Партеногенез и половой процесс. Возможно ли непорочное зачатие, или что такое партеногенез

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.

«Без оплодотворения? Не возможно!» – возразят некоторые. Но такое явление возможно. Деву Марию по-гречески называют «Агни Партене», переводится «Чистая Дева».

Вот от слова «партене» – дева, девственница — образован термин партеногенез.

Размножение партеногенезом

Партеногенез – это процесс, при котором размножение происходит из неоплодотворенной .

Но не следует путать это с 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 . Как при , 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 . В течение лета размножаются амейотическим партеногенезом. Когда понижается температура водоема, сокращается световой день, появляются гаплоидные самцы. Популяция переходит к обыкновенному половому размножению.

Коловратки . Не удивляйтесь, если это название вам не знакомо, насколько мне известно, их нет в школьной программе. Если кратко: коловратки – это целый отдельный тип . Они многоклеточные организмы, но размеры их очень малы. У коловратки, так же как и тли и дафнии, размножаются партеногенезом в благоприятных условиях, а при наступлении неблагоприятных переходят к обыкновенному половому размножению. Есть даже некоторые виды типа коловратки, которые достигли «совершенства»: эти виды образованы только самками, которые размножаются партеногенезом. В таких случаях, когда партеногенез является единственным способом размножения, он называется облигатным . А когда наблюдается чередование партеногенеза и другого способа размножения партеногенез называется циклическим (как у дафний и тлей).

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 включает несколько видов, способных к партеногенезу. Перед 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.

Партеногенез пчел – уникальное природное явление, рождение жизнеспособной особи из неоплодотворенного яйца. Именно так в их ульях появляются трутни. Случается, что трутень появляется из обычного, оплодотворенного яйца, в таком случае длительность его жизни вдвое короче.

Два способа размножения

В животном мире размножение бывает – половое, с участием яйцеклетки и сперматозоида, и бесполое, когда сперматозоид не участвует. При спаривании самец отдает сперму матке, у нее на животике есть приемник, для хранения сперматозоидов. После завершения спаривания, самец погибает, а она начинает класть кокон. Если пчела имеет хорошо развитые половые органы, то она спаривается с трутнем, так происходит партеногенез.

Представитель пчелиного семейства, трутень, появляется только из неоплодотворенного яйца, которое откладывают рабочие пчелы.. В Африке, обитают породы пчел, способные вывести вид любого пола из неоплодотворенного яйца.

Способы размножения:

Яйцо откладывается в трутневую ячейку. Матка волосками на животике измеряет размеры соты, для трудовой особи всего 5,5 мм, а вот самцу нужно 7 мм. Самцы также рождаются из неоплодотворенных яиц трутовок.
В рабочие соты меньшего размера королева откладывает те же яйца, но капает на них сперму, открывая приемник на животике. Из этих яиц родятся рабочие единицы или матка.

Три разновидности особей

Состав пчелиной семьи: развитая матка, от 200 до 2000 самцов – трутней и трудовые пчелы. В гнезде семьи находятся тысячи яиц, личинок и куколок, большое количество кормовых запасов – меда и перги.

Особи могут жить, размножатся и продуктивно работать они могут только при полном составе семьи.

Матка — королева улья

От ее плодовитости зависит продуктивность пчелиной семьи. Чем она крупнее, тем она быстрее перерабатывает корм и, соответственно, интенсивнее яйцекладка.

Срок жизни около 5 лет, в первые два года особенно высокая плодовитость, постепенно плодовитость спадает, и неоплодотворенных яиц с трутнями становится больше.

Пока в семье живет одна и та же пчеломатка, четко прослеживаются особенности в сборе меда, агрессивности и зимостойкости. Как только матка сменяется другой, особенности меняются.

Трутень

Временный член пчелиной семьи, он не рабочий и выполняет одну задачу — спаривается с неплодотворными пчеломатками. Трутни не имеют защитных функций, у них нет жала. По сути, у самца нет отца, но на его детородные функции это никак не повлияло, ни одна самка не будет оплодотворена без его участия.

Природа наделила его отличным зрением и аэродинамическими способностями, чтобы быстро найти пчелиную матку. До окончания медосбора трутней кормят рабочие особи. Как только медосбор окончен, пчелы изгоняют самцов. Если же они остаются, значит в семье неплодная пчеломатка, это повод для беспокойства пчеловода.

Рабочие пчелы

Рабочие пчелы — это женская часть с недоразвитыми половыми органами, составляют основную массу пчелиной семьи. Они собирают урожай и заботятся о потомстве и трутнях.

Рабочие пчелы производят:

воск;
прополис;
пыльцу;
молочко;
пчелиный яд.

Продолжительность их жизни от 3 до 9 месяцев, это зависит от интенсивности выполняемых работ и обмена веществ.

Телитокия и ее результат

Полноценная пчелиная матка в состоянии участвовать в телитокии, многие рабочие особи откладывают яйца с диплоидным набором хромосом, и неоплодотворенная она так же на это способна. Трутни имеют гаплоидный набор хромосом, и при их удваивании образуется самка.

Внешние отличия

Любой трутень – это результат партеногенеза пчел, особи внешне одинаковые. А вот если в результате телитокии родится самка, она будет иметь внешние отличия.

Рожденные в результате телитокии пчелы имеют ряд отличий:

из ячеек появится либо матка, либо женская особь, отдаленно похожая на рабочую пчелу данной семьи;
молодые рабочие особи всегда крупнее и их брюшко конусообразное и блестящее;
у них другие пыльцевые щеточки и зазубрины на челюстях;

Такую рабочую особь можно искусственно оплодотворить, получив пчел с тройным набором хромосом.

Недостатки

Матка, рожденная в результате телитокии полноценная, но выживаемость потомства меньше, чем результат матки, рожденной естественным путем спаривания.

Особенности поиска трутовок

Партеногенез у пчел не дает возможности спрогнозировать рождаемость, все зависит от того, кто выложит яйцекладку – пчеломатка или пчела – трутовка. Последние выполняют кладку иначе, засевая только крупные ячейки, в большинство попадает по 2 яйца, заметны пропуски, а для нормальной рождаемости в ячейке должна быть одна личинка, иначе развитие не происходит.

Выявить трутовку в рое сложно.
Она быстро сменяется.
Семьи с трутовками не примут новую матку.

Весной пчелы закладывают в соты маточник, но все равно некоторые семьи будут трутневыми. Наблюдать за такими семьями бессмысленно: размножение бесполое (партеногенез).

Большинство представителей животного и растительного мира разделены на особей мужского и женского пола. В результате смешения генетического материала родителей потомство получает больше шансов выжить и приспособиться к условиям постоянно меняющейся окружающей среды. Однако есть и обратный путь. Иногда женские особи при воспроизведении потомства обходятся своими силами, так сказать, без «папы». Мы не будем описывать все способы бесполого размножения организмов, а остановимся на одном из способов полового - партеногенезе. Что это такое? Какие виды данного явления бывают? Об этом мы расскажем в статье.

Две колоды или одна

Для пояснения разницы между бесполым (митоз) и половым (мейоз) делением клеток воспользуемся ассоциацией с карточными играми. Генный набор всех ядерных (эукариотических) организмов состоит из двух колод карт - одна получена от матери, другая от отца (диплоидный набор). Парные карты колод - аллели одного гена. Именно такая перетасовка генного материала дает возможность для эволюции и повышает шансы на успешное приспособление организмов к среде. При митозе (простом делении) хромосомный набор потомков полностью идентичен таковому у родительской клетки. При мейозе конечным продуктом деления будут половые клетки (гаметы) с половинным гаплоидным хромосомным набором - в каждой по одной колоде карт, причем с разными "рубашками".

Два родителя или один

При половом размножении женские и мужские гаметы сливаются и образуют зиготу (зародыш) с полным диплоидным набором хромосом (одна колода от папы, другая от мамы), свойственным конкретному организму. Но в некоторых случаях зигота образуется без участия одного из родителей. Партеногенез - способ размножения организмов, когда женские гаметы формируют зародыш без оплодотворения, без слияния с мужскими гаметами. Термин образован от греческих слов "партенос" - "девственница" и "генезис" - "зарождение, развитие". В природе партеногенетическое размножение встречается не так часто и называется естественным. Что такое партеногенез искусственный? Это деление яйцеклетки, вызванное воздействием различных агентов и в норме требующее оплодотворения.

Виды партеногенеза

Классификация партеногенеза основана на различных критериях сравнения.

Могу сама, могу с партнером

Когда за критерий берется наличие в жизненном цикле организма разных форм размножения, то классифицируют три типа партеногенеза: облигатный, циклический и факультативный. Облигатный, или постоянный партеногенез - это размножение, единственно присущее данному организму. Циклическим называют тот, что чередуется с собственно половым. Что такое партеногенез факультативный? Это запасной способ оставить потомство или же ставший исключением для данного вида.

Партеногенез у пчел

Проиллюстрировать факультативный, полный и мейотический партеногенез можно на примере всем известных пчел. Ранней весной матка вылупляется из куколки и устремляется в брачный полет, когда ее оплодотворяет множество самцов (трутней). Но их сперма накапливается в семяприемнике пчелиной королевы, и именно ею она будет всю свою жизнь оплодотворять откладываемые яйца. Или же не будет. Когда по яйцеводу самки проходит яйцо, проток семяприемника открывается и оплодотворяет его - из диплоидного зародыша появляется самка, а станет она королевой или рабочей пчелой, зависит от того, чем личинку будут кормить рабочие пчелы. Если проток семяприемника не открывается, яйцо останется неоплодотворенным, и из него вырастет гаплоидный самец-трутень. Аналогичный цикл происходит у тли и муравьев.

Биологические плюсы

Несмотря на неоспоримые преимущества полового размножения, партеногенез имеет свои плюсы. Если условия окружающей среды благоприятны и в наличии достаточное количество пищи, то такой способ размножения, когда каждая особь оставляет потомство, дает преимущества, выражающиеся в скорости заселения конкретных биотопов. Когда условия среды изменятся в неблагоприятную сторону, можно пожертвовать количеством, но улучшить качество потомства, перейдя к половому размножению. Вот, что такое партеногенез факультативный. Он присущ членистоногим, земноводным, рептилиям и птицам.

Одинокая акула-мама

Очень редко бывает так, когда партеногенез становится настоящим чудом. Например, в случае с акулами был известен только один способ размножения - половой. Но в 2001 году акула-молот из зоопарка Небраски в США вдруг родила акуленка, и это при том, что в аквариуме она много лет жила одна. Биологов это событие поставило в тупик. Прояснить ситуацию позволила случайная смерть акуленка, которого ужалил ядовитый скат. Генетический анализ показал, что детеныш появился на свет путем истинного партеногенеза. Видимо, в организме акулы-мамы включились неизвестные науке механизмы сохранения вида на границах ареала. Или же акуле-маме было очень одиноко.

Соперничая с Богом

Тема непорочного, девственного зачатия уже много лет не сходит с полос СМИ. Может, история о рождении Иисуса Девой Марией - это пример партеногенеза у человека? Генетики однозначно и категорически говорят: "Нет!" Ведь если бы это было партеногенетическое размножение, Иисус должен был быть... девочкой. И вообще, естественный партеногенез у млекопитающих, и человека в том числе - как наиболее высокой филогенетической группы, - просто невозможен. И вот почему. У млекопитающих развитие множества признаков связано с генами, связанными с полом (половые маркеры). Это означает, что включение тех или иных генов зависит от качества генного материала как матери, так и отца. Конечно, если за дело не берутся специалисты по генной инженерии.

Именно японские специалисты, проведя более 600 экспериментов, из которых 24 закончились беременностью, а из них только 2 - родами, причем выжил лишь один детеныш, в 2004 году получили мышонка в результате «непорочного зачатия» мамы-мышки.

Понятие партеногенеза

При оплодотворении сперматозоид выводит яйцеклетку из состояния покоя и она начинает развиваться. Но в природе известны случаи, когда организм развивался из неоплодотворенной яйцеклетки.

Определение 1

Явление развития организма из неоплодотворенной яйцеклетки называется партеногенезом .

В случае партеногенеза новой поколение имеет неизмененный родительский генотип. У некоторых видов могут существовать как партеногенетические, так и двуполые популяции (у ящериц). Для других видов партеногенез является единственным способом размножения (у насекомых-палочников). У жужелиц и дафний закономерно чередуются половые и партеногенетические поколения.

Некоторые ученые считают партеногенез отдельной формой бесполого размножения, так как здесь отсутствует половой процесс (копуляция). Другие считают его вариантом полового размножения, так как в нем принимают участие именно половые клетки.

Диплоидный партеногенез

Существует целый ряд видов животных, у которых на протяжении определенного периода происходит развитие неоплодотворенных яйцеклеток. В ядре яйцеклетки при этом происходит удвоение количества хромосом и они становятся диплоидными (или при формировании яйцеклетки не происходит мейоз).

Пример 1

Например, у уже упомянутых выше жужелиц и дафний на протяжении весны, лета, начала осени (то есть большую часть года) размножение происходит только партеногенетически. Из неоплодотворенных яиц развиваются только самки. Осенью появляются самцы и происходит процесс оплодотворения. Оплодотворенные яйца переносят зиму. Весной из них снова развиваются самки, способные к партеногенетическому размножению.

Диплоидный партеногенез способствует быстрому размножению популяций данных видов.

Гаплоидный партеногенез

У пчел и некоторых других насекомых из оплодотворенных яиц развиваются самки. Из них формируются рабочие особи (недоразвитые самки) и матки. Из неоплодотворенных яиц развиваются трутни (партеногенетические самцы). В клетках самцов гаплоидный набор хромосом. При формировании сперматозоидов мейоз не происходит и количество хромосом в сперматозоидах не уменьшается. Поэтому при оплодотворении организмы получают диплоидный набор хромосом.

Искусственный партеногенез

Ученые-эмбриологи в ходе исследований получил возможность стимулировать развитие яйцеклетки без оплодотворения. Они применяли в качестве стимулирующего фактора некоторые раздражители (химические, механические или кратковременные влияния высоких или низких температур и пр.). Влияние этих раздражителей способствовало возбуждению яйцеклетки и началу формирования оболочек оплодотворения.

Замечание 1

Явление искусственного партеногенеза активно используется, например, для регулировки пола тутового шелкопряда в шелководстве.

Андрогенез

В науке известны случаи, когда ядро яйцеклетки разрушалось. При этом сама яйцеклетка сохраняла способность к оплодотворению. Тогда ядро сперматозоида занимало центральное положение в яйцеклетке. Яйцеклетка развивалась дальше партеногенетически, но с ядром сперматозоида. Образовавшийся новый организм имел только отцовские признаки. Такое явление получило в науке название андрогенеза .

Явление партеногенеза возникло, вероятно, как реакция организма на резкие изменения условий среды. Эти изменения приводили к невозможности осуществления оплодотворения. Поэтому выживали особи. У которых яйцеклетка начинала развиваться самостоятельно. Такое приспособление позволило видам выжить в непривычных и изменяющихся условиях. Метод партеногенеза может оказаться очень полезным в селекционной работе.

Партеногенез еще называют девственным размножением, данный процесс характерен для видов, у которых короткий жизненным цикл сопровождается выраженными сезонными изменениями.

Андрогенез и гиногенез

В процессе адрогенеза женская половая клетка не принимает участие в развитии нового организма, который появляется в результате слияния двух ядер мужских половых клеток - сперматозоидов. В этом случае в потомстве присутствуют только самцы. В природе андрогенез встречается у перепончатокрылых насекомых.

При гиногенезе ядро сперматозоида не сливается с ядром яйцеклетки, оно может только стимулировать ее развитие, происходит так называемое ложное оплодотворение. Данный процесс свойственен , костистым рыбам и круглым червям, при этом потомство состоит только из самок.

Гаплоидный и диплоидный партеногенез

При гаплоидном партеногенезе организм развивается из гаплоидной яйцеклетки, при этом особи могут быть женскими, мужскими или и теми и другими, все зависит от хромосомного определения пола у данного вида. У муравьев, пчел и ос в результате партеногенеза самцы появляются из неоплодотворенных яиц, а самки из оплодотворенных. Благодаря этому организмы разделяются на касты, процесс позволяет регулировать численность потомков определенного типа.

У некоторых ящериц, тлей и коловраток наблюдается диплоидный партеногенез, его еще называют соматическим. При этом у самок образуются диплоидные яйцеклетки. Данный процесс позволяет поддерживать численность особей, если встреча особей разного пола затруднена.

Естественный и искусственный партеногенез

Партеногенез носит циклический характер у коловраток, тлей и дафний. В летнее время существуют только самки, они развиваются партеногенетически, а осенью размножение проходит с оплодотворением.

Партеногенез может быть вызван искусственно, например, раздражением поверхности яиц тутового шелкопряда, нагреванием или воздействием различных кислот, можно добиться дробления яйца без оплодотворения. Партеногенетически удалось получить взрослых кроликов и лягушек.