Как называется размножение без оплодотворения присущее пчелам тле и некоторым видам ящериц
Обновлено: 07.07.2024
Некоторые животные могут производить потомство без спаривания с помощью партеногенеза. Как это у них получается? Возможен ли такой вариант размножения у человека? Рассказываем главное о необычном явлении природы.
Что такое партеногенез?
Процесс, называемый партеногенезом, позволяет различным существам — от медоносных пчел до гремучих змей — размножатся без участия самца. Это форма полового размножения, при котором развитие организма происходит из женской половой клетки (яйцеклетки) без оплодотворения ее мужской (сперматозоид).
Один из самых обсуждаемых случаев партеногенеза произошел с акулой-зеброй Леони, живущей вместе с другими акулами-самками в Австралийском аквариуме Reef HQ. В конце января 2017 года ученые опубликовали статью о ней. Хотя она не пересекалась с самцом акулы уже три года, эта пойманная в неволе особь отложила яйца, из которых вылупились три жизнеспособных детеныша.
Несколькими годами ранее в зоопарке Луисвилля самка сетчатого питона по имени Тельма, которая никогда даже не видела питона-самца, отложила шесть яиц. Из них появились здоровые молодые змеи. Исследование ее ДНК, опубликованное в Биологическом журнале Линнеевского общества, показало, что Тельма является единственным родителем всех змеенышей.
А в 2006 году в Англии самка комодского варана по имени Флора совершила аналогичный подвиг, озадачив хранителей зоопарка Честера.
Как это работает?
Половое размножение происходит при участии двух компонентов: яйцеклетке и сперматозоида. Каждый предоставляет половину генетической информации, необходимой для создания живого организма. Но при партеногенезе организм находит уникальный способ восполнения генов, обычно обеспечиваемых сперматозоидом.
Яичники производят яйцеклетки посредством сложного процесса — мейоза. Во время него клетки реплицируются, реорганизуются и разделяются. Такие яйцеклетки содержат только половину материнских хромосом с одной копией каждой хромосомы. Они называются гаплоидными клетками (те, что содержат две хромосомные копии, называются диплоидными).
В процессе мейоза появляются побочные продукты: более мелкие клетки — полярные тельца.
- В одной из версий партеногенеза — автомиксиса, в организме полярное тело объединяется с яйцеклеткой для создания потомства. Этот процесс, который задокументирован у акул, слегка перетасовывает материнские гены для создания потомства, похожего на мать, но не создания ее точных клонов.
- В другой форме партеногенеза, апомиксисе, клетки реплицируются посредством митоза. В этом процессе одна клетка дублируется, чтобы создать две диплоидные. Таким образом осуществляется своего рода генетическое копирование и вставка. Поскольку эти клетки никогда не подвергаются процессу смешения генов мейоза, потомство, полученное таким образом, является генетически идентичными клонами своих родителей. Эта форма партеногенеза чаще встречается у растений.
Для большинства организмов, которые размножаются первым способом, посредством автомиксиса, потомство обычно получает две Х-хромосомы от своей матери. Две Х-хромосомы, основная генетическая кладовая, сцепленная с полом, дают потомство только женского пола.
Но в редких случаях такие животные, как тля, могут производить плодовитое потомство мужского пола, которое генетически идентично своей матери, за исключением отсутствия второй Х-хромосомы. Эти самцы обычно плодовиты, но поскольку они способны производить только сперму, содержащую Х-хромосомы, все их потомство будет самками.
Партеногенез следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т.п.).
Кстати, партеногенез бывает естественный — нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный, вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворенную яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.
Вообще партеногенез делят также на генеративный, или гаплоидный, и соматический (он может быть диплоидным и полиплоидным). При генеративном партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается гаплоидное число хромосом (n); этот случай относительно редок (гаплоидные самцы — трутни пчел). При соматическом партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается исходное диплоидное (2n) или полиплоидное (Зn, 4n, 5n, редко даже 6n и 8n) число хромосом.
Партеногенез у животных
Исходная форма партеногенеза — зачаточный, или рудиментарный партеногенез — свойственен многим видам животных в тех случаях, когда их яйца остаются неоплодотворёнными. Как правило, зачаточный партеногенез ограничивается начальными стадиями зародышевого развития; однако иногда развитие достигает конечных стадий.
