Co to jest partenogeneza?
Proces zwany partenogenezą pozwala różnym stworzeniom na
Jeden z najgłośniejszych przypadków partenogenezy miał miejsce u rekina zeberki Leoni, który mieszka z innymi samicami rekinów w Australian Reef HQ Aquarium.Chociaż od trzech lat nie spotkała się z samcem rekina, ten osobnik w niewoli złożył jaja, z których wykluły się trzy zdolne do życia młode.
Kilka lat wcześniej w zoo w Louisville samica pytona siatkowego o imieniu Thelma, która nigdy nie widziała nawet samca pytona, złożyła sześć jaj.Badanie jej DNA, opublikowane w czasopiśmie Biological Journal of the Linnean Society, wykazało, że Thelma jest jedynym rodzicem wszystkich węży.
W 2006 roku w Anglii samica warana z Komodo o imieniu Flora dokonała podobnego wyczynu, wprawiając w zakłopotanie opiekunów zoo w Chester.
Jak to działa?
Sama partenogeneza jest tej samej płci lubRozmnażanie „dziewicze” jest jedną z form rozmnażania płciowego organizmów, w której żeńskie komórki rozrodcze (jaja) rozwijają się w dorosłym organizmie bez zapłodnienia. Chociaż rozmnażaniu partenogenetycznemu nie towarzyszy fuzja gamet męskich i żeńskich, partenogeneza jest nadal uważana za rozmnażanie płciowe, ponieważ organizm rozwija się z komórki zarodkowej. Uważa się, że partenogeneza powstała podczas ewolucji form dwupiennych.
Rozmnażanie płciowe odbywa się przy udziale dwojgaskładniki: jajko i nasienie. Każda z nich dostarcza połowę informacji genetycznej potrzebnej do stworzenia żywego organizmu. Ale dzięki partenogenezie organizm znajduje unikalny sposób na uzupełnienie genów normalnie dostarczanych przez plemniki.
Jajniki wytwarzają komórki jajowe w złożonym procesie zwanym mejozą, podczas którego komórki replikują się, reorganizują i dzielą.Takie jaja zawierają tylko połowę chromosomów matki z jedną kopią każdego chromosomu.Są to tak zwane komórki haploidalne (te, które zawierają dwie kopie chromosomów, nazywane są komórkami diploidalnymi).
W procesie mejozy powstają produkty uboczne: mniejsze komórki - ciała polarne.
- W jednej z wersji partenogenezy,automixis, w ciele ciało polarne łączy się z jajem, tworząc potomstwo.Proces ten, który został udokumentowany u rekinów, nieznacznie tasuje geny matki, aby stworzyć potomstwo podobne do matki, ale nie po to, aby stworzyć jej dokładne klony.
- W innej formie partenogenezy,apomixiskomórki replikują się poprzez mitozę.W tym procesie jedna komórka jest duplikowana, aby utworzyć dwie komórki diploidalne. W ten sposób wykonywana jest swego rodzaju kopiowanie i wklejanie genów. Ponieważ komórki te nigdy nie podlegają procesowi mieszania genów mejozy, otrzymane w ten sposób potomstwo jest genetycznie identycznymi klonami swoich rodziców. Ta forma partenogenezy występuje częściej u roślin.
Dla większości organizmów, które się rozmnażająPo pierwsze, poprzez automiksis, potomstwo zwykle otrzymuje od matki dwa chromosomy X. Dwa chromosomy X, główny magazyn genów, powiązany z płcią, produkują tylko potomstwo płci żeńskiej.
Ale w rzadkich przypadkach zwierzęta, takie jak mszycemoże produkować płodne potomstwo płci męskiej, które jest genetycznie identyczne z matką, z wyjątkiem braku drugiego chromosomu X. Te samce są zwykle płodne, ale ponieważ są zdolne do wytwarzania tylko plemników zawierających chromosomy X, całe ich potomstwo będzie płci żeńskiej.
Partenogenezę należy odróżnić odrozmnażanie bezpłciowe, co zawsze odbywa się za pomocą narządów i komórek somatycznych (rozmnażanie przez podział, pączkowanie itp.).
Nawiasem mówiąc, partenogeneza może być naturalny jest normalnym sposobem, w jaki niektóre organizmy rozmnażają się w przyrodzie, orazsztucznywywołane eksperymentalnie przez działanie różnych bodźców na niezapłodnione jajo, które normalnie wymaga zapłodnienia.
