Що таке партеногенез?
Процес, званий партеногенез, дозволяє різним істотам - від
Один із найбільш обговорюваних випадків партеногенезустався з акулою-зеброю Леоні, яка мешкає разом з іншими акулами-самками в Австралійському акваріумі Reef HQ. Наприкінці січня 2017 року вчені опублікували статтю про неї. Хоча вона не перетиналася з самцем акули вже три роки, ця спіймана в неволі особина відклала яйця, з яких вилупилися три життєздатні дитинчата.
Декількома роками раніше в зоопаркуЛуїсвілля Самка сітчастого пітона на ім'я Тельма, яка ніколи навіть не бачила пітона-самця, відклала шість яєць. Із них з'явилися здорові молоді змії. Дослідження її ДНК, опубліковане в Біологічному журналі Ліннеївського товариства, показало, що Тельма є єдиним батьком усіх змієнят.
А в 2006 році в Англії самка комодського варана на ім'я Флора здійснила аналогічний подвиг, збентеживши охоронців зоопарку Честера.
Як це працює?
Сам по собі партеногенез - це одностатеве, або«Незаймане» розмноження - одна з форм статевого розмноження організмів, при якій жіночі статеві клітини (яйцеклітини) розвиваються в дорослому організмі без запліднення. Хоча партеногенетичний розмноження не супроводжується злиттям чоловічих і жіночих гамет, партеногенез все ж вважається статевим розмноженням, так як організм розвивається з статевої клітини. Вважається, що партеногенез виник в процесі еволюції раздельнополих форм.
Статеве розмноження відбувається за участю двохкомпонентів: яйцеклітини і сперматозоїда. Кожен надає половину генетичної інформації, необхідної для створення живого організму. Але при партеногенезе організм знаходить унікальний спосіб поповнення генів, зазвичай забезпечуються сперматозоїдом.
Яєчники виробляють яйцеклітини за допомогоюскладного процесу - мейозу. Під час нього клітини реплікуються, реорганізуються та поділяються. Такі яйцеклітини містять лише половину материнських хромосом з однією копією кожної хромосоми. Вони називаються гаплоїдними клітинами (ті, що містять дві хромосомні копії, називаються диплоїдними).
У процесі мейозу з'являються побічні продукти: дрібніші клітини - полярні тільця.
- В одній із версій партеногенезу —автоміксис, в організмі полярне тіло об'єднується зяйцеклітиною для створення потомства. Цей процес, задокументований в акул, злегка перетасовує материнські гени для створення потомства, схожого на матір, але не створення її точних клонів.
- В іншій формі партеногенезу,апоміксис, Клітини реплицируются за допомогою мітозу.У цьому процесі одна клітина дублюється, щоб створити дві диплоїдні. Таким чином здійснюється свого роду генетичне копіювання і вставка. Оскільки ці клітини ніколи не піддаються процесу змішування генів мейозу, потомство, отримане таким чином, є генетично ідентичними клонами своїх батьків. Ця форма партеногенезу частіше зустрічається у рослин.
Для більшості організмів, які розмножуютьсяпершим способом, за допомогою автоміксис, потомство зазвичай отримує дві Х-хромосоми від своєї матері. Дві Х-хромосоми, основна генетична комора, сцепленная з підлогою, дають потомство лише жіночої статі.
Але в окремих випадках такі тварини, як тля,можуть виробляти плідне потомство чоловічої статі, яке генетично ідентично своєї матері, за винятком відсутності другої Х-хромосоми. Ці самці зазвичай плідні, але оскільки вони здатні виробляти тільки сперму, що містить Х-хромосоми, все їх потомство буде самками.
Партеногенез слід відрізняти відбезстатевого розмноження, Яке здійснюється завжди за допомогою соматичних органів і клітин (розмноження діленням, брунькуванням і т.п.).
До речі, партеногенез буває.природний — нормальний спосіб розмноження деяких організмів у природі таштучний, Що викликається експериментально дією різних подразників на незапліднену яйцеклітину, в нормі що потребує заплідненні.
Взагалі партеногенез ділять також нагенеративний, або гаплоїдний, тасоматический(він може бути диплоїдним та поліплоїдним).При генеративному партеногенезі в клітинах тіла, що діляться, спостерігається гаплоїдна кількість хромосом (n); цей випадок щодо рідкісний (гаплоїдні самці - трутні бджіл). При соматичному партеногенезі в клітинах тіла, що діляться, спостерігається вихідне диплоїдне (2n) або поліплоїдне (Зn, 4n, 5n, рідко навіть 6n і 8n) число хромосом.
Партеногенез у тварин
Вихідна форма партеногенезу - зародковий, аборудиментарний партеногенез - властивий багатьом видам тварин в тих випадках, коли їх яйця залишаються незапліднені. Як правило, зародковий партеногенез обмежується початковими стадіями зародкового розвитку; проте іноді розвиток досягає кінцевих стадій.
За мільйони років тварини відтворювалисяза допомогою партеногенезу, який вперше з'явився у деяких з найменших і простих організмів. Вчені вважають, що для більш просунутих тварин, таких як хребетні, здатність до безстатевого розмноження стала останньою спробою для видів, що знаходяться в несприятливих умовах. Це може пояснити, чому партеногенез можливий у стількох видів пустельних і острівних видів.
Daphnia pulex with Parthenogenesis egg
Більшість тварин, що розмножуються за допомогоюпартеногенезу, - це дрібні безхребетні, такі як бджоли, оси, мурахи і попелиці, які можуть чергуватися між статевим і безстатевим розмноженням. Партеногенез спостерігається у більш ніж 80 видів хребетних, близько половини з яких - риби або ящірки. Рідко коли складні хребетні, такі як акули, змії і великі ящірки, покладаються на безстатеве розмноження, тому Леоні і інші спочатку ставили вчених у глухий кут.
Розрізняютьоблігатний партеногенез, при якому яйця здатні тільки до партеногенетичного розвитку, тафакультативний, При якому яйця можуть розвиватися іза допомогою партеногенезу, і в результаті запліднення (у багатьох перетинчастокрилих комах, наприклад у бджіл, з незапліднених яєць розвиваються самці (трутні), із запліднених - жіночі особини (матки і робочі бджоли).
Багато видів тварин, що не мають самців, здатні до тривалого розмноження шляхом партеногенезу - константний партеногенез. У деяких видів поряд з партеногенетичною жіночою расою існує двостатева раса (початковий вигляд), що іноді займає інший ареал.географічний партеногенез(метелики чохлоноски, багато жуків, багатоніжок, молюсків, коловраток, дафнії, з хребетних — ящірки та ін.).
А буває штучний партеногенез?
Штучний партеногенез у тварин впершеотриманий російським зоологом Олександром Тихомирова. У 1886 році йому вдалося показати, що незапліднені яйця тутового шовкопряда можна спонукати до розвитку розчинами сильних кислот, тертям та іншими подразниками. Надалі штучний партеногенез був отриманий Жаком Льобом і іншими вченими у багатьох тварин, головним чином у морських безхребетних, а також у деяких земноводних (жаба) і навіть ссавців (кролик).
Штучний партеногенез викликають дією на яйця гіпертонічних або гіпотонічних розчинів (осмотическийпартеногенез), уколом яйця голкою, змоченою гемолімфою (травматичнийпартеногенез), різким охолодженням і особливо нагріванням (температурнийпартеногенез), а також дією кислот, лугів та інших хімікатів.
За допомогою штучного партеногенезу зазвичайвдається отримувати лише початкові стадії розвитку організму; повний партеногенез досягається рідко, хоча відомі випадки повного партеногенезу навіть у хребетних тварин.
У 2003 році вченим з Інституту розвиткуклітинної технології (штат Массачусетс, США) вдалося отримати повноцінні ембріони з незапліднених яйцеклітин у 4 з 28 випробовуваних макак. Це сталося завдяки особливому хімічному препарату, стимулюючого розподіл яйцеклітини.