За миллионы лет животные воспроизводились посредством партеногенеза, который впервые появился у некоторых из самых маленьких и простых организмов. Ученые считают, что для более продвинутых животных, таких как позвоночные, способность к бесполому размножению стала последней попыткой для видов, находящихся в неблагоприятных условиях. Это может объяснить, почему партеногенез возможен у стольких видов пустынных и островных видов.
Большинство животных, размножающихся посредством партеногенеза, — это мелкие беспозвоночные, такие как пчелы, осы, муравьи и тли, которые могут чередоваться между половым и бесполым размножением. Партеногенез наблюдается у более чем 80 видов позвоночных, около половины из которых — рыбы или ящерицы. Редко когда сложные позвоночные, такие как акулы, змеи и крупные ящерицы, полагаются на бесполое размножение, поэтому Леони и другие поначалу ставили ученых в тупик.
Различают облигатный партеногенез, при котором яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативный, при котором яйца могут развиваться и посредством партеногенеза, и в результате оплодотворения (у многих перепончатокрылых насекомых, например у пчел, из неоплодотворенных яиц развиваются самцы (трутни), из оплодотворенных — женские особи (матки и рабочие пчелы).
Многие виды животных, не имеющие самцов, способны к длительному размножению путем партеногенеза — константный партеногенез. У некоторых видов наряду с партеногенетической женской расой существует обоеполая раса (исходный вид), занимающая иногда другой ареал — географический партеногенез (бабочки чехлоноски, многие жуки, многоножки, моллюски, коловратки, дафнии, из позвоночных — ящерицы и др.).
А бывает искусственный партеногенез?
Искусственный партеногенез у животных впервые получен русским зоологом Александром Тихомировым. В 1886 году ему удалось показать, что неоплодотворенные яйца тутового шелкопряда можно побудить к развитию растворами сильных кислот, трением и другими раздражителями. В дальнейшем искусственный партеногенез был получен Жаком Лёбом и другими учеными у многих животных, главным образом у морских беспозвоночных, а также у некоторых земноводных (лягушка) и даже млекопитающих (кролик).
Искусственный партеногенез вызывают действием на яйца гипертонических или гипотонических растворов (осмотический партеногенез), уколом яйца иглой, смоченной гемолимфой (травматический партеногенез), резким охлаждением и особенно нагревом (температурный партеногенез), а также действием кислот, щелочей и других химикатов.
С помощью искусственного партеногенеза обычно удается получать лишь начальные стадии развития организма; полный партеногенез достигается редко, хотя известны случаи полного партеногенеза даже у позвоночных животных.
В 2003 году ученым из Института развития клеточной технологии (штат Массачусетс, США) удалось получить полноценные эмбрионы из неоплодотворенных яйцеклеток у 4 из 28 испытуемых макак. Это произошло благодаря особому химическому препарату, стимулирующему деление яйцеклетки.
Может ли человек размножаться партеногензом?
У человека известны случаи, когда под влиянием стрессовых ситуаций высоких температур и в других экстремальных ситуациях женская яйцеклетка может начать делится, даже если не оплодотворена, но в 99,9% случаев она вскоре погибает.
В рассуждениях о партеногенезе неизбежно всплывает тема одного из главных догматов христианства — непорочного зачатия Девы Марии. Не хранят ли евангельские предания свидетельство о партеногенетическом рождении человека? Противники этой версии указывают на то, что, будь это так, младенец Иисус должен был бы родиться девочкой — разумеется, из-за отсутствия в яйцеклетке Y-хромосом.
К сожалению, на пути партеногенеза человека воздвигнут мощный заслон природой.
Известно, что никакие млекопитающие не воспроизводятся таким образом, потому что, в отличие от более простых организмов, млекопитающие полагаются на процесс, называемый геномным импринтингом.
