشکال حد واسطی وجود ندارد. تحول تدریجی پیش بینی کرد که تکامل با دنباله­ی طولانی از اشکال به هم ییوسته رخ می­دهد. عدم وجود این اشکال متوسط، به عنوان نقص در مطالعات فسیلی توضیح داده شد.

تعادل نقطه‌­ای

گونه­‌زایی می­تواند ناگهانی اتفاق بیفتد.

تکامل موجودات، فرآیندی آهسته و زمانبر است که در مدت زمان طولانی ادامه یافته است. در الگوی تعادل نقطه­ای ممکن است در ابتدا در پاسخ به شرایط محیطی یک تغییر بنیادی و یکباره رخ دهد و سپس در طول زمان تغییرات تدریجی در بخش­های مختلف برای انطباق و سازگاری بیشتر رخ دهد. طبق نظریه تعادل نقطه­ای، پیدا نشدن فسیل های حد واسط، نفی کننده خویشاوندی جانداران با یکدیگر نیست. رویدادهایی مانند جدایی جغرافیایی (گونه­زایی دگر میهنی) و ایجاد محیط­های جدید در یک محدوده جغرافیایی مشترک، می­تواند منجر به گونه­زایی سریع شود.

بین ارگانیسم­هایی که فاصله زمان کوتاهی بین ایجاد هر کدام بوده است مانند پروکاریوت­ها و حشرات، تغییرات بیشتری مشاهده می­شود.

شکل شماره 8 دو مدل را با هم مقایسه می­کند. تصویر بالا درمورد مدل تحول تدریجی با تغییر کند در طول زمان­های زمین شناسی است. تصویر پایین مربوط به مدل تعادل نقطه­ای است که شامل تغییرات نسبتاً سریع در طی یک دوره کوتاه مدت و به دنبال آن دوره­های پایدار است.

 

 

 

 

 

 

 

پلی­پلوییدی منجر به گونه­زایی می­شود.

بررسی الگوها، روندها و تناقض­ها: الگوهای تعداد کروموزوم­ها در برخی از گونه­ها را می توان با گونه­زایی ناشی از پلی­پلوئیدی توضیح داد.موجودات پلی­پلویید بیش از دو مجموعه کروموزوم همولوگ در یک سلول دارند. پلی­پلوئیدی می­تواند در اثر ترکیب بین گونه­های مختلف ایجاد شود. همچنین پلی­پلوییدهایی وجود دارد که منشأ کروموزوم آن­ها، همان گونه اجدادی است و مضاعف شدگی مازاد هنگامی اتفاق می­افتد که کروموزوم­ها برای ورود به میوز همانندسازی می­شوند اما پس از همانندسازی تقسیم میوز رخ نمی­دهد. نتیجه این پدیده، تولید یک گامت دیپلوئید است که وقتی با یک گامت هاپلوئید لقاح پیدا کند، یک فرزند نابارور تولید می­کند. به عبارت دیگر، زاده پلی­پلوئید از نظر تولیدمثلی از جمعیت اصلی جدا می­شود. گیاه پلی­پلوئید می­تواند خودلقاحی کند یا با سایر گیاهان پلی­پلوئید، جفت شود. پلی­پلوئیدی منجر به گونه زایی هم­‌میهنی می­شود.

پلی­پلوئیدی معمولاً در گیاهان اتفاق می­افتد؛ اگرچه در حیوانات با پیچیدگی کمتری نیز دیده شده­است. نوعی جونده با نام Tympanoctomys barrerae، بیشترین تعداد کروموزوم در پستانداران را دارد و این فرضیه مطرح شده است که تعداد بالای کروموزوم در این جانور نتیجه پلی­پلوئیدی است. تعداد کروموزوم­های این جونده 102 و سلول­های آن تقریباً دو برابر اندازه طبیعی است. نزدیکترین خویشاوند آن موش صحرایی ویسکاچ[28]، است که عدد کروموزومی آن برابر است با  2n = 56. محققان تصور می­کنند که جانورانی شبیه Octomys، اجداد آن­ها هستند و این جانوران تتراپلوئید از آن­ها به وجود آمده­اند. (به عنوان مثال 112= 4n) به نظر می­رسد که اجداد این جانور از نظر تولید مثلی از گونه­ اصلی جدا شده و در نهایت کروموزوم­های اضافی کسب کرده است. اخیراً در مطالعه­ای این فرضیه آزمایش شد اما نتایج آن مبهم است: شناساگرها فقط دو نسخه از هر جفت کروموزوم اتوزوم را شناسایی کردند اما مشاهدات نشان می­دهد چندین ژن در چهار نسخه وجود دارد.