Домогтися першого партеногенетического народженняссавців вдалося в 2004 році вченим з Токійського сільськогосподарського університету. Біологи застосували розроблену ними технологію гаплоідізаціі, тобто штучного перетворення соматичних клітин самки миші в гаплоїдні (подібні чи чоловічим, то чи жіночим гаметам) клітини. Потім в лабораторних умовах вдалося домогтися злиття цих клітин, «обдуривши» за допомогою особливих технологій геномної імпрінтінг. І, нарешті, вже в материнському організмі з клітки почав розвиватися зародок.
Чи може людина розмножуватися партеногензом?
У людини відомі випадки, коли під впливомстресових ситуацій високих температур і в інших екстремальних ситуаціях жіноча яйцеклітина може почати ділиться, навіть якщо не запліднена, але в 99,9% випадків вона незабаром гине.
У міркуваннях про партеногенез неминучевиринає тема одного з головних догматів християнства — непорочного зачаття Діви Марії. Чи не зберігають євангельські перекази свідчення про партеногенетичне народження людини? Противники цієї версії вказують на те, що, якби це було так, немовля Ісус мав би народитися дівчинкою — зрозуміло, через відсутність у яйцеклітині Y-хромосом.
На жаль, на шляху партеногенезу людини споруджено потужний заслін природою.
Відомо, що ніякі ссавці не відтворюються таким чином, тому що, на відміну від більш простих організмів, ссавці покладаються на процес, який називається геномним імпринтингом.
Справа в тому, що для зародка, що розвивається.ссавця, образно кажучи, не байдуже, від кого дістався той чи інший ген — від мами чи тата. Ген, який відповідає за розвиток якого-небудь життєвого важливого органу, просто не буде працювати, проявляти себе, якщо він має неправильний статевий маркер. Якщо у потомства був би тільки один батько, деякі гени не змогли б активуватися взагалі, що зробило потомство нежиттєздатним . Саме тому, навіть якщо змусити яйцеклітину ссавця ділитися, скажімо, за допомогою зовнішніх подразників, немає жодних шансів на те, що в результаті на світ з'явиться життєздатний організм. Геномний імпринтинг заблокує розвиток зародка ранніх стадіях. Якщо, звісно, у справу не втрутиться генна інженерія.
Стратегія одиночного виживання
У деяких дуже рідкісних випадках види тварин розмножуються виключно шляхом партеногенезу. Одним з таких видів є ящірка Aspidoscelis uniparens, все її особини жіночої статі.
Desert-grassland Whiptail (Aspidoscelis uniparens) in New Mexico
У деяких комах, саламандр і плоскихчерв'яків, як не дивно, наявність сперми запускає партеногенез. Сперматозоїди запускають процес, проникаючи в яйцеклітину, але пізніше дегенерируют, залишаючи тільки материнські хромосоми. В цьому випадку сперма тільки запускає розвиток яйцеклітини - вона не вносить ніякого генетичного вкладу.
Здатність до безстатевого розмноження дозволяєтваринам передавати свої гени, не витрачаючи енергію на пошук партнера, і, таким чином, може допомогти підтримувати вид у складних умовах. Наприклад, якщо варан прибуває на безлюдний острів, вона одна може створити популяцію за допомогою партеногенезу.
Однак, оскільки кожна людина будегенетично ідентичним, матері комодських варанів та їх дочки будуть більш вразливі до хвороб та змін навколишнього середовища, ніж генетично змінена група. Наприклад, у деяких районах Нью-Мексико деякі популяції самок ящірок мають майже ідентичний генетичний профіль.
Читати далі
Саме штормове місце на Землі: чому протоку Дрейка - найнебезпечніший шлях в Антарктику
Нове уранове з'єднання побило рекорд аномальної провідності
Mars Express допоміг з'ясувати, куди і як зникла вода з Червоної планети