Дело в том, что для развивающегося зародыша млекопитающего, образно говоря, не безразлично, от кого достался тот или иной ген — от мамы или от папы. Ген, отвечающий за развитие какого-нибудь жизненного важного органа, просто не будет работать, проявлять себя, если он имеет неправильный половой маркер. Если у потомства был бы только один родитель, некоторые гены не смогли бы активироваться вообще, что сделало потомство нежизнеспособным. Именно поэтому, даже если заставить яйцеклетку млекопитающего делиться, скажем, с помощью неких внешних раздражителей, нет никаких шансов на то, что в результате на свет появится жизнеспособный организм. Геномный импринтинг заблокирует развитие зародыша на ранних стадиях. Если, конечно, в дело не вмешается генная инженерия.
Стратегия одиночного выживания
В некоторых очень редких случаях виды животных размножаются исключительно путем партеногенеза. Одним из таких видов является ящерица Aspidoscelis uniparens, все ее особи женского пола.
У некоторых насекомых, саламандр и плоских червей, как ни странно, наличие спермы запускает партеногенез. Сперматозоиды запускают процесс, проникая в яйцеклетку, но позже дегенерируют, оставляя только материнские хромосомы. В этом случае сперма только запускает развитие яйцеклетки — она не вносит никакого генетического вклада.
Способность к бесполому размножению позволяет животным передавать свои гены, не тратя энергию на поиск партнера, и, таким образом, может помочь поддерживать вид в сложных условиях. Например, если варан прибывает на необитаемый остров, она одна может создать популяцию посредством партеногенеза.
Однако, поскольку каждый человек будет генетически идентичным, матери комодских варанов и их дочери будут более уязвимы к болезням и изменениям окружающей среды, чем генетически измененная группа. Например, в некоторых районах Нью-Мексико некоторые популяции самок ящериц имеют почти идентичный генетический профиль.
В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. Такой способ размножения используется некоторыми животными (хотя чаще к нему прибегают относительно примитивные организмы) . В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых — самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл) . Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим гетерозис и высокую жизнеспособность. Партеногенез следует относить к половому размножению и следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т. п.).
Что-то я не вкурил насчёт партогенеза - пчёлы-то тут при чём?
Самка пчелы (матка) вылетает один раз в жизни и совокупляется сразу со многими самцами (трутнями) , причём на лету. Затем сперма хранится у неё в специальных мешочках, и по мере необходимости оплодотворяет яйцеклетки.
А роение - это процесс образования нового гнезда, когда молодая матка вылетает из старого и часть рабочих пчёл за ней. Это не способ размножения, а образование нового гнезда (роя).
как известно, в пчелином семействе есть три разделения: трутни, матка, рабочие. Соответственно и разные половые процессы.
Когда матка летает с трутнями и они спариваются, сперматозоиды не оплодотворяют яйцеклетки, они собираются в особые "емкости" в половых путях самки. Потом она начинает "выпускать" яйцеклетки. При этом просвет емкости, содержащей спермии, регулируется. Одни яйцеклетки оплодотворяются, другие -- нет.
Из тех, что не оплодотворились партеногенетически развиваются трутни. Те, которые оплодотворились дальше развиваются в зависимости от того, в какую ячейку матка отложит яйцо. Если в большую, то рабочие будут усиленно кормить личинку, появится новая матка, если в маленькую, то не будут -- будет рабочая пчела. Рабочие пчелы --это самки с недоразвитой половой системой. Ее развитие тормозится веществами, выделяемыми маткой.
В преддверии христианского праздника Пасхи я хотел бы рассмотреть тему, которая с научной точки зрения подходит к одному новозаветному чуду.
По приданию Пресвятая Дева Мария, без всякого оплодотворения, забеременела и родила Царя Иудейского Иисуса Христа – мессию, приход которого был предсказан в ветхом завете.
автор статьи — Саид Лутфуллин
Партеногенез – это процесс, при котором размножение происходит из неоплодотворенной яйцеклетки.
Но не следует путать это с бесполым размножением.
Размножение партеногенезом – это форма полового размножения, так как образуются женские гаметы .
Одними из первых партеногенез стали изучать шведский натуралист Шарль Бонне и немецкий зоолог Карл Зибольд.
Партеногенез делится на два вида: на мейотический и амейотический.
При амейотическом партеногенезе яйцеклетки остаются диплоидными, так как не претерпевают мейоза.
