Размножение без оплодотворения. Непорочное зачатие в животном мире и у людей. Гаплоидный и диплоидный партеногенез
Партеногенез - форма полового размножения, при которой яйцеклетки самок развиваются в новый организм без предварительного оплодотворения.
Терминология
Раньше многие авторы (например, Б.Н.Шванвич) определяли партеногенез как вариант бесполой формы , хотя это и противоречило общепринятой биологической терминологии. Бесполое - это появление новых особей из соматических клеток материнского организма, а не из половых, как это происходит при партеногенезе. Таким образом, в настоящее время партеногенез принято относить к половому , так как в его процессе дочерние особи образуются из , а не из частей тела «матери», как, например, при простом делении бактерий, почковании дрожжей, сегментации тела у плоских червей и т.д.
Явление партеногенеза в большинстве случаев наблюдается у примитивных организмов, хотя, в целом, встречается среди многих представителей животного мира: Членистоногих, Моллюсков, Рыб и даже Пресмыкающихся. Интересно предположение о существовании партеногенеза у человека: по неподтвержденным данным, были случаи, когда у погибших женщин обнаруживали беременность ранних сроков, и при исследовании плодного выяснялось, что эмбрион представляет полную генетическую копию матери. Впрочем, если у высших животных такое явление и возможно (имеется в виду, в естественных условиях), то полного развития яйцеклетки никогда не происходит, оно обычно останавливается на стадии бластулы. (прим.авт.) (фото)
Относительно часто данное явление наблюдают среди насекомых. В большинстве своем эти существа являются раздельнополыми, о чем даже на первый взгляд можно догадаться по половому особей многих видов, однако иногда партеногенез сочетается у них с классическим половым или даже полностью его замещает.
Партеногенез как биологический процесс
Цитологическая основа этого явления бывает различной. В одних случаях происходит «нарушение» развития нормальной яйцеклетки, например, изменение числа делений генетического материала. В других роль сперматозоидов берут на себя другие структуры. Например, существует такое образование, как направительное (полярное) тельце. Оно прикреплено к яйцеклетке, содержит небольшое количество цитоплазмы и генетический материал. В «норме», то есть при половом , оно отделяется от после определенного количества делений мейоза. У некоторых же партеногенетических особей, например, червеца Lecanium, тельце не дегенерирует и не открепляется, а проникает внутрь и сливается с ядром яйцеклетки, имитируя проникновение сперматозоида и давая толчок к развитию эмбриона.
Партеногенез представляется явлением, которое не зависит от «воли» насекомого. Однако в некоторых случаях особи сами управляют формами своего . У некоторых перепончатокрылых (медоносных пчел), а также у калифорнийской расы червецов, сперматозоиды хранятся в специальной камере, откуда самка может выпустить или не выпустить их на яйцо - в зависимости от «цели» осуществления кладки. (фото)
Разновидности партеногенеза
Партеногенез - это весьма неоднородное явление, которое разделяют на несколько категорий.
Спорадический : большую часть времени обоеполые особи размножаются «обычным» путем, но при создании определенных условий (снижение численности популяции, отсутствие самцов) могут переходить и на партеногенез. Данное явление характерно для Тополевого бражника, и других насекомых, в первую очередь, Чешуекрылых. В редких случаях спорадический партеногенез наблюдается у пауков, к примеру, тропических сенокосцев, однако обычно их неоплодотворенные гибнут, не завершив своего развития.
Постоянный : наблюдается все время, наряду с половой формой . Типичный пример - общественные перепончатокрылые, у которых самцы всегда развиваются из неоплодотворенных , а самки - из оплодотворенных. В ряде случаев партеногенез полностью или практически полностью замещает собой половое . Так, у некоторых видов палочников, червецов, орехотворок и пилильщиков самцы либо редки, либо вообще неизвестны. Аналогичное явление встречается и среди клещей.
Существуют организмы, у которых частота встречаемости самцов различается, в зависимости от обитания. К примеру, самцы Кистевиков (многоножек) часто встречаются во Франции (42% особей), при этом, в Голландии их всего 39%, в Дании - 8%, а при дальнейшем продвижении на север их нет вообще.
Циклический : происходит правильное чередование половых и бесполых поколений, как, например, у . У них оплодотворенное переживает зиму, после чего из него выходит девственная самка, дающая еще ряд , также размножающихся партеногенетически. Осенью отрождаются и самцы, которые спариваются и откладывают , начиная новый виток жизненного цикла. (фото)
Искусственный : эту категорию можно рассматривать как разновидность спорадического партеногенеза, но в природе она не встречается. Сущность данной формы состоит в том, что особи, которые размножаются «обычным» половым путем, переходят на партеногенез при воздействии на особыми физическими (электричество, температура) и химическими факторами. Впервые это явление было открыто в 1886 году.
Педогенез : разновидность партеногенеза, при которой девственное
ПАРТЕНОГЕНЕЗ (от греческого parthenos - девственница и...генез ), девственное размножение, одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки, яйца) развиваются без оплодотворения. Таким образом, партеногенез - половое, но однополое размножение, возникающее в процессе эволюции раздельнополых и гермафродитных форм. Значение партеногенеза заключается в возможности размножения при редких контактах разнополых особей (например, на экологической периферии ареала), а также в возможности резкого увеличения численности потомства (что важно для видов и популяций с большой циклической смертностью). Возникновению партеногенеза способствует отдалённая гибридизация исходных форм, сопровождающаяся повышением жизнеспособности партеногенетических форм. Исходная форма естественного (спонтанного) партеногенеза - зачаточный, или рудиментарный, партеногенез, как правило, не идёт далее начальных стадий зародышевого развития. Полный естественный партеногенез, завершающийся развитием половозрелых особей, встречается во всех типах беспозвоночных и у всех позвоночных, кроме млекопитающих, у которых партеногенетические зародыши погибают на ранних стадиях эмбриогенеза (исследование искусственного партеногенеза млекопитающих имеет важное значение для экспериментальной эмбриологии, а также для животноводства). Различают партеногенез облигатный, при котором яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативный, при котором яйца могут развиваться и посредством партеногенеза, и в результате оплодотворения. Часто размножение посредством партеногенеза чередуется с обоеполым - так называемым циклический партеногенезом. Размножение исключительно путём партеногенеза у бессамцовых форм называется константным партеногенезом. Прохождение мейоза, уменьшающего вдвое число хромосом (мейотический партеногенез), или непрохождение его (амейотический партеногенез), а также способ восстановления диплоидности яйца в случае прохождения мейоза определяют наследственную структуру (генотип) партеногенетического потомства, включая пол и степень гомозиготности. В зависимости от пола потомства различают: амфитокию, при которой из неоплодотворённых яиц развиваются и самки, и самцы (например, у тлей поколение полоносок), арренотокию, при которой развиваются только самцы (например, трутни у пчёл), и телитокию, при которой развиваются только самки (например, у неполноциклых тлей и тлей-основательниц, дающих начало партеногенетическим самкам-переселенцам, а из позвоночных - у ящериц). Своеобразная форма партеногенеза - педогенез. К партеногенезу относятся также особые формы размножения - гиногенез и андрогенез. При искусственном партеногенезе обычно удаётся получать лишь начальные стадии развития организма и редко - полное. Массовое (до 90%) полное партеногенетическое развитие тутового шелкопряда амейотического типа (самки повторяют генотип матери) достигнуто посредством воздействия на неоплодотворённые яйца больших доз высокой (Б. Д. Астауров, 1936), низкой температур и других физических и химических факторов. Малые дозы этих факторов стимулируют у тутового шелкопряда мейотический партеногенез, завершающийся развитием только самцов, гомозиготных по всем генам. Решение проблемы регуляции соотношения полов при партеногенезе у тутового шелкопряда имеет большое практическое значение. У растений известны такие же формы партеногенеза, как и у животных. Наибольшее распространение среди семенных и споровых растений получил константный партеногенез. У двудомных растений партеногенез чаще связан с отсутствием особей мужского пола, у однодомных - с дегенерацией мужских цветков, отсутствием или абортивностью пыльцы. Искусственный партеногенез в единичных случаях получен у многих растений действием различных химических и физических факторов.
Непорочное зачатие, или партеногенез является модификацией полового размножения, когда женская гамета начинает развиваться в новую особь без участия мужской гаметы для оплодотворения. Партеногенетическое размножение распространено в царстве животных, растений, и обычно при этом возрастает скорость размножения.
Партеногенез у животных и растений
Непорочное зачатие бывает двух видов - гаплоидный и диплоидный партеногенез, в зависимости от количества хромосом в гамете женской особи. У многих насекомых, в частности, у муравьев, ос и пчел, в результате первого вида размножения возникают различные сообщества организмов. При гаплоидном партеногенезе происходит мейоз и создаются гаплоидные гаметы. Из оплодотворенных яйцеклеток могут развиваться диплоидные самки, а неоплодотворенные яйцеклетки развивают гаплоидных фертильных самцов. У медоносной пчелы, например, матка откладывает такие которые дают самок (рабочие особи, матка), и неоплодотворенные яйца, дающие самцов (трутней). Подобный механизм размножения у насекомых играет адаптивную роль, потому что может регулировать появление потомков в зависимости от типа гамет.
Диплоидный партеногенез происходит у тлей. При этом ооциты самки подвергаются особой форме мейоза - хромосомы не расходятся, а переходят в яйцеклетку, без хромосом остаются полярные тельца. Развитие яйцеклеток осуществляется в материнском организме, новорожденные самки вполне сформировавшиеся и не вылупляются из яиц. Такой процесс живорождения продолжается в нескольких поколениях, до того момента пока появится клетка, которая содержит одну Х-хромосому и все аутосомы. Из нее развивается партеногенетический самец. Главное преимущество партогененеза для тлей - это быстрый рост популяции, потому что ее половозрелые члены могут откладывать яйца.
«Непорочное зачатие» в различных формах широко распространено у растений. Одна из них называется апомиксисом и является партеногенезом, имитирующим Такая форма зачатия наблюдается у отдельных цветковых растений, у них диплоидная клетка развивается в полноценный зародыш без участия гаметы мужской особи. В других случаях должно присутствовать пыльцевое зерно, стимулирующее партеногенез; пыльцевое зерно вырабатывает гормоны, необходимые для появления зародыша, и такие случаи почти не отличаются от полового размножения.
Партеногенез у людей
Судмедэкспертам хорошо известно, что при воздействии высоких температур, стрессовых ситуаций и в экстремальных условиях яйцеклетка женщины может начать процесс деления, даже если она не оплодотворена. Существует мнение, что если женщина готова к зачатию, то ей можно просто попариться некоторое время в бане, и яйцеклетка активирует процесс превращения в организм, но, вероятнее всего, она не жизнеспособна и вскоре погибнет.
В готовой к насчитывается 23 хромосомы, которые определяют пол.
«Непорочное зачатие» происходит тогда, когда созревшие женские хромосомы разделяются на две половинки, образуя в яйцеклетке 46 хромосом, необходимых для зарождения новой жизни. После этого может начаться процесс дробления и развития эмбриона, но только женского пола.
По мнению врачей, партеногенез у человека возникает при наличии бактерии, проживающей в организме насекомых, но она может переселиться в человеческий организм, вызвав деление яйцеклетки и образование зародыша. Бактерия уничтожает мужские зародыши или преобразует их в женские.
Зафиксировано уже немало случаев, когда пол человеческого эмбриона менялся под влиянием или в условиях жаркого климата, при этом мужской эмбрион всегда меняется на женский, по-другому никогда не происходит.
Ранее об этом явлении не слышали вообще. Во всяком случае, слово «партеногенез» появилось недавно. «Непорочное зачатие» девы Марии христиане воспринимали как чудо. А то, что это могла быть обычная беременность, никому и в голову не приходило.
Партеногенез (от греч. παρθενος - девственница и γενεσις - рождение, у растений - апомиксис ) - так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размноженияорганизмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез все равно считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессеэволюции организмов у раздельнополых форм.
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.).
Классификации партеногенеза
Существует несколько классификаций партеногенетического размножения.
По способу размножения
Естественный - нормальный способ размножения некоторых организмов в природе.
Искусственный - вызывается экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.
По полноте протекания
Рудиментарный (зачаточный) - неоплодотворённые яйцеклетки начинают деление, однако зародышевое развитие прекращается на ранних стадиях. Вместе с тем в некоторых случаях возможно и продолжение развития до конечных стадий (акцидентальный или случайный партеногенез).
Полный - развитие яйцеклетки приводит к формированию взрослой особи. Эта разновидность партеногенеза наблюдается во всех типах беспозвоночных и у некоторыхпозвоночных.
По наличию мейоза в цикле развития
Амейотический - развивающиеся яйцеклетки не проделывают мейоза и остаются диплоидными. Такой партеногенез (например, у дафний) является разновидностью клональногоразмножения.
Мейотический - яйцеклетки проделывают мейоз (при этом они становятся гаплоидными). Новый организм развивается из гаплоидной яйцеклетки (самцы перепончатокрылых насекомых и коловраток), или яйцеклетка тем или иным способом восстанавливает диплоидность (например, путём эндомитоза или слияния с полярным тельцем)
По наличию других форм размножения в цикле развития
Облигатный - когда он является единственным способом размножения
Циклический - партеногенез закономерно чередуется с другими способами разножения в жизненном цикле (напрмер, у дафний и коловраток).
Факультативный - встречающийся в виде исключения или запасного способа размножения у форм, в норме двуполых.
В зависимости от пола организма
Гиногенез - партеногенез самок
Андрогенез - партеногенез самцов
Распространенность
У животных
]У членистоногих
Способность к партеногенезу у членистоногих имеют тихоходки, тля, балянус, некоторые муравьи и многие другие.
У муравьёв телитокический партеногенез обнаружен у 8 видов и может быть разделён на 3 основных типа: тип A - самки производят самок и рабочих через телитокию, но рабочие стерильны и самцы отсутствуют (Mycocepurus smithii ) ; тип B - рабочие производят рабочих и потенциальных самок через телитокию; тип C - самки производят самок телитокически, а рабочих - обычным половым путём, в тоже время, рабочие производят самок через телитокию. Самцы известны для типов B и C. Тип B обнаружен у Cerapachys biroi , двухмирмициновых видов, Messor capitatus и Pristomyrmex punctatus , и у понеринового вида Platythyrea punctata . Тип C обнаружен у муравьёв-бегунков Cataglyphis cursor и двух мирмициновых видов Wasmannia auropunctata и Vollenhovia emeryi .
У позвоночных
Партеногенез редок у позвоночных и встречается примерно у 70 видов, что составляет 0,1 % всех позвоночных животных. Например, существует несколько видов ящериц, в естественных условиях размножающихся партеногенезом (Даревскиа, комодские вараны). Партеногенетические популяции также найдены и у некоторых видов рыб, земноводных, птиц (в том числе куриц). Случаи однополого размножения пока не известны только среди млекопитающих.
Партеногенез у комодских варанов возможен потому, что овогенез сопровождается развитием полоцита (полярного тельца), содержащего удвоенную копию ДНК яйца; полоцит при этом не погибает и выступает в качестве спермы, превращая яйцеклетку в эмбрион .