Ogólnie rzecz biorąc, partenogeneza dzieli się również nageneratywnylub haploidalny, orazsomatycznyW partenogenezie generatywnej obserwuje się haploidalną liczbę chromosomów (n) w dzielących się komórkach ciała; TenW partenogenezie somatycznej w dzielących się komórkach ciała obserwuje się początkową diploidalną (2n) lub poliploidalną (Zn, 4n, 5n, rzadziej nawet 6n i 8n) liczbę chromosomów.
Partenogeneza u zwierząt
Oryginalna forma partenogenezy jest szczątkowa lubszczątkowa partenogeneza jest charakterystyczna dla wielu gatunków zwierząt w przypadkach, gdy ich jaja pozostają niezapłodnione. Z reguły partenogeneza embrionalna ogranicza się do początkowych etapów rozwoju embrionalnego; jednak czasami rozwój osiąga końcowe etapy.
Zwierzęta rozmnażają się przez miliony latpoprzez partenogenezę, która po raz pierwszy pojawiła się w niektórych najmniejszych i najprostszych organizmach. Naukowcy uważają, że dla bardziej zaawansowanych zwierząt, takich jak kręgowce, zdolność do rozmnażania się bezpłciowego była ostatnią próbą gatunku w niesprzyjających warunkach. To może wyjaśniać, dlaczego partenogeneza jest możliwa u tak wielu gatunków pustynnych i wyspiarskich.
Daphnia pulex z jajkiem partenogenezy
Większość zwierząt rozmnażających się za pomocąPartenogeneza to małe bezkręgowce, takie jak pszczoły, osy, mrówki i mszyce, które mogą na przemian rozmnażać się płciowo i bezpłciowo. Partenogenezę obserwuje się u ponad 80 gatunków kręgowców, z których około połowa to ryby lub jaszczurki. Rzadko zdarza się, że złożone kręgowce, takie jak rekiny, węże i duże jaszczurki, polegają na rozmnażaniu bezpłciowym, więc Leoni i inni początkowo zaskoczyli naukowców.
Wyróżnićobligatoryjna partenogeneza, w których jaja są zdolne jedynie do rozwoju partenogenetycznego, orazopcjonalnyw którym jaja mogą się rozwijać ipoprzez partenogenezę, aw wyniku zapłodnienia (u wielu błonkoskrzydłych np. pszczoły, samce (trutnie) rozwijają się z niezapłodnionych jaj, a samice (królowe i robotnice) rozwijają się z zapłodnionych jaj.
Wiele gatunków zwierząt nieposiadających samców jest zdolnych do długotrwałego rozmnażania się poprzez partenogenezę – stała partenogeneza. U niektórych gatunków, wraz z partenogenetyczną rasą żeńską, występuje rasa biseksualna (gatunek pierwotny), czasami zajmująca inny obszar -partenogeneza geograficzna(motyle noszące skrzynkę, wiele chrząszczy, krocionogi, mięczaki, wrotki, rozwielitki, kręgowce - jaszczurki itp.).
Czy istnieje sztuczna partenogeneza?
Sztuczna partenogeneza u zwierząt po raz pierwszyuzyskany przez rosyjskiego zoologa Aleksandra Tichomirowa. W 1886 roku był w stanie wykazać, że zapłodnione jaja jedwabników można wywołać za pomocą roztworów mocnych kwasów, tarcia i innych czynników drażniących. Później Jacques Loeb i inni naukowcy uzyskali sztuczną partenogenezę u wielu zwierząt, głównie bezkręgowców morskich, a także u niektórych płazów (żaby), a nawet ssaków (króliki).
Sztuczna partenogeneza jest spowodowana działaniem na jaja roztworów hipertonicznych lub hipotonicznych (osmotycznypartenogeneza), poprzez nakłucie jaja igłą zwilżoną hemolimfą (traumatycznypartenogeneza), nagłe ochłodzenie, a zwłaszcza nagrzanie (temperaturapartenogeneza), a także działanie kwasów, zasad i innych substancji chemicznych.
Zwykle za pomocą sztucznej partenogenezymożliwe jest uzyskanie tylko początkowych etapów rozwoju organizmu; Rzadko dochodzi do pełnej partenogenezy, chociaż przypadki pełnej partenogenezy są znane nawet u kręgowców.
W 2003 roku naukowcy z Instytutu Rozwojukomórkowej (Massachusetts, USA) udało się uzyskać pełnoprawne zarodki z niezapłodnionych jaj u 4 z 28 badanych małp. Było to spowodowane specjalnym lekiem chemicznym, który stymuluje podział jaja.
Osiągnij pierwszy poród partenogenetycznyssaki odniosły sukces w 2004 roku przez naukowców z Tokijskiego Uniwersytetu Rolniczego. Biolodzy zastosowali opracowaną przez siebie technologię haploidyzacji, czyli sztucznej transformacji komórek somatycznych samicy myszy w komórki haploidalne (podobne do samców lub samic gamety). Wówczas w warunkach laboratoryjnych udało się osiągnąć fuzję tych komórek, „oszukanie” za pomocą specjalnych technologii imprintingu genomowego. I w końcu już w organizmie matki zarodek zaczął się rozwijać z komórki.
Czy człowiek może rozmnażać się przez partenogenezę?
Dana osoba znała przypadki, gdy była pod wpływemstresujące sytuacje związane z wysokimi temperaturami i innymi ekstremalnymi sytuacjami jajo samicy może zacząć się dzielić, nawet jeśli nie jest zapłodnione, ale w 99,9% przypadków szybko umiera.
W dyskusjach o partenogenezie jest to nieuniknionePojawia się temat jednego z głównych dogmatów chrześcijaństwa – niepokalanego poczęcia Najświętszej Maryi Panny. Czyż tradycje ewangeliczne nie przechowują dowodów na partenogenetyczne narodziny człowieka? Przeciwnicy tej wersji zwracają uwagę, że gdyby tak było, Dzieciątko Jezus musiałoby urodzić się jako dziewczynka – oczywiście ze względu na brak chromosomów Y w komórce jajowej.
Niestety, natura postawiła potężną barierę na drodze partenogenezy człowieka.
Nie są znane żadne ssaki rozmnażające się w ten sposób, ponieważ w przeciwieństwie do prostszych organizmów ssaki opierają się na procesie zwanym wdrukowaniem genomu.
Faktem jest, że dla rozwijającego się zarodkaDla ssaka, mówiąc w przenośni, nie jest obojętne, kto odziedziczył ten czy inny gen od mamy czy taty. Gen odpowiedzialny za rozwój jakiegoś ważnego narządu po prostu nie będzie działał ani nie wyrażał się, jeśli ma niewłaściwy marker płci. Gdyby potomstwo miało tylko jednego rodzica, niektóre geny w ogóle nie mogłyby zostać aktywowane, co spowodowałoby, że potomstwo nieopłacalne. Dlatego nawet jeśli zmusisz jajo ssaka do podziału, powiedzmy, za pomocą bodźców zewnętrznych, nie ma szans, że w rezultacie urodzi się zdolny do życia organizm. Imprinting genomowy zablokuje rozwój zarodka we wczesnych stadiach. Chyba, że zainterweniuje inżynieria genetyczna.
Strategia przetrwania w pojedynkę
W niektórych bardzo rzadkich przypadkach gatunki zwierząt rozmnażają się wyłącznie poprzez partenogenezę. Jednym z tych gatunków jest jaszczurka Aspidoscelis uniparens, z których wszystkie są samicami.
Whiptail pustynny (Aspidoscelis uniparens) w Nowym Meksyku
U niektórych owadów, salamandry i mieszkaniarobaki, co dziwne, obecność plemników wyzwala partenogenezę. Plemniki rozpoczynają ten proces, wnikając do komórki jajowej, ale później ulegają degeneracji, pozostawiając jedynie chromosomy matczyne. W tym przypadku nasienie tylko wyzwala rozwój komórki jajowej - nie ma ona żadnego wkładu genetycznego.
Możliwość rozmnażania bezpłciowego pozwalazwierzęta przekazują swoje geny bez marnowania energii w poszukiwaniu partnera, a tym samym mogą pomóc w utrzymaniu gatunku w trudnych warunkach. Na przykład, jeśli jaszczurka monitorująca przybywa na bezludną wyspę, sama może stworzyć populację poprzez partenogenezę.
Ponieważ jednak każda osoba będziegenetycznie identyczne, matki smoków z Komodo i ich córki będą bardziej podatne na choroby i zmiany środowiskowe niż grupa genetycznie zmieniona. Na przykład na niektórych obszarach Nowego Meksyku niektóre populacje samic jaszczurek mają niemal identyczne profile genetyczne.
Czytaj więcej
Najbardziej burzowe miejsce na Ziemi: dlaczego Drake Passage to najniebezpieczniejsza trasa na Antarktydę
Nowy związek uranu bije rekord pod względem anomalnego przewodnictwa
Mars Express pomógł dowiedzieć się, gdzie i jak woda zniknęła z Czerwonej Planety