При мейотическом партеногенезе организм развивается либо из гаплоидной яйцеклетки, и сам является гаплоидным , либо яйцеклетка восстанавливает диплоидность и организм получается диплоидным .
Восстановление диплоидности может осуществляться по-разному: яйцеклетка может слиться с полярным тельцем (это похоже на копуляцию гамет) или может произойти эндомитоз.
Эндомитоз – процесс удвоения хромосом. Как при митозе, только не растворяется ядерная оболочка и не делится клетка.
Какие же организмы могут размножаться партеногенезом?
Вот несколько классических примеров
Тли. Они таким образом быстро, без особых затрат увеличивают свою численность. Партеногенетически размножаются летом. В результате получаются только самки . Это своеобразная подготовка к неблагоприятным условиям, направленная на то, чтобы как можно больше особей выжили. С приближением осени на свет появляются другого типа гаметы, из которых могут появиться как самцы, так и самки. И насекомые начинают размножаться обыкновенным половым путем.
Дафнии (ракообразные). В течение лета размножаются амейотическим партеногенезом. Когда понижается температура водоема, сокращается световой день, появляются гаплоидные самцы. Популяция переходит к обыкновенному половому размножению.
Пчелы. У пчел развитие яиц идет по двум схемам: некоторые оплодотворяются, некоторые нет. Из неоплодотворенных яиц (1n) развиваются самцы – трутни. Поэтому соматические клетки трутней гаплоидны ( об этом не нужно забывать, если вдруг в задаче по генетике попадется что-нибудь на эту тему ).
Из оплодотворенных яиц развиваются самки – рабочие пчелы либо матка. В таком случае, когда яйца могут развиваться и в результате оплодотворения, и партеногенетически, партеногенез называют факультативным.
Благодаря способности к факультативному партеногенезу у пчел осуществляется контроль численности особей каждой касты (рабочие, трутни).
Род Скальные ящерицы включает несколько видов, способных к партеногенезу. Перед мейозом в половых клетках этих ящериц происходит митотическое увеличение числа хромосом, поэтому после нормального цикла мейоза яйцеклетки получаются диплоидными и готовы образовать новый организм. Скальные ящерицы живут на камнях и иногда перебраться с одного на другой проблематично, в таких условиях как раз нужен партеногенез.
Обнаружен партеногенез у комодских варанов. Самки имеют половые хромосомы: ZW, а самцы: ZZ. Поэтому в результате партеногенеза должны получиться организмы: ZZ либо WW, но WW нежизнеспособны. Поэтому у комодских варанов в результате партеногенеза могут развиться только самцы.
Среди позвоночных размножение партеногенезом известно, помимо скальных ящериц и варана, у некоторых рыб и птиц.
Получается, непорочное зачатие – это всего лишь биологический процесс и никакого чуда нет?
Но не все так просто: у млекопитающих (включая человека) в естественных условиях размножение партеногенезом невозможно.
Так как у них наблюдается интересное явление – геномный импринтинг.
При геномном импринтинге в некоторых аллелях работают только гены, полученные от отца, или от матери. Поэтому организм не может развиться только из яйцеклетки, так как у него не будут работать некоторые гены. Так что место для чуда еще осталось.
Существует так же искусственный партеногенез. Путем различных внешних раздражителей можно заставить развиваться неоплодотворенную яйцеклетку. И уже получилось искусственно вызвать партеногенез у млекопитающих, однако получается это крайне редко.
Размножение партеногенезом у растений называют апомиксисом.
Непорочное зачатие не является чем-то сверхъестественным в природе. Самки некоторых животных могут родить детёнышей или отложить яйца без предварительного оплодотворения самцом. Такой способностью обладают свыше 70 видов живых существ.
Немного биологии: как происходит беременность без оплодотворения
Способность самок к беременности без участия самцов и появлению здорового потомства в биологии называется партеногенезом. Такое размножение не предусматривает соединения мужских и женских гамет, тем не менее оно относится к половым способам продолжения рода. Плод развивается после слияния 2 яйцеклеток или спонтанного деления 1 женской репродуктивной клетки. Процесс может быть:
- постоянным, когда самцов совсем нет либо они все имеют атрофированные гениталии;
- временным, если рядом с самкой долгое время нет половых партнёров, готовых к спариванию.