 پلی پلوییدی به وفور در سرده سیر رخ می­دهد.

گونه­‌زایی در سرده سیر توسط پدیده پلی­پلوییدی.

تخمین تعداد گونه­های نهان­دانگانی که یک رویداد پلی­پلوئیدی را تجربه کرده­اند بین 50 تا 70 درصد است.

سرده سیر شامل پیاز، سیر، تره فرنگی، سیر و پیاز کوهی است و نقش مهمی در غذای فرهنگ­های مختلف دارد. تعیین تعداد گونه­ها در این سرده چالشی برای دانشمندان است، زیرا پلی­پلوئیدی در این جنس متداول است. این نتایج منجر به ایجاد یکسری جدایی­های تولیدمثلی شده است در صورتی که مکانیسم ازدیاد مشابه هستند.

بسیاری از گونه­های سرده سیر به صورت غیرجنسی تولید مثل می­کنند و در اثر فشارهای انتخابی ممکن است گونه­های پلی­پلوئیدی نسبت به گونه­های دیپلوئیدی برتری داشته باشند.

گونه Allium canadense بومی آمریکای شمالی است. عدد دیپلوئید این گیاه 14 است. با این حال، انواع مختلفی مانند A. c. ecristatum(2n=28) و A. c. lavendulae (2n=28) نیز وجود دارد.

Allium angulosum و Allium oleraceum دو گونه­ای هستند که در لیتوانی وجود دارد. یک گیاه دیپلوئید با 16 کروموزوم و دیگری گیاه تتراپلوئید با 32 کروموزوم است.

خودآزمایی

1- شکل­های زیر نشان­دهنده­ی کدام مرحله از میوز است؟

2- برای مشاهده محتوای DNA از رنگ­هایی که به طور اختصاصی به آن متصل می­شوند، استفاده می­شود. سپس یک پرتوی باریک نور از هسته­ی رنگی عبور می­کند،  برای تخمین مقدار DNA سلول، میزان نور جذب شده توسط رنگ، اندازه­گیری می­شود. نتایج نشان داده شده در جدول شماره 1 مربوط به سلول­های برگ در یک گونه خزه باتلاقی به نام خزه تورب[29] از جزایر اسوالبارد[30] است.

گونه خزه تورب جرم DNA(پیکوگرم) تعداد کروموزوم
S. aongstroemii 0/47 19
S. arcticum 0/95
S. balticum 0/45 19
S. fimbriatum 0/48 19
S. olafii 0/92
S. teres 0/42 19
S. tundrae 0/44 19
S. warnstorfii 0/48 19

جدول شماره 1

الف) مقدار DNA گونه­های مختلف خزه­های باتلاقی را با یکدیگر مقایسه کنید.[2]

ب) با توجه به یکسان بودن عدد کروموزومی در شش گونه از این خزه­ها، چرا جرم محتوای DNA آن­ها متفاوت است؟[2]

ج) گونه­های S. arcticum و S. olafi احتمالاً به دلیل عدم ایجاد تقسیم میوز در گونه اجدادی خود، به وجود آمده­اند.

(i) تعداد کروموزوم­های موجود در هسته این دو گونه را حدس بزنید. برای حدس خود دو دلیل بیاورید.[3]

(ii) تعداد بالای کروموزوم در این دو گونه نسبت به سایر گونه­ها، چه معایبی به همراه دارد؟[1]

د) تعداد کروموزوم فرد در گیاهان و جانوران، غیر معمول است. توضیح دهید که چگونه عدد کروموزومی سلول­های برگ در خزه­ها، عدد فرد است؟

3- ساز وکار گونه­زایی در سرخس­ها در زیستگاه­های گرمسیری و معتدل بررسی شده­است. سه گونه از سرده بسپایک[31] در مناطق صخره­ای در جنگل­های معتدل در آمریکای شمالی زندگی می­کنند. اعضای این گروه ریخت­زایی (مورفولوژی) مشابهی دارند (از نظر شکل و ساختار). چهار گونه از سرده Pleopeltis، در ارتفاعات مختلف در کوه­های گرمسیری مکزیک و آمریکای مرکزی زندگی می­کنند. اعضای این گروه از نظر ریخت­زایی با یکدیگر متفاوت هستند.

برای مطالعه­ی ساز وکار گونه­زایی در این گروه­ها، اطلاعات گونه­های مختلف با یکدیگر مقایسه شدند. هویت ژنتیکی هر گونه با مقایسه شباهت پروتئین­ها و ژن­های خاص در هر گونه تعیین شد. مقادیر بین 0 و 1 برای میزان شباهت هویت ژنتیکی، به هر دو گونه نسبت داده شد. مقدار 1 به این معنی است که تمام عوامل ژنتیکی مورد مطالعه بین گونه­های مقایسه شده، یکسان است.

الف) توزیع جغرافیایی دو گونه را با یکدیگر مقایسه کنید.[1]

ب) (i) با ذکر دلیل بیان کنید که کدام گروه­ها در سرده­های دو گونه بسپایک وPleopeltis، از نظر ژنتیکی بیشترین تفاوت را با یکدیگر دارند؟[1]

(ii) کدام دو گونه­ بیشترین شباهت ژنتیکی را با بکدیگر دارند؟[1]

ج) چگونگی فرآیند گونه­زایی در سرده بسپایکیان را توضیح دهید.[1]

د) کدام یک از دو گروه به احتمال زیاد برای مدت طولانی از نظر ژنتیکی جدا شده­اند؟ توضیح دهید.[2]

4- در ذرت الل دانه­های رنگی(C) و محتوای نشاسته(W) غالب و الل دانه­های بی­رنگ(c)  و  محتوای موم(w) مغلوب است. گیاهان خالص برای دانه­های رنگی و غنی از نشاسته با گیاهان خالص از نظر دانه­های بی­رنگ و غنی از موم با یکدیگر آمیزش داده می­شوند.

الف) ژنوتیپ و فنوتیپ زاده­های نسل اول حاصل از این آمیزش را بنویسید.

ژنوتیپ: ……………………………………………………………..

فنوتیپ: ……………………………………………………………..[2]

ب) گیاهان نسل اول با گیاهانی با ژنوتیپ ccww آمیزش داده می­شود. نسبت­های فنوتیپی مورد انتظار برای نسل دوم را با در نظر گرفتن مستقل بودن ژن­ها بنویسید.

نسبت مورد انتظار: ………………………………………………………[3]

درصد فنوتیپ­های مشاهده شده در نسل دو به ترتیب زیر است:

دانه­های رنگی غنی از نشاسته 37%

دانه­های بی­رنگ غنی از نشاسته 14%

دانه­های رنگی غنی از موم 16%

دانه­های بی­رنگ غنی از موم 33%

نتایج مشاهده شده به طور قابل توجهی با نتایج مورد انتظار با فرض مستقل بودن ژن­ها، متفاوت است.

ج) نام یک آزمون آماری را بیان کنید که می­تواند نشان دهد که نتایج مشاهده شده و مورد انتظار، تفاوت چشمگیری با یکدیگر دارند.[1]

د) دلایل تفاوت بین نتایج مشاهده شده و نتایج پیش بینی شده را توضیح دهید.[2]

 

 

[1] Reproductive isolation

[2] disruptive

[3] Allium

[4] polyploidy

[5] Natural selection

[6] Stabilizing selection

[7] disruptive selection

[8] directional selection

[9] clutch

[10] Loxia curvirostra

 50 Loxia curvirostra

51 Oncorhynchus kisutch

[13] jacks

[14] sneaking

[15] allopatric speciation

[16] cichlids

[17] Lake Victoria

[18] Lake Tanganyika

[19] Lake Malawi

[20] Sympatric speciation

[21] tropical orchid

[22] Lacewing

[23] oscillograph

[24] Allele Frequency Database

[25] Yale University

[26] cod fish

[27] pantophysin

[28] Octomys mimax

[29] Sphagnum

[30] Svalbard islands

[31] Polypodium

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید