Dinamica Fondului de Gene

INTRODUCERE

Genetica, termen provenit din grecescul gennao – „a naște”, introdus în anul 1906 de către W. Bateson, este disciplina biologică ce se preocupă cu studiul eredității, variabilității și determinismului caracterelor.

Dintre toate ramurile biologiei, ea a cunoscut până în zilele noastre cea mai accelerată ascensiune, numeroși savanți consacrându-se unei munci perseverente și pasionante, efectuând studii compexe în domeniul eredității și variabilității organismelor, răspunzând unor întrebări care, de milenii, au preocupat omenirea. De la procesele ce guvernează dezvoltarea plantelor, animalelor și microorganismelor, până la ameliorarea soiurilor de plante și animale, de la structura genei, pâna la terapia genetică a cancerului, genetica a fost chemată să găsească răspunsuri, soluții, explicații pe care nici o altă disciplină bilogică nu le-a putut oferi.

A fost nevoie de conlucrarea strânsă cu numeroase alte ramuri ale biologiei, ca: fiziologia, biochimia, biofizica, citologia, ecologia, microbiologia, virusologia, etc. Această conlucrare a permis geneticii o dezvoltare furtunoasă, din ea separându-se alte ramuri noi care studiază ereditatea la diferite nivele, cu ajutorul unor metode specifice. Astfel, descoperirea procesului de diviziune celulară și aprofundarea studiului componentelor celulare, mai ales al compexului nucleu – citoplasmă, a realizat o conexiune puternică între citologie și genetică, conexiune ce a dat mai târziu naștere citogeneticii.

Descoperirea energiei atomice și a acțiunii radiațiior asupra plantelor, animalelor și omului, a dus la apariția radiogeneticii, știința care studiaza efectul radiațiilor asupra eredității. Importanța cercetărilor de radiogenetică este incontestabilă, mai ales prin elaborarea unor metode care asigură protecția organismelor de efectul nociv al radiațiilor.

Deosebit de ample au fost investigațiile privind rolul diferitelor componente biochimice ale celulelor în procesul de transmitere a informației ereditare de la părinți la urmași. Descifrarea codului genetic a pus în evidență legătura dintre acizii nucleici și biosinteza proteinelor. S-a reușit să se studieze ereditatea la nivelul structurilor moleculare și, procesele biochimice și biofizice care au loc în celula vie. Astfel, a luat naștere genetica moleculară, care studiază ereditatea cu ajutorul metodelor moderne de investigație ale biofizicii, biochimiei, virusologiei, matematicii, etc.

Cunoștințele actuale asupra mecanismelor ereditare, așa cum acționează ele la nivelul individului, deși departe de a fi complete, au devenit foarte specializate și de o mare subtilitate.

În același timp, s-a recunoscut că există forme de organizare superioare nivelului individual, de importanță hotărâtoare în natură. Acestea reprezintă grupări de indivizi ai aceleeași specii ce interacționeaza unii cu alții, alcătuind populații și grupări de populații ale diferitelor specii, aflate în interacțiune, care alcătuiesc comunitățile biotice. Pentru a înțelege complexitatea interacțiunilor la nivelele superioare celui individual, trebuie abordate problemele populației. De această latură a științei se ocupă genetica populațiilor.

Genetica, ca și alte discipline, a cunoscut momente de incertitudine, când i-au fost puse la îndoială teoriile de bază. Astfel este momentul Temin, care descoperă enzima reverstranscriptaza, capabilă să realizeze sinteza de ADN pe matrița ARN și demonstreaza ca moleculele dezoxiribonucleice nu sunt singurele purtătoare de informație ereditară.

Un alt moment este acela al descoperirii prionilor, particule infecțioase responsabile de așa-numitele encefalopatii subacute spongioase transmisibile (de exemplu, bolile scrapie și Creutzfeldt-Jacob). Stanley Prusiner a reușit să demonstreze că agentul cauzal al acestor maladii nu este altceva decât o moleculă proteică constituită din 254 de reziduuri aminoacidice, ea fiind varianta modificată a unei proteine ce există în mod obișnuit în celulele nervoase. Proteina normală, produs al unei gene numite gena prionilor, se deosebește de cea patologică doar prin conformația tridimensională, ambele având aceași conformație aminoacidică. Esențial este faptul că proteina prionocă modificată se comportă ca un veritabil agent patogen, transmițând boala la indivizii sănătoși, cu condiția ca aceștia să posede în celule o copie normală a genei prionilor. Printr-un mecanism încă neelucidat, proteina infecțioasă, ajunsă într-un asemenea organism, transformă prionii normali în prioni patologici. De aceea a fost avansată ipoteza că proteina prionică scrapie deține informația necesară acestei transformări. Dacă cercetările ulterioare o vor confirma, ipoteza lui Prusiner, atât de contestată în lumea științifică mondială, va trebui să fie acceptată măcar ca o excepție de la dogma centrală a geneticii.

*

* *

Doresc a-i mulțumi pe această cale domnului profesor dr. Ion Băra, coordonatorul științific al acestei lucrări, pentru sprijinul acordat de-a lungul celor patru ani de facultate, pentru bibliografia pusă la dispoziție, pentru accesul la Laboratorul de Genetică al Facultății de Biologie, dar nu în ultimul rând pentru sfaturile sale neprețuite care m-au apropiat de persoana dumnealui și de disciplina pe care o conduce.

I. ISTORIC

I.1. Din istoricul cercetărilor

I.1.1Din istoricul cercetărilor pe plan mondial

Prima persoană care a crescut indivizi de Drosophila melanogaster pe medii nutritive, în laborator, a fost C. W. Woodworth. Avantajele folosirii indivizilor acestei specii, ca obiect de studiu, au fost sesizate de către W. E. Castle, care a și efectuat, de altfel, primele cercetări pe Drosophila melanogaster, între anii 1901 – 1905. Ulterior, el a recomandat această specie lui T. H. Morgan, care a început să o cultive din anul 1909. Laboratorul din Universitatea Columbia, celebra „Fly Room”, a funcționat sub conducerea lui T. H. Morgan între anii 1910 – 1926. Împreună cu iluștrii săi colaboratori (Alfred Henry Sturtevant, Calvin B. Bridges și Hermann Joseph Müller), Morgan a elaborat istorica teorie cromosomială a eredității (1910 – 1915), prezentă în lucrarea Mechanisms of Mendelian Inharitance (publicată în anul 1915). Morgan și colaboratorii săi au demonstrat, experimental, legătura dintre principiile stabilite de Mendel pentru moștenirea caracterelor și cromosomi, arătând că genele, purtători materiali ai informației ereditare, sunt localizate pe cromosomi, într-o ordine liniară. Mai mult, ei au demonstrat că genele plasate pe același cromosom au tendința de a se transmite în bloc, în succesiunea de generații. Fenomenul a fost denumit, de Morgan și școala creată de el, „linkage” (înlănțuire).

Astfel, Drosophila melanogaster, având patru perechi de cromosomi, are patru grupe de înlățuire. Pe baza experimentelor de încrucișare, s-a putut determina cărui grup de linkage (I, II, III sau IV) îi aparține o genă, precum și poziția pe care aceasta o ocupă în cadrul cromosomului respectiv.

Apoi s-a dovedit că la femelele de Drosophila melanogaster linkage-ul nu este complet, în sensul că uneori are loc schimbul de gene între cromosomii omologi, fenomen denumit de T. Morgan „crossing-over”. Prin investigațiile minuțioase și repetate s-a demonstrat că frecvența crossing-over-ului este dependentă de distanța dintre genele din același grup de linkage. Cu cât distanța dintre gene este mai mare, cu atât crește frecvența recombinărilor. Pe baza acestor observații, A. H. Sturtevant (unul din discipolii lui Morgan) a realizat prima hartă cromosomială, luând ca unitate de distanță așa-numita unitate Morgan, echivalentă cu un procent de recombinare.

Mai târziu, în 1920, T. H. Morgan s-a mutat la Institutul de Tehnologie din California, împreună cu Bridges și Sturtevant. Tot în 1920, H. J. Müller (un alt discipol al lui Morgan) s-a mutat la Universiatatea din Austin, unde a colaborat cu J.T. Petterson, T. S. Painter și W. S. Stone. Experimentele de mutageneză efectuate de Müller asupra Drosophilei au demonstrat că radiațiile Röentgen provoacă mutații (la indivizii acestei specii), infirmând concepția autogenetică, potrivit căreia factorii exteriori nu pot modifica ereditatea organismelor.

Puțin mai târziu, în Rusia, Nicolai Petrovici Dubinin și colaboratorii săi au identificat o serie întreagă de mutații noi.

În anul 1928 Hanson și Heys provoacă apariția de mutații la Drosophila melanogaster cu ajutorul radioului. Ulterior Auerbach (1949) publică o cronică detaliată a mutațiilor determinate de factori chimici, asemănătoare celor produse de razele X.

În paralel cu experimentele de hibridare și mutageneză chimică, au fost efectuate și investigații citologice asupra musculiței de oțet. Astfel, în 1908, Stevens stabilește pattern-ul cromosomial al femelei, dar nu și pe cel al masculului. Bridges (1914), identifică cromosomul Y la o femelă care prezenta formula 6A + XXY. Metz evidențiase cromosomii drosofilei, tot în 1914, identificând cele patru perechi de cromosomi ale femelei, dar cromosomul Y de la mascul rămăsese neobservat. Abia în 1935, Darlington a demonstrat că linkage-ul heterosomal complet și indestructibil, la masculii de Drosophila melanogaster, se datorează faptului că heterosomii X și Y nu sunt omologi.

Studiile biochimice efectuate de către Buternandt și colaboratorii săi au constatat că gena v+(v = vermilion, ochi de culoare roșu aprins) controlează conversia triptofanului în kinurenină. Mai târziu s-a demonstrat că un al doilea pas pe calea sintezei pigmentului maro din ochii de Drosophila melanogaster este controlat de gena cn+ (cn = cinnabar, ochi purpurii), a cărei mutație blochează conversia kinureninei în 3-hidroxikinurenină. Aceste cercetări biochimice au dat naștere concepției „o genă – o enzimă”, care ulterior a fost reformulată.

Cercetările efectuate de către Edward B. Lewis, la începutul anilor 1940, au condus la elaborarea așa-numitului test cis-trans pentru demonstrarea alelismului de funcție la Drosophila melanogaster. Cu ajutorul acestui test se poate afla dacă două mutații ce afectează un anumit caracter, sunt localizate în aceeași genă sau în gene diferite. Testul trans, numit și test de complementare, constituie, actualmente, o modalitate de definire a genei – unitatea fundamentală de nefuncție a materialului ereditar.

Concepția clasică despre genă ca unitate de funcție, de mutație și de recombinare, a suferit modificări esențiale în urma studiilor lui N. P. Dubinin asupra mutațiilor scute (sc) la Drosophila. Analizând raporturile de alelism dintre scute-1, scute-2, scute-3, Dubinin a ajuns la concluzia că gena nu se comportă ca o entitate indivizibilă în procesul de mutație (așa cum postulase T. Morgan). În anii 1929 – 1933, pe baza observațiilor asupra comportamentului alelelor scute (14 alele notate sc1-sc14), N. P. Dubinina elaborat teoria divizibilității genei, care a devenit mai târziu un principiu central al geneticii moleculare.

Cercetările efectuate asupra Drosophila melanogaster au contribuit la elucidarea a numeroase fenomene de nivel individual și populațional. Actualmente, studiile asupra musculiței de oțet se înscriu în sfera geneticii dezvoltării, ramură care încearcă să elucideze mecanismele complexe ale reglajului genetic la eucariote, mecanisme direct implicate în procesele de diferențiere și metamorfoză.

De la înființarea celebrului laborator al lui T. H. Morgan, numărul celora care studiază drosophila a crescut necontenit. Sute de laboratoare investighează astăzi genele și cromosomii acestei miraculoase vietăți. În Statele Unite ale Americii există două mari centre care mențin culturi de mutante și anume: Drosophila Stock Center de la Institutul de tehnologie din California (Pasadena), și Mid-America Stock Center de la Universitatea de Stat din Bowling Green.

Pe internet a fost creată baza de date Flybase, care poate fi accesată pe sit-urile Gopher sau World Wide Web (http://morgan.harvard.edu). Aici sunt prezentate 23878 de alele pentru 8676 de gene din geaza observațiilor asupra comportamentului alelelor scute (14 alele notate sc1-sc14), N. P. Dubinina elaborat teoria divizibilității genei, care a devenit mai târziu un principiu central al geneticii moleculare.

Cercetările efectuate asupra Drosophila melanogaster au contribuit la elucidarea a numeroase fenomene de nivel individual și populațional. Actualmente, studiile asupra musculiței de oțet se înscriu în sfera geneticii dezvoltării, ramură care încearcă să elucideze mecanismele complexe ale reglajului genetic la eucariote, mecanisme direct implicate în procesele de diferențiere și metamorfoză.

De la înființarea celebrului laborator al lui T. H. Morgan, numărul celora care studiază drosophila a crescut necontenit. Sute de laboratoare investighează astăzi genele și cromosomii acestei miraculoase vietăți. În Statele Unite ale Americii există două mari centre care mențin culturi de mutante și anume: Drosophila Stock Center de la Institutul de tehnologie din California (Pasadena), și Mid-America Stock Center de la Universitatea de Stat din Bowling Green.

Pe internet a fost creată baza de date Flybase, care poate fi accesată pe sit-urile Gopher sau World Wide Web (http://morgan.harvard.edu). Aici sunt prezentate 23878 de alele pentru 8676 de gene din genomul Drosophilei melanogaster.

I.1.2. Din istoricul cercetărilor efectuate în România

La inițiativa lui G. Marinescu ia naștere în anul 1936 Societatea de Genetică din România care a contribuit la dezvoltarea cercetărilor de genetică și la schimbul de idei între oamenii de știință din acest domeniu.

În 1936 Gh. Stroescu își trece la Sorbona teza de doctorat în științe, sub coordonarea profesorului N. Caullrey, cu un subiect de genetică experimentală la Drosophila melanogaster, tratând o nouă serie de alele multiple. Lucrarea având titlul „Une nouvelle serie d’alleles multiples determinant le caractere-scalloped et localisee dans le cromosome sexuel, chez Drosophila melanogaster”.

Tot în anul 1936 a avut loc prima comunicare, din România, privind mutantele de Drosophila melanogaster, lucrarea fiind elaborată de G. K. Constantinescu și Veturia Derlogea.

Prin atașatul agricol al S.U.A. în București, profesorul G. K. Constantinescu a solicitat în 1941 Departamentului de Genetică de la Carnegie Institute of Washington, sușe de Drosophila melanogaster cu mutații pe anumiți cromosomi, fapt ce a permis ulterior o analiză sistematică a mutațiilor ce se obțineau în laborator, cu precizarea locusului în care se aflau.

La întoarcerea din Gemania, unde a fost trimis pentru specializare, Gh. Radu a adus numeroase cărți de genetică și toate mutantele de Drosophila, în număr de 400, pe care le avea profesorul Timofeev-Resovsky (stocul de mutante din Berlin, la epoca respectivă, fiind cel mai valoros și mai complet din Europa).

Primele cercetări genetice pe Drosophila melanogaster, realizate de un român, au fost acelea efectuate de Gheorghe Radu în Germania în 1943. Într-o suită de șapte lucrări experimentale a studiat cu ajutorul razelor X inducerea mutațiilor în gameții de Drosophila. Utilizând diferite doze de radiații Röentgen, a evidențiat, îndeosebi, rata translocațiilor între cromosomii perechilor II și III.

Toate cele șapte lucrări au fost publicate în revista „Naturwissenschaft”.

Gh. Radu în colaborare cu Kanelli continuă seria de studii abordând, în cadrul a trei lucrări, studiul citogenetic al cromosomilor perechii I la Drosophila melanogaster prin iradierea masculilor cu raze X, studiul comparativ al translocațiilor genetice între cromosomii perechilor II și III, precum și studiul altor aberații cromosomiale precum inversiunile, duplicațiile și gapsurile.

Rezultatele cercetărilor analizei genetice asupra populației de Drosophila melanogaster din București, identifică mutațiile: forked, abnormal venation și white. S-au identificat la Drosophila melanogaster șapte mutații, dintre care patru localizate în cromosomii perechii I și trei în cromosomii perechii II.

După cel de-al doilea război mondial, cercetările de genetică, teoretică și experimentală, s-au amplificat și diversificat, înființându-se catedre și laboratoare de cercetare în diferite instituții științifice.

În anul 1964 s-a ținut la Universitatea din București primul simpozion național de genetică, la care s-au prezentat peste 70 de referate științifice și comunicări. Al doilea simpozion de genetică, desfășurat în 1967 la București, a avut printre participanți cunoscuți specialiști străini. În cadrul acestui simpozion, Gh. Radu prezintă comunicarea „Modificările citogenetice în cromosomii de Drosophila melanogaster prin iradieri fracționate cu raze X”.

La Facultatea de Biologie din Iași, introducerea studiilor asupra drosofilei este asociată cu numele Prof. Dr. Iordachi Gh. Tudose (1937 – 1997).

Dintre lucrările sale amintim: Modificări în desfășurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster sub influența efedrinei și acțiunea acestei substanțe asupra cromosomilor uriași, 1969, în colaborare cu R. Brandsch (actualmente profesor la Universitatea „Albert Ludwigs” din Freiburg, Germania); Influența acidului nicotinic asupra desfășurării ciclului vital la Drosophila melanogaster, 1977, în colaborare cu Alexandra Râbacov.

În revistele de specialitate din România sunt publicate numeroase articole care au ca obiect de studiu Drosophila melanogaster. S-au realizat numeroase experiențe privind organizarea cromosomilor uriași, acțiunea selecției asupra diferitelor populații de Drosophila, fenomenul de curtare realizat de masculi, obținerea de mutante sub acțiunea substanțelor chimice și agenților mutageni fizici, fenomenul de apoptoză și rolul morții celulare în dezvoltarea și metamorfoza Drosophilei.

II. DROSOPHILA MELANOGASTER – CARACTERIZARE GENERAL-BIOLOGICĂ ȘI ECOLOGICĂ

Această specie a fost descrisă la mijlocul secolului al XIX- lea sub numele de Drosophila ampelophila, ceea ce înseamnă „iubitoare de viță de vie” (gr. ampelos = viță de vie, philos = iubitor ). Ulterior i s-a dat numele de Drosophila melanogaster, adică „iubitoare de rouă, cu abdomenul negru” (gr. drosos = rouă, apă, lichid; philos = iubitor; melas = negru; gastris = stomac).

II.1. Încadrarea sistematică a speciei Drosophila melanogaster

Specia Drosophila melanogaster aparține genului Drosophila din Familia Drosophilidae, Grupul Acalyptratae, Secțiunea Schizophora, Subordinul Cyclorrhapha; Ordinul Diptera, Diviziunea Endopterigota (Holometabola), Subclasa Ptrerygota, Clasa Insecta, (Hexapoda), Încrengătura Artropoda.

Genul Drosophila este împărțit într-un număr de subgenuri, și anume: Hirtodrosophila, Pholadoris, Dorsilopha, Phloridorsa, Sophophora și Drosophila. Unele dintre subgenuri au fost divizate în „grupuri de specii”. De exemplu, subgenul Sophophora cuprinde șapte grupuri de specii, dintre care Saltans, Willistoni și Melanogaster, ultimului aparținându-i Drosophila melanogaster.

Numărul speciilor din genul Drosophila este de aproximativ 800, majoritatea caracterizate prin polimorfism cromosomial.

O problemă disputată este încadrarea Familiei Drosophilidae într-un anumit subordin. Astfel, unii autori plasează această familie în Subordinul Brachycera, considerând nepotrivită crearea unui nou subordin – Cyclorrapha – în cadrul Ordinului Diptera. Diferența majoră dintre cele două subordine amintite (invocată de sistematicienii ce recunosc Subordinul Cyclorrapha) este forma deschiderii prin care adultul emerge din puparium, și anume: forma literei T, la Brachycera și formă circulară la Cyclorrapha.

Menționăm că denumirea de Acalyptratae semnifică prezența caliptrelor foarte mici la idivizii ce fac parte din acest grup, iar cea de Schizophora, prezența scizurii frontale de forma literei U.

II.2. Date morfologice

Drosophila melanogaster are aproximativ 2 mm lungime, având corpul moale de culoare gri-gălbuie și doi ochi compuși mari, de culoare roșie-cărămizie (la tipul sălbatic). În regiunea capului mai prezintă trei ochi simpli numiți oceli și două antene mici, aristate, formate din câte trei segmente; pe cel de-al treilea segment antenal se află arista. Aparatul bucal este adaptat pentru lins și supt, drosofila consumând hrana lichidă sau lichefiată în prealabil cu ajutorul secreției glandelor salivare.

Ca toate dipterele, musculița de oțet prezintă două aripi mari, mezotoracice, aripile de pe metatorace fiind transformate în haltere (organe de echilibru). Pe fiecare segment toracic se află câte o pereche de picioare adaptate la mers.

Numărul segmentelor abdominale vizibile este diferit la cele două sexe – șapte la femelă și cinci-șase la mascul. Acest număr mic de segmente la masculi este consecința fenomenului de telescopare a ultimelor segmente abdominale.

Adulții de Drosophila melanogaster prezintă dimorfism sexual, manifestat atât prin diferențe dimensionale, cât și morfologice. Femelele sunt mai mari decât masculii. Au abdomenul oval cu extremitatea posterioară puțin ascuțită. La masculi vârful abdomenului este rotunjit și colorat în maro-negru.

Numărul de omatidii ce intră în alcătuirea ochiului complex este diferit la cele două sexe, și anume: 780 la femelă, respectiv, 740 la mascul.

Masculii prezintă așa numitul „pieptene sexual” care servește la imobilizarea femelei în timpul acuplării. Acesta este format din perișori negri, rigizi, ce se găsesc pe primul articol tarsal al picioarelor anterioare (perechea I), mai precis, în apropierea articulației dintre tibie și tars. Evident că diferențele cele mai însemnate dintre mascul și femelă țin de organizarea internă, mai ales de organizarea sistemului reproducător.

Sexul larvelor se determină ținând cont de poziția și mărimea gonadelor. Acestea sunt localizate în partea antero-laterală a larvei, în corpii grași. Testicolele sunt mult mai mari decât ovarele (de trei ori mai mari) și au o formă ovală. Ele pot fi observate cu ochiul liber datorită transparenței tegumentului larvei.

II.3. Ciclul de viață la Drosophila melanogaster

Ca toate dipterele, Drosophila melanogaster prezintă metamorfoză completă (este o insectă holometabolică), ciclul său vital parcurgând stadiile de ou, larvă, pupă și adult. Durata ontogeniei variază în funcție de temperatură, umiditate, compoziția mediului nutritiv etc.

Figura 1. Desfășurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster (Autorul figurii necunoscut)

Figura 2. Stadiul de ou (Autorul necunoscut)

Stadiul de ou. Este cuprins între momentul depunerii oului de către femela adultă și cel al apariției larvei corespunzătoare. Oul este de tip centrolecit, are o lungime de 0,5 mm și forma ovală, cu partea dorsală mai bombată decât cea ventrală, aplatizată. Membrana externă, numită și chorion, este groasă, opacă, și prezintă un model de semne hexagonale. În partea anterioară și dorsală oul prezintă o pereche de filamente

(apofize), acestora fiindu-le atribuit rolul de a împiedica scufundarea sa în mediul lichid.

Figura 3. Stadiul de larvă (Autorul necunoscut)

Stadiile larvare la Drosophila melanogaster sunt în număr de trei, fiind separate între ele prin două năpârliri.

Larva de stadiu I părăsește oul prin micropil, este mică, foarte mobilă și se hrănește cu mare repeziciune. Este o larvă de tip apod (fără apendici), acefală (capsula cefalică este înfundată comlet în torace). Aparatul bucal de tip primitiv (adaptat pentru rupt și mestecat), prezintă mandibule puternice, ca niște cârlige, cu ajutorul cărora larva pătrunde în materialul nutritiv. Acest prim stadiu larvar durează aproximativ 24 de ore.

Figura 4. Stadiul de pupă (Autorul necunoscut)

Pe măsură ce larva crește, cuticula sa chitinoasă devine neâncăpătoare, astfel, că larva o părăsește și își sintetizează o nouă cuticulă (năpârlește).

Larva de stadiul II apare în urma primei năpârliri. Aceasta este mai mare și continuă să se hrănească timp de 24 de ore, după care suferă încă o năpârlire.

Larva de stdiul III apare după cea de-a doua năpârlire (după aproximativ șase zile de la fertilizare). Aceasta poate atinge 4,5 – 5 mm lungime, dezvoltându-se pe parcursul a 48 de ore.

Stadiul de pupă. Are o durată variabilă, acest parametru fiind profund influențatde temperatură. La Drosophila melanogaster pupa este de tip coarctat „pupă butoiaș”, o variantă a pupei adectice (cu mandibule nesclerificate) de tip liber, caracterizată prin aceea că larva de stadiul III se împupează în interiorul ultimei exuvii larvare. La început, învelișul pupal chitinos este alb și moale. Odată cu scurtarea corpului larvei, el se întărește și se închide la culoare, fiind numit și puparium. Are formă ovală, măsoară 2,5 – 3 mm și prezintă în partea anterioară două prelungiri ce corespund spiraculelor evaginate ale fostei larve.

Stadiul de imago. În urma transformărilor ce au loc în interiorul învelișului pupal, se formează adultul, care eclozează printr-o deschidere circulară din regiunea anterioară a pupariumului.

Figura 5. Pereche de adulți aparținând speciei Drosophila melanogaster (Autorul necunoscut)

La început insecta este foarte lungă, cu aripile nedesfăcute, lipite de corp, și are o culoare deschisă. Aceste caracteristici ale adulților nou eclozați constituie criteriile care îi deosebesc de insectele bătrâne. După 24 de ore de la ieșirea din pupă indivizii ating maturitatea de reproducere. Astfel femelele vor accepta un mascul pentru a fi fertilizate. Interesant, s-a constatat că femelele de Drosophila melanogaster sunt monogame.

Desfășurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster.

Înainte de a prezenta etapele dezvoltării la Drosophila melanogaster, considerăm necesară definirea altor două procese – determinarea și diferențierea.

Determinarea reprezintă evenimentul reglator ce stabilește un pattern (model) specific al activității genelor, caracteristic pentru un tip dat de celulă. Cu alte cuvinte, determinarea corespunde unei programări, programare anterioară specializării.

Diferențierea (corolar al diferențierii) constituie condiția adoptată de celulele specializate structural și funcțional.

Procesul complex al dezvoltării la musculița de oțet parcurge câteva etape esențiale, și anume: embriogeneza, creșterea larvară, împuparea și metamorfoza.

Dezvoltarea embrionară are loc consecutiv fecundației și se desfășoară în interiorul membranei oului. Oul nefecundat, format în ovarul femelei, este expulzat în uter, unde are loc fecundația.

Stadiul inițial al dezvoltării embrionare constă în formarea primilor doi nuclei prin diviziunea mitotică a nucleului zigotic, aceasta având loc imediat după fertilizare. Timpul necesar pentru un ciclu de replicare a ADN și o mitoză este de aproximativ 10 min. După două diviziuni sincrone, cei 512 nuclei rezultați migrează spre suprafața externă a oului (cortex), formând așa numitul blastoderm sincițial. Aproximativ 40 de nuclei migrează, în schimb, la polul posterior al oului, unde vor da naștere celulelor polare. Nucleii din cortex continuă să se dividă, se înconjoară cu citoplasmă și se închid în membrană, formând ceea ce se numește blastoderm celular. Acest stadiu apare aproximativ la 2,5 ore de la fertilizare și se prezintă sub forma unui singur strat de celule, situat la exteriorul embrionului. Trebuie precizat că dezvoltarea embrionară începe cu stabilirea polarității oului, de-a lungul axelor antero-posterioară și dorso-ventrală. Acest proces prezintă importanță majoră, fiind demonstrat faptul că, mutațiile cre afectează polaritatea sunt cauza dezvoltării structurilor anterioare în regiunea posterioară, respectiv a celor două dorsale în partea ventrală a oului.

În stadiul de blastoderm, soarta fiecărei regiuni a oului este deja stabilită. Cercetările au dovedit că trăsăturile majore ale planului corpului larvei și adultului, sunt prezente încă din acest stadiu timpuriu al embriogenezei. Proiecțiile bidimensionale ale organelor externe ale adultului pe suprafața blastodermului, sunt cunoscute sub numele de „fate maps” – hărți ale destinului.

Celulele blastodermului urmează două căi posibile de dezvoltare. Astfel, majoritatea lor vor continua să se dividă, se vor diferenția și vor asigura formarea embrionului. O parte dintre blastomere se vor separa de celelalte, ele constituind celulele de origine ale țesuturilor viitorului adult. Aceste celule programate să genereze structuri adulte se vor organiza în așa numitele discuri imaginale. Există 12 perechi de discuri bilaterale și un singur disc genital, de exemplu: o pereche pentru ochi și antene, trei perechi pentru picioare, o pereche pentru aripi, o pereche pentru haltere, etc.

Alte celule ale blastodermului vor forma structurile interne și externe ale larvei. Deși planul viitorului organism adult este prezent încă din stadiul de blastoderm, segmentele acestuia nu se disting. Segmentele sunt structuri morfologice vizibile, atât la adult, cât și la larvă.

Embrionul de 10 ore prezintă trei segmente toracice și opt abdominale, separate prin șanțuri, corespunzând segmentelor viitorului adult. În acest stadiu al dezvoltării, celulele fiecărui segment sunt determinate să formeze fie un compartiment anterior (jumătatea anterioară a respectivului segment), fie un compartiment posterior (jumătatea posterioară a acestuia).

Segmentul nu este altceva decât unitatea de structură a embrionului, în timp ce compartimentul constituie unitatea de dezvoltare formate din celulele viitoarelor discuri imaginale. Descendenții acestor celule, numite și celule fondatoare, nu pot trece dintr-un compartiment în altul, astfel că la embrionul tardiv și la adult, compartimentul se distige prin aceea că include numai celulele provenind din linia fondatoare corespunzătoare.

Trebuie precizat că în stadiul de blastoderm, cea mai mare parte a embrionului este divizată într-o serie de compartimente alternative, anterioare și posterioare. Un segment adult însă, constă dintr-un singur compartiment anterior, urmat de unul posterior.

La nivelul blastodermului a fost sugerat și un alt tip de segmentare, situație în care șanțurile de separare sunt vizibile între așa numitele parasegmente. Un parasegment constă din compartimentul posterior al unui segment și compartimentul anterior al segmentului următor. Astfel, granițele dintre segmente corespunde cu centrele parasegmentelor.

Toate aceste procese sunt controlate de genele de segmentare, ale căror mutații afectează atât numărul cât și polaritatea segmentelor corpului.

Regiune posterioară a oului conține componente citoplasmatice numite granule polare, iar nucleii care migrează în această regiune formează așa numitele celule polare, care sunt precursorii celulelor germinale ale adultului. Dacă regiunea posterioară a oului este distrusă înainte de migrarea nucleilor, sau dacă aceasta este împiedicată prin ligatura embrionului, musculița adultă se dezvoltă, totuși, dar este sterilă, neavând celule germinative. Transplantul de citoplasmă polară în regiunile anterioare ale oului, induce formarea celulelor polare în regiuni neobișnuite. Asemenea celule polare induse pot genera celule germinale funcționale dacă sunt înlăturate chirurgical și injectate în regiunea posterioară a embrionilor marcați genetic. Astfel, citoplasma specifică de la polul posterior al oului, propagă în nucleii ce migrează la acest pol, o stare de determinare care, conduce la o formă specifică de diferențiere.

A fost formulat postulatul conform căruia într-un segment sau compartiment individual, una sau mai multe gene selectoare (deținătoare de informație pozițională) determină o cale particulară de dezvoltare pentru celulele din acest compartiment.

Mutațiile acestui sistem de selecție, numite mutații homeotice, modifică starea de determinare a celulelor dintr-un segment sau compartiment, astfel că ele generează structuri întâlnite normal în alte segmente. De exemplu, mutația „tumouros head” (engl. = cap tumoral) transformă capul în ultimul segment abdominal și în genitalii.

La temperatura de 25o C, dezvoltarea embrionară durează aproximativ 22 de ore și se încheie cu eclozarea larvei de stadiul I. Pe parcursul tuturor celor trei stadii larvare, din momentul apariției primului stadiu și până la formarea pupariumului, celulele larvare nu se divid, deși larva crește considerabil.

Figura 6. Larvă de Drosophila melanogaster. Privire laterală. (Autorul necunoscut)

Această creștere se datorește exclusiv măririi taliei celulelor, care este însoțită de replicarea ADN și formarea cromosomilor politenici (politenizare). Spre deosebire de celulele larvare, cele adulte (reprezentate de celulele discurilor imaginale) se divid în timpul acestei perioade.

Astfel, creșterea discurilor imaginale are loc pe seama diviziunii celulelor acestora. În timpul celui de-al doilea stadiu larvar, discul imaginar al aripii este constituit din 50 de celule, la 35 de ore de la fertilizare. După 122 de ore, numărul celulelor respectivului disc atinge 30000.

La 25oC, primul stadiu larvar durează 24 de ore, astfel că, prima năpârlire are loc la 46 de ore de la fertilizare. Al doilea stdiu larvar este cuprins între cele două năpârliri (cea de-a doua năpârlire larvară survine după 70 de ore de la fertilizare) și durează alte 24 de ore. Ultimul stadiu larvar atinge dimensiunea maximă după 48 de ore de la cea de-a doua năpârlire.

Următoarea etapă a dezvoltării la Drosophila melanogaster o constituie împuparea.

Problema formării pupei și cea a pupariumului reprezintă motivul unei dispute îndelungate între specialiștii în fiziologia insectelor. Este evident că cele două procese sunt identice. Astfel:

formarea pupariumului conduce la apariția stadiului de prepupă și poate fi considerată prima parte a unei năpârliri, epiderma fiind încă lipită de prepupariumul format în vechea cuticulă a larvei de stadiul III;

finalizarea acestei năpârliri și desprinderea epidermei fostei larve de puparium (ultima exuvie larvară) constituie tocmai procesul de împupare.

Figura 7. Pupă de Drosophila melanogaster. (Autorul necunoscut)

Formarea pupariumului, a pupei și metamorfoza au fost studiate de mulți cercetători, pe parcursul unei lungi perioade. Se cunosc 51 de stadii vizibile în timpul metamorfozei și descrie 24 de stadii utilizabile în analiza experimentală.

Cu opt ore înainte de a începe formarea prepupariumului, larva de stadiul III nu se mai hrănește, părăsește mediul nutritiv, în căutarea unei suprafețe relativ uscate. Această etapă se mai numește stadiul larvar hoinar. După aproximativ 120 de ore de la fertilizare (la 25oC), începe procesul de formare a prepupariumului odată cu apariția unei prepupe de culoare albă și care prezintă în partea anterioară spiraculele evertate, ea încetând să se miște (timpul zero). Prepupa (și ulterior pupa) rămâne fixată pe substarat prin intermediul unei proteine lipicioase secretata de glandele salivare ale larvei. În decursul a 20 de minute – o oră, culoarea prepupei devine maro. După patru ore de la apariția prepupei, în abdomenul abdomenul acesteia se formează o bulă de aer, astfel că organismul respectiv capătă proprietatea de flotabilitate. Imediat după acest eveniment începe formarea pupei propriu-zise, stadiu care atinge forma completă la aproximativ 12 ore de la momentul zero – începerea formării prepupariumului.

Ciclul de dezvoltare continuă cu metamorfoza, etapă în care au loc intense procese de histoliză și histogeneză. Majoritatea celulelor larvare suferă autoliza, cu excepția tuburilor Malpighi și a unor celule nervoase. Țesuturile adulte iau naștere din celulele discurilor imaginale. Acestea pot fi grupate în două categorii, și anume: discuri ale cărei celule au suferit diviziuni în timpul vieții larvare, dar au încetat să se dividă în timpul împupării, și celule imaginale care se divid în perioada timpurie a metamorfozei, cum sunt histoblastele abdominale.

Tabelul 1. Durata ciclului vital la tipul sălbatic Oregon R, pentru diferite stadii de dezvoltare și la diverse temperaturi

Celulele discurilor imaginale cresc, suferă mișcări morfogenetice și se diferențiază, conducând la constituirea adultului de Drosophila melanogaster. Precizăm faptul că gonadele adultului se diferențiază pornind de la gonadele larvare (care, la rândul lor își au originea în celulele polare), diviziunea reducțională și formarea gameților având loc în timpul metamorfozei. Astfel, adulții sunt apți de împerechere, în medie, după 220 de ore (la 25oC) de la fertilizare.

II.4. Răspândire și ecologie

II.4.1. Habitatul natural și condițiile de laborator

Indivizii speciei de Drosophila melanogaster sunt frecvent întâlniți în natură, pe fructele care au început să fermenteze (mere, pere, prune, struguri, etc.). vara pot fi întâlniți în vii, grădini, livezi sau în magazii, beciuri cu fructe și legume (mai ales dacă acestea sunt alterate), în depozite, pe tescovina aruncată și, în general, în locurile insalubre. Această specie nu prezintă diapauză, iernând în magazii, depozite, beciuri, etc.

În laborator, musculița de oțet poate fi cultivată pe medii sintetice, care conțin zahăr și drojdie – componente ce mijlocesc procesul de fermentație. Compoziția mediului are consecințe asupra ciclului vital, viabilității și prolificității insectei.

Unii autori împart mediile nutritive în cinci categorii, în scopul în care sunt folosite:

mediile standard, utilizate în orice scop – menținerea culturilor, pregătirea încrucișărilor, etc;

mediile îmbogățite, folosite cu scopul de a obține larve mari necesare pentru studiul cromosomilor politenici și pentru studiile biochimice;

mediile „instant”, disponibile în comerț, ușor de preparat în caz de urgență;

mediile axenice, pentru creșterea musculițelor în condiții sterile;

mediile sintetice definite, pentru studiile biochimice.

II.4.2. Temperatura – factor fizic ce influențează dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Temperatura, ca și compoziție a mediului de cultură, influențează puternic desfășurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster. La temperaturile mai mari de +31oC, femela devine, parțial sau chiar total sterilă. În regiunile cu umiditate sporită, musculița de oțet poate tolera temperaturi mai ridicate ale aerului.

Temperatura optimă pentru dezvoltarea indivizilor de Drosophila melanogaster este de +24 – +25oC, la această temperatură ciclul vital durează 9 – 10 zile (stadiului de ou îi revin 24 de ore, celui de larvă 4 zile și pupei tot 4 zile). Astfel, într-un an se pot obține 40 de generații.

La temperaturi mici, ciclul de dezvoltare al insectei se lungește. Astfel, la + 20oC, ciclul vital se prelungește până la 16 zile (larva 8 zile, pupa 6 – 8 zile), pe când la + 10oC durata ontogeniei ajunge la 75 de zile (larva de 57 de zile, pupa 13 – 18 zile).

Drosophila melanogaster prezintă mai multe tulpini „termosensibile”. În majoritatea cazurilor temperatura permisivă este de + 18oC sau + 20oC, iar temperatura restrictivă este de + 29oC.

II.4.3. Umiditatea – factor fizic ce influențează dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Umiditatea optimă necesară dezvoltării normale pentru Drosophila

este de 75 – 85 %. În unele cazuri, acest parametru poate deveni o problemă serioasă.

Un nivel al umidității sub 70 % afectează profund fertilitatea și viabilitatea insectelor.

II.4.4. Prolificitatea – factor ce influențează dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Musculița de oțet prezintă o prolificitate ridicată. În cursul vieții, o femelă depune câteva sute de ouă. În majoritatea cazurilor numărul ouălelor depuse este de 200-300. Ameliorarea condițiilor de viață determină o creștere a numărului de ouă depuse, uneori ajungând până la 2000. În medie o pereche de insecte dă naștere la aproximativ 170 de descendenți.

II.4.5. Longevitatea – factor ce influențează dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Adulții de Drosophila melanogaster, în condiții de laborator, trăiesc aproximativ 3-4 săptămâni. Longevitatea depinde de condițiile în care sunt crescute insectele, și anume: temperatura, umiditatea, compoziția mediului nutritiv, densitatea populației, prezența în mediu a paraziților, etc.

În condiții optime, indivizii de Drosophila pot supraviețui chiar 22 de săptămâni (153 de zile). Există unele mutante care au o viabilitate mult mai mare decât a Wild type (tipul normal sau sălbatic), însă, de obicei, mutantele și liniile sunt mai puțin viabile comparativ cu tipul normal.

II.5. Unii paraziți ai culturilor de Drosophila melanogaster

Se cunosc trei categorii de paraziți ce afectează culturile de Drosophila: fungi, bacterii și căpușe.

Pentru a reduce contaminarea cu fungi se recomandă folosirea unui mediu axenic, care conține Nipagin M. Problemele apar în special la „tulpinile” cu creștere lentă, sau în cazul în care culturile sunt transferate de pe mediul contaminat pe mediul proaspăt. În această situație, culturile contaminate trebuie transferate pe mediu conținând atât Nipagen M, cât și acid propionic.

Infectarea cu bacterii este mai puțin frecventă decât contaminarea cu fungi. Totuși, în cazul infecțiilor bacteriene severe, insectele trebuie transferate pe mediu tratat cu dihidrostroptomicinsulfat și penicilină G.

Cele mai grave contaminări ale culturilor de Drosophila sunt cauzate de căpușe. Sunt descrise două clase:

căpușele Mesostigmate – se întâlnesc destul de rar, care se hrănesc cu ouălele de Drosophila și pot compromite cu ușurință o cultură.

căpușele Anoetide – nu afectează musculițele într-o manieră atât de directă. Ele se multiplică rapid și se fixează pe adulți, mai ales la nivelul genitaliilor. Indivizii paraziți devin sterili.

Pentru a preveni infestarea culturilor de Drosophila cu căpușe, noile culturi trebuie ținute în carantină, examinate cu atenție și ținute cel puțin două generații în afara colecției proprii. Uneori chiar cele mai severe măsuri de carantină sunt insuficiente. În aceste cazuri se folosește un acid puternic – Tedion (2,4,5,4 tetracloro-difenilsulfonă) sau benzoat de benzil.

II.6. Determinismul sexelor la Drosophila melanogaster

Wilson E. B. (1905) și Stevens N. M. (1905), citați de Petre Raicu (1980) au studiat concomitent determinismul cromosomial al sexelor la diferite specii, și au descoperit că în acest proces intervin niște cromosomi specializați, ce au primit denumirea de cromosomi ai sexului sau heterosomi (gr. heteros = diferit, soma = corp), alosomi (gr. alos = altul, soma = corp) sau gonosomi (gr. gonos = sămânță genitală, soma = corp). Restul cromosomilor au fost denumiți autosomi (gr. autos = el însuși, soma = corp).

La Drosophila melanogaster, 2n = 8, s-a remarcat că femelele posedă patru perechi de cromosomi omologi, pe când la masculi, șase cromosomi formează trei perechi, iar ceilalți doi cromosomi nu se pot împerechea fiind diferiți atât ca mărime, cât și ca structură. Acești doi cromosomi diferiți au fost notați cu X și Y, ei fiind heterosomii, iar ceilalți șase sunt cromosomii somatici (autosomii). Pe de altă parte, femelele au doi heterosomi identici, notați XX. Astfel, femelele sunt homogametice (gr. homoios = asemănător, gamos = unire, căsătorie) producând un singur tip de gameți, în timp ce masculii sunt heterogametici (gr. heteros = diferit, gamos = unire, căsătorie), producând două tipuri de gameți: jumătate au trei autosomi și heterosomul X, cealaltă jumătate prezintă trei autosomi și heterosomul Y. Prin combinarea probabilistică în procesul fecundației a gameților femeli de un singur tip cu gameți masculi de două tipuri, rezultă 50% femele (XX) și 50% masculi (XY), sex ratio 1:1.

Acest tip de determinism sexual caracterizat prin aceea că femelele sunt homogametice (XX), iar masculii, heterogametici (XY), a primit denumirea de tipul Drosophila.

III. ELEMENTE DE GENETICĂ A POPULAȚIILOR ȘI EVOLUȚIE

III.1. Definiția și caracterizarea populației

Populația, ca entitate reală a lumii vii, poate fi definită și caracterizată, printre altele, din cel puțin două puncte de vedere – ca etapă în integrarea sistemelor biotice, și ca entitate taxonomică, subunitate a speciei.

Specia, ca sistem supraindividual de organizare și integrare a materiei vii se caracterizează, printre altele, printr-o mare heterogenitate internă, prin diversitate determinată de însăși structura și funcțiile elementelor sale componente. Specia, reprezintă, pe de altă parte, punctul nodal, entitatea care încheie șirul suprapunerilor unităților taxonomice cu a celor sistemice. În timp ce în ierarhia sistemică specia este integrată în biocenoză, în ierarhia sistenatică specia este subordonată genului, apoi familiei, clasei etc. Specia, ca etapă din organizarea și integrarea materiei vii, deși universală, se caracterizează prin variație și neechivalența, în sensul că nu poate fi pus semnul egalității între o specie vegetală și una animală, într-o specie de la baza arborelui filogenetic, și una de la partea sa superioară etc. În consecință pentru a caracteriza fără echivoc fenomenul specie, se impune găsirea unor criterii generale dar și universale, proprii tuturor speciilor. Apreciem că cea mai completă listă, în acest sens, a oferit-o K. M. Zavadskii, în lucrarea „Specia și speciația” (Vid i vidoobrazovannîe – 1968). Cu unele mici modificări, pe care le-am operat noi, respectivele caracteristici sunt:

Numărul indivizilor. Specia, sistem suparindividual, se compune dintr-un număr optim de indivizi, care să-i asigure atât perpetuarea, cât și integralitatea și teritorialitatea. Nivelul numeric (autoreglabil) al speciei, reprezintă una dintre trăsăturile calitative ale acesteia.

Tipul de organizare. Specia se caracterizează printr-un anumit genofond, deci printr-o bază ereditară unică și are o organizare specifică, fapt ce-i asigură caracterul de unitate aparte în structura și organizarea lumii vii.

Reproducerea. Deși cu un anumit grad de variabilitate internă, specia are capacitatea de a se perpetua ca unitate aparte, discretă a lumii vii. Prin acest tip de perpetuare, specia își conservă determinismul calitativ.

Discontinuitatea. Specia reprezintă o entitate biologică diferențiată, discretă.

Determinismul ecologic. Specia este adaptată la condiții determinate de existență și este aptă de concurență. Ea ocupă un loc aparte în circuitul material și energetic al ecosistemului.

Determinismul geografic. Specia este răspândită prin indivizii săi, pe un teritoriu strict determinat. Arealul este considerat drept una dintre caracteristicile esențiale ale speciei.

Diversitatea formelor. Specia este diferențiată și posedă o anumită structură internă. Cuprinzând numeroase forme heterogene, specia are integraliatate și reprezintă un sistem.

Caracterul istoric. Specia are un trecut (actuala specie provine dintr-o specie ancestrală) și, evident, un viitor. Specia, deci, nu este un rezultat al evoluției, ci și un purtător al acesteia (adică este o formațiune în cadrul căreia se derulează procesul evoluției).

Stabilitatea. Specia are capacitatea de a-și menține identitatea (caracteristicile genetice, spațiale etc.) pe o perioadă geologică dată.

Integralitatea. Specia nu este o simplă sumă de indivizi ci o comunitate cu un anumit grad de integralitate, asigurat prin interacțiuni între indivizii ei componenți.

Așa cum precizam anterior, deși caracteristicile enumerate sunt proprii tuturor speciilor, nu înseamnă că ele se manifestă la fel la toate speciile. Pe de altă parte, orice modificare survenită pentru una dintre caracteristici antrenează, automat, modificarea tuturor celorlalte caracteristici, într-o măsură mai mare sau mai mică. Sunt autori, de pildă, care apreciază că la speciile apomictice integralitatea este mult diminuată, în comparație cu speciile amfimitice. De asemnea, caracterul de discontinuitate este considerat ca diminuat la speciile tinere, în curs de formare și stabilizare. Pe de altă parte, la speciile vechi (relicte chiar) discontinuitatea este netă, bine exprimată, dar diversitatea internă poate fi foarte slabă, mult diminuată. De pildă, la eucalipt, salcie, plop, rogoz, păpădie etc., discontinuitatea speciilor (în cadrul genului) este foarte slab exprimată.

Iată de ce , a da o definiție categoriei de specie este dificil, dacă nu chiar imposibil. Sunt nenumărate tentativele de definire a fenomenului specie dar, deocamdată, nici una nu este suficient de scurtă, explicită și universal acceptată. În majoritatea definițiilor nu se ține seama de esența fenomenului specie ci, mai degrabă, de caracterele ei exterioare, formulându-se „instrucțiuni” utile în recunoașterea și delimitarea speciilor de către specialiști, în activitatea lor practică. Iată, pe scurt, cum au evoluat concepțiile, și, implicit, definițiile date speciei.

John Ray (1686 – 1704) concepea specia ca cea mai mică unitate de oganisme identice din punct de vedere morfologic, ce se reproduc între ele și dau urmași care le conservă identitatea (asemănarea). Ray evidențiază unele caracteristici ale speciei, și anume: caracterul de grup, capacitatea de înmulțire de sine stătătoare a grupului, asemănarea morfologică și fiziologică a indivizilor. Ray aprecia că variațiile individuale sunt abateri întâmplătoare de la tipul speciei, abateri care nu depășesc limitele speciei.

Carl Lineé (1707 – 1778), pe numele său adevărat Ingemarsson, considera că fenomenul specie are o răspândire generală, că este unitatea fundamentală a clasificării și că este un fenomen al naturii, nu un produs al activității conștiinței. Încercând o definiție, Lineé aprecia că specia reprezintă o multitudine de organisme înrudite, asemănătoare ca structură și care, prin înmulțire, reproduc mereu indivizi asemănători lor. Spre finalul lucrării sale (Systema naturae), publicată în 1735, pe numai 12 pagini, supraevaluând caracterul stabilitate, afirma: „Sunt atâtea specii câte forme diferite au fost create la început”.

Alphonse de Candolle, în 1819, aprecia că specia reprezintă: „o totalitate de indivizi, asemănători între ei mai mult decât cu oricare alte organisme și capabili să producă descendenți fertili, prin fecundare reciprocă”.

George Cuvier, în 1821, consideră că „trebuie să recunoaștem neapărat că anumite forme există de la începutul lucrurilor, fără a depăși anumite limite și că toate ființele aparținând uneia dintre aceste forme constituie specia”.

Jean Baptiste Monet de Lamarck (1744 – 1829) avea, la început, convingerea că „specia constă dintr-un număr de indivizi asemănători care, prin înmulțire, dau indivizi asemănători lor” și că „nu se poate contesta existența speciilor în natură”, ca ulterior să ajungă să afirme: „Multă vreme am crezut că în natură există specii constante…acum însă m-am convins că aceasta a fost o greșeală și că în natură nu există decât indivizi”.

Charles Darwin (1809 – 1882) a ajuns la concluzia că o „varietate bine pronunțată poate fi considerată ca fiind o specie incipientă” și că speciile nu sunt altceva decât „varietăți bine pronunțate”.

Emil Racoviță (1869 – 1947) definește specia în numai patru cuvinte (așa cum spune chiar el): orice „colonie izolată de consângeni”.

Și acum mulți biologi definesc specia pe baza a 1 – 2 criterii, de obicei morfologice, definitorii în activitatea practică de delimitare a ei. Unul dintre criteriile forte, la care apelează mulți cercetători este „criteriul fiziologic” – adică incompatibilitatea sexuală a organismelor. De pildă, în 1918, zoologul Stresemann aprecia că formele care au atins nivelul speciei diverg fiziologic într-atât încât se pot întâlni fără a se încrucișa. Se impune, cu această ocazie, o precizare asupra căreia vom reveni când vom discuta problema implicațiilor modalităților de reproducere asupra statutului speciei. Precizarea este următoarea: dacă absolutizăm definiția anterioară, atunci capătă statut de specie orice formă sezonieră, orice individ aberant (sub aspectul cromosomial de pildă), orice hibrid, etc., izolat reproductiv de ceilalți indivizi ai speciei.

Tureson, ecolog de renume, în 1929, dă o definiție în conformitate cu care specia este „o populație ai cărei indivizi se pot încrucișa în natură dând o descendență viabilă și fertilă. Dacă sunt încrucișați cu indivizi aparținând altor populații, descendenții sunt cu viabilitate scăzută și în mare parte sterili”.

Th. Dobzhansky, genetician și evoluționist, era de părere că „specia reprezintă un stadiu al procesului evoluției în care grupurile de forme care altă dată, faptic sau potențial, se încrucișau reciproc, au segregat în două sau mai multe mănunchiuri de forme ce au devenit fiziologic imposibil de a se încrucișa”.

E. Mayer susținea că „sunt specii acele grupuri de populații naturale care, faptic sau potențial, se încrucișează între ele și care, în înmulțirea lor, sunt izolate de alte grupuri analoage”. Autorul și-a dezvoltat mai departe ideea precizând că specia nouă ia naștere în cazul în care o populație se izolează de specia parentală și capătă anumite caractere ce contribuie la izolarea fiziologică sau o garantează.

La rândul nostru apreciem că, în general, definițiile date speciei accentuează, în primul rând, caracterul de grup izolat, grup ce nu se încrucișează cu alte grupuri sau, dacă totuși procesul se produce, urmașii sunt de regulă sterili. Prin urmare, în concepțiile menționate, acordându-se mare importanță factorului genetic – incompatibilitatea, cu determinism profund, între diverse informații ereditare. Fără pretenția de exhaustivitate propunem următorul mod de analiză a fenomenului speciei. Pe de o parte specia reprezintă o etapă din organizarea și integrarea materiei vii, etapă cu caracter obligatoriu și universal, în sensul că nici o entitate biologică de nivel individual nu poate exista în afara speciei. În această calitate, specia nu poate fi definită decât prin trăsăturile ei generale, unificatoare, valabile pentru orice entiatate de acest rang, indiferent că aparține microorganismelor, plantelor sau animalelor, inferioare sau superioare. Prin urmare specia, ca entitate biologică integratoare, cuprinde totalitatea sistemelor de ordin individual, cu un anumit gard de similaritate, indiferent de gradul lor de complexitate, specializare, integritate etc.

Pe de altă parte, taxonomic judecând realitatea, în arborele filogenetic al lumii vii există o multitudine de specii, ca purtătoare și rezultante ale procesului evoluției, care delimitează secțiuni clare și discrete, caracterizabile prin trăsături delimitante specifice. Din acest punct de vedere, o specie nu poate fi definită decât ca totalitatea indivizilor care au origine comună, poartă o informație ereditară omogenă, bine integrată și distinctă (un genofond specific) și ocupă un loc bine definit și particular în circuitul energetic și material al ecosistemului și, implicit, al biosferei. Nefăcând nici o referire la modalitatea de reproducere, am extins categoria de specie și la indivizii apomictici, excluzând totodată dificultățile create de hibridările interspecifice. Nemenționând explicit teritorialitatea, eliminăm dificultățile induse de speciile ubiquitare.

Din punct de vedere sistematic, mai precis din punctul de vedere al conceptului de „specie biologică”, prin prisma căruia aparțin aceleiași specii doar indivizii interfertili, unitățile taxonomice infraspecifice sunt (Zavadskii, 1968):

semispecia – o nouă specie aproape formată, o „specie tânără”, o specie pe cale de a fi complet izolată reproductiv de specia mamă;

subspecia sau rasa geografică, încă nu are bariere reproductive cu specia mamă;

ecotipul, rasa ecologică locală;

populația locală, subunitatea fundamentală din structura speciei (a cărei absență, spre deosebire de subunitățile anterioare, este imposibilă);

ecoelementul;

grupul morfo-biologic;

biotipul.

Ultimele trei subunități se constituie în componente ale populației. Populația ocupă locul central în infrastructura speciei, fiind aptă de existența de sine stătătoare pe timp nedefinit, are un areal clar delimitat, are un rol și o poziție stabile în biocenoză, se caracterizează printr-un anumit nivel numeric, aflat în echilibru dinamic etc.

Pe de altă parte, deși interfertile, populațiile unei specii sunt în mod obligatoriu alopatrice, cazuri de suprapunere a arealului fiind posibile doar atunci când intervine o izolare ecologică. Prin urmare, dacă formațiunile infrapopulaționale sunt incapabile de a supraviețui de sine stătător și independent, populația reprezintă prima structură intraspecifică aptă de a se menține, de a se perpetua și de a evolua. Într-o tentativă de definire a populației se poate afirma că aceasta reprezintă „forma de existență a speciei, posedând toate condițiile necesare existenței și dezvoltării de sine stătătoare timp nelimitat și, totodată, capabilă de a reacționa adaptiv față de modificările mediului extern” (Svarț, 1969 – citat de Botnariuc, 1979).

Prin prisma concepției sistemice, populația reprezintă un sistem biotic supraindividual, în esență echivalent cu specia, care este caracterizat prin toate trăsăturile specifice unui sistem viu, fiind definit, în plus și de menținerea unui nivel numeric optim. Cu această ocazie se impune o precizare: nivelul numeric poate fi extrem de variabil, de el depinzând și asigurarea heterogenității interne a unei populații și, de aici, gradul ei de integralitate. Echilibrul numeric într-o populație reprezintă un parametru dinamic a cărui valoare optimă se poate atinge în timp (mai îndelungat sau mai scurt, în funcție de numărul de indivizi pe care se constituie populația – numărul inițial de indivizi). De cele mai multe ori o populație poate lua naștere din unul sau mai mulți indivizi care, din diferite cauze, au emigrat sau au fost diseminați pasiv, dintr-o altă populație. Evident, pentru a se forma o nouă populație și nu doar o simplă extindere a arealului celei vechi, este obligatoriu ca indivizii „fondatori” să nu mai aibă contact, să nu mai întrețină flux genic cu populația de origine. În acest fel privită problema, se poate afirma că, prin populație „mendeliană” se înțelege totalitatea indivizilor unei anumite specii, între care se poate realiza încrucișarea sexuată, și care au ascendenți și descendenți comuni (Raicu, 1980). Desigur, nu putem să nu remarcăm că, prin această definiție sunt excluse din categoria populațională sistemele a căror perpetuare și menținere a nivelului numeric sunt asigurate prin reproducere apomictică. Întrucît, sistemic abordând problema, etapa de organizare și integrare populaționlă vizează întreaga materie vie de pe Terra (nu există individ biologic care să nu fie sau să nu devină integrat într-o populație), apreciem că o definiție a populației trebuie să fie universal valabilă și nu exclusivistă. În consecință, considerăm că o populație, atât ca unitate sistematică, cât și ca etapă din organizarea și integrare a lumii vii, reprezintă totalitatea indivizilor care au origine comună, contribuie la asigurarea unui fond integrat de gene pe un areal discret și comun, constituindu-se într-un ansamblu unitar, cu rol bine definit în fluxul material și energetic din cadrul sistemului imediat următor (biocenoza) de integrare. În acest context dispare obligativitatea reproducerii sexuate ca o condiție de bază a existenței unei populații. Și în cazul populațiilor apomictice informația ereditară circulă între indivizii generațiilor succesive (între generațiile parentale și cele filiale). Prin urmare nu se poate afirma că se produce o întrerupere a fluxului informațional interindividual. Mai mult, atât într-o populație amfimictică (panmictică mare), cât și în una apomictică, există un fond de gene a cărui evoluție, în sensul schimbării raporturilor procentuale între gene și alele, nu depinde doar de modalitatea de reproducere ci, în primul rând de presiunea selecției.

Cook (1976) precizează că populația reprezintă un grup de organisme în spațiu, reprezintă totalitatea indivizilor interâncrucișabili. Zavadskii (1968), la rându-i, consideră populația locală drept unitatea fundamentală de existență, adaptare și reproducere a speciei. Nu există o interdependență clară între dimensiunile arealului și numărul populațiilor locale. Uneori specia este continuă, iar limitele populației sunt strâns legate de calitatea sa de unitate reproductivă. În acest sens trebuie să admitem faptul că, la speciile cu reproducere sexuată, cea mai mică unitate reproductivă o constituie perechea de indivizi unisexuați, sau chiar un individ hermafrodit. Populația locală, ca unitate reproductibilă, cuprinde o multitudine de indivizi înrudiți, dar deosebiți genotipic, între care intervin, constant, încrucișări libere și nelimitate (panmixie). Schimbul nelimitat de gameți favorizează înmagazinarea în fiecare individ a potențelor genetice ale întregii populații. De aceea, separarea unor indivizi (sau perechi) din cadrul populației și înmulțirea lor aparte, duce la reducerea considerabilă a capacităților biologice ale descendenților și la pierderea plasticității ecologice. Populația locală este o comunitate cimentată într-un întreg prin procesele de încrucișare. De aceea, pentru a caracteriza specia ca unitate autoreproducătoare, sunt extrem de importante datele privind limitele precise ale populației locale, ca și cele privind hotarele dincolo de care încetează orice schimb de gameți (între populații diferite). Specia este deci reprodusă de populațiile locale. Populația locală, pe de altă parte, reprezintă o formațiune care posedă capacitatea reală de a atinge limita inferioară a nivelului de specie (nivel de organizare și integrare a lumii vii).

Când se determină limitele populațiilor locale trebuie să se țină seama de gradul de sedentarism al indivizilor sau familiilor de indivizi. În context, trebuie elucidată noțiunea de rază de acțiune, noțiune care implică alte noțiuni ecologice particulare ca: zonă de vânat, zonă de creștere a puilor, zonă de înmulțire etc. La plante, raza de acțiune a individului poate fi egală cu distanța la care se extinde sistemul radicular și partea aeriană, cât și cu distanța la care acționează substanțele biologic active eliberate de individ. Raza de acțiune a individului crește în cazul în care la reproducere participă sporii, polenul, semințele etc. La animale raza de acțiune este influențată de sedentarism, dar și de faptul că idivizii se întorc mereu în același loc, chiar de la distanțe foarte mari (anguilele, unele păsări, unii fluturi etc.).

În biosferă se întâlnesc toate gradele de trecere de la specii unipopulaționale la specii divizate în numeroase populații, perfect izolate. Evident, speciile care au perspectivele cele mai mari de evoluție sunt cele care dețin populații vaste, subâmpărțite, la rândul lor, în multe populații mici (micropopulații) și numai parțial izolate reproductiv. Datorită izolării incomplete, toate proprietățile utile care apar în cadrul unei micropopulații, pot deveni repede un bun al întregii populații. Datorită unui anumit grad de izolare, unele modificări adaptative vor avea tendința de a se acumula în interiorul unei micropopulații izolate. Existența schimbului de gameți îngăduie răspândirea adaptărilor de însemnătate generală în cadrul întregii populații. Îngrădirile vizând acest schimb ceează posibilitatea acumulării adaptărilor de semnificație particulară numai în limitele unei micropopulații.

În cazul înmulțirii apomictice unitatea reproducătoare este individul. Descendenții unui singur individ, autogam sau apomictic (clona), reprezintă o multitudine de indivizi înrudiți care au un genotip omolog dar nu reprezintă o unitate autoreproducătoare. Deosebirea dintre clonă sau populație clonală alcătuită din câteva linii clonale și populația locală panmictică, constă în faptul că o clonă reprezintă o sumă de indivizi ce se autoreproduc, iar populația amfimictică (ca întreg) reprezintă o unitate autoreproductibilă. Tocmai această deosebire principală între între unități elementare autoreproducătoare constituie cauza dificultăților particulare care intervin în procesul delimitării hotarelor speciilor, la formele agame ale organismelor inferioare, ca și la plantele superioare care adoptă reproducere apomictică. Desigur că, la grupurile cu înmulțire asexuată, capacitatea de autoreproducere nu reprezintă un caracter atât de dezvoltat al populației considerată unitate integrală, încât să poată fi inclus în rândul caracterelor principale. La autogame structura populației poate fi considerată intermediară între populațiile amfimictice tipice și populațiile clonale tipice. Dacă autogamia este reală, populația reprezintă un ansamblu de linii coexistente. Dar, în aceste populații acționează și un factor integrator (într-o oarecare măsură), datorat fecundării încrucișate. În fapt, gradul de integrare al acestor populații de plante poate fi influențat, întrucâtva, de frecvența încrucișărilor interindividuale. Dar, un rol la fel de important îl au și interacțiunile dintre indivizi, prin intermediul substanțelor bioactive, așa că populațiile clonale nu sunt doar amestecuri mecanice de forme mai mult sau mai puțin asemănătoare.

În funcție de dimensiuni, adică în funcție de nivelul numeric, populațiile pot fi clasificate în: populații mici (cu mai puțin de 100 de indivizi), populații mijlocii (care cuprind câteva sute de indivizi), populații mari (cu câteva mii de indivizi) și populații foarte mari (cu peste 10.000 de indivizi cu capacitate de reproducere). Fără îndoială că, din punct de vedere genetic, mărimea populației are o foarte mare importanță deoarece își pune amprenta asupra legilor geneticii populaționale, legi cu caracter probabilistic. Or, o lege cu caracter probabilistic se realizează cu atât mai exact cu cât o populație are un efectiv mai mare.

Mai trebuie precizat că deși izolarea interpopulațională reprezintă o condiție sine qua non a delimitării și existenței unei populații, schimbul de informații ereditare (fluxul de gene) între populații, mai apropiate sau mai îndepărtate, nu este exclus. Schimbul (în sensul fluxului) de gene se poate realiza fie pri intermediul gameților și al indivizilor, fie numai prin intermediul indivizilor, în funcție de modalitatea de reproducere (amfimictică, în primul caz, apomictică, în cel de-al doilea caz). Lipsa panmixiei caracterizează atât populațiile plantelor cultivate cât și pe cele ale animalelor domestice, indiferent dacă sunt amfimictice sau apomictice, deoarece omul controlează și dirijează încrucișările interindividuale.

O poziție intermediară între populațiile apomictice și cele amfimictice o ocupă populațiile alcătuite din indivizi autogami. Fenomenul este, desigur, mai mult frecvent la plante. De pildă, într-o populație autogamă un individ de tipul AA (homozigot dominant) formează numai gameți de tipul A și descendenți în exclusivitate de tipul AA. În cazul unor indivizi monozigoți pentru mai multe perechi de gene, cum ar fi de pildă AabbccDD, ,gameții vor fi de tipul AbcD. Descendența va fi, deasemenea, identică și monozigotă. Astfel stând lucrurile este evident că, din punct de vedere al comportării fondului de gene, între autogamie și apomixie nu există diferențe. Diferențe apar doar în cazul în care, într-o populație, se găsesc mai multe tipuri de homozigoți care, întâmplător, uneori, pot să se încrucișeze. De exemplu, dacă există indivizii AABB și aabb, printr-o eventuală hibridare rezultă AaBb. În cazul autofecundării, alături de tipurile parentale apar și noi combinații de gene și, deci de caractere de tipul aaBB și Aabb. Fără îndoială procesele au cu totul altă dinamică în cazul alogamiei și este cunoscut faptul că speciile animale sunt prin excelență alogame și, în plus, au și o mare mobilitate.

O populație alogamă (panmictică deci) este constituită din indivizi heterozigoți, caracterizați printr-o mare variabilitate, atât genotipică, cât și fenotipică. În plus, prin încrucișarea continuă între organisme heterozigote pentru un număr mare de gene au loc noi recombinări, în fiecare generație, și amplitudinea de variabilitate poate atinge valori din ce în ce mai mari. Ținând cont de faptul că, uneori, genotipul unui individ poate conține multe mii de gene cu alelele lor, precum și de posibilitatea ca heterozigoția să se manifeste pentru 1,2,3,…n loci, se poate aprecia că într-o populație oricât de mare sunt condiții ca să nu existe doi indivizi la fel. Reamintim doar fenomenul următor: numai prin distribuția întâmplătoare a cromosomilor omologi în gameți, prin intermediul meiozei, există șansa formării a 2n gameți diferiți, de către fiecare individ (n reprezentând ½ din numărul de factori ereditari din celula somatică). Prin întâlnirea a 2n gameți masculi cu 2n gameți femeli, pot rezulta 2n gameți diferiți între ei, doar de la un singur cuplu parental. Dar, într-o populație există nenumărate cupluri, interschimbabile de la o generație la alta și, în consecință, variabilitatea este nelimitată. Dacă o populație panmictică ar perpetua prin consagvinizare, în timp, s-ar ajunge la „desfacerea” respectivei populații în nenumărate linii pure. De pildă, în cazul autogamiei, admițând că avem un individ heterozigot într-un singur locus (Aa), el va forma două tipuri de gameți A și a, în proporție egală. Prin întâlnirea probabilistică a acestor gameți (probabilistica este aceeași pentru întâlnirile AA, Aa și aa), rezultă trei tipuri de indivizi, reprezentând tot atâtea genotipuri.

Prin urmare, genetica populațiilor presupune studiul comportamentului genelor în populații, în contextul adaptării organismelor la medii de viață stabile sau schimbătoare. Altfel spus, genetica populațiilor se implică în studiul mecanismelor evoluției, acceptat fiind faptul că evoluția reprezintă, printre altele, un proces de continue schimbări în frecvența genică. În consecință, preocuparea centrală a geneticii populațiilor constă în investigarea dinamicii modificării frecvenței genice. Dealtfel este bine să precizăm că genetica populațiilor este diferită de orice altă parte a geneticii. De aceea este indicat să se recurgă, încă de la început, la elucidarea și edificarea terminologiei specifice.

III.2. Factorii care determină compoziția și dinamica genetică a populațiilor

Echilibrul genetic în populații, demonstrat pe baza analizei genetice a structurii populației, este posibil să se mențină constant numai în cazul absenței acțiunii modificatoare a unor factori. Se știe că în natură, asupra populațiilor acționează permanent numeroși factori, care pot duce la schimbarea echilibrului genetic anterior, fie prin pierderea unor genotipuri, fie prin apariția unor genotipuri noi în populație.

Aceasta înseamnă că de la o generație la alta fondul genetic al unei populații se găsește într-un echilibru dinamic determinat de factori, ca: mutația, migrația, selecția, driftul genetic, condițiile de existență, etc.

Efectele mutației în populații. Mutațiile reprezintă o sursă importantă de variabilitate genetică a organismelor, contribuind ca un factor pozitiv la evoluția acestora. Efectul mutației asupra fondului genetic al unei populații este sensibil în cazul în care procesul mutagen are un caracter permanent. Când procesul mutagen are loc sporadic, efectul mutațional în populație devine insensibil. De aceea, mutațiile care apar în populații pot fi nerecurente și recurente.

Mutațiile nerecurente se caracterizează prin aceea că nu au capacitatea de a produce o schimbare permanentă în fondul genetic al populației. Să presupunem că procesul mutagen afectează numai un singur reprezentant dintr-o întreagă populație. O asemenea mutație este de mică importanță pentru a provoca o schimbare sensibilă a frecvenței genei, datorită faptului că o singură mutație dispune de o șansă minimă de a se menține într-o populație mare, mai ales când aceasta nu constituie un element pozitiv în procesul selecției.

În conformitate cu legitatea frecvenței genelor în populație, probabilitatea ca o genă să se mențină viabilă descrește de la o generație la alta, până ce se reduce la frecvența zero în populația respectivă. Asemenea mutații, lipsite de avantajul selectiv și deci, fără viabilitate în populație, sunt cunoscute sub formă de mutații nerecurente.

Mutațiile recurente, spre deosebire de cele nerecurente, provoacă schimbări în frecvența genelor. Aceasta înseamnă că mutația recurentă este rezultatul unui proces mutațional care are loc cu regularitate, asigurând o frecvență ritmică a genelor, astfel că fiecare genă mutantă nu va mai fi predispusă la dispariție.

Dacă în populațiile A1A2, gena A1 sufera un proces de mutație în A2, în populația respectivă se va reduce numărul de gene A1 și vor apărea gene A2. De asemenea, prin mutație de reversie, genele A2 pot să muteze în A1. Față de aceste posibilități de mutație, și anume A1 în A2 și A2 în A1, devine necesară stabilirea raportului frecvențelor celor două gene A1 și A2, în cadrul populației respective, fiind un raport exprimat printr-un echilibru.

În vederea determinării acestui raport, se folosesc următoarele elemente de calcul: q – frecvența genei în populație; u – proporția mutantelor A1 în A2; v – proporția mutantelor A2 în A1.

Dacă admitem că proporția mutantelor A1 și A2 este de 2/1000 gameți, adică u = 0,002; iar proporția mutantelor A2 în A1 de 1/1000, adică v = 0,001, se poate stabili raportul de participare în populație a celor două gene (A1și A2).

Întrucât raportul care se creează între frecvențele genelor ce alcătuiesc genofondul populației se concretizează într-un echilibru, înseamnă că numărul de gene care mutează într-un sens va fi egal cu cel care mutează în sens invers.

În acest caz, pentru a afla frecvența genei A1, deci proporția mutantelor A2 în A1, se folosește formula:

q = v/(u+v).

Pentru q (A1) = 0,001/(0,002+0,001) = 0,001/0,003 = 0,33

Exprimată în procente, frecvența mutantelor A2 în A1(deci a genei A1) este egală cu 33%. Pentru realizarea unui echilibru între genele A1 și A2, rezultă că gena A2 va avea frecvența egală cu 67%, adică cu diferența (100 – 33 = 67).

Există însă și cazuri când frecvența mutației genei într-un sens nu se sincronizează cu mutația celeilalte gene în sens invers, datorită unei lupte pentru existența care apare între componenții populației. O asemenea luptă pentru existență între componenții unei populații, exprimați prin genotipuri diferite, a fost semnalată de către Ph. L’Heritier și G. Teissier. Ei au introdus într-o populație mutantă de Drosophila melanogaster cu ochiul „bar” câteva perechi de Drosophila normală (sălbatică). După 100 de zile au constatat că numărul insectelor cu ochiul „bar” a scăzut cu 40%. După 500 de zile au observat dispariția totală a indivizilor cu ochiul „bar”.

Rezultatul că în cazul unei lupte pentru existență între cele două genotipuri, echilibrul nu se stabilește prin mutația de reversie, ci prin dominanța totală a drosofilei normale care s-a impus în procesul selecției.

Efectele migrației în populație. Prin migrație se înțelege mișcare genelor și genotipurilor între populații diferite. În populațiile naturale de plante, migrațiile implică transferul de polen sau de semințe. Transferul de polen corespunde unui transfer de gameți, iar cel de semințe corespunde unui transfer de zigoți.

Migrația cuprinde două laturi, și anume: emigrarea unor gene, datorită transferului de polen sau de semințe în afara populației, într-o altă populație, și imigrarea de gene, adică aducerea de gene noi, străine, în componența unei populații.

Infiltrarea unor gene noi prin intermediul polenului, și deci a gameților, ca urmare a participării gameților străini la fecundarea gameților dotați cu gene proprii populației respective, duce în mod implicit la transmiterea genelor noi generațiilor următoare și deci, la o îmbogățire a fondului genetic al populației.

Pentru a evalua cantitativ efectul migrației în populație, considerăm că proporția genelor provenite prin migrație (imigrare) este egală cu m, iar restul de 1 – m o reprezintă genele native ale populației respective. Dacă notăm frecvența unei gene oarecare cu qm pentru genele imigrante și cu qo pentru genele native, frecvența unei gene raportate la întreaga populație notată cu q1 va fi dată de formula:

q1 = mqm + (1 – m)qo = m(qm – qo ) + qo

Întrucât frecvența unei gene imigrante se modifică după fiecare generație de imigrare, înseamnă că această imigrare poate fi stabilită pe baza diferenței dintre frecvența dinainte de imigrare și frecvența de după imigrare, diferență care se notează cu Δq. În acest caz, Δq = q1 – qo = m (qm – qo).

Din această ecuație deducem că ritmul în care are loc schimbarea frecvenței unei gene, într-o populație supusă imigrării depinde de ritmul de imigrare și de diferența dintre frecvența genelor imigrante și a celor native. Efectul migrației se manifestă în raport invers cu efectivul populației, în sensul că este mai sensibil în populațiile mici.

Din punct de vedere practic, efectul migrației poate fi valorificat atunci când genele noi ajunse în populație, duc la o îmbunătățire a structurii genetice a populației. În cazul în care se urmărește păstrarea în stare pură a materialului biologic (a fondului genetic) se iau măsuri de evitare a imigrării unor gene, prin izolarea plantelor, astfel ca grăunciorii de polen străini să nu fie aduși de vânt sau insecte de la o populație la alta.

Efectele selecției în populații. Selecția reprezintă procesul de supraviețuire a organismelor, ale căror genotipuri le asigură cea mai mare capacitate de adaptabilitate față de condițiile de mediu în cursul vieții individuale și, ca urmare, perpetuarea prin cei mai viguroși descendenți.

Posibilitatea organismelor de a supravițui și de a da urmași este condiționată de gradul de adaptare al descendenților la aspectele variate ale mediului, exprimându-și prin aceasta capacitatea lor selectivă, care reprezintă factorul primordial al dinamicii populației. De asemenea, apariția de noi genotipuri în cadrul unei populații reprezintă rezultatul acțiunii selecției naturale. Există și cazuri când acțiunea selecției asupra genotipurilor poate duce la păstrarea acestora, la diminuarea lor numerică sau chiar la dispariția lor.

Se poate aprecia măsura în care se manifestă acțiunea selecției cu ajutorul a doi indicatori: valoarea selectivă și coeficientul de selecție.

Valoarea selectivă. Este sinonimă cu valoarea adaptativă a genotipurilor. Se știe că selecția acționează diferit asupra mutațiilor, în funcție de starea lor dominantă sau recesivă. Astfel, cu cât un genotip realizează o mai bună capacitate de supraviețuire, în sensul unei fecundități ridicate, cu atât într-o populație el este exprimat printr-o mai mare răspândire. Asemenea genotipuri dispun de o valoare selectivă ridicată.

De aceea, valoarea selectivă a unui genotip poate fi evaluată prin numărul de descendenți pe care-l realizează, față de numărul de urmași produși de genotipurile normale, considerând că valoarea selectivă a acestora este de 100%, adică egală cu unitatea.

Coeficientul de selecție (S). Analiza genetică a unei populații dă posibilitatea să se determine valoarea selectivă a diferitelor genotipuri. Dacă în urma unei analize genetice se constată că indivizii homozigoți cu genotipul aa sunt în număr mai mic decât cei reprezentați de formele dominante cu genotipurile AA și Aa, și anume 80 de indivizi cu aa, față de 100 cu AA sau Aa, se poate afla valoarea coeficientului de selecție a homozigoților recesivi.

În acest caz, se consideră că valoarea selectivă, ca termen de comparație, o constituie valoarea selectivă a dominantelor (AA și Aa), care este egală cu 1, respectiv 100%. Valoarea selectivă a homozigoților recesivi fiind de 0,8 (80%) înseamnă că diferența dintre aceste două valori exprimă tocmai coeficientul de selecție (S)

S = 1 – 0,8 = 0,2

Valoarea coeficientului de selecție (S) indică procentul descendenților dintr-un anumit genotip care se elimină din populație ca urmare a acțiunii selecției. În cazul de față, indivizii cu genotipul aa se elimină într-o proporție de 20%. Rezultă că valorile S pot fi cuprinse între 0 (zero) și 1.

Atunci când genotipurile care se compară au aceeași fecunditate și procent de supraviețuire, deci cu valoare selectivă normală, valoarea coeficientului de selecție va fi:

S = 1 – 1 = 0

În acest caz, toți indivizii din populație au șanse de supraviețuire egale.

Dacă în populație un anumit genotip homozigot recesiv provoacă letalitate sau sterilitate, înseamnă că valoarea sa selectivă va fi egală cu 0 (zero), iar eliminarea lui integrală din populație este iminentă. Exprimarea matematică a acestui caz rezultă din ecuația: S = 1 – 1 = 0.

Genofondul unei populații, datorită acțiunii selecției, poate fi complet purificat prin eliminarea genelor nefavorabile, dominante și recesive. Eliminarea este condiționată de mărimea populației, și anume în populațiile mici se mărește posibilitatea unirii gameților cu gene identice, și deci, se mărește frecvența formelor homozigote. În acest fel, selecția elimină mai repede genele dăunătoare și cumulează pe cele folositoare.

În ceea ce privește ritmul eliminării genelor nefavorabile, ca urmare a acțiunii selecției se constată că organismele care posedă gene letale dominante sau o sterilitate completă sunt eliminate încă din prima generație, în timp ce genele dominante cu o expresivitate mai mică se elimină treptat din populație. Datorită mutațiilor care apar iau naștere gene asemănătoare celor eliminate și astfel devine imposibilă dispariția acestora.

Driftul genetic în populațiile mici. În populațiile prevăzute cu un număr redus de indivizi, modificarea frecvenței genelor este posibilă fără intervenția selecției, ca urmare a unor împrejurări întâmplătoare care afectează procesul reproducerii.

Fenomenul de creștere sau de scădere bruscă a frecvenței genelor în populații mici, datorat unor factori neprevăzuți, poartă numele de drift genetic.

Pentru a înțelege acțiunea driftului genetic în populațiile mici folosim de exemplu încrucișarea între două soiuri de grâu nearistate, heterozigote, cu formula genetică Aa. Factorul A determină caracterul mutic (lipsa aristelor), iar factorul a determină prezența aristelor. Fiecare din cei doi genitori formează gameți (masculi și femeli) atât cu factorul A cât și cu factoru a. În cazul în care în urma încrucișării numărul descendenților este mare, segregarea are loc în raportul de 25% homozigoți cu genotipul AA, 50% heterozigoți Aa și 25% homozigoți aa. La un număr redus de descendenți, deci dintr-o populație mică, împrejurări neprevăzute, cauzate de factori de mediu, pot provoca fecundarea numai a gameților cu factorul a, prin distrugerea celor cu factorul A. În acest caz se obțin numai plante aristate (aa), ca urmare a pierderii factorului A conținut, de pildă, în anumiți grăunciori de polen.

Întrucât driftul genetic este prezent numai în populațiile mici, este necesar a lucra cu efective cât mai mari, în scopul evitării efectelor negative ce survin de pe urma numărului restrâns de indivizi, folosit ca material de selecție. În populațiile mari, frecvența unei gene este insesizabilă, deoarece creșterea sau descreșterea numerică a acesteia se echilibrează în interiorul populației respective prin alela sa.

Condițiile de existența ca factor al modificării structurii populației.

Structura genetică a populațiilor poate să sufere modificări, atât datorită unor condiții ale mediului abiotic, cum sunt: hrana, umiditatea, temperatura, lumina etc. Cât și datorită unor condiții biotice, determinate de relațiile dintre organisme.

În funcție de gradul homozigoției sau heterozigoției indivizilor care alcătuiesc populația, s-a constatat că populațiile autogame sunt mult mai stabile, în comparație cu cele heterozigote, care manifestă o mare labilitate.

Stabilitatea populațiilor autogame se traduce printr-o capacitate mai redusă de adaptare la condițiile de mediu schimbate. Populațiile allogame manifestă o mare capacitate de adaptare la condițiile variate ale mediului, deoarece heterozigoția le conferă însușirea de labilitate.

În general, factorii climatici afectează structura genetică în dinamica evoluției populațiilor, ca urmare a duratei prelungite a fluctuațiilor condițiilor de climă, a cărei influență se concretizează în schimbări ale mecanismelor fiziologice și de comportament și deci, și a mecanismului genetic.

Apariția unor bariere naturale, de netrecut, pe arealul unei populații, cauzate de modificări ale reliefului, de unele fenomene geologice, prezența fluviilor, mlaștinilor etc., limitează încrucișările libere ale indivizilor în cadrul unei specii sau populații.

Climatul teritorial, climatul sezonier, microclimatul, ca elemente ale unei izolări ecologice, favorizează dezvoltarea unor anumite genotipuri în componența populației.

Încrucișările libere în cadrul populației mai pot fi limitate și de factori genetici, exprimați prin fenomenul de poliploidie, prin apariția diferitelor aberații cromosomale, prin existența unor incompatibilități nucleo-citoplasmatice, mărirea numărului de gene letale și a mutațiilor sterile etc., care la un loc reprezintă cauze ale unei izolări genetice și fiziologice.

Homeostazia genetică în populații. Prin homeostazie genetică se înțelege efectul tuturor proceselor adaptative care asigură unei populații capacitatea de a-și păstra structura genetică față de acțiunea factorilor din mediul extern. Adaptarea unei populații se realizează pe seama heterozigoției, polimorfismului, driftului genetic, influenței condițiilor de existență, polenizării selective în cadrul populației și a altor factori.

Heterozigoția în populații reprezintă unul din mecanismele principale ale homeostaziei genetice fiind subliniată de I. M. Lerner (1954), Emerson (1952), J. B. S. Haldane (1955), pe baza efectelor sale de supradominanță. În general, orice populație panmictică ascunde o diversitate genetică, determinată de de un procent ridicat de heterozigoție și de diferite mutații.

Pornind de la legea unității biologice a încrucișării, enunțată de Ch. Darwin, s-a ajuns la concluzia că starea de heterozigoție a genelor allele duce la o mărire a vigorii organismelor hibride și a dezvoltării posibilităților de adaptare. Încrucișările înrudite și autofecundarea repetată a plantelor allogame, intensifică homozigoția la descendenți, în sensul că, aceștia manifestă fenomenul de degenerare care le diminuează capacitatea de adaptare la condițiile de mediu.

Formele mutante, recurente, în cadrul populației, sporesc starea de heterozigoție și contribuie, de asemenea, la mărirea capacității de adaptare a populației.

Polimorfismul ereditar, bazat pe existența în aceeași populație a unor diversități genotipice, reprezintă un alt mecanism genetic adaptiv, care asigură unitatea genetică a unei populații. Prezența polimorfismului și a diferitelor moduri de manifestare se datoresc acțiunii selecției naturale.

Efectele tuturor mecanismelor de adaptare a populațiilor se concretizează în diversificarea structurii lor genetice, ca urmare a acțiunii selective a condițiilor de existență în diferențierea genetică a populațiilor.

Menținerea sau schimbarea echilibrului genotipurilor în populații reprezintă un proces continuu de adaptare a acestora la condițiile variate ale mediu. Fenomenele de mutație și selecție, care ocupă un loc important în studiile de genetică a populațiior, contribuie la explicarea capacității de evoluție a organismelor constituite în populații.

Faptul că pe arealul de răspândire al populațiilor pot surveni anumite obstacole, ca factori de izolare a populațiilor se creează posibilitatea de evoluție divergentă, care poate să aibă drept consecință, diferențierea populațiilor în subspecii sau chiar specii.

IV. SCOPUL INVESTIGAȚIILOR

Există părerea, falsă, că Drosophila melanogaster, ca material pentru investigațiile de ordin genetic, a căzut în desuetudine. Ne permitem să afirmăm că lucrurile nu stau deloc așa, deoarece, consultând literatura de specialitate, de ultimă oră, găsim o multitudine de cercetări, cu tematică de citogenetică, genetica populațiilor, mutageneză și chiar genetică moleculară, care au ca obiect de studiu faimoasa, de acum, musculiță a oțetului. În consecință nu am ezitat când, puși în fața alegerii materialului biologic pentru investigațiile ce ni le-am propus, am optat pentru Drosophila melanogaster.

Deși elucidate în principiu, mai ales la procariote, mecanismele reglajului genetic sunt încă foarte puțin aprofundate la eucariote. Un alt aspect insuficient investigat vizează stabilirea cu exactitate a corelațiilor complexe dintre fenotipizarea concretă a informației genelor și alte procese ce au loc pe parcursul ontogenezei. Și investigațiile de acest tip au ca obiect Drosophila melanogaster, desigur, alături de alte specii.

În lucrarea de față ne-am propus, ca etapă în caracterizarea complexă a unor populații naturale și experimentale de Drosophila melanogaster, studiul dinamicii natalității și a ratei sexelor, studiul acțiunii selecției naturale pe parcursul a două sau trei generații succesive, în populații naturale și micropopulații experimentale, sub efectele consangvinizării și tratamentelor cu factori mutageni fizici și chimici.

În cadrul experimentului în cre s-au urmărit efectele consangvinizării în două populații locale de Drosophila melanogaster, au fost propuse studiul dinamicii natalității, ratei sexelor și a duratei eclozării pontei, în trei generații succesive, în două populații naturale.

În ceea ce privește efectul tratamentului cu nicotină, tratatamentele cu factori xenobiotici, administrate indivizilor unor specii animale și/sau vegetale, furnizează date deosebit de interesante și, uneori, utile, relative la efectele stimulatoare, inhibitoare sau mutagene. Pentru activitățile cu caracter practic, mai ales cele de selecție și ameliorare, deținerea unui material inițial cu o largă amplitudine de variabilitate, reprezintă o condiție „sine qua non”. De aceea considerăm că acest tip de investigații își păstrează, încă, toată importanța și valoarea. În lucrarea de față ne-am propus investigarea acțiunii nicotinei, în diferite concentrații, asupra unei populații de Drosophila melanogaster în care a avut loc reversmutația pentru locusul eyeless. Datorită faptului că în populația respectivă apăreau indivizi, într-un procent destul de constant, ce prezentau diferite abateri de la forma normală a ochilor și a aripilor, am considerat importantă investigarea modificării acestui raport în urma tratamentului cu nicotină.

V. MATERIALE ȘI METODE DE LUCRU

V. 1. Efecte ale consangvinizării în două populații locale de Drosophila melanogaster

Materialul și metoda de lucru

Investigațiile au vizat indivizi din populațiile Botoșani și Suceava. S-au luat câte 10 cupluri (♂ + ♀), repartizate în 10 fiole cu mediu de cultură, cărora li s-a analizat descendența, pe trei generații, sub aspectul prolificității, ratei sexelor, duratei eclozarii pontei și a apariției eventualelor mutații. De la o generație la alta, perpetuarea s-a asigurat prin încrucișări de tip frate x sora.

V.2. Efecte ale tratamentului cu nicotină, în diferite concentrații, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populație reversmutantă

Materialul și metoda de lucru

Pentru a testa efectele diferitelor concentrații de nicotină, administrate indivizilor de Drosophila melanogaster s-a procedat astfel:

Nicotina a fost administrată în concentrațiile de 0,005%, 0,01%, 0,03%. Pentru fiecare concentrație experimentul s-a repetat de trei ori. În cadrul fiecărei repetiții s-au luat cîte trei eprubete, în fiecare eprubetă s-au introdus doi masculi și două femele de Drosophila melanogaster aparținând unei linii reversmutante din Laboratorul de Genetică. Mutația a cărei reversie s-a produs, era eyeless (indivizi fără ochi). În literatura de specialitate este menționat faptul că respectiva mutație cunoaște un grad înalt de reversie (este foarte instabilă).

V.3. Dinamica fondului de gene în populații experimentale de Drosophila melanogaster sub presiune selectivă

Materialul și metoda de lucru

Pentru a evidenția dinamica fondului de gene într-o populație experimentală de Drosophila melanogaster , sub presiune selectivă, s-a procedat astfel:

Într-un flacon cu mediu de cultură s-au introdus câte cinci masculi și cinci femele din următoarele linii din Laboratorul de Genetică: Oregon (70), Brown (5), Ebony (46), Vestigial (46) și White (111).

Modificările vor apărea ca urmare a factorului de stres – suprapopulare.

Se va urmări îndeaproape evoluția fiecărei linii din cele participante la experiment.

Experimentul se desfașoară pe parcursul a două generații.

Experimentul va fi repetat respectându-se preocedurile folosite anterior, fiind înlocuită linia mutantă Brown (5) cu Curly (10).

VI. REZULTATE ȘI DISCUȚII

VI.1. Efecte ale consangvinizării în două populații locale de Drosophila melanogaster

Experimentul a fost efectuat in Laboratorul de Genetică a Universității „Alexandru Ioan Cuza” din Iași, în perioada 18 februarie – 2 aprilie 2002, prima generație fiind obținută între 25.03.2002 și 02.04.2002, cea de-a doua între 05.03.2002 și 14.03.2002, iar cea de-a treia între 25.03.2002 și 02.04.2002, pentru ambele populații luate în studiu. În ceea ce privește populația Botoșani, pentru prima generație, durata de apariție a tuturor indivizilor a fost de 6,9 zile, pentru a doua generație de 10 zile și pentru a treia generație de 9 zile. Prin urmare putem aprecia că, sub efectul consangvinizării s-a constatat o ușoară lungire a perioadei necesare eclozării ouălelor și apariției tuturor descendenților. La populația Suceava, durata a fost de 6,4 zile pentru prima generație, de 9,6 zile pentru cea de-a doua generație și de 6,8 zile pentru cea de-a treia generație, de această dată concluzia de la prima populație fiind aplicabilă doar pentru generația a doua.

În ceea ce privește prolificitatea per cuplu în populația Botoșani, în prima generație a fost de 81,3 indivizi, în cea de-a doua generație a fost de 136,6 indivizi, iar în cea de-a treia generație a fost de 68,5 indivizi. S-a putut calcula că, plecându-se de la 10 cupluri, în prima generație au rezultat 813 indivizi, în cea de-a doua au rezultat 5.470de indivizi, iar în cea de-a treia generație au rezultat 188.324 de indivizi. Deci populația a crescut in trei generații de 9416,2 ori. În ceea ce privește rata sexelor, dacă în prima generație a fost ușor favorabilă masculilor (50,44%), în următoarele două generații a fost favorabilă femelelor (50,43%, respectiv 50,07%).

În ceea ce privește populația Suceava, situația se prezintă astfel: în prima generație în medie per cuplu au apărut 69,6 indivizi, ceea ce totalizează o descendență de 696 de indivizi, în cea de-a doua generație s-au obținut 3.792 de indivizi, iar în a treia generație totalul indivizilor a fost de 122.658. Prin urmare, în ansamblu, prolificitatea a fost mult mai scăzută în această populație comparativ cu populația Botoșani, numărul indivizilor crescând în cele trei generații de 6132,2 ori. În ceea ce privește rata sexelor, în generația I-a și a III-a au dominat masculii (51,28% și, respectiv 51% ), femelele fiind procentual egale cu masculii (rata sexelor =1) în generația a II-a (50,01% femele).

Menționăm că, în cele trei generații, pe parcursul cărora s-au efectuat observațiile, deși numărul de indivizi a fost destul de mare, nu s-au evidențiat mutații.

Tabel nr.1 – Datele sintetice privind comportarea celor două populații, în trei generații succesive de consangvinizare

VI.2. Efecte ale tratamentului cu nicotină, în diferite concentrații, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populație reversmutantă

În primul experiment, în urma tratamentului cu nicotină 0,005%, au rezultat 1158 de indivizi (587 ♀ și 571 ♂) cu o medie de 129 indivizi per eprubetă. Durata apariției indivizilor adulți s-a prelungit, comparativ cu martorul, cu două zile. Sub aspect numeric, tot prin comparație cu martorul, în medie per eprubetă, au apărut mai mulți indivizi (129 indivizi față de 100 la martor).

Analizând frecvența aberațiilor, la varianta de tratament și la martor, constatăm că în cazul tratamentului cu nicotină 0,005% frecvența aberațiilor scade (3,98 față de 13,9 la martor). Prin urmare, ca o primă concluzie, putem aprecia că nicotina în concentrația menționată stimulează prolificitatea, prelungește perioada de apariție a adulților și reduce frecvența mutațiilor. Altfel spus, nicotina în această concentrație are efecte benefice.

În cazul administrării nicotinei în concentrația de 0,01%, constatăm că, per total experiment au apărut 1470 indivizi, ceea ce reprezintă o medie de 163 indivizi per eprubetă, în timp ce la martor au apărut 111 indivizi per eprubetă. Durata perioadei apariției adulților s-a prelungit, față de martor, tot cu două zile (7 în loc de 5). Sub aspectul aberațiilor, de această dată constatăm că administrarea nicotinei în concentrația de 0,01% a determinat o scădere drastică a procentului acestora (2,16%) atât față de concentrația anterioară, cât și față de martor (12,18%). Prin urmare, efectele benefice sesizate la prima concentrație, de această dată s-au amplificat.

Administrarea nicotinei în concentrația de 0,03% a evidențiat următoarele aspecte: în ceea ce privește numărul total de indivizi și cel per eprubetă, constatăm scăderi marcante fată de situația concentrațiilor anterioare și față de martor (247 indivizi per total, 39 indivizi per eprubetă). Perioada de apariție a adulților s-a extins la zece zile. Prin urmare, viteza de succesiune a generațiilor se reduce.

Din punct de vedere al frecvenței aberațiilor, am constatat o creștere a acestora (6,07%), comparativ cu cele înregistrate la concentrațiile anterioare (3,98% în cazul concentrației de 0,005% și 2,16% în cazul concentrației de 0,1%), menținându-se, totuși, sub frecvența înregistrată la martor (14,67%).

Toate constatările menționate mai sus, sunt ilustate în tabelele și graficele, pe care vi le redăm în continuare:

Tabel nr.2 – Media numerică a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotină 0,005%

Tabel nr.3 – Media numerică și procentuală a indivizilor din probele martor în cazul tratamentului cu nicotină 0,005%

Tabel nr.4 – Media indivizilor cu aberații în probele martor și în cele supuse tratamentului cu nicotină 0,005%

Tabel nr.5– Media numerică a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotină 0,01%

Tabel nr.6 – Media numerică și procentuală a indivizilor din probele martor în cazul tratamentului cu nicotină 0,01%

Tabel nr.7 – Media indivizilor cu aberații în probele martor și în cele supuse tratamentului cu nicotină 0,01%

Tabel nr.8 – Media numerică a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotină 0,03%

Tabel nr.9 – Media numerică și procentuală a indivizilor din probele martor în cazul tratamentului cu nicotină 0,01%

Tabel nr.10 – Media indivizilor cu aberații în probele martor și în cele supuse tratamentului cu nicotină 0,03%

Grafic nr. 1 Numărul total de indivizi apăruți în urma tratamentului cu nicotină (concentrații diferite), comparativ cu martorul

Grafic nr. 2 Numărul indivizilor cu aberații apăruți în cazul tratamentului cu nicotină, și în proba martor

VI.3. Dinamica fondului de gene în populații experimentale de Drosophila melanogaster sub presiune selectivă

Tabel nr. 11 – Dinamica genotipului/zile de prelevare, în populații de Drosophila melanogaster ( Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 3 – Variația nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 4 – Variația nr. de indivizi Brown/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 5 – Variația nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 6 – Variația nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 7 – Variația nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 8 – Variația nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, prima generație)

Grafic nr. 9 – Variația procentuală a nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, prima generație)

Tabel nr. 12 – Dinamica genotipului/zile de prelevare, în populații de Drosophila melanogaster ( Experiment I, a II-a generație)

Grafic nr. 10 – Variația nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 11 – Variația nr. de indivizi Brown/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 12– Variația nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 13 – Variația nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 14 – Variația nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 15 – Variația nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, generația a II-a)

Grafic nr. 16 – Variația procentuală a nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, generația a II-a)

Tabel nr. 13 – Dinamica genotipului/zile de prelevare, în populații de Drosophila melanogaster ( Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 17 – Variația nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 18 – Variația nr. de indivizi Curly/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 19 – Variația nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 20 – Variația nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 21– Variația nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 22– Variația nr. de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 23 – Variația procentuală a nr. de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generație)

Tabel nr. 14 – Dinamica genotipului/zile de prelevare, în populații de Drosophila melanogaster (Experiment II, a II-a generație)

Grafic nr. 24– Variația nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generația a II-a)

Grafic nr. 25 – Variația nr. de indivizi Curly/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generația a II-a)

Grafic nr. 26 – Variația nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generația a II-a)

Grafic nr. 27 – Variația nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generația a II-a)

Grafic nr. 28 – Variația nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generația a II-a)

Grafic nr. 29 – Variația numărului de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generație)

Grafic nr. 30 – Variația procentuală a numărului de indivizi /sexe /genotip (Experiment II, generația a II-a)

În cadrul celui de-al II-lea experiment, în generația a II-a s-au obținut indivizi Curly dublu mutanți, ca a doua mutație apărând culoarea albă a ochilor. Astfel din 500 indivizi Curly obținuți, 59 prezentau cea de-a doua mutație – ochi de culoare albă.

Grafic nr. 31 – Variația numerică a mutațiilor în a populația Curly/sexe/zile de prelevare

CONCLUZII

Pe baza investigațiilor efectuate în prezenta cercetare, am ajuns la următoarele concluzii:

Efecte ale consangvinizării în două populații locale de Drosophila melanogaster

Rata natalității, sub impactul consangvinizării, s-a menținut mult mai ridicată în cadrul populației Botoșani, comparativ cu populația Suceava.

Ținând cont că succesiunea generațiilor este mai rapidă la populația Suceava, putem concluziona că, în timp mai îndelungat, numărul descendenților per cuplu poate ajunge mai mare decât populația Botoșani.

Rata sexelor a fost echilibrată, în ambele populații, cu o ușoară dominanță a femelelor în populația Botoșani și a masculilor în populația Suceava.

În nici una dintre populații nu s-au evidențiat mutante.

Efecte ale tratamentului cu nicotină, în diferite concentrații, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populație reversmutantă

Nicotina, în concentrațiile de 0,005% și 0,01%, are efecte pozitive asupra prolificității indivizilor de Drosophila melanogaster.

Toate cele trei concentrații, administrate, au prelungit perioada de apariție a indivizilor, pe mediul de cultură, în condiții de laborator. Cea mai lungă perioadă (10 zile) s-a înregistrat sub efectul concentrației de 0,03%.

Putem aprecia, totuși, că deși nicotina în concentrații mici (sub 0,015%) are efecte benefice asupra prolificității, având în vedere că prelungește cilclul de dezvoltare al indivizilor, într-un interval de timp mai lung numărul total al indivizilor poate fi mai mic decât la martor.

Nicotina a determinat o reducere a frecvenței aberațiilor, mai ales în concentrația de 0,01% și apoi în cea de 0,005%.

Dinamica fondului de gene în populație experimentală de Drosophila melanogaster sub presiune selectivă

Rata natalității, sub presiunea selecției naturale, s-a menținut ridicată pe parcursul ambelor experimente în cazul tipului sălbatic (Oregon), comparativ cu cu populațiile celorlalte mutante.

În cadrul celui de-al doilea experiment, în generația a doua s-a observat că populația Curly prezintă o mare capacitate mutațională.

BIBLIOGRAFIE:

ABRAHAMSON, S., LEWIS E. B., 1971. The detection of mutations in Drosophila melanogaster, in: Chemical mutagens: Principles and methods for their detection, A. Hollander, ed., vol. 2, Plenum Press, Oxford, pp. 461-487.

ASHBURNER M., THOMPSON J. N., 1978 : The Genetics and Biology of Drosophila, vol. 2A, ASHBURNER M., Wright T. R. F., eds., Academic Press, London.

ASHBURNER M., Wright, T. R. F., 1978 : The Genetics and Biology of Drosophila, vol. 2B, Academic Press, London, New York, San Francisco, 500-504

BĂRA, I. I., 1996. Vademecum în genetică. Editura Corson, Iași

BĂRA, I. I., 1973. Studiul asupra biologiei populațiilor unor specii apomictice și sexuate înrudite. Teză de doctorat, Facultatea de Biologie, Universitatea București.

BĂRA, I. I., 1999. Genetica. Editura Corson, Iași

BĂRA, I., ION, SURUGIU, C., IULIANA, CÎMPEANU, M. MIRELA, MANIU, MARILENA. GENETICĂ ȘI EVOLUȚIONISM. Editura Corson, Iași 2000.

BORROR, D.J., DE LONG D.M., 1964. An Introduction to the Study of Insects. Holt, Rinehart and Winston, Inc., New York, Chicago, San Francisco, Toronto, London.

BOTNARIUC, N., 1976. Concepția și metoda sistemică în biologia generală. Editura Academiei, București.

BOTNARIUC, N., 1992. Evoluționismul în impas? Editura Academiei, București.

BOTNARIUC, N., 1999. Evoluția sistemelor biologice supraindividuale. Editura Universității București.

BRIGGS, D., WALTERS, S. M., 1969. Plant Variation and Evolution. McGraw-Hill, New York, Toronto.

CARMEN, S., 1996, Mutageneza chimică, Ed. Genesis, Cluj-Napoca.

CIOBOTARI, GH., BĂRA, I.I., 200. Efecte ale tratamentului cu nicotină, în diferite concentrații, aplicat indivizilor de vDrosophila melanogaster, într+o populație revers-mutantă.In: Genetica si evolutionism (editata de Bara si colab., 2000), Editura CORSON-Iași, 79-84

CÎRLAN, M., CREANGĂ, ȘT., 2001. Evoluția determinismului genetic al sexelor. Editura Sedcom Libris, Iași.

COOK, L.M., 1976. Population Genetics. Chapman and Hall, A Halsted Press Book London, John Wiley & Sons, Inc., New York.

CRĂCIUN, T., I., TOMOZEI, N., COLEȘ, A., NASTA, Genetica, Editura Didactică și Pedagogică București – 1978.

CREED, E. R., 1971. Ecological Genetics and Evolution. Essays in Honour of E. B. Ford. Blackwell, Oxford.

CROW, J. F., KIMURA, M., 1970. An Introduction to Population Genetic Theory. Harper and Row, New York.

DARWIN, CH., WALLACE, A. R., 1958. Evolution by natural selection. Cambridge University Press.

DOBZHANSKY, T., 1970. Genetics of the evolutionary process. Columbia University Press, New York.

DUBININ, N. P., 1985, Genetica, Chișinău, Știința;

DUBININ, N. P., 1977, Mișcarea eternă, Editura Politică, București;

ENESCU V., 1985, Genetica Ecologică, Ed. Ceres, București;

FALCONER, D. S., 1960. Introduction to quantitative Genetics. Oliver and Boyd, Edinburgh.

FORD, E. B., 1975. Ecological Genetics, 4th Edition. Chapman and Hall, London.

GLASS, BENTLEY, SACKS, M. S., JAHN, E. F., HESS, C., 1952. Genetic Drift in a Religious Isolate: An Analysis of the Causes of Variation in Blood Group and Other Gene Frequencies in a Small Population. American Naturalist, 86, 145-160.

HENLE, K., 1991. Some reflections on evolutionary theories, with a classification of fitness. Acta Biotheoretica, 39, 91-106.

KIMURA, M., OHTA, T., 1971. Theoretical Aspects of Population Genetics. Princeton University Press, Princeton, New York.

KING, J. L., JUKES, T. H., 1969. Non-Darwian evolution. Science, 164, 788-798.

KREBS, CH. J., 1972. Ecology. The Experimental analysis of distribution and abundance. Harper & Row Publishers, New York, Evanston, San Francisco, London.

METTLER, L.E., GREGG, T.G., 1974, Genetica populațiilor și evoluția, Editura Științifică București;

MOVILEANU V., POPA N., 1996, Genetică. Lucrări practice, Editura Știința, Chișinău;

PALII, A., 1998, Genetica, Ed. Musseum.

RACOVIȚĂ, E., 1929. Evoluția și problemele ei. Editura eugenică și biopolitică a Astrei, IV, Cluj, 183 pg.

RAICU P., NACHTIGAL M., 1969, Citogenetica. Principii și metode, Editura Academiei, București;

RAICU, P., 1980. Genetica. Editura Didactică și Pedagogică, București.

SABASANU, IONELA. 2000. Complementaritatea intergenică în cazul încrucișărilor reciproce sepia x vermilion și Müller 5 x vermilion, la Drosophila melanogaster. Lucrare de dizertație, Universitatea „Al. I. Cuza” Iași

SIMPSON, G. G., 1951. The meaning of evolution. New American Library, New York.

SLATKIN, M., 1985. Gene flow in natural populations. Annual Reviw af Ecology and Systematics, 16, 393 – 430.

STRICKBERGER, M.W., 1962. Experiments in Genetics with Drosophila. John Wiley & Sons, Inc., New York, London, Sydney.

STUGREN, B., 1969. Evoluționismul în secolul 20. Certitudini. Divergențe. Idealuri. Editura Politică, București.

TOMA, N., GAVRILĂ, L., 2000. Ereditatea extranucleară. Editura Universității din București.

TUDOSE, I. GH., 1992 – 1993. Genetica vol I – II. Editura Univ. „Al. I. Cuza” Iași.

TUDOSE I.GH., BRANDSCH R., 1969, Modificări în desfășurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster, sub influența efedrinei și influența acestei substanțe asupra cromosomilor uriași. Cercetări de Genetică, Editura Didactică și Pedagogică, București, 404-407.