Партеногенез бывает трёх видов
При партеногенезе у некоторых животных рождаются только представители одного пола, у других же потомство может состоять и из самок, и из самцов. Это связано с особенностями строения ДНК. К примеру:
Среди акул только представители рода Paragaleus способны к партеногенезу — в результате такого размножения получаются одни самки
У бессамцового размножения есть свои плюсы и минусы. К преимуществам относится то, что этот способ помогает быстрее размножиться (не нужно искать пару, тратить время на брачные ритуалы и пр.). К тому же для появления новой популяции достаточно одной материнской особи. Минус партеногенеза — отсутствие генетического разнообразия потомков, что приводит к мутациям и вырождению. Поэтому виды, которые полностью утратили способность размножаться без самцов, качество заменяют количеством — оставляют потомство из нескольких сотен особей.
Какие животные способны размножаться без полового партнёра
Пчёлы
Иранский паук-гоблин
Паук-гоблин — настоящий малютка, его размеры не превышают 3 мм. Среди этих членистоногих самцов не существует, в семействе Triaeris stenaspis — одни паучихи. Самки откладывают яйца, из которых вылупляются новые особи женского пола. Каждое следующее поколение показывает более низкий коэффициент рождаемости (откладывает меньше яиц, чем их прородители). Так природа чуть притормаживает процесс заселения планеты этими пауками, а иначе они бы расплодились до того, что начали мешать выживанию других животных.
Паук-гоблин живёт преимущественно в Иране, но в последнее время его стали находить и в Европе — скорее всего, паука туда завезли иммигранты на своей одежде или обуви
Улитки мелании
Улитки мелании из-за своей способности к быстрому размножению не раз создавали природные катастрофы, перенаселяя водоёмы на Кубе, в Доминиканской республике, Южной Африке, Америке
Мраморный рак
Этого рака ещё называют Мраморной девой за то, что способностью к размножению у них обладают только самки (самцы стерильны). Они размножаются исключительно партеногенезом. Что интересно, само по себе развитие плода у рака-девочки, находящейся в одиночестве, не начнётся. Процесс запускается только после соития между самцом и самкой. Оплодотворение не совершается, но от полового акта у рачихи запускается гормональный всплеск, который и вызывает деление яйцеклетки.
Мраморный рак — угроза для других обитателей водоёмов Европы и Америки: их популяция так активно растёт, что вытесняет других животных
Тихоходки
Тихоходки — животные, которые во многих направлениях являются чемпионами. Например, это самые маленькие (с длиной тела до 1,5 мм) многоклеточные существа с полноценной пищеварительной, выделительной, нервной и половой системами. А ещё они рекордсмены по выживанию. Их находят и в горячих источниках, и подо льдом. При наступлении неблагоприятных условий эти малыши способны на десятилетия впадать в состояние анабиоза (когда все процессы жизнедеятельности замедляются), а при наступлении благоприятных условий — мгновенно оживать. Самки тихоходок способны активно размножаться без самцов — это у них даже получается успешнее, чем с половым партнёром: после полноценного спаривания тихоходка откладывает от 1 до 15 яиц, а после партеногенеза — до 40.
Многие люди не знают о существовании тихоходок, хотя эти странные животные окружают нас повсеместно
Комодские вараны
Комодские вараны — самые большие ящерицы, способные вырастать до 3 метров в длину и набирать вес до 80 кг. То, что эти рептилии умеют размножаться партеногенезом, стало известно только в 2005 году. В лондонском зоопарке жила самка варана, которая 3 года не общалась с другими представителями своего вида. И вот однажды эта дама начала откладывать яйца, из которых появились крепкие и здоровые варанчики.
Комодские вараны охотно спариваются, но если рядом с самкой долгое время не будет самца, то она начнёт сама откладывать яйца
Фотогалерея: другие случаи партеногенеза
Среди всех животных, кроме млекопитающих, встречаются случаи партеногенеза — развития у самки плода из одной только яйцеклетки без предварительного оплодотворения самцом. Это является защитным механизмом, поддерживающим популяцию в сложных условиях, например, при изоляции, когда представители одного вида редко встречаются друг с другом.
Читайте также: