Biologie

 

DINAMICA FONDULUI DE GENE INTR-O POPULATIE EXPERIMENTALA DE DROSOPHILA MELANOGASTER, SUB PRESIUNE SELECTIVA

CUPRINS:

Introducere

I. Istoric

I.1. Din istoricul cercetarilor

I.1.1. Din istoricul cercetarilor pe plan mondial

I.1.2. Din istoricul cercetarilor efectuate in Romania

II. Drosophila melanogaster - caracterizare general-biologica si ecologica

II.1. Incadrarea sistematica a speciei Drosophila melanogaster

II.2. Date morfologice

II.3. Ciclul de viata

II.4. Raspandire si ecologie

II.4.1. Habitatul natural si conditiile de laborator

II.4.2. Temperatura - factor fizic ce influenteaza dezvoltarea speciei Drosophila melanogaster

II.4.3. Umiditatea - factor fizic ce influenteaza dezvoltarea speciei Drosophila melanogaster

II.4.4. Prolificitatea - factor ce influenteaza dezvoltarea speciei Drosophila melanogaster

II.4.5. Longevitatea - factor ce influenteaza dezvoltarea speciei Drosophila melanogaster

II.5. Unii paraziti ai culturilor de Drosophila melanogaster

II.6. Determinismul sexelor la Drosophila melanogaster

III. Elemente de genetica a populatiilor si evolutie

III.1. Definitia si caracterizarea populatiei

III.2. Factorii care determina compozitia si dinamica genetica a populatiilor

IV. Scopul investigatiilor

V. Materiale si metode de lucru

VI. Rezultate si discutii

Concluzii

Bibliografie

INTRODUCERE

Genetica, termen provenit din grecescul gennao - "a naste", introdus in anul 1906 de catre W. Bateson, este disciplina biologica ce se preocupa cu studiul ereditatii, variabilitatii si determinismului caracterelor.

Dintre toate ramurile biologiei, ea a cunoscut pana in zilele noastre cea mai accelerata ascensiune, numerosi savanti consacrandu-se unei munci perseverente si pasionante, efectuand studii compexe in domeniul ereditatii si variabilitatii organismelor, raspunzand unor intrebari care, de milenii, au preocupat omenirea. De la procesele ce guverneaza dezvoltarea plantelor, animalelor si microorganismelor, pana la ameliorarea soiurilor de plante si animale, de la structura genei, pana la terapia genetica a cancerului, genetica a fost chemata sa gaseasca raspunsuri, solutii, explicatii pe care nici o alta disciplina bilogica nu le-a putut oferi.

A fost nevoie de conlucrarea stransa cu numeroase alte ramuri ale biologiei, ca: fiziologia, biochimia, biofizica, citologia, ecologia, microbiologia, virusologia, etc. Aceasta conlucrare a permis geneticii o dezvoltare furtunoasa, din ea separandu-se alte ramuri noi care studiaza ereditatea la diferite nivele, cu ajutorul unor metode specifice. Astfel, descoperirea procesului de diviziune celulara si aprofundarea studiului componentelor celulare, mai ales al compexului nucleu - citoplasma, a realizat o conexiune puternica intre citologie si genetica, conexiune ce a dat mai tarziu nastere citogeneticii.

Descoperirea energiei atomice si a actiunii radiatiior asupra plantelor, animalelor si omului, a dus la aparitia radiogeneticii, stiinta care studiaza efectul radiatiilor asupra ereditatii. Importanta cercetarilor de radiogenetica este incontestabila, mai ales prin elaborarea unor metode care asigura protectia organismelor de efectul nociv al radiatiilor.

Deosebit de ample au fost investigatiile privind rolul diferitelor componente biochimice ale celulelor in procesul de transmitere a informatiei ereditare de la parinti la urmasi. Descifrarea codului genetic a pus in evidenta legatura dintre acizii nucleici si biosinteza proteinelor. S-a reusit sa se studieze ereditatea la nivelul structurilor moleculare si, procesele biochimice si biofizice care au loc in celula vie. Astfel, a luat nastere genetica moleculara, care studiaza ereditatea cu ajutorul metodelor moderne de investigatie ale biofizicii, biochimiei, virusologiei, matematicii, etc.

Cunostintele actuale asupra mecanismelor ereditare, asa cum actioneaza ele la nivelul individului, desi departe de a fi complete, au devenit foarte specializate si de o mare subtilitate.

In acelasi timp, s-a recunoscut ca exista forme de organizare superioare nivelului individual, de importanta hotaratoare in natura. Acestea reprezinta grupari de indivizi ai aceleeasi specii ce interactioneaza unii cu altii, alcatuind populatii si grupari de populatii ale diferitelor specii, aflate in interactiune, care alcatuiesc comunitatile biotice. Pentru a intelege complexitatea interactiunilor la nivelele superioare celui individual, trebuie abordate problemele populatiei. De aceasta latura a stiintei se ocupa genetica populatiilor.

Genetica, ca si alte discipline, a cunoscut momente de incertitudine, cand i-au fost puse la indoiala teoriile de baza. Astfel este momentul Temin, care descopera enzima reverstranscriptaza, capabila sa realizeze sinteza de ADN pe matrita ARN si demonstreaza ca moleculele dezoxiribonucleice nu sunt singurele purtatoare de informatie ereditara.

Un alt moment este acela al descoperirii prionilor, particule infectioase responsabile de asa-numitele encefalopatii subacute spongioase transmisibile (de exemplu, bolile scrapie si Creutzfeldt-Jacob). Stanley Prusiner a reusit sa demonstreze ca agentul cauzal al acestor maladii nu este altceva decat o molecula proteica constituita din 254 de reziduuri aminoacidice, ea fiind varianta modificata a unei proteine ce exista in mod obisnuit in celulele nervoase. Proteina normala, produs al unei gene numite gena prionilor, se deosebeste de cea patologica doar prin conformatia tridimensionala, ambele avand aceasi conformatie aminoacidica. Esential este faptul ca proteina prionoca modificata se comporta ca un veritabil agent patogen, transmitand boala la indivizii sanatosi, cu conditia ca acestia sa posede in celule o copie normala a genei prionilor. Printr-un mecanism inca neelucidat, proteina infectioasa, ajunsa intr-un asemenea organism, transforma prionii normali in prioni patologici. De aceea a fost avansata ipoteza ca proteina prionica scrapie detine informatia necesara acestei transformari. Daca cercetarile ulterioare o vor confirma, ipoteza lui Prusiner, atat de contestata in lumea stiintifica mondiala, va trebui sa fie acceptata macar ca o exceptie de la dogma centrala a geneticii.

*

Doresc a-i multumi pe aceasta cale domnului profesor dr. Ion Bara, coordonatorul stiintific al acestei lucrari, pentru sprijinul acordat de-a lungul celor patru ani de facultate, pentru bibliografia pusa la dispozitie, pentru accesul la Laboratorul de Genetica al Facultatii de Biologie, dar nu in ultimul rand pentru sfaturile sale nepretuite care m-au apropiat de persoana dumnealui si de disciplina pe care o conduce.

I. ISTORIC

I.1. Din istoricul cercetarilor

I.1.1Din istoricul cercetarilor pe plan mondial

Prima persoana care a crescut indivizi de Drosophila melanogaster pe medii nutritive, in laborator, a fost C. W. Woodworth. Avantajele folosirii indivizilor acestei specii, ca obiect de studiu, au fost sesizate de catre W. E. Castle, care a si efectuat, de altfel, primele cercetari pe Drosophila melanogaster, intre anii 1901 - 1905. Ulterior, el a recomandat aceasta specie lui T. H. Morgan, care a inceput sa o cultive din anul 1909. Laboratorul din Universitatea Columbia, celebra "Fly Room", a functionat sub conducerea lui T. H. Morgan intre anii 1910 - 1926. Impreuna cu ilustrii sai colaboratori (Alfred Henry Sturtevant, Calvin B. Bridges si Hermann Joseph Müller), Morgan a elaborat istorica teorie cromosomiala a ereditatii (1910 - 1915), prezenta in lucrarea Mechanisms of Mendelian Inharitance (publicata in anul 1915). Morgan si colaboratorii sai au demonstrat, experimental, legatura dintre principiile stabilite de Mendel pentru mostenirea caracterelor si cromosomi, aratand ca genele, purtatori materiali ai informatiei ereditare, sunt localizate pe cromosomi, intr-o ordine liniara. Mai mult, ei au demonstrat ca genele plasate pe acelasi cromosom au tendinta de a se transmite in bloc, in succesiunea de generatii. Fenomenul a fost denumit, de Morgan si scoala creata de el, "linkage" (inlantuire).

Astfel, Drosophila melanogaster, avand patru perechi de cromosomi, are patru grupe de inlatuire. Pe baza experimentelor de incrucisare, s-a putut determina carui grup de linkage (I, II, III sau IV) ii apartine o gena, precum si pozitia pe care aceasta o ocupa in cadrul cromosomului respectiv.

Apoi s-a dovedit ca la femelele de Drosophila melanogaster linkage-ul nu este complet, in sensul ca uneori are loc schimbul de gene intre cromosomii omologi, fenomen denumit de T. Morgan "crossing-over". Prin investigatiile minutioase si repetate s-a demonstrat ca frecventa crossing-over-ului este dependenta de distanta dintre genele din acelasi grup de linkage. Cu cat distanta dintre gene este mai mare, cu atat creste frecventa recombinarilor. Pe baza acestor observatii, A. H. Sturtevant (unul din discipolii lui Morgan) a realizat prima harta cromosomiala, luand ca unitate de distanta asa-numita unitate Morgan, echivalenta cu un procent de recombinare.

Mai tarziu, in 1920, T. H. Morgan s-a mutat la Institutul de Tehnologie din California, impreuna cu Bridges si Sturtevant. Tot in 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 si W. S. Stone. Experimentele de mutageneza efectuate de Müller asupra Drosophilei au demonstrat ca radiatiile Röentgen provoaca mutatii (la indivizii acestei specii), infirmand conceptia autogenetica, potrivit careia factorii exteriori nu pot modifica ereditatea organismelor.

Putin mai tarziu, in Rusia, Nicolai Petrovici Dubinin si colaboratorii sai au identificat o serie intreaga de mutatii noi.

In anul 1928 Hanson si Heys provoaca aparitia de mutatii la Drosophila melanogaster cu ajutorul radioului. Ulterior Auerbach (1949) publica o cronica detaliata a mutatiilor determinate de factori chimici, asemanatoare celor produse de razele X.

In paralel cu experimentele de hibridare si mutageneza chimica, au fost efectuate si investigatii citologice asupra musculitei de otet. Astfel, in 1908, Stevens stabileste pattern-ul cromosomial al femelei, dar nu si pe cel al masculului. Bridges (1914), identifica cromosomul Y la o femela care prezenta formula 6A + XXY. Metz evidentiase cromosomii drosofilei, tot in 1914, identificand cele patru perechi de cromosomi ale femelei, dar cromosomul Y de la mascul ramasese neobservat. Abia in 1935, Darlington a demonstrat ca linkage-ul heterosomal complet si indestructibil, la masculii de Drosophila melanogaster, se datoreaza faptului ca heterosomii X si Y nu sunt omologi.

Studiile biochimice efectuate de catre Buternandt si colaboratorii sai au constatat ca gena v⁺(v = vermilion, ochi de culoare rosu aprins) controleaza conversia triptofanului in kinurenina. Mai tarziu s-a demonstrat ca un al doilea pas pe calea sintezei pigmentului maro din ochii de Drosophila melanogaster este controlat de gena cn⁺ (cn = cinnabar, ochi purpurii), a carei mutatie blocheaza conversia kinureninei in 3-hidroxikinurenina. Aceste cercetari biochimice au dat nastere conceptiei "o gena - o enzima", care ulterior a fost reformulata.

Cercetarile efectuate de catre Edward B. Lewis, la inceputul anilor 1940, au condus la elaborarea asa-numitului test cis-trans pentru demonstrarea alelismului de functie la Drosophila melanogaster. Cu ajutorul acestui test se poate afla daca doua mutatii ce afecteaza un anumit caracter, sunt localizate in aceeasi gena sau in gene diferite. Testul trans, numit si test de complementare, constituie, actualmente, o modalitate de definire a genei - unitatea fundamentala de nefunctie a materialului ereditar.

Conceptia clasica despre gena ca unitate de functie, de mutatie si de recombinare, a suferit modificari esentiale in urma studiilor lui N. P. Dubinin asupra mutatiilor scute (sc) la Drosophila. Analizand raporturile de alelism dintre scute-1, scute-2, scute-3, Dubinin a ajuns la concluzia ca gena nu se comporta ca o entitate indivizibila in procesul de mutatie (asa cum postulase T. Morgan). In anii 1929 - 1933, pe baza observatiilor asupra comportamentului alelelor scute (14 alele notate sc1-sc14), N. P. Dubinina elaborat teoria divizibilitatii genei, care a devenit mai tarziu un principiu central al geneticii moleculare.

Cercetarile efectuate asupra Drosophila melanogaster au contribuit la elucidarea a numeroase fenomene de nivel individual si populational. Actualmente, studiile asupra musculitei de otet se inscriu in sfera geneticii dezvoltarii, ramura care incearca sa elucideze mecanismele complexe ale reglajului genetic la eucariote, mecanisme direct implicate in procesele de diferentiere si metamorfoza.

De la infiintarea celebrului laborator al lui T. H. Morgan, numarul celora care studiaza drosophila a crescut necontenit. Sute de laboratoare investigheaza astazi genele si cromosomii acestei miraculoase vietati. In Statele Unite ale Americii exista doua mari centre care mentin culturi de mutante si anume: Drosophila Stock Center de la Institutul de tehnologie din California (Pasadena), si Mid-America Stock Center de la Universitatea de Stat din Bowling Green.

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

I.1.2. Din istoricul cercetarilor efectuate in Romania

La initiativa lui G. Marinescu ia nastere in anul 1936 Societatea de Genetica din Romania care a contribuit la dezvoltarea cercetarilor de genetica si la schimbul de idei intre oamenii de stiinta din acest domeniu.

In 1936 Gh. Stroescu isi trece la Sorbona teza de doctorat in stiinte, sub coordonarea profesorului N. Caullrey, cu un subiect de genetica experimentala la Drosophila melanogaster, tratand o noua serie de alele multiple. Lucrarea avand titlul "Une nouvelle serie d alleles multiples determinant le caractere-scalloped et localisee dans le cromosome sexuel, chez Drosophila melanogaster

Tot in anul 1936 a avut loc prima comunicare, din Romania, privind mutantele de Drosophila melanogaster, lucrarea fiind elaborata de G. K. Constantinescu si Veturia Derlogea.

Prin atasatul agricol al S.U.A. in Bucuresti, profesorul G. K. Constantinescu a solicitat in 1941 Departamentului de Genetica de la Carnegie Institute of Washington, suse de Drosophila melanogaster cu mutatii pe anumiti cromosomi, fapt ce a permis ulterior o analiza sistematica a mutatiilor ce se obtineau in laborator, cu precizarea locusului in care se aflau.

La intoarcerea din Gemania, unde a fost trimis pentru specializare, Gh. Radu a adus numeroase carti de genetica si toate mutantele de Drosophila, in numar de 400, pe care le avea profesorul Timofeev-Resovsky (stocul de mutante din Berlin, la epoca respectiva, fiind cel mai valoros si mai complet din Europa).

Primele cercetari genetice pe Drosophila melanogaster, realizate de un roman, au fost acelea efectuate de Gheorghe Radu in Germania in 1943. Intr-o suita de sapte lucrari experimentale a studiat cu ajutorul razelor X inducerea mutatiilor in gametii de Drosophila. Utilizand diferite doze de radiatii Röentgen, a evidentiat, indeosebi, rata translocatiilor intre cromosomii perechilor II si III.

Toate cele sapte lucrari au fost publicate in revista "Naturwissenschaft".

Gh. Radu in colaborare cu Kanelli continua seria de studii abordand, in cadrul a trei lucrari, studiul citogenetic al cromosomilor perechii I la Drosophila melanogaster prin iradierea masculilor cu raze X, studiul comparativ al translocatiilor genetice intre cromosomii perechilor II si III, precum si studiul altor aberatii cromosomiale precum inversiunile, duplicatiile si gapsurile.

Rezultatele cercetarilor analizei genetice asupra populatiei de Drosophila melanogaster din Bucuresti, identifica mutatiile: forked, abnormal venation si white. S-au identificat la Drosophila melanogaster sapte mutatii, dintre care patru localizate in cromosomii perechii I si trei in cromosomii perechii II.

Dupa cel de-al doilea razboi mondial, cercetarile de genetica, teoretica si experimentala, s-au amplificat si diversificat, infiintandu-se catedre si laboratoare de cercetare in diferite institutii stiintifice.

In anul 1964 s-a tinut la Universitatea din Bucuresti primul simpozion national de genetica, la care s-au prezentat peste 70 de referate stiintifice si comunicari. Al doilea simpozion de genetica, desfasurat in 1967 la Bucuresti, a avut printre participanti cunoscuti specialisti straini. In cadrul acestui simpozion, Gh. Radu prezinta comunicarea "Modificarile citogenetice in cromosomii de Drosophila melanogaster prin iradieri fractionate cu raze X".

La Facultatea de Biologie din Iasi, introducerea studiilor asupra drosofilei este asociata cu numele Prof. Dr. Iordachi Gh. Tudose (1937 - 1997).

Dintre lucrarile sale amintim: Modificari in desfasurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster sub influenta efedrinei si actiunea acestei substante asupra cromosomilor uriasi, 1969, in colaborare cu R. Brandsch (actualmente profesor la Universitatea "Albert Ludwigs" din Freiburg, Germania); Influenta acidului nicotinic asupra desfasurarii ciclului vital la Drosophila melanogaster, 1977, in colaborare cu Alexandra Rabacov.  

In revistele de specialitate din Romania sunt publicate numeroase articole care au ca obiect de studiu Drosophila melanogaster. S-au realizat numeroase experiente privind organizarea cromosomilor uriasi, actiunea selectiei asupra diferitelor populatii de Drosophila, fenomenul de curtare realizat de masculi, obtinerea de mutante sub actiunea substantelor chimice si agentilor mutageni fizici, fenomenul de apoptoza si rolul mortii celulare in dezvoltarea si metamorfoza Drosophilei. 

II. DROSOPHILA MELANOGASTER - CARACTERIZARE GENERAL-BIOLOGICA SI ECOLOGICA

Aceasta specie a fost descrisa la mijlocul secolului al XIX- lea sub numele de Drosophila ampelophila, ceea ce inseamna "iubitoare de vita de vie" (gr. ampelos = vita de vie, philos = iubitor ). Ulterior i s-a dat numele de Drosophila melanogaster, adica "iubitoare de roua, cu abdomenul negru" (gr. drosos = roua, apa, lichid; philos = iubitor; melas = negru; gastris = stomac).

II.1. Incadrarea sistematica a speciei Drosophila melanogaster

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

Genul Drosophila este impartit intr-un numar de subgenuri, si anume: Hirtodrosophila, Pholadoris, Dorsilopha, Phloridorsa, Sophophora si Drosophila. Unele dintre subgenuri au fost divizate in "grupuri de specii". De exemplu, subgenul Sophophora cuprinde sapte grupuri de specii, dintre care Saltans, Willistoni si Melanogaster, ultimului apartinandu-i Drosophila melanogaster.

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

O problema disputata este incadrarea Familiei Drosophilidae intr-un anumit subordin. Astfel, unii autori plaseaza aceasta familie in Subordinul Brachycera, considerand nepotrivita crearea unui nou subordin - Cyclorrapha - in cadrul Ordinului Diptera. Diferenta majora dintre cele doua subordine amintite (invocata de sistematicienii ce recunosc Subordinul Cyclorrapha) este forma deschiderii prin care adultul emerge din puparium, si anume: forma literei T, la Brachycera si forma circulara la Cyclorrapha.

Mentionam ca denumirea de Acalyptratae semnifica prezenta caliptrelor foarte mici la idivizii ce fac parte din acest grup, iar cea de Schizophora, prezenta scizurii frontale de forma literei U.

II.2. Date morfologice

Drosophila melanogaster are aproximativ 2 mm lungime, avand corpul moale de culoare gri-galbuie si doi ochi compusi mari, de culoare rosie-caramizie (la tipul salbatic). In regiunea capului mai prezinta trei ochi simpli numiti oceli si doua antene mici, aristate, formate din cate trei segmente; pe cel de-al treilea segment antenal se afla arista. Aparatul bucal este adaptat pentru lins si supt, drosofila consumand hrana lichida sau lichefiata in prealabil cu ajutorul secretiei glandelor salivare.

Ca toate dipterele, musculita de otet prezinta doua aripi mari, mezotoracice, aripile de pe metatorace fiind transformate in haltere (organe de echilibru). Pe fiecare segment toracic se afla cate o pereche de picioare adaptate la mers.

Numarul segmentelor abdominale vizibile este diferit la cele doua sexe - sapte la femela si cinci-sase la mascul. Acest numar mic de segmente la masculi este consecinta fenomenului de telescopare a ultimelor segmente abdominale.

Adultii de Drosophila melanogaster prezinta dimorfism sexual, manifestat atat prin diferente dimensionale, cat si morfologice. Femelele sunt mai mari decat masculii. Au abdomenul oval cu extremitatea posterioara putin ascutita. La masculi varful abdomenului este rotunjit si colorat in maro-negru.

Numarul de omatidii ce intra in alcatuirea ochiului complex este diferit la cele doua sexe, si anume: 780 la femela, respectiv, 740 la mascul.

Masculii prezinta asa numitul "pieptene sexual" care serveste la imobilizarea femelei in timpul acuplarii. Acesta este format din perisori negri, rigizi, ce se gasesc pe primul articol tarsal al picioarelor anterioare (perechea I), mai precis, in apropierea articulatiei dintre tibie si tars. Evident ca diferentele cele mai insemnate dintre mascul si femela tin de organizarea interna, mai ales de organizarea sistemului reproducator.

Sexul larvelor se determina tinand cont de pozitia si marimea gonadelor. Acestea sunt localizate in partea antero-laterala a larvei, in corpii grasi. Testicolele sunt mult mai mari decat ovarele (de trei ori mai mari) si au o forma ovala. Ele pot fi observate cu ochiul liber datorita transparentei tegumentului larvei.

II.3. Ciclul de viata la Drosophila melanogaster

Ca toate dipterele, Drosophila melanogaster prezinta metamorfoza completa (este o insecta holometabolica), ciclul sau vital parcurgand stadiile de ou, larva, pupa si adult. Durata ontogeniei variaza in functie de temperatura, umiditate, compozitia mediului nutritiv etc.

   

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

Figura 2. Stadiul de ou (Autorul necunoscut)

Stadiul de ou. Este cuprins intre momentul depunerii oului de catre femela adulta si cel al aparitiei larvei corespunzatoare. Oul este de tip centrolecit, are o lungime de 0,5 mm si forma ovala, cu partea dorsala mai bombata decat cea ventrala, aplatizata. Membrana externa, numita si chorion, este groasa, opaca, si prezinta un model de semne hexagonale. In partea anterioara si dorsala oul prezinta o pereche de filamente

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

Figura 3. Stadiul de larva (Autorul necunoscut)

Stadiile larvare la Drosophila melanogaster sunt in numar de trei, fiind separate intre ele prin doua naparliri.

Larva de stadiu I paraseste oul prin micropil, este mica, foarte mobila si se hraneste cu mare repeziciune. Este o larva de tip apod (fara apendici), acefala (capsula cefalica este infundata comlet in torace). Aparatul bucal de tip primitiv (adaptat pentru rupt si mestecat), prezinta mandibule puternice, ca niste carlige, cu ajutorul carora larva patrunde in materialul nutritiv. Acest prim stadiu larvar dureaza aproximativ 24 de ore.

Figura 4. Stadiul de pupa (Autorul necunoscut)

Pe masura ce larva creste, cuticula sa chitinoasa devine neancapatoare, astfel, ca larva o paraseste si isi sintetizeaza o noua cuticula (naparleste).

Larva de stadiul II apare in urma primei naparliri. Aceasta este mai mare si continua sa se hraneasca timp de 24 de ore, dupa care sufera inca o naparlire.

Larva de stdiul III apare dupa cea de-a doua naparlire (dupa aproximativ sase zile de la fertilizare). Aceasta poate atinge 4,5 - 5 mm lungime, dezvoltandu-se pe parcursul a 48 de ore. 

Stadiul de pupa. Are o durata variabila, acest parametru fiind profund influentatde temperatura. La Drosophila melanogaster pupa este de tip coarctat "pupa butoias", o varianta a pupei adectice (cu mandibule nesclerificate) de tip liber, caracterizata prin aceea ca larva de stadiul III se impupeaza in interiorul ultimei exuvii larvare. La inceput, invelisul pupal chitinos este alb si moale. Odata cu scurtarea corpului larvei, el se intareste si se inchide la culoare, fiind numit si puparium. Are forma ovala, masoara 2,5 - 3 mm si prezinta in partea anterioara doua prelungiri ce corespund spiraculelor evaginate ale fostei larve.

Stadiul de imago. In urma transformarilor ce au loc in interiorul invelisului pupal, se formeaza adultul, care eclozeaza printr-o deschidere circulara din regiunea anterioara a pupariumului.

Figura 5. Pereche de adulti apartinand speciei Drosophila melanogaster (Autorul necunoscut)

La inceput insecta este foarte lunga, cu aripile nedesfacute, lipite de corp, si are o culoare deschisa. Aceste caracteristici ale adultilor nou eclozati constituie criteriile care ii deosebesc de insectele batrane. Dupa 24 de ore de la iesirea din pupa indivizii ating maturitatea de reproducere. Astfel femelele vor accepta un mascul pentru a fi fertilizate. Interesant, s-a constatat ca femelele de Drosophila melanogaster sunt monogame.

Desfasurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster.

Inainte de a prezenta etapele dezvoltarii la Drosophila melanogaster, consideram necesara definirea altor doua procese - determinarea si diferentierea.

Determinarea reprezinta evenimentul reglator ce stabileste un pattern (model) specific al activitatii genelor, caracteristic pentru un tip dat de celula. Cu alte cuvinte, determinarea corespunde unei programari, programare anterioara specializarii.

Diferentierea (corolar al diferentierii) constituie conditia adoptata de celulele specializate structural si functional.

Procesul complex al dezvoltarii la musculita de otet parcurge cateva etape esentiale, si anume: embriogeneza, cresterea larvara, impuparea si metamorfoza.

Dezvoltarea embrionara are loc consecutiv fecundatiei si se desfasoara in interiorul membranei oului. Oul nefecundat, format in ovarul femelei, este expulzat in uter, unde are loc fecundatia.

Stadiul initial al dezvoltarii embrionare consta in formarea primilor doi nuclei prin diviziunea mitotica a nucleului zigotic, aceasta avand loc imediat dupa fertilizare. Timpul necesar pentru un ciclu de replicare a ADN si o mitoza este de aproximativ 10 min. Dupa doua diviziuni sincrone, cei 512 nuclei rezultati migreaza spre suprafata externa a oului (cortex), formand asa numitul blastoderm sincitial. Aproximativ 40 de nuclei migreaza, in schimb, la polul posterior al oului, unde vor da nastere celulelor polare. Nucleii din cortex continua sa se divida, se inconjoara cu citoplasma si se inchid in membrana, formand ceea ce se numeste blastoderm celular. Acest stadiu apare aproximativ la 2,5 ore de la fertilizare si se prezinta sub forma unui singur strat de celule, situat la exteriorul embrionului. Trebuie precizat ca dezvoltarea embrionara incepe cu stabilirea polaritatii oului, de-a lungul axelor antero-posterioara si dorso-ventrala. Acest proces prezinta importanta majora, fiind demonstrat faptul ca, mutatiile cre afecteaza polaritatea sunt cauza dezvoltarii structurilor anterioare in regiunea posterioara, respectiv a celor doua dorsale in partea ventrala a oului.

In stadiul de blastoderm, soarta fiecarei regiuni a oului este deja stabilita. Cercetarile au dovedit ca trasaturile majore ale planului corpului larvei si adultului, sunt prezente inca din acest stadiu timpuriu al embriogenezei. Proiectiile bidimensionale ale organelor externe ale adultului pe suprafata blastodermului, sunt cunoscute sub numele de "fate maps" - harti ale destinului.

Celulele blastodermului urmeaza doua cai posibile de dezvoltare. Astfel, majoritatea lor vor continua sa se divida, se vor diferentia si vor asigura formarea embrionului. O parte dintre blastomere se vor separa de celelalte, ele constituind celulele de origine ale tesuturilor viitorului adult. Aceste celule programate sa genereze structuri adulte se vor organiza in asa numitele discuri imaginale. Exista 12 perechi de discuri bilaterale si un singur disc genital, de exemplu: o pereche pentru ochi si antene, trei perechi pentru picioare, o pereche pentru aripi, o pereche pentru haltere, etc.

Alte celule ale blastodermului vor forma structurile interne si externe ale larvei. Desi planul viitorului organism adult este prezent inca din stadiul de blastoderm, segmentele acestuia nu se disting. Segmentele sunt structuri morfologice vizibile, atat la adult, cat si la larva.

Embrionul de 10 ore prezinta trei segmente toracice si opt abdominale, separate prin santuri, corespunzand segmentelor viitorului adult. In acest stadiu al dezvoltarii, celulele fiecarui segment sunt determinate sa formeze fie un compartiment anterior (jumatatea anterioara a respectivului segment), fie un compartiment posterior (jumatatea posterioara a acestuia).

Segmentul nu este altceva decat unitatea de structura a embrionului, in timp ce compartimentul constituie unitatea de dezvoltare formate din celulele viitoarelor discuri imaginale. Descendentii acestor celule, numite si celule fondatoare, nu pot trece dintr-un compartiment in altul, astfel ca la embrionul tardiv si la adult, compartimentul se distige prin aceea ca include numai celulele provenind din linia fondatoare corespunzatoare.

Trebuie precizat ca in stadiul de blastoderm, cea mai mare parte a embrionului este divizata intr-o serie de compartimente alternative, anterioare si posterioare. Un segment adult insa, consta dintr-un  singur compartiment anterior, urmat de unul posterior.

La nivelul blastodermului a fost sugerat si un alt tip de segmentare, situatie in care santurile de separare sunt vizibile intre asa numitele parasegmente. Un parasegment consta din compartimentul posterior al unui segment si compartimentul anterior al segmentului urmator. Astfel, granitele dintre segmente corespunde cu centrele parasegmentelor.

Toate aceste procese sunt controlate de genele de segmentare, ale caror mutatii afecteaza atat numarul cat si polaritatea segmentelor corpului.

Regiune posterioara a oului contine componente citoplasmatice numite granule polare, iar nucleii care migreaza in aceasta regiune formeaza asa numitele celule polare, care sunt precursorii celulelor germinale ale adultului. Daca regiunea posterioara a oului este distrusa inainte de migrarea nucleilor, sau daca aceasta este impiedicata prin ligatura embrionului, musculita adulta se dezvolta, totusi, dar este sterila, neavand celule germinative. Transplantul de citoplasma polara in regiunile anterioare ale oului, induce formarea celulelor polare in regiuni neobisnuite. Asemenea celule polare induse pot genera celule germinale functionale daca sunt inlaturate chirurgical si injectate in regiunea posterioara a embrionilor marcati genetic. Astfel, citoplasma specifica de la polul posterior al oului, propaga in nucleii ce migreaza la acest pol, o stare de determinare care, conduce la o forma specifica de diferentiere.

A fost formulat postulatul conform caruia intr-un segment sau compartiment individual, una sau mai multe gene selectoare (detinatoare de informatie pozitionala) determina o cale particulara de dezvoltare pentru celulele din acest compartiment.

Mutatiile acestui sistem de selectie, numite mutatii homeotice, modifica starea de determinare a celulelor dintr-un segment sau compartiment, astfel ca ele genereaza structuri intalnite normal in alte segmente. De exemplu, mutatia "tumouros head" (engl. = cap tumoral) transforma capul in ultimul segment abdominal si in genitalii.

La temperatura de 25^o C, dezvoltarea embrionara dureaza aproximativ 22 de ore si se incheie cu eclozarea larvei de stadiul I. Pe parcursul tuturor celor trei stadii larvare, din momentul aparitiei primului stadiu si pana la formarea pupariumului, celulele larvare nu se divid, desi larva creste considerabil.   

Figura 6. Larva de Drosophila melanogaster. Privire laterala. (Autorul necunoscut)

Aceasta crestere se datoreste exclusiv maririi taliei celulelor, care este insotita de replicarea ADN si formarea cromosomilor politenici (politenizare). Spre deosebire de celulele larvare, cele adulte (reprezentate de celulele discurilor imaginale) se divid in timpul acestei perioade.

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

La 25^oC, primul stadiu larvar dureaza 24 de ore, astfel ca, prima naparlire are loc la 46 de ore de la fertilizare. Al doilea stdiu larvar este cuprins intre cele doua naparliri (cea de-a doua naparlire larvara survine dupa 70 de ore de la fertilizare) si dureaza alte 24 de ore. Ultimul stadiu larvar atinge dimensiunea maxima dupa 48 de ore de la cea de-a doua naparlire.

Urmatoarea etapa a dezvoltarii la Drosophila melanogaster o constituie impuparea.

Problema formarii pupei si cea a pupariumului reprezinta motivul unei dispute indelungate intre specialistii in fiziologia insectelor. Este evident ca cele doua procese sunt identice. Astfel:

formarea pupariumului conduce la aparitia stadiului de prepupa si poate fi considerata prima parte a unei naparliri, epiderma fiind inca lipita de prepupariumul format in vechea cuticula a larvei de stadiul III;

finalizarea acestei naparliri si desprinderea epidermei fostei larve de puparium (ultima exuvie larvara) constituie tocmai procesul de impupare.

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

Formarea pupariumului, a pupei si metamorfoza au fost studiate de multi cercetatori, pe parcursul unei lungi perioade. Se cunosc 51 de stadii vizibile in timpul metamorfozei si descrie 24 de stadii utilizabile in analiza experimentala.

Cu opt ore inainte de a incepe formarea prepupariumului, larva de stadiul III nu se mai hraneste, paraseste mediul nutritiv, in cautarea unei suprafete relativ uscate. Aceasta etapa se mai numeste stadiul larvar hoinar. Dupa aproximativ 120 de ore de la fertilizare (la 25^oC), incepe procesul de formare a prepupariumului odata cu aparitia unei prepupe de culoare alba si care prezinta in partea anterioara spiraculele evertate, ea incetand sa se miste (timpul zero). Prepupa (si ulterior pupa) ramane fixata pe substarat prin intermediul unei proteine lipicioase secretata de glandele salivare ale larvei. In decursul a 20 de minute - o ora, culoarea prepupei devine maro. Dupa patru ore de la aparitia prepupei, in abdomenul abdomenul acesteia se formeaza o bula de aer, astfel ca organismul respectiv capata proprietatea de flotabilitate. Imediat dupa acest eveniment incepe formarea pupei propriu-zise, stadiu care atinge forma completa la aproximativ 12 ore de la momentul zero - inceperea formarii prepupariumului.

Ciclul de dezvoltare continua cu metamorfoza, etapa in care au loc intense procese de histoliza si histogeneza. Majoritatea celulelor larvare sufera autoliza, cu exceptia tuburilor Malpighi si a unor celule nervoase. Tesuturile adulte iau nastere din celulele discurilor imaginale. Acestea pot fi grupate in doua categorii, si anume: discuri ale carei celule au suferit diviziuni in timpul vietii larvare, dar au incetat sa se divida in timpul impuparii, si celule imaginale care se divid in perioada timpurie a metamorfozei, cum sunt histoblastele abdominale.

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

Celulele discurilor imaginale cresc, sufera miscari morfogenetice si se diferentiaza, conducand la constituirea adultului de Drosophila melanogaster. Precizam faptul ca gonadele adultului se diferentiaza pornind de la gonadele larvare (care, la randul lor isi au originea in celulele polare), diviziunea reductionala si formarea gametilor avand loc in timpul metamorfozei. Astfel, adultii sunt apti de imperechere, in medie, dupa 220 de ore (la 25^oC) de la fertilizare.

II.4. Raspandire si ecologie

II.4.1. Habitatul natural si conditiile de laborator

Indivizii speciei de Drosophila melanogaster sunt frecvent intalniti in natura, pe fructele care au inceput sa fermenteze (mere, pere, prune, struguri, etc.). vara pot fi intalniti in vii, gradini, livezi sau in magazii, beciuri cu fructe si legume (mai ales daca acestea sunt alterate), in depozite, pe tescovina aruncata si, in general, in locurile insalubre. Aceasta specie nu prezinta diapauza, iernand in magazii, depozite, beciuri, etc.

In laborator, musculita de otet poate fi cultivata pe medii sintetice, care contin zahar si drojdie - componente ce mijlocesc procesul de fermentatie. Compozitia mediului are consecinte asupra ciclului vital, viabilitatii si prolificitatii insectei.

Unii autori impart mediile nutritive in cinci categorii, in scopul in care sunt folosite:

mediile standard, utilizate in orice scop - mentinerea culturilor, pregatirea incrucisarilor, etc;

mediile imbogatite, folosite cu scopul de a obtine larve mari necesare pentru studiul cromosomilor politenici si pentru studiile biochimice;

mediile "instant", disponibile in comert, usor de preparat in caz de urgenta;

mediile axenice, pentru cresterea musculitelor in conditii sterile;

mediile sintetice definite, pentru studiile biochimice.

II.4.2. Temperatura - factor fizic ce influenteaza dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Temperatura, ca si compozitie a mediului de cultura, influenteaza puternic desfasurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster. La temperaturile mai mari de +31^oC, femela devine, partial sau chiar total sterila. In regiunile cu umiditate sporita, musculita de otet poate tolera temperaturi mai ridicate ale aerului.

Temperatura optima pentru dezvoltarea indivizilor de Drosophila melanogaster este de +24 - +25^oC, la aceasta temperatura ciclul vital dureaza 9 - 10 zile (stadiului de ou ii revin 24 de ore, celui de larva 4 zile si pupei tot 4 zile). Astfel, intr-un an se pot obtine 40 de generatii.

La temperaturi mici, ciclul de dezvoltare al insectei se lungeste. Astfel, la + 20^oC, ciclul vital se prelungeste pana la 16 zile (larva 8 zile, pupa 6 - 8 zile), pe cand la + 10^oC durata ontogeniei ajunge la 75 de zile (larva de 57 de zile, pupa 13 - 18 zile).

Drosophila melanogaster prezinta mai multe tulpini "termosensibile". In majoritatea cazurilor temperatura permisiva este de + 18^oC sau + 20^oC, iar temperatura restrictiva este de + 29^oC.

II.4.3. Umiditatea - factor fizic ce influenteaza dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Umiditatea optima necesara dezvoltarii normale pentru Drosophila

este de 75 - 85 %. In unele cazuri, acest parametru poate deveni o problema serioasa.

Un nivel al umiditatii sub 70 % afecteaza profund fertilitatea si viabilitatea insectelor.

II.4.4. Prolificitatea - factor ce influenteaza dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Musculita de otet prezinta o prolificitate ridicata. In cursul vietii, o femela depune cateva sute de oua. In majoritatea cazurilor numarul oualelor depuse este de 200-300. Ameliorarea conditiilor de viata determina o crestere a numarului de oua depuse, uneori ajungand pana la 2000. In medie o pereche de insecte da nastere la aproximativ 170 de descendenti.

II.4.5. Longevitatea - factor ce influenteaza dezvoltarea Drosophilei melanogaster

Adultii de Drosophila melanogaster, in conditii de laborator, traiesc aproximativ 3-4 saptamani. Longevitatea depinde de conditiile in care sunt crescute insectele, si anume: temperatura, umiditatea, compozitia mediului nutritiv, densitatea populatiei, prezenta in mediu a parazitilor, etc.

In conditii optime, indivizii de Drosophila pot supravietui chiar 22 de saptamani (153 de zile). Exista unele mutante care au o viabilitate mult mai mare decat a Wild type (tipul normal sau salbatic), insa, de obicei, mutantele si liniile sunt mai putin viabile comparativ cu tipul normal.

II.5. Unii paraziti ai culturilor de Drosophila melanogaster

Se cunosc trei categorii de paraziti ce afecteaza culturile de Drosophila: fungi, bacterii si capuse.

Pentru a reduce contaminarea cu fungi se recomanda folosirea unui mediu axenic, care contine Nipagin M. Problemele apar in special la "tulpinile" cu crestere lenta, sau in cazul in care culturile sunt transferate de pe mediul contaminat pe mediul proaspat. In aceasta situatie, culturile contaminate trebuie transferate pe mediu continand atat Nipagen M, cat si acid propionic.

Infectarea cu bacterii este mai putin frecventa decat contaminarea cu fungi. Totusi, in cazul infectiilor bacteriene severe, insectele trebuie transferate pe mediu tratat cu dihidrostroptomicinsulfat si penicilina G.

Cele mai grave contaminari ale culturilor de Drosophila sunt cauzate de capuse. Sunt descrise doua clase:

capusele Mesostigmate - se intalnesc destul de rar, care se hranesc cu oualele de Drosophila si pot compromite cu usurinta o cultura.

capusele Anoetide - nu afecteaza musculitele intr-o maniera atat de directa. Ele se multiplica rapid si se fixeaza pe adulti, mai ales la nivelul genitaliilor. Indivizii paraziti devin sterili.

Pentru a preveni infestarea culturilor de Drosophila cu capuse, noile culturi trebuie tinute in carantina, examinate cu atentie si tinute cel putin doua generatii in afara colectiei proprii. Uneori chiar cele mai severe masuri de carantina sunt insuficiente. In aceste cazuri se foloseste un acid puternic - Tedion (2,4,5,4 tetracloro-difenilsulfona) sau benzoat de benzil.

II.6. Determinismul sexelor la Drosophila melanogaster

Wilson E. B. (1905) si Stevens N. M. (1905), citati de Petre Raicu (1980) au studiat concomitent determinismul cromosomial al sexelor la diferite specii, si au descoperit ca in acest proces intervin niste cromosomi specializati, 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 = samanta genitala, soma = corp). Restul cromosomilor au fost denumiti autosomi (gr. autos = el insusi, soma = corp).

La Drosophila melanogaster, 2n = 8, s-a remarcat ca femelele poseda patru perechi de cromosomi omologi, pe cand la masculi, sase cromosomi formeaza trei perechi, iar ceilalti doi cromosomi nu se pot imperechea fiind diferiti atat ca marime, cat si ca structura. Acesti doi cromosomi diferiti au fost notati cu X si Y, ei fiind heterosomii, iar ceilalti sase sunt cromosomii somatici (autosomii). Pe de alta parte, femelele au doi heterosomi identici, notati XX. Astfel, femelele sunt homogametice (gr. homoios = asemanator, gamos = unire, casatorie) producand un singur tip de gameti, in timp ce masculii sunt heterogametici (gr. heteros = diferit, gamos = unire, casatorie), producand doua tipuri de gameti: jumatate au trei autosomi si heterosomul X, cealalta jumatate  prezinta trei autosomi si heterosomul Y. Prin combinarea probabilistica in procesul fecundatiei a gametilor femeli de un singur tip cu gameti masculi de doua tipuri, rezulta 50% femele (XX) si 50% masculi (XY), sex ratio 1:1.

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

III. ELEMENTE DE GENETICA A POPULATIILOR SI EVOLUTIE

III.1. Definitia si caracterizarea populatiei

Populatia, ca entitate reala a lumii vii, poate fi definita si caracterizata, printre altele, din cel putin doua puncte de vedere - ca etapa in integrarea sistemelor biotice, si ca entitate taxonomica, subunitate a speciei.

Specia, ca sistem supraindividual de organizare si integrare a materiei vii se caracterizeaza, printre altele, printr-o mare heterogenitate interna, prin diversitate determinata de insasi structura si functiile elementelor sale componente. Specia, reprezinta, pe de alta parte, punctul nodal, entitatea care incheie sirul suprapunerilor unitatilor taxonomice cu a celor sistemice. In timp ce in ierarhia sistemica specia este integrata in biocenoza, in ierarhia sistenatica specia este subordonata genului, apoi familiei, clasei etc. Specia, ca etapa din organizarea si integrarea materiei vii, desi universala, se caracterizeaza prin variatie si neechivalenta, in sensul ca nu poate fi pus semnul egalitatii intre o specie vegetala si una animala, intr-o specie de la baza arborelui filogenetic, si una de la partea sa superioara etc. In consecinta pentru a caracteriza fara echivoc fenomenul specie, se impune gasirea unor criterii generale dar si universale, proprii tuturor speciilor. Apreciem ca cea mai completa lista, in acest sens, a oferit-o K. M. Zavadskii, in lucrarea "Specia si speciatia" (Vid i vidoobrazovannie - 1968). Cu unele mici modificari, pe care le-am operat noi, respectivele caracteristici sunt:

Numarul indivizilor. Specia, sistem suparindividual, se compune dintr-un numar optim de indivizi, care sa-i asigure atat perpetuarea, cat si integralitatea si teritorialitatea. Nivelul numeric (autoreglabil) al speciei, reprezinta una dintre trasaturile calitative ale acesteia.

Tipul de organizare. Specia se caracterizeaza printr-un anumit genofond, deci printr-o baza ereditara unica si are o organizare specifica, fapt ce-i asigura caracterul de unitate aparte in structura si organizarea lumii vii.

Reproducerea. Desi cu un anumit grad de variabilitate interna, specia are capacitatea de a se perpetua ca unitate aparte, discreta a lumii vii. Prin acest tip de perpetuare, specia isi conserva determinismul calitativ.

Discontinuitatea. Specia reprezinta o entitate biologica diferentiata, discreta.

Determinismul ecologic. Specia este adaptata la conditii determinate de existenta si este apta de concurenta. Ea ocupa un loc aparte in circuitul material si energetic al ecosistemului.

Determinismul geografic. Specia este raspandita prin indivizii sai, pe un teritoriu strict determinat. Arealul este considerat drept una dintre caracteristicile esentiale ale speciei.

Diversitatea formelor. Specia este diferentiata si poseda o anumita structura interna. Cuprinzand numeroase forme heterogene, specia are integraliatate si reprezinta un sistem.

Caracterul istoric. Specia are un trecut (actuala specie provine dintr-o specie ancestrala) si, evident, un viitor. Specia, deci, nu este un rezultat al evolutiei, ci si un purtator al acesteia (adica este o formatiune in cadrul careia se deruleaza procesul evolutiei).   

Stabilitatea. Specia are capacitatea de a-si mentine identitatea (caracteristicile genetice, spatiale etc.) pe o perioada geologica data.

Integralitatea. Specia nu este o simpla suma de indivizi ci o comunitate cu un anumit grad de integralitate, asigurat prin interactiuni intre indivizii ei componenti.

Asa cum precizam anterior, desi caracteristicile enumerate sunt proprii tuturor speciilor, nu inseamna ca ele se manifesta la fel la toate speciile. Pe de alta parte, orice modificare survenita pentru una dintre caracteristici antreneaza, automat, modificarea tuturor celorlalte caracteristici, intr-o masura mai mare sau mai mica. Sunt autori, de pilda, care apreciaza ca la speciile apomictice integralitatea este mult diminuata, in comparatie cu speciile amfimitice. De asemnea, caracterul de discontinuitate este considerat ca diminuat la speciile tinere, in curs de formare si stabilizare. Pe de alta parte, la speciile vechi (relicte chiar) discontinuitatea este neta, bine exprimata, dar diversitatea interna poate fi foarte slaba, mult diminuata. De pilda, la eucalipt, salcie, plop, rogoz, papadie etc., discontinuitatea speciilor (in cadrul genului) este foarte slab exprimata.

Iata de ce , a da o definitie categoriei de specie este dificil, daca nu chiar imposibil. Sunt nenumarate tentativele de definire a fenomenului specie dar, deocamdata, nici una nu este suficient de scurta, explicita si universal acceptata. In majoritatea definitiilor nu se tine seama de esenta fenomenului specie ci, mai degraba, de caracterele ei exterioare, formulandu-se "instructiuni" utile in recunoasterea si delimitarea speciilor de catre specialisti, in activitatea lor practica. Iata, pe scurt, cum au evoluat conceptiile, si, implicit, definitiile date speciei.

John Ray (1686 - 1704) concepea specia ca cea mai mica unitate de oganisme identice din punct de vedere morfologic, ce se reproduc intre ele si dau urmasi care le conserva identitatea (asemanarea). Ray evidentiaza unele caracteristici ale speciei, si anume: caracterul de grup, capacitatea de inmultire de sine statatoare a grupului, asemanarea morfologica si fiziologica a indivizilor. Ray aprecia ca variatiile individuale sunt abateri intamplatoare de la tipul speciei, abateri care nu depasesc limitele speciei.

Carl Lineé (1707 - 1778), pe numele sau adevarat Ingemarsson, considera ca fenomenul specie are o raspandire generala, ca este unitatea fundamentala a clasificarii si ca este un fenomen al naturii, nu un produs al activitatii constiintei. Incercand o definitie, Lineé aprecia ca specia reprezinta o multitudine de organisme inrudite, asemanatoare ca structura si care, prin inmultire, reproduc mereu indivizi asemanatori lor. Spre finalul lucrarii sale (Systema naturae), publicata in 1735, pe numai 12 pagini, supraevaluand caracterul stabilitate, afirma: "Sunt atatea specii cate forme diferite au fost create la inceput".

Alphonse de Candolle, in 1819, aprecia ca specia reprezinta: "o totalitate de indivizi, asemanatori intre ei mai mult decat cu oricare alte organisme si capabili sa produca descendenti fertili, prin fecundare reciproca".

George Cuvier, in 1821, considera ca "trebuie sa recunoastem neaparat ca anumite forme exista de la inceputul lucrurilor, fara a depasi anumite limite si ca toate fiintele apartinand uneia dintre aceste forme constituie specia".

Jean Baptiste Monet de Lamarck (1744 - 1829) avea, la inceput, convingerea ca "specia consta dintr-un numar de indivizi asemanatori care, prin inmultire, dau indivizi asemanatori lor" si ca "nu se poate contesta existenta speciilor in natura", ca ulterior sa ajunga sa afirme: "Multa vreme am crezut ca in natura exista specii constanteacum insa m-am convins ca aceasta a fost o greseala si ca in natura nu exista decat indivizi".

Charles Darwin (1809 - 1882) a ajuns la concluzia ca o "varietate bine pronuntata poate fi considerata ca fiind o specie incipienta" si ca speciile nu sunt altceva decat "varietati bine pronuntate".

Emil Racovita (1869 - 1947) defineste specia in numai patru cuvinte (asa cum spune chiar el): orice "colonie izolata de consangeni".

Si acum multi biologi definesc specia pe baza a 1 - 2 criterii, de obicei morfologice, definitorii in activitatea practica de delimitare a ei. Unul dintre criteriile forte, la care apeleaza multi cercetatori este "criteriul fiziologic" - adica incompatibilitatea sexuala a organismelor. De pilda, in 1918, zoologul Stresemann aprecia ca formele care au atins nivelul speciei diverg fiziologic intr-atat incat se pot intalni fara a se incrucisa. Se impune, cu aceasta ocazie, o precizare asupra careia vom reveni cand vom discuta problema implicatiilor modalitatilor de reproducere asupra statutului speciei. Precizarea este urmatoarea: daca absolutizam definitia anterioara, atunci capata statut de specie orice forma sezoniera, orice individ aberant (sub aspectul cromosomial de pilda), orice hibrid, etc., izolat reproductiv de ceilalti indivizi ai speciei.

Tureson, ecolog de renume, in 1929, da o definitie in conformitate cu care specia este "o populatie ai carei indivizi se pot incrucisa in natura dand o descendenta viabila si fertila. Daca sunt incrucisati cu indivizi apartinand altor populatii, descendentii sunt cu viabilitate scazuta si in mare parte sterili".

Th. Dobzhansky, genetician si evolutionist, era de parere ca "specia reprezinta un stadiu al procesului evolutiei in care grupurile de forme care alta data, faptic sau potential, se incrucisau reciproc, au segregat in doua sau mai multe manunchiuri de forme ce au devenit fiziologic imposibil de a se incrucisa".

E. Mayer sustinea ca "sunt specii acele grupuri de populatii naturale care, faptic sau potential, se incruciseaza intre ele si care, in inmultirea lor, sunt izolate de alte grupuri analoage". Autorul si-a dezvoltat mai departe ideea precizand ca specia noua ia nastere in cazul in care o populatie se izoleaza de specia parentala si capata anumite caractere ce contribuie la izolarea fiziologica sau o garanteaza.

La randul nostru apreciem ca, in general, definitiile date speciei accentueaza, in primul rand, caracterul de grup izolat, grup ce nu se incruciseaza cu alte grupuri sau, daca totusi procesul se produce, urmasii sunt de regula sterili. Prin urmare, in conceptiile mentionate, acordandu-se mare importanta factorului genetic - incompatibilitatea, cu determinism profund, intre diverse informatii ereditare. Fara pretentia de exhaustivitate propunem urmatorul mod de analiza a fenomenului speciei. Pe de o parte specia reprezinta o etapa din organizarea si integrarea materiei vii, etapa cu caracter obligatoriu si universal, in sensul ca nici o entitate biologica de nivel individual nu poate exista in afara speciei. In aceasta calitate, specia nu poate fi definita decat prin trasaturile ei generale, unificatoare, valabile pentru orice entiatate de acest rang, indiferent ca apartine microorganismelor, plantelor sau animalelor, inferioare sau superioare. Prin urmare specia, ca entitate biologica integratoare, cuprinde totalitatea sistemelor de ordin individual, cu un anumit gard de similaritate, indiferent de gradul lor de complexitate, specializare, integritate etc.

Pe de alta parte, taxonomic judecand realitatea, in arborele filogenetic al lumii vii exista o multitudine de specii, ca purtatoare si rezultante ale procesului evolutiei, care delimiteaza sectiuni clare si discrete, caracterizabile prin trasaturi delimitante specifice. Din acest punct de vedere, o specie nu poate fi definita decat ca totalitatea indivizilor care au origine comuna, poarta o informatie ereditara omogena, bine integrata si distincta (un genofond specific) si ocupa un loc bine definit si particular in circuitul energetic si material al ecosistemului si, implicit, al biosferei. Nefacand nici o referire la modalitatea de reproducere, am extins categoria de specie si la indivizii apomictici, excluzand totodata dificultatile create de hibridarile interspecifice. Nementionand explicit teritorialitatea, eliminam dificultatile induse de speciile ubiquitare.

Din punct de vedere sistematic, mai precis din punctul de vedere al conceptului de "specie biologica", prin prisma caruia apartin aceleiasi specii doar indivizii interfertili, unitatile taxonomice infraspecifice sunt (Zavadskii, 1968):

semispecia - o noua specie aproape formata, o "specie tanara", o specie pe cale de a fi complet izolata reproductiv de specia mama;

subspecia sau rasa geografica, inca nu are bariere reproductive cu specia mama;

ecotipul, rasa ecologica locala;

populatia locala, subunitatea fundamentala din structura speciei (a carei absenta, spre deosebire de subunitatile anterioare, este imposibila);

ecoelementul

grupul morfo-biologic

biotipul

Ultimele trei subunitati se constituie in componente ale populatiei. Populatia ocupa locul central in infrastructura speciei, fiind apta de existenta de sine statatoare pe timp nedefinit, are un areal clar delimitat, are un rol si o pozitie stabile in biocenoza, se caracterizeaza printr-un anumit nivel numeric, aflat in echilibru dinamic etc.

Pe de alta parte, desi interfertile, populatiile unei specii sunt in mod obligatoriu alopatrice, cazuri de suprapunere a arealului fiind posibile doar atunci cand intervine o izolare ecologica. Prin urmare, daca formatiunile infrapopulationale sunt incapabile de a supravietui de sine statator si independent, populatia reprezinta prima structura intraspecifica apta de a se mentine, de a se perpetua si de a evolua. Intr-o tentativa de definire a populatiei se poate afirma ca aceasta reprezinta "forma de existenta a speciei, posedand toate conditiile necesare existentei si dezvoltarii de sine statatoare timp nelimitat si, totodata, capabila de a reactiona adaptiv fata de modificarile mediului extern" (Svart, 1969 - citat de Botnariuc, 1979).

Prin prisma conceptiei sistemice, populatia reprezinta un sistem biotic supraindividual, in esenta echivalent cu specia, care este caracterizat prin toate trasaturile specifice unui sistem viu, fiind definit, in plus si de mentinerea unui nivel numeric optim. Cu aceasta ocazie se impune o precizare: nivelul numeric poate fi extrem de variabil, de el depinzand si asigurarea heterogenitatii interne a unei populatii si, de aici, gradul ei de integralitate. Echilibrul numeric intr-o populatie reprezinta un parametru dinamic a carui valoare optima se poate atinge in timp (mai indelungat sau mai scurt, in functie de numarul de indivizi pe care se constituie populatia - numarul initial de indivizi). De cele mai multe ori o populatie poate lua nastere din unul sau mai multi indivizi care, din diferite cauze, au emigrat sau au fost diseminati pasiv, dintr-o alta populatie. Evident, pentru a se forma o noua populatie si nu doar o simpla extindere a arealului celei vechi, este obligatoriu ca indivizii "fondatori" sa nu mai aiba contact, sa nu mai intretina flux genic cu populatia de origine. In acest fel privita problema, se poate afirma ca, prin populatie "mendeliana" se intelege totalitatea indivizilor unei anumite specii, intre care se poate realiza incrucisarea sexuata, si care au ascendenti si descendenti comuni (Raicu, 1980). Desigur, nu putem sa nu remarcam ca, prin aceasta definitie sunt excluse din categoria populationala sistemele a caror perpetuare si mentinere a nivelului numeric sunt asigurate prin reproducere apomictica. Intrucit, sistemic abordand problema, etapa de organizare si integrare populationla vizeaza intreaga materie vie de pe Terra (nu exista individ biologic care sa nu fie sau sa nu devina integrat intr-o populatie), apreciem ca o definitie a populatiei trebuie sa fie universal valabila si nu exclusivista. In consecinta, consideram ca o populatie, atat ca unitate sistematica, cat si ca etapa din organizarea si integrare a lumii vii, reprezinta totalitatea indivizilor care au origine comuna, contribuie la asigurarea unui fond integrat de gene pe un areal discret si comun, constituindu-se intr-un ansamblu unitar, cu rol bine definit in fluxul material si energetic din cadrul sistemului imediat urmator (biocenoza) de integrare. In acest context dispare obligativitatea reproducerii sexuate ca o conditie de baza a existentei unei populatii. Si in cazul populatiilor apomictice informatia ereditara circula intre indivizii generatiilor succesive (intre generatiile parentale si cele filiale). Prin urmare nu se poate afirma ca se produce o intrerupere a fluxului informational interindividual. Mai mult, atat intr-o populatie amfimictica (panmictica mare), cat si in una apomictica, exista un fond de gene a carui evolutie, in sensul schimbarii raporturilor procentuale intre gene si alele, nu depinde doar de modalitatea de reproducere ci, in primul rand de presiunea selectiei.

Cook (1976) precizeaza ca populatia reprezinta un grup de organisme in spatiu, reprezinta totalitatea indivizilor interancrucisabili. Zavadskii (1968), la randu-i, considera populatia locala drept unitatea fundamentala de existenta, adaptare si reproducere a speciei. Nu exista o interdependenta clara intre dimensiunile arealului si numarul populatiilor locale. Uneori specia este continua, iar limitele populatiei sunt strans legate de calitatea sa de unitate reproductiva. In acest sens trebuie sa admitem faptul ca, la speciile cu reproducere sexuata, cea mai mica unitate reproductiva o constituie perechea de indivizi unisexuati, sau chiar un individ hermafrodit. Populatia locala, ca unitate reproductibila, cuprinde o multitudine de indivizi inruditi, dar deosebiti genotipic, intre care intervin, constant, incrucisari libere si nelimitate (panmixie). Schimbul nelimitat de gameti favorizeaza inmagazinarea in fiecare individ a potentelor genetice ale intregii populatii. De aceea, separarea unor indivizi (sau perechi) din cadrul populatiei si inmultirea lor aparte, duce la reducerea considerabila a capacitatilor biologice ale descendentilor si la pierderea plasticitatii ecologice. Populatia locala este o comunitate cimentata intr-un intreg prin procesele de incrucisare. De aceea, pentru a caracteriza specia ca unitate autoreproducatoare, sunt extrem de importante datele privind limitele precise ale populatiei locale, ca si cele privind hotarele dincolo de care inceteaza orice schimb de gameti (intre populatii diferite). Specia este deci reprodusa de populatiile locale. Populatia locala, pe de alta parte, reprezinta o formatiune care poseda capacitatea reala de a atinge limita inferioara a nivelului de specie (nivel de organizare si integrare a lumii vii).

Cand se determina limitele populatiilor locale trebuie sa se tina seama de gradul de sedentarism al indivizilor sau familiilor de indivizi. In context, trebuie elucidata notiunea de raza de actiune, notiune care implica alte notiuni ecologice particulare ca: zona de vanat, zona de crestere a puilor, zona de inmultire etc. La plante, raza de actiune a individului poate fi egala cu distanta la care se extinde sistemul radicular si partea aeriana, cat si cu distanta la care actioneaza substantele biologic active eliberate de individ. Raza de actiune a individului creste in cazul in care la reproducere participa sporii, polenul, semintele etc. La animale raza de actiune este influentata de sedentarism, dar si de faptul ca idivizii se intorc mereu in acelasi loc, chiar de la distante foarte mari (anguilele, unele pasari, unii fluturi etc.).

In biosfera se intalnesc toate gradele de trecere de la specii unipopulationale la specii divizate in numeroase populatii, perfect izolate. Evident, speciile care au perspectivele cele mai mari de evolutie sunt cele care detin populatii vaste, subampartite, la randul lor, in multe populatii mici (micropopulatii) si numai partial izolate reproductiv. Datorita izolarii incomplete, toate proprietatile utile care apar in cadrul unei micropopulatii, pot deveni repede un bun al intregii populatii. Datorita unui anumit grad de izolare, unele modificari adaptative vor avea tendinta de a se acumula in interiorul unei micropopulatii izolate. Existenta schimbului de gameti ingaduie raspandirea adaptarilor de insemnatate generala in cadrul intregii populatii. Ingradirile vizand acest schimb ceeaza posibilitatea acumularii adaptarilor de semnificatie particulara numai in limitele unei micropopulatii.

In cazul inmultirii apomictice unitatea reproducatoare este individul. Descendentii unui singur individ, autogam sau apomictic (clona), reprezinta o multitudine de indivizi inruditi care au un genotip omolog dar nu reprezinta o unitate autoreproducatoare. Deosebirea dintre clona sau populatie clonala alcatuita din cateva linii clonale si populatia locala panmictica, consta in faptul ca o clona reprezinta o suma de indivizi ce se autoreproduc, iar populatia amfimictica (ca intreg) reprezinta o unitate autoreproductibila. Tocmai aceasta deosebire principala intre intre unitati elementare autoreproducatoare constituie cauza dificultatilor particulare care intervin in procesul delimitarii hotarelor speciilor, la formele agame ale organismelor inferioare, ca si la plantele superioare care adopta reproducere apomictica. Desigur ca, la grupurile cu inmultire asexuata, capacitatea de autoreproducere nu reprezinta un caracter atat de dezvoltat al populatiei considerata unitate integrala, incat sa poata fi inclus in randul caracterelor principale. La autogame structura populatiei poate fi considerata intermediara intre populatiile amfimictice tipice si populatiile clonale tipice. Daca autogamia este reala, populatia reprezinta un ansamblu de linii coexistente. Dar, in aceste populatii actioneaza si un factor integrator (intr-o oarecare masura), datorat fecundarii incrucisate. In fapt, gradul de integrare al acestor populatii de plante poate fi influentat, intrucatva, de frecventa incrucisarilor interindividuale. Dar, un rol la fel de important il au si interactiunile dintre indivizi, prin intermediul substantelor bioactive, asa ca populatiile clonale nu sunt doar amestecuri mecanice de forme mai mult sau mai putin asemanatoare.

In functie de dimensiuni, adica in functie de nivelul numeric, populatiile pot fi clasificate in: populatii mici (cu mai putin de 100 de indivizi), populatii mijlocii (care cuprind cateva sute de indivizi), populatii mari (cu cateva mii de indivizi) si populatii foarte mari (cu peste 10.000 de indivizi cu capacitate de reproducere). Fara indoiala ca, din punct de vedere genetic, marimea populatiei are o foarte mare importanta deoarece isi pune amprenta asupra legilor geneticii populationale, legi cu caracter probabilistic. Or, o lege cu caracter probabilistic se realizeaza cu atat mai exact cu cat o populatie are un efectiv mai mare.

Mai trebuie precizat ca desi izolarea interpopulationala reprezinta o conditie sine qua non a delimitarii si existentei unei populatii, schimbul de informatii ereditare (fluxul de gene) intre populatii, mai apropiate sau mai indepartate, nu este exclus. Schimbul (in sensul fluxului) de gene se poate realiza fie pri intermediul gametilor si al indivizilor, fie numai prin intermediul indivizilor, in functie de modalitatea de reproducere (amfimictica, in primul caz, apomictica, in cel de-al doilea caz). Lipsa panmixiei caracterizeaza atat populatiile plantelor cultivate cat si pe cele ale animalelor domestice, indiferent daca sunt amfimictice sau apomictice, deoarece omul controleaza si dirijeaza incrucisarile interindividuale.

O pozitie intermediara intre populatiile apomictice si cele amfimictice o ocupa populatiile alcatuite din indivizi autogami. Fenomenul este, desigur, mai mult frecvent la plante. De pilda, intr-o populatie autogama un individ de tipul AA (homozigot dominant) formeaza numai gameti de tipul A si descendenti in exclusivitate de tipul AA. In cazul unor indivizi monozigoti pentru mai multe perechi de gene, cum ar fi de pilda AabbccDD, ,gametii vor fi de tipul AbcD. Descendenta va fi, deasemenea, identica si monozigota. Astfel stand lucrurile este evident ca, din punct de vedere al comportarii fondului de gene, intre autogamie si apomixie nu exista diferente. Diferente apar doar in cazul in care, intr-o populatie, se gasesc mai multe tipuri de homozigoti care, intamplator, uneori, pot sa se incruciseze. De exemplu, daca exista indivizii AABB si aabb, printr-o eventuala hibridare rezulta AaBb. In cazul autofecundarii, alaturi de tipurile parentale apar si noi combinatii de gene si, deci de caractere de tipul aaBB si Aabb. Fara indoiala procesele au cu totul alta dinamica in cazul alogamiei si este cunoscut faptul ca speciile animale sunt prin excelenta alogame si, in plus, au si o mare mobilitate.

O populatie alogama (panmictica deci) este constituita din indivizi heterozigoti, caracterizati printr-o mare variabilitate, atat genotipica, cat si fenotipica. In plus, prin incrucisarea continua intre organisme heterozigote pentru un numar mare de gene au loc noi recombinari, in fiecare generatie, si amplitudinea de variabilitate poate atinge valori din ce in ce mai mari. Tinand cont de faptul ca, uneori, genotipul unui individ poate contine multe mii de gene cu alelele lor, precum si de posibilitatea ca heterozigotia sa se manifeste pentru 1,2,3,n loci, se poate aprecia ca intr-o populatie oricat de mare sunt conditii ca sa nu existe doi indivizi la fel. Reamintim doar fenomenul urmator: numai prin distributia intamplatoare a cromosomilor omologi in gameti, prin intermediul meiozei, exista sansa formarii a 2ⁿ gameti diferiti, de catre fiecare individ (n reprezentand ½ din numarul de factori ereditari din celula somatica). Prin intalnirea a 2ⁿ gameti masculi cu 2ⁿ gameti femeli, pot rezulta 2ⁿ gameti diferiti intre ei, doar de la un singur cuplu parental. Dar, intr-o populatie exista nenumarate cupluri, interschimbabile de la o generatie la alta si, in consecinta, variabilitatea este nelimitata. Daca o populatie panmictica ar perpetua prin consagvinizare, in timp, s-ar ajunge la "desfacerea" respectivei populatii in nenumarate linii pure. De pilda, in cazul autogamiei, admitand ca avem un individ heterozigot intr-un singur locus (Aa), el va forma doua tipuri de gameti A si a, in proportie egala. Prin intalnirea probabilistica a acestor gameti (probabilistica este aceeasi pentru intalnirile AA, Aa si aa), rezulta trei tipuri de indivizi, reprezentand tot atatea genotipuri.

Prin urmare, genetica populatiilor presupune studiul comportamentului genelor in populatii, in contextul adaptarii organismelor la medii de viata stabile sau schimbatoare. Altfel spus, genetica populatiilor se implica in studiul mecanismelor evolutiei, acceptat fiind faptul ca evolutia reprezinta, printre altele, un proces de continue schimbari in frecventa genica. In consecinta, preocuparea centrala a geneticii populatiilor consta in investigarea dinamicii modificarii frecventei genice. Dealtfel este bine sa precizam ca genetica populatiilor este diferita de orice alta parte a geneticii. De aceea este indicat sa se recurga, inca de la inceput, la elucidarea si edificarea terminologiei specifice.

III.2. Factorii care determina compozitia si dinamica genetica a populatiilor

Echilibrul genetic in populatii, demonstrat pe baza analizei genetice a structurii populatiei, este posibil sa se mentina constant numai in cazul absentei actiunii modificatoare a unor factori. Se stie ca in natura, asupra populatiilor actioneaza permanent numerosi factori, care pot duce la schimbarea echilibrului genetic anterior, fie prin pierderea unor genotipuri, fie prin aparitia unor genotipuri noi in populatie.

Aceasta inseamna ca de la o generatie la alta fondul genetic al unei populatii se gaseste intr-un echilibru dinamic determinat de factori, ca: mutatia, migratia, selectia, driftul genetic, conditiile de existenta, etc.

Efectele mutatiei in populatii. Mutatiile reprezinta o sursa importanta de variabilitate genetica a organismelor, contribuind ca un factor pozitiv la evolutia acestora. Efectul mutatiei asupra fondului genetic al unei populatii este sensibil in cazul in care procesul mutagen are un caracter permanent. Cand procesul mutagen are loc sporadic, efectul mutational in populatie devine insensibil. De aceea, mutatiile care apar in populatii pot fi nerecurente si recurente.

Mutatiile nerecurente se caracterizeaza prin aceea ca nu au capacitatea de a produce o schimbare permanenta in fondul genetic al populatiei. Sa presupunem ca procesul mutagen afecteaza numai un singur reprezentant dintr-o intreaga populatie. O asemenea mutatie este de mica importanta pentru a provoca o schimbare sensibila a frecventei genei, datorita faptului ca o singura mutatie dispune de o sansa minima de a se mentine intr-o populatie mare, mai ales cand aceasta nu constituie un element pozitiv in procesul selectiei.

In conformitate cu legitatea frecventei genelor in populatie, probabilitatea ca o gena sa se mentina viabila descreste de la o generatie la alta, pana ce se reduce la frecventa zero in populatia respectiva. Asemenea mutatii, lipsite de avantajul selectiv si deci, fara viabilitate in populatie, sunt cunoscute sub forma de mutatii nerecurente.

Mutatiile recurente, spre deosebire de cele nerecurente, provoaca schimbari in frecventa genelor. Aceasta inseamna ca mutatia recurenta este rezultatul unui proces mutational care are loc cu regularitate, asigurand o frecventa ritmica a genelor, astfel ca fiecare gena mutanta nu va mai fi predispusa la disparitie.

Daca in populatiile A₁A₂, gena A₁ sufera un  proces de mutatie in A₂, in populatia respectiva se va reduce numarul de gene A₁ si vor aparea gene A₂. De asemenea, prin mutatie de reversie, genele A₂ pot sa muteze in A₁. Fata de aceste posibilitati de mutatie, si anume A₁ in A₂ si A₂ in A₁, devine necesara stabilirea raportului frecventelor celor doua gene A₁ si A₂, in cadrul populatiei respective, fiind un raport exprimat printr-un echilibru.

In vederea determinarii acestui raport, se folosesc urmatoarele elemente de calcul: q - frecventa genei in populatie; u - proportia mutantelor A₁ in A₂; v - proportia mutantelor A₂ in A₁.

Daca admitem ca proportia mutantelor A₁ si A₂ este de 2/1000 gameti, adica u = 0,002; iar proportia mutantelor A₂ in A₁ de 1/1000, adica v = 0,001, se poate stabili raportul de participare in populatie a celor doua gene (A₁si A₂).

Intrucat raportul care se creeaza intre frecventele genelor ce alcatuiesc genofondul populatiei se concretizeaza intr-un echilibru, inseamna ca numarul de gene care muteaza intr-un sens va fi egal cu cel care muteaza in sens invers.

In acest caz, pentru a afla frecventa genei A₁, deci proportia mutantelor A₂ in A₁, se foloseste formula:

q = v/(u+v).

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

Exprimata in procente, frecventa mutantelor A₂ in A₁(deci a genei A₁) este egala cu 33%. Pentru realizarea unui echilibru intre genele A₁ si A₂, rezulta ca gena A₂ va avea frecventa egala cu 67%, adica cu diferenta (100 - 33 = 67).

Exista insa si cazuri cand frecventa mutatiei genei intr-un sens nu se sincronizeaza cu mutatia celeilalte gene in sens invers, datorita unei lupte pentru existenta care apare intre componentii populatiei. O asemenea lupta pentru existenta intre componentii unei populatii, exprimati prin genotipuri diferite, a fost semnalata de catre Ph. L Heritier si G. Teissier. Ei au introdus intr-o populatie mutanta de Drosophila melanogaster cu ochiul "bar" cateva perechi de Drosophila normala (salbatica). Dupa 100 de zile au constatat ca numarul insectelor cu ochiul "bar" a scazut cu 40%. Dupa 500 de zile au observat disparitia totala a indivizilor cu ochiul "bar".

Rezultatul ca in cazul unei lupte pentru existenta intre cele doua genotipuri, echilibrul nu se stabileste prin mutatia de reversie, ci prin dominanta totala a drosofilei normale care s-a impus in procesul selectiei.

Efectele migratiei in populatie. Prin migratie se intelege miscare genelor si genotipurilor intre populatii diferite. In populatiile naturale de plante, migratiile implica transferul de polen sau de seminte. Transferul de polen corespunde unui transfer de gameti, iar cel de seminte corespunde unui transfer de zigoti.

Migratia cuprinde doua laturi, si anume: emigrarea unor gene, datorita transferului de polen sau de seminte in afara populatiei, intr-o alta populatie, si imigrarea de gene, adica aducerea de gene noi, straine, in componenta unei populatii.

Infiltrarea unor gene noi prin intermediul polenului, si deci a gametilor, ca urmare a participarii gametilor straini la fecundarea gametilor dotati cu gene proprii populatiei respective, duce in mod implicit la transmiterea genelor noi generatiilor urmatoare si deci, la o imbogatire a fondului genetic al populatiei.

Pentru a evalua cantitativ efectul migratiei in populatie, consideram ca proportia genelor provenite prin migratie (imigrare) este egala cu m, iar restul de 1 - m o reprezinta genele native ale populatiei respective. Daca notam frecventa unei gene oarecare cu q_m pentru genele imigrante si cu q_o pentru genele native, frecventa unei gene raportate la intreaga populatie notata cu q₁ va fi data de formula:

q₁ = mq_m + (1 - m)q_o = m(q_m - q_o ) + q_o

Intrucat frecventa unei gene imigrante se modifica dupa fiecare generatie de imigrare, inseamna ca aceasta imigrare poate fi stabilita pe baza diferentei dintre frecventa dinainte de imigrare si frecventa de dupa imigrare, diferenta care se noteaza cu Δq. In acest caz, Δq = q₁ - q_o = m (q_m - q_o).

Din aceasta ecuatie deducem ca ritmul in care are loc schimbarea frecventei unei gene, intr-o populatie supusa imigrarii depinde de ritmul de imigrare si de diferenta dintre frecventa genelor imigrante si a celor native. Efectul migratiei se manifesta in raport invers cu efectivul populatiei, in sensul ca este mai sensibil in populatiile mici.

Din punct de vedere practic, efectul migratiei poate fi valorificat atunci cand genele noi ajunse in populatie, duc la o imbunatatire a structurii genetice a populatiei. In cazul in care se urmareste pastrarea in stare pura a materialului biologic (a fondului genetic) se iau masuri de evitare a imigrarii unor gene, prin izolarea plantelor, astfel ca graunciorii de polen straini sa nu fie adusi de vant sau insecte de la o populatie la alta.

Efectele selectiei in populatii. Selectia reprezinta procesul de supravietuire a organismelor, ale caror genotipuri le asigura cea mai mare capacitate de adaptabilitate fata de conditiile de mediu in cursul vietii individuale si, ca urmare, perpetuarea prin cei mai vigurosi descendenti.

Posibilitatea organismelor de a supravitui si de a da urmasi este conditionata de gradul de adaptare al descendentilor la aspectele variate ale mediului, exprimandu-si prin aceasta capacitatea lor selectiva, care reprezinta factorul primordial al dinamicii populatiei. De asemenea, aparitia de noi genotipuri in cadrul unei populatii reprezinta rezultatul actiunii selectiei naturale. Exista si cazuri cand actiunea selectiei asupra genotipurilor poate duce la pastrarea acestora, la diminuarea lor numerica sau chiar la disparitia lor.

Se poate aprecia masura in care se manifesta actiunea selectiei cu ajutorul a doi indicatori: valoarea selectiva si coeficientul de selectie.

Valoarea selectiva. Este sinonima cu  valoarea adaptativa a genotipurilor. Se stie ca selectia actioneaza diferit asupra mutatiilor, in functie de starea lor dominanta sau recesiva. Astfel, cu cat un genotip realizeaza o mai buna capacitate de supravietuire, in sensul unei fecunditati ridicate, cu atat intr-o populatie el este exprimat printr-o mai mare raspandire. Asemenea genotipuri dispun de o valoare selectiva ridicata.

De aceea, valoarea selectiva a unui genotip poate fi evaluata prin numarul de descendenti pe care-l realizeaza, fata de numarul de urmasi produsi de genotipurile normale, considerand ca valoarea selectiva a acestora este de 100%, adica egala cu unitatea.

Coeficientul de selectie (S). Analiza genetica a unei populatii da posibilitatea sa se determine valoarea selectiva a diferitelor genotipuri. Daca in urma unei analize genetice se constata ca indivizii homozigoti cu genotipul aa sunt in numar mai mic decat cei reprezentati de formele dominante cu genotipurile AA si Aa, si anume 80 de indivizi cu aa, fata de 100 cu AA sau Aa, se poate afla valoarea coeficientului de selectie a homozigotilor recesivi.

In acest caz, se considera ca valoarea selectiva, ca termen de comparatie, o constituie valoarea selectiva a dominantelor (AA si Aa), care este egala cu 1, respectiv 100%. Valoarea selectiva a homozigotilor recesivi fiind de 0,8 (80%) inseamna ca diferenta dintre aceste doua valori exprima tocmai coeficientul de selectie (S)

S = 1 - 0,8 = 0,2

Valoarea coeficientului de selectie (S) indica procentul descendentilor dintr-un anumit genotip care se elimina din populatie ca urmare a actiunii selectiei. In cazul de fata, indivizii cu genotipul aa se elimina intr-o proportie de 20%. Rezulta ca valorile S pot fi cuprinse intre 0 (zero) si 1.

Atunci cand genotipurile care se compara au aceeasi fecunditate si procent de supravietuire, deci cu valoare selectiva normala, valoarea coeficientului de selectie va fi:

S = 1 - 1 = 0

In acest caz, toti indivizii din populatie au sanse de supravietuire egale.

Daca in populatie un anumit genotip homozigot recesiv provoaca letalitate sau sterilitate, inseamna ca valoarea sa selectiva va fi egala cu 0 (zero), iar eliminarea lui integrala din populatie este iminenta. Exprimarea matematica a acestui caz rezulta din ecuatia: S = 1 - 1 = 0.

Genofondul unei populatii, datorita actiunii selectiei, poate fi complet purificat prin eliminarea genelor nefavorabile, dominante si recesive. Eliminarea este conditionata de marimea populatiei, si anume in populatiile mici se mareste posibilitatea unirii gametilor cu gene identice, si deci, se mareste frecventa formelor homozigote. In acest fel, selectia elimina mai repede genele daunatoare si cumuleaza pe cele folositoare.

In ceea ce priveste ritmul eliminarii genelor nefavorabile, ca urmare a actiunii selectiei se constata ca organismele care poseda gene letale dominante sau o sterilitate completa sunt eliminate inca din prima generatie, in timp ce genele dominante cu o expresivitate mai mica se elimina treptat din populatie. Datorita mutatiilor care apar iau nastere gene asemanatoare celor eliminate si astfel devine imposibila disparitia acestora.

Driftul genetic in populatiile mici. In populatiile prevazute cu un numar redus de indivizi, modificarea frecventei genelor este posibila fara interventia selectiei, ca urmare a unor imprejurari intamplatoare care afecteaza procesul reproducerii.

Fenomenul de crestere sau de scadere brusca a frecventei genelor in populatii mici, datorat unor factori neprevazuti, poarta numele de drift genetic.

Pentru a intelege actiunea driftului genetic in populatiile mici folosim de exemplu incrucisarea intre doua soiuri de grau nearistate, heterozigote, cu formula genetica Aa. Factorul A determina caracterul mutic (lipsa aristelor), iar factorul a determina prezenta aristelor. Fiecare din cei doi genitori formeaza gameti (masculi si femeli) atat cu factorul A cat si cu factoru a. In cazul in care in urma incrucisarii numarul descendentilor este mare, segregarea are loc in raportul de 25% homozigoti cu genotipul AA, 50% heterozigoti Aa si 25% homozigoti aa. La un numar redus de descendenti, deci dintr-o populatie mica, imprejurari neprevazute, cauzate de factori de mediu, pot provoca fecundarea numai a gametilor cu factorul a, prin distrugerea celor cu factorul A. In acest caz se obtin numai plante aristate (aa), ca urmare a pierderii factorului A continut, de pilda, in anumiti graunciori de polen.

Intrucat driftul genetic este prezent numai in populatiile mici, este necesar a lucra cu efective cat mai mari, in scopul evitarii efectelor negative ce survin de pe urma numarului restrans de indivizi, folosit ca material de selectie. In populatiile mari, frecventa unei gene este insesizabila, deoarece cresterea sau descresterea numerica a acesteia se echilibreaza in interiorul populatiei respective prin alela sa.

Conditiile de existenta ca factor al modificarii structurii populatiei.

Structura genetica a populatiilor poate sa sufere modificari, atat datorita unor conditii ale mediului abiotic, cum sunt: hrana, umiditatea, temperatura, lumina etc. Cat si datorita unor conditii biotice, determinate de relatiile dintre organisme.

In functie de gradul homozigotiei sau heterozigotiei indivizilor care alcatuiesc populatia, s-a constatat ca populatiile autogame sunt mult mai stabile, in comparatie cu cele heterozigote, care manifesta o mare labilitate.

Stabilitatea populatiilor autogame se traduce printr-o capacitate mai redusa de adaptare la conditiile de mediu schimbate. Populatiile allogame manifesta o mare capacitate de adaptare la conditiile variate ale mediului, deoarece heterozigotia le confera insusirea de labilitate.

In general, factorii climatici afecteaza structura genetica in dinamica evolutiei populatiilor, ca urmare a duratei prelungite a fluctuatiilor conditiilor de clima, a carei influenta se concretizeaza in schimbari ale mecanismelor fiziologice si de comportament si deci, si a mecanismului genetic.

Aparitia unor bariere naturale, de netrecut, pe arealul unei populatii, cauzate de modificari ale reliefului, de unele fenomene geologice, prezenta fluviilor, mlastinilor etc., limiteaza incrucisarile libere ale indivizilor in cadrul unei specii sau populatii.

Climatul teritorial, climatul sezonier, microclimatul, ca elemente ale unei izolari ecologice, favorizeaza dezvoltarea unor anumite genotipuri in componenta populatiei.

Incrucisarile libere in cadrul populatiei mai pot fi limitate si de factori genetici, exprimati prin fenomenul de poliploidie, prin aparitia diferitelor aberatii cromosomale, prin existenta unor incompatibilitati nucleo-citoplasmatice, marirea numarului de gene letale si a mutatiilor sterile etc., care la un loc reprezinta cauze ale unei izolari genetice si fiziologice.

Homeostazia genetica in populatii. Prin homeostazie genetica se intelege efectul tuturor proceselor adaptative care asigura unei populatii capacitatea de a-si pastra structura genetica fata de actiunea factorilor din mediul extern. Adaptarea unei populatii se realizeaza pe seama heterozigotiei, polimorfismului, driftului genetic, influentei conditiilor de existenta, polenizarii selective in cadrul populatiei si a altor factori.

Heterozigotia in populatii reprezinta unul din mecanismele principale ale homeostaziei genetice fiind subliniata de I. M. Lerner (1954), Emerson (1952), J. B. S. Haldane (1955), pe baza efectelor sale de supradominanta. In general, orice populatie panmictica ascunde o diversitate genetica, determinata de de un procent ridicat de heterozigotie si de diferite mutatii.

Pornind de la legea unitatii biologice a incrucisarii, enuntata de Ch. Darwin, s-a ajuns la concluzia ca starea de heterozigotie a genelor allele duce la o marire a vigorii organismelor hibride si a dezvoltarii posibilitatilor de adaptare. Incrucisarile inrudite si autofecundarea repetata a plantelor allogame, intensifica homozigotia la descendenti, in sensul ca, acestia manifesta fenomenul de degenerare care le diminueaza capacitatea de adaptare la conditiile de mediu.

Formele mutante, recurente, in cadrul populatiei, sporesc starea de heterozigotie si contribuie, de asemenea, la marirea capacitatii de adaptare a populatiei.

Polimorfismul ereditar, bazat pe existenta in aceeasi populatie a unor diversitati genotipice, reprezinta un alt mecanism genetic adaptiv, care asigura unitatea genetica a unei populatii. Prezenta polimorfismului si a diferitelor moduri de manifestare se datoresc actiunii selectiei naturale.

Efectele tuturor mecanismelor de adaptare a populatiilor se concretizeaza in diversificarea structurii lor genetice, ca urmare a actiunii selective a conditiilor de existenta in diferentierea genetica a populatiilor.

Mentinerea sau schimbarea echilibrului genotipurilor in populatii reprezinta un proces continuu de adaptare a acestora la conditiile variate ale mediu. Fenomenele de mutatie si selectie, care ocupa un loc important in studiile de genetica a populatiior, contribuie la explicarea capacitatii de evolutie a organismelor constituite in populatii.

Faptul ca pe arealul de raspandire al populatiilor pot surveni anumite obstacole, ca factori de izolare a populatiilor se creeaza posibilitatea de evolutie divergenta, care poate sa aiba drept consecinta, diferentierea populatiilor in subspecii sau chiar specii.

IV. SCOPUL INVESTIGATIILOR

Exista parerea, falsa, ca Drosophila melanogaster, ca material pentru investigatiile de ordin genetic, a cazut in desuetudine. Ne permitem sa afirmam ca lucrurile nu stau deloc asa, deoarece, consultand literatura de specialitate, de ultima ora, gasim o multitudine de cercetari, cu tematica de citogenetica, genetica populatiilor, mutageneza si chiar genetica moleculara, care au ca obiect de studiu faimoasa, de acum, musculita a otetului. In consecinta nu am ezitat cand, pusi in fata alegerii materialului biologic pentru investigatiile ce ni le-am propus, am optat pentru Drosophila melanogaster.

Desi elucidate in principiu, mai ales la procariote, mecanismele reglajului genetic sunt inca foarte putin aprofundate la eucariote. Un alt aspect insuficient investigat vizeaza stabilirea cu exactitate a corelatiilor complexe dintre fenotipizarea concreta a informatiei genelor si alte procese ce au loc pe parcursul ontogenezei. Si investigatiile de acest tip au ca obiect Drosophila melanogaster, desigur, alaturi de alte specii.

In lucrarea de fata ne-am propus, ca etapa in caracterizarea complexa a unor populatii naturale si experimentale de Drosophila melanogaster, studiul dinamicii natalitatii si a ratei sexelor, studiul actiunii selectiei naturale pe parcursul a doua sau trei generatii succesive, in populatii naturale si micropopulatii experimentale, sub efectele consangvinizarii si tratamentelor cu factori mutageni fizici si chimici.

In cadrul experimentului in cre s-au urmarit efectele consangvinizarii in doua populatii locale de Drosophila melanogaster, au fost propuse studiul dinamicii natalitatii, ratei sexelor si a duratei eclozarii pontei, in trei generatii succesive, in doua populatii naturale.

In ceea ce priveste efectul tratamentului cu nicotina, tratatamentele cu factori xenobiotici, administrate indivizilor unor specii animale si/sau vegetale, furnizeaza date deosebit de interesante si, uneori, utile, relative la efectele stimulatoare, inhibitoare sau mutagene. Pentru activitatile cu caracter practic, mai ales cele de selectie si ameliorare, detinerea unui material initial cu o larga amplitudine de variabilitate, reprezinta o conditie "sine qua non". De aceea consideram ca acest tip de investigatii isi pastreaza, inca, toata importanta si valoarea. In lucrarea de fata ne-am propus investigarea actiunii nicotinei, in diferite concentratii, asupra unei populatii de Drosophila melanogaster in care a avut loc reversmutatia pentru locusul eyeless. Datorita faptului ca in populatia respectiva apareau indivizi, intr-un procent destul de constant, ce prezentau diferite abateri de la forma normala a ochilor si a aripilor, am considerat importanta investigarea modificarii acestui raport in urma tratamentului cu nicotina.

V. MATERIALE SI METODE DE LUCRU

V. 1. Efecte ale consangvinizarii in doua populatii locale de Drosophila melanogaster

Materialul si metoda de lucru

Investigatiile au vizat indivizi din populatiile Botosani si Suceava. S-au luat cate 10 cupluri (♂ + ♀), repartizate in 10 fiole cu mediu de cultura, carora li s-a analizat descendenta, pe trei generatii, sub aspectul prolificitatii, ratei sexelor, duratei eclozarii pontei si a aparitiei eventualelor mutatii. De la o generatie la alta, perpetuarea s-a asigurat prin incrucisari de tip frate x sora.

V.2. Efecte ale tratamentului cu nicotina, in diferite concentratii, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populatie reversmutanta

Materialul si metoda de lucru

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

Nicotina a fost administrata in concentratiile de 0,005%, 0,01%, 0,03%. Pentru fiecare concentratie experimentul s-a repetat de trei ori. In cadrul fiecarei repetitii s-au luat cite trei eprubete, in fiecare eprubeta s-au introdus doi masculi si doua femele de  Drosophila melanogaster apartinand unei linii reversmutante din Laboratorul de Genetica. Mutatia a carei reversie s-a produs, era eyeless (indivizi fara ochi). In literatura de specialitate este mentionat faptul ca respectiva mutatie cunoaste un grad inalt de reversie (este foarte instabila).

V.3. Dinamica fondului de gene in populatii experimentale de Drosophila melanogaster sub presiune selectiva

Materialul si metoda de lucru

Pentru a evidentia dinamica fondului de gene intr-o populatie experimentala de Drosophila melanogaster , sub presiune selectiva, s-a procedat astfel:

Intr-un flacon cu mediu de cultura s-au introdus cate cinci masculi si cinci femele din urmatoarele linii din Laboratorul de Genetica: Oregon (70), Brown (5), Ebony (46), Vestigial (46) si White (111).

Modificarile vor aparea ca urmare a factorului de stres - suprapopulare.

Se va urmari indeaproape evolutia fiecarei linii din cele participante la experiment.

Experimentul se desfasoara pe parcursul a doua generatii.

Experimentul va fi repetat respectandu-se preocedurile folosite anterior, fiind inlocuita linia mutanta Brown (5) cu Curly (10).

VI. REZULTATE SI DISCUTII

VI.1. Efecte ale consangvinizarii in doua populatii locale de Drosophila melanogaster

Experimentul a fost efectuat in Laboratorul de Genetica a Universitatii "Alexandru Ioan Cuza" din Iasi, in perioada 18 februarie - 2 aprilie 2002, prima generatie fiind obtinuta intre 25.03.2002 si 02.04.2002, cea de-a doua intre 05.03.2002 si 14.03.2002, iar cea de-a treia intre 25.03.2002 si 02.04.2002, pentru ambele populatii luate in studiu. In ceea ce priveste populatia Botosani, pentru prima generatie, durata de aparitie a tuturor indivizilor a fost de 6,9 zile, pentru a doua generatie de 10 zile si pentru a treia generatie de 9 zile. Prin urmare putem aprecia ca, sub efectul consangvinizarii s-a constatat o usoara lungire a perioadei necesare eclozarii oualelor si aparitiei tuturor descendentilor. La populatia Suceava, durata a fost de 6,4 zile pentru prima generatie, de 9,6 zile pentru cea de-a doua generatie si de 6,8 zile pentru cea de-a treia generatie, de aceasta data concluzia de la prima populatie fiind aplicabila doar pentru generatia a doua.

In ceea ce priveste prolificitatea per cuplu in populatia Botosani, in prima generatie a fost de 81,3 indivizi, in cea de-a doua generatie a fost de 136,6 indivizi, iar in cea de-a treia generatie a fost de 68,5 indivizi. S-a putut calcula ca, plecandu-se de la 10 cupluri, in prima generatie au rezultat 813 indivizi, in cea de-a doua au rezultat 5.470de indivizi, iar in cea de-a treia generatie au rezultat 188.324 de indivizi. Deci populatia a crescut in trei generatii de 9416,2 ori. In ceea ce priveste rata sexelor, daca in prima generatie a fost usor favorabila masculilor (50,44%), in urmatoarele doua generatii a fost favorabila femelelor (50,43%, respectiv 50,07%).

In ceea ce priveste populatia Suceava, situatia se prezinta astfel: in prima generatie in medie per cuplu au aparut 69,6 indivizi, ceea ce totalizeaza o descendenta de 696 de indivizi, in cea de-a doua generatie s-au obtinut 3.792 de indivizi, iar in a treia generatie totalul indivizilor a fost de 122.658. Prin urmare, in ansamblu, prolificitatea a fost mult mai scazuta in aceasta populatie comparativ cu populatia Botosani, numarul indivizilor crescand in cele trei generatii de 6132,2 ori. In ceea ce priveste rata sexelor, in generatia I-a si a III-a au dominat masculii (51,28% si, respectiv 51% ), femelele fiind procentual egale cu masculii (rata sexelor =1) in generatia a II-a (50,01% femele).

Mentionam ca, in cele trei generatii, pe parcursul carora s-au efectuat observatiile, desi numarul de indivizi a fost destul de mare, nu s-au evidentiat mutatii.

Tabel nr.1 - Datele sintetice privind comportarea celor doua populatii, in trei generatii succesive de consangvinizare

VI.2. Efecte ale tratamentului cu nicotina, in diferite concentratii, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populatie reversmutanta

In primul experiment, in urma tratamentului cu nicotina 0,005%, au rezultat 1158 de indivizi (587 ♀ si 571 ♂) cu o medie de 129 indivizi per eprubeta. Durata aparitiei indivizilor adulti s-a prelungit, comparativ cu martorul, cu doua zile. Sub aspect numeric, tot prin comparatie cu martorul, in medie per eprubeta, au aparut mai multi indivizi (129 indivizi fata de 100 la martor).

Analizand frecventa aberatiilor, la varianta de tratament si la martor, constatam ca in cazul tratamentului cu nicotina 0,005% frecventa aberatiilor scade (3,98 fata de 13,9 la martor). Prin urmare, ca o prima concluzie, putem aprecia ca nicotina in concentratia mentionata stimuleaza prolificitatea, prelungeste perioada de aparitie a adultilor si reduce frecventa mutatiilor. Altfel spus, nicotina in aceasta concentratie are efecte benefice.

In cazul administrarii nicotinei in concentratia de 0,01%, constatam ca, per total experiment au aparut 1470 indivizi, ceea ce reprezinta o medie de 163 indivizi per eprubeta, in timp ce la martor au aparut 111 indivizi per eprubeta. Durata perioadei aparitiei adultilor s-a prelungit, fata de martor, tot cu doua zile (7 in loc de 5). Sub aspectul aberatiilor, de aceasta data constatam ca administrarea nicotinei in concentratia de 0,01% a determinat o scadere drastica a procentului acestora (2,16%) atat fata de concentratia anterioara, cat si fata de martor (12,18%). Prin urmare, efectele benefice sesizate la prima concentratie, de aceasta data s-au amplificat.

Administrarea nicotinei in concentratia de 0,03% a evidentiat urmatoarele aspecte: in ceea ce priveste numarul total de indivizi si cel per eprubeta, constatam scaderi marcante fata de situatia concentratiilor anterioare si fata de martor (247 indivizi per total, 39 indivizi per eprubeta). Perioada de aparitie a adultilor s-a extins la zece zile. Prin urmare, viteza de succesiune a generatiilor se reduce.

Din punct de vedere al frecventei aberatiilor, am constatat o crestere a acestora (6,07%), comparativ cu cele inregistrate la concentratiile anterioare (3,98% in cazul concentratiei de 0,005% si 2,16% in cazul concentratiei de 0,1%), mentinandu-se, totusi, sub frecventa inregistrata la martor (14,67%).

Toate constatarile mentionate mai sus, sunt ilustate in tabelele si graficele, pe care vi le redam in continuare:

Tabel nr.2 - Media numerica a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotina 0,005%

Tabel nr.3 - Media numerica si procentuala a indivizilor din probele martor in cazul tratamentului cu nicotina 0,005%

Tabel nr.4 - Media indivizilor cu aberatii in probele martor si in cele supuse tratamentului cu nicotina 0,005%

Tabel nr.5- Media numerica a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotina 0,01%

Tabel nr.6 - Media numerica si procentuala a indivizilor din probele martor in cazul tratamentului cu nicotina 0,01%

Tabel nr.7 - Media indivizilor cu aberatii in probele martor si in cele supuse tratamentului cu nicotina 0,01%

Tabel nr.8 - Media numerica a indivizilor din probele care au fost supuse tratamentului cu nicotina 0,03%

Tabel nr.9 - Media numerica si procentuala a indivizilor din probele martor in cazul tratamentului cu nicotina 0,01%

Tabel nr.10 - Media indivizilor cu aberatii in probele martor si in cele supuse tratamentului cu nicotina 0,03%

Grafic nr. 1 Numarul total de indivizi aparuti in urma tratamentului cu nicotina (concentratii diferite), comparativ cu martorul

Grafic nr. 2 Numarul indivizilor cu aberatii aparuti in cazul tratamentului cu nicotina, si in proba martor

VI.3. Dinamica fondului de gene in populatii experimentale de Drosophila melanogaster sub presiune selectiva

Tabel nr. 11 - Dinamica genotipului/zile de prelevare, in populatii de Drosophila melanogaster ( Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 3 - Variatia nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 4 - Variatia nr. de indivizi Brown/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 5 - Variatia nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 6 - Variatia nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 7 - Variatia nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 8 - Variatia nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, prima generatie)

Grafic nr. 9 - Variatia procentuala a nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, prima generatie)

Tabel nr. 12 - Dinamica genotipului/zile de prelevare, in populatii de Drosophila melanogaster ( Experiment I, a II-a generatie)

Grafic nr. 10 - Variatia nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 11 - Variatia nr. de indivizi Brown/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 12- Variatia nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 13 - Variatia nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 14 - Variatia nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 15 - Variatia nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, generatia a II-a)

Grafic nr. 16 - Variatia procentuala a nr. de indivizi /sexe /genotip (Experiment I, generatia a II-a)

Tabel nr. 13 - Dinamica genotipului/zile de prelevare, in populatii de Drosophila melanogaster ( Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 17 - Variatia nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 18 - Variatia nr. de indivizi Curly/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 19 - Variatia nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 20 - Variatia nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 21- Variatia nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 22- Variatia nr. de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 23 - Variatia procentuala a nr. de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generatie)

Tabel nr. 14 - Dinamica genotipului/zile de prelevare, in populatii de Drosophila melanogaster (Experiment II, a II-a generatie)

Grafic nr. 24- Variatia nr. de indivizi Oregon/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generatia a II-a)

Grafic nr. 25 - Variatia nr. de indivizi Curly/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generatia a II-a)

Grafic nr. 26 - Variatia nr. de indivizi Vestigial/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generatia a II-a)

Grafic nr. 27 - Variatia nr. de indivizi White/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generatia a II-a)

Grafic nr. 28 - Variatia nr. de indivizi Black/sexe/zile de prelevare (Experiment II, generatia a II-a)

Grafic nr. 29 - Variatia numarului de indivizi /sexe/genotip (Experiment II, prima generatie)

Grafic nr. 30 - Variatia procentuala a numarului de indivizi /sexe /genotip (Experiment II, generatia a II-a)

In cadrul celui de-al II-lea experiment, in generatia a II-a s-au obtinut indivizi Curly dublu mutanti, ca a doua mutatie aparand culoarea alba a ochilor. Astfel din 500 indivizi Curly obtinuti, 59 prezentau cea de-a doua mutatie - ochi de culoare alba.

Grafic nr. 31 - Variatia numerica a mutatiilor in a populatia Curly/sexe/zile de prelevare

CONCLUZII

Pe baza investigatiilor efectuate in prezenta cercetare, am ajuns la urmatoarele concluzii:

Efecte ale consangvinizarii in doua populatii locale de Drosophila melanogaster

Rata natalitatii, sub impactul consangvinizarii, s-a mentinut mult mai ridicata in cadrul populatiei Botosani, comparativ cu populatia Suceava.

Tinand cont ca succesiunea generatiilor este mai rapida la populatia Suceava, putem concluziona ca, in timp mai indelungat, numarul descendentilor per cuplu poate ajunge mai mare decat populatia Botosani.

Rata sexelor a fost echilibrata, in ambele populatii, cu o usoara dominanta a femelelor in populatia Botosani si a masculilor in populatia Suceava.

In nici una dintre populatii nu s-au evidentiat mutante. 

Efecte ale tratamentului cu nicotina, in diferite concentratii, aplicat indivizilor de Drosophila melanogaster dintr-o populatie reversmutanta

Nicotina, in concentratiile de 0,005% si 0,01%, are efecte pozitive asupra prolificitatii indivizilor de Drosophila melanogaster.

Toate cele trei concentratii, administrate, au prelungit perioada de aparitie a indivizilor, pe mediul de cultura, in conditii de laborator. Cea mai lunga perioada (10 zile) s-a inregistrat sub efectul concentratiei de 0,03%.

Putem aprecia, totusi, ca desi nicotina in concentratii mici (sub 0,015%) are efecte benefice asupra prolificitatii, avand in vedere ca prelungeste cilclul de dezvoltare al indivizilor, intr-un interval de timp mai lung numarul total al indivizilor poate fi mai mic decat la martor.

Nicotina a determinat o reducere a frecventei aberatiilor, mai ales in concentratia de 0,01% si apoi in cea de 0,005%.

Dinamica fondului de gene in populatie experimentala de Drosophila melanogaster sub presiune selectiva

Rata natalitatii, sub presiunea selectiei naturale, s-a mentinut ridicata pe parcursul ambelor experimente in cazul tipului salbatic (Oregon), comparativ cu  cu populatiile celorlalte mutante.

In cadrul celui de-al doilea experiment, in generatia a doua s-a observat ca populatia Curly prezinta o mare capacitate mutationala.

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

BARA, I. I., 1996. Vademecum in genetica. Editura Corson, Iasi

BARA, I. I., 1973. Studiul asupra biologiei populatiilor unor specii apomictice si sexuate inrudite. Teza de doctorat, Facultatea de Biologie, Universitatea Bucuresti.

BARA, I. I., 1999. Genetica. Editura Corson, Iasi

BARA, I., ION, SURUGIU, C., IULIANA, CIMPEANU, M. MIRELA, MANIU, MARILENA. GENETICA SI EVOLUTIONISM. Editura Corson, Iasi 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. Conceptia si metoda sistemica in biologia generala. Editura Academiei, Bucuresti.

BOTNARIUC, N., 1992. Evolutionismul in impas Editura Academiei, Bucuresti.

BOTNARIUC, N., 1999. Evolutia sistemelor biologice supraindividuale. Editura Universitatii Bucuresti.

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

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

CIOBOTARI, GH., BARA, I.I., 200. Efecte ale tratamentului cu nicotina, in diferite concentratii, aplicat indivizilor de vDrosophila melanogaster, intr+o populatie revers-mutanta.In: Genetica si evolutionism (editata de Bara si colab., 2000), Editura CORSON-Iasi, 79-84

CIRLAN, M., CREANGA, ST., 2001. Evolutia determinismului genetic al sexelor. Editura Sedcom Libris, Iasi.

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

CRACIUN, T., I., TOMOZEI, N., COLES, A., NASTA, Genetica, Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti - 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, Chisinau, Stiinta;

DUBININ, N. P., 1977, Miscarea eterna, Editura Politica, Bucuresti;

ENESCU V., 1985, Genetica Ecologica, Ed. Ceres, Bucuresti;

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

FORD, E. B., 1975. Ecological Genetics, 4^th 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 populatiilor si evolutia, Editura Stiintifica Bucuresti;

MOVILEANU V., POPA N., 1996, Genetica. Lucrari practice, Editura Stiinta, Chisinau;

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

RACOVITA, E., 1929. Evolutia si problemele ei. Editura eugenica si biopolitica a Astrei, IV, Cluj, 183 pg.

RAICU P., NACHTIGAL M., 1969, Citogenetica. Principii si metode, Editura Academiei, Bucuresti;

RAICU, P., 1980. Genetica. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti.

SABASANU, IONELA. 2000. Complementaritatea intergenica in cazul incrucisarilor reciproce sepia x vermilion si Müller 5 x vermilion, la Drosophila melanogaster. Lucrare de dizertatie, Universitatea "Al. I. Cuza" Iasi

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. Evolutionismul in secolul 20. Certitudini. Divergente. Idealuri. Editura Politica, Bucuresti.

TOMA, N., GAVRILA, L., 2000. Ereditatea extranucleara. Editura Universitatii din Bucuresti.

TUDOSE, I. GH., 1992 - 1993. Genetica vol I - II. Editura Univ. "Al. I. Cuza" Iasi. 

TUDOSE I.GH., BRANDSCH R., 1969, Modificari in desfasurarea ciclului vital la Drosophila melanogaster, sub influenta efedrinei si influenta acestei substante asupra cromosomilor uriasi. Cercetari de Genetica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 404-407.