Водяная агама (Physignathus cocincinus) вылупилась из яйца в Смитсоновском национальном зоологическом парке, шокировав своих владельцев. Почему? Всё просто — мать агамы никогда не встречалась с самцом. Благодаря генетическим тестам зоологи обнаружили, что агама, родившаяся 24 августа 2016 года, появилась благодаря партеногенезу — форме полового размножения, при котором развитие происходит без оплодотворения.
В переводе с греческого партеногенез означает «девственное размножение», при этом касается только женской репродукции. И хотя часть людей может предположить, что это явление скорее из области научной фантастики или религиозных текстов, партеногенез довольно распространён и встречается у множества живых организмов, включая растения, насекомых, рыб, рептилий и даже птиц. К сожалению, млекопитающие не способны к партеногенезу, поскольку для оплодотворения им необходимы гены от самцов.артеногенетический скорпион Hottentotta hottentotta, мама с детьми. Фото: Андрей Затока, зоодом Кобры-Мобры
Создание потомства без оплодотворения
Половое размножение предполагает вовлечение и самки, и самца, каждый из которых вносит свой генетический материал в виде яйцеклетки или семени, необходимые для создания уникального потомства. Большинство видов животных размножаются половым путём, однако самки некоторых видов содержат достаточное количество генетического материала для бесполого размножения.
Самки таких видов, включая некоторые виды ос, ракообразных и ящериц, размножаются только партеногенезом, это называется облигатным партеногенезом.
Большое число видов сталкиваются с циклическим партеногенезом, чаще всего встречающимся у содержащихся в зоопарках животных, таких как водяная агама в Смитсоновском зоопарке или чернопёрая акула (Carcharhinus limbatus) из океанариума Virginia Aquarium. Циклический партеногенез чередуется с обычными способами размножения, в промежутках между которыми может появляться неоплодотворённое потомство.
Учёные выяснили, что циклический партеногенез может быть наследуемой особенностью, то есть самки могут передавать способности к партеногенезу свои дочерям.
Как самки могут оплодотворять свои собственные яйцеклетки?
Для удачного формирования партеногенеза необходима правильная цепочка событий. Во-первых, самки должны быть способны создавать яйцеклетки (оогенез) без стимуляции генетическим материалам от самцов. Во-вторых, яйцеклетки, произведённые самками, должны самостоятельно развиваться, формируя эмбрион на ранней стадии. Наконец, животные должны успешно вылупиться.
Каждый шаг этого процесса может провалиться, особенно первый, требующий удвоения хромосом ДНК внутри яйцеклетки, и обеспечивающий полный набор генов для развивающегося потомства. В качестве альтернативы яйцеклетка может быть искусственно оплодотворена клетками, оставшимися от производства яйцеклетки, известными под названием «полярные тела». Вне зависимости от того, какой при создании эмбриона использовался метод, он в конечном счете определяет уровень генетического сходства между матерью и её потомством.
Обстоятельства, запускающие партеногенез, до сих пор не полностью поняты, однако они, по-видимому, включают фактор влияния среды обитания. У видов, способных размножаться как обычным способом, так и партеногенезом, таких как тля (Hemiptera), факторы в виде высокой популяции и хищников могут заставить их переключиться с партеногенеза на обычное размножение, но не наоборот. По меньшей мере у одного вида пресноводного планктона переключение может вызывать излишняя солёность воды.
Преимущества самовоспроизводства
Хоть циклический партеногенез и встречается достаточно редко, он даёт некоторые преимущества обладающим им самкам. В некоторых случаях это может позволять создавать самкам своих будущих партнёров для размножения.
Пол партеногенетического потомства определяется тем же методом, что и пол вида в целом. Для организмов, где пол определяется хромосомами (ХХ у самок и ХY у самцов), как у некоторых насекомых, рыб и рептилий, партеногенетическая самка может производить потомство только с тем набором хромосом, что у неё имеется — то есть она всегда будет производить ХХ самок. Однако для животных, где самки обладают набором хромосом ZW (таких как змеи и птицы), всё родившееся потомство будет либо мужским ZZ, либо, что намного реже, женским WW.
В период между 1997 и 1999 годами пёстрая подвязочная змея (Thamnophis marcianus) из зоопарка Финикс в Аризоне родила на свет двух самцов, которые дожили до зрелого возраста. Если бы самка спаривалась со своим потомством, это был бы инбридинг. Инбридинг может стать причиной множества генетических проблем, однако с точки зрения эволюции это лучше, чем не иметь потомства вовсе. Способность самок производить потомство, состоящее из самцов, в ходе партеногенеза говорит о том, что бесполое размножение в природе может быть более распространено, чем ранее считали учёные.
В течение долгого времени учёные наблюдали за разными видами и заметили, что склонные к облигатному партеногенезу виды чаще вымирают от болезней, паразитарных инвазий и изменений в окружающей среде. По всей видимости, присущий им инбридинг вносит свои коррективы в продолжительность их существования.
Современные исследования партеногенеза направлены на то, чтобы понять, почему некоторые виды способны размножаться и обычным способом, и партеногенезом, а также хватит ли циклического партеногенеза для лучшей выживаемости вида.
Перевод Екатерина Хананова, редактор Елена Королёва.