Партеногенез (Parthenogenesis - от греч. parthenos - девушка, девственница + genesis -зарождение) - форма полового размножения, при котором развитие организма происходит из женской половой клетки (яйцеклетки) без оплодотворения ее мужской (сперматозоид).
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. В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых - самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчел).
Партеногенез следует отличать от бесполого размножения , которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т.п.).
Различают партеногенез естественный - нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный , вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.
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.
При андрогенезе ядро женской половой клетки (яйцеклетки) в развитии не участвует, а новый организм развивается из двух слившихся ядер мужских половых клеток (сперматозоидов). Естественный андрогенез встречается в природе, например у перепончатокрылых насекомых - наездников. Искусственный андрогенез используется для получения потомства у тутового шелкопряда: при андрогенезе в потомстве получаются только самцы, а коконы самцов содержат существенно больше шёлка, чем коконы самок.
В случае гиногенеза ядро сперматозоида не сливается с ядром яйцеклетки, а только стимулирует её развитие (ложное оплодотворение). Гиногенез свойствен круглым червям, костистым рыбам и земноводным. При этом в потомстве получаются одни самки.
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 (по некоторым данным в истории известны 16 случаев непорочного зачатия , имевшие место в Африке и странах Европы).
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
Рождество Иисуса Христа было так: по обручении Матери Его Марии с Иосифом, прежде нежели сочетались они, оказалось что Она имеет во чреве от Духа Святого…
Евангелие от Матфея
Дальнейший ход событий всем, кто читал Библию, известен: Иосиф, « не желая огласить Ее», хотел тайно отпустить Марию, но ночью ему явился Ангел Господень и объяснил происхождение беременности. Житейская драматическая коллизия получила на этот раз необыкновенную развязку: родился Бог и одновременно сын человеческий - видимый, доступный для общения. Тайна беспорочного зачатия была отнесена к Великом таинствам, но не переставала волновать умы.
В начале 30-х годов нашего века выдающийся немецкий зоолог Карл Зибольд открыл явление партеногенеза - развитие яйцеклетки без оплодотворения - у некоторых насекомых. Это открытие вызвало огромный интерес не только ученых: казалось, что « Великое таинство» может получить вполне научное объяснение. В поздравлении архиепископа Германии Зибольду были такие слова: « Теперь и для Девы Марии можно объяснить тот же процесс…»
Принцип зарождения человеческой жизни до удивления прост: чтобы запустить механизм безостановочного размножения клеток, нужно всего лишь слить воедино женскую и мужскую половые клетки. Как в любви сливаются ОН и ОНА, так и половые клетки, отдав по половине наследственного материала (по 23 хромосомы), создадут ОНО с 46 хромосомами. Но эти 46 хромосом можно получить, и не сливая в любви противоположные половые клетки. Можно соединить в одно целое две женские яйцеклетки или два сперматозоида. Правда, в этих комбинациях уже родится не ОНО, это будут лишь точные копии или мам, или пап.
Открытие Зибольда пробудило интерес к этой теме у многих ученых. Такие великие умы, как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард, Норберт Винер и Роналд Фишер внесли свой вклад в популяционную генетику - науку о прохождении и закреплении наследственного материала в пределах целых сообществ.
Тем временем исследователи открывали новые случаи партеногенеза, а практики использовали эти открытия для хозяйственных нужд. В 1958 году Илья Даревский сообщает о фактах партеногенеза у некоторых видов ящериц (а ведь это позвоночные!). В это же время академик Б. Л. Астауров выводит совершенно новый вид шелкопряда, состоящий в основном из самцов (до сих пор этот вид шелкопряда носит его имя и разводится во всех шелконосных районах мира). В данном случае партеногенез принес ощутимую пользу: самки шелкопряда не только дают шелк низкого качества, но и более прожорливы, чем самцы (при том, что корм - шелковица - очень дорогой).
Методика Астаурова чрезвычайно проста: гусеницы прокручиваются в центрифуге со скоростью 3000 оборотов в минуту при заданных температуре, давлении и прочих условиях в течение 2 минут. Под влиянием центробежных сил сперматозоиды сливаются, давая начало чисто мужскому виду. Точно так же можно получать преимущественно особей женского пола.
Представьте себе, сколько важных хозяйственных задач можно было бы решить с помощью партеногенеза. Почему бы, например, не « тиражировать» самых молочных коров? От одной коровы удалось бы получить столько же телочек, сколько от стада в 500 голов! И все они были бы точными копиями мамы - никаких отступлений от « оригинала». Все это можно было бы считать чистой фантастикой, если бы природа сама не прибегала к партеногенезу.
В феврале в английской телепередаче о животных рассказывалось о гиенах, их образе жизни, повадках. И вдруг голос диктора поясняет: « Среди гиен встречаются гермафродиты, а кроме того, известны случаи партеногенетического размножения гиен»..
Как известно, в природе предусмотрены три способа размножения всего живого (растений и животных): бесполое, гермафродитное и раздельнополое. Конечно, самый простой способ - бесполый. У амеб, например, масса « мамы» делится на двух « дочек» (или двух « сынков» - как вам больше нравится), и каждое последующее деление, по существу, - уход « мамы» в вечность, в бессмертие. Четыре хромосомы повторяются миллиарды лет. Нет никакой борьбы ни за совершенствование, ни за существование. Если вдруг пересохнут все лужи - амебы исчезнут.
Второй весьма распространенный способ размножения - гермафродитный: самка и самец в одном лице. Количество возможных комбинаций « встреч» между полами огромно - в два раза больше, чем при полном разделении полов. Преимущества над бесполым способом очевидны. Но природа идет по иному пути. Повсеместно, даже в мире растений наблюдается третий, универсальный способ размножения, основанный на полном разделении полов. Конечно, количество возможных встреч по сравнению с гер-мафродитным способом вдвое меньше, но зато какие это встречи!
ОН, осваивая внешнюю среду, является не чем иным, как средством в эволюционном совершенствовании вида. А цель - ОНА. Опыт борьбы за существование ОН передает ЕЙ для того, чтобы эти уроки были усвоены наследниками. ОН мобилен, оперативен, ОНА консервативна, живет во вчерашнем дне. ОНА - это ОН вчерашний, а ОН - это ОНА завтрашняя. Разница между э^ими двумя « днями» равна жизни одного поколения, то есть 60-80 годам. Через 60-80 лет жен- щины догонят мужчин сегодняшнего дня в росте, спортивных достижениях, привычках, даже болезнях… Таковы условия, которые нам навязаны половой дифференциацией в целях беспрестанного совершенствования: ОН - ведущий, ОНА - ведомая. И психология полов обусловлена этими эволюционными требованиями.
От НЕЕ не нужно ждать великих изобретений и открытий. Инстинкт материнства у НЕЕ всегда сильнее любознательности. Однако ОНА незаменима в скрупулезной, точной, « мелкой» работе. ОНА не глупее, не слабее и вообще не хуже его - у НЕЕ просто иные исторические задачи.
Борьба за равноправие полов надуманна и несостоятельна. Если общество хочет спокойного, консервативного, не связанного с риском правления, но без продвижения вперед - нужны лидеры-женщины. Если же требуется поиск, натиск, готовность к риску - нужны мужчины.
Итак, мужчины - оперативная память, женщины - консервативное ядро, накопитель, посредник для передачи накопленного детям. Таково распределение ролей не только в человеческом сообществе. Равновесность этой системы необходима для продолжения рода. И природа всегда выравнивает ее.
Представьте себе такую ситуацию. В фермерском хозяйстве родилось больше петухов или бычков, чем это кажется необходимым фермеру. Ему бы побольше курочек (будущие яйца), коров (молоко). Однако чем больше фермер будет забивать петушков и бычков, тем больше их будет рождаться. Так система полов отвечает на нарушение равновесия. В аквариуме с одним самцом обычно рождаются преимущественно самцы, и наоборот. Давно подмечено: чем больше на войне погибнет мужчин, тем больше рождается мальчиков.
Есть и такая закономерность: чем моложе самец или самка, тем вероятнее, что у них родится сын. Старение сопровождается скатыванием пары в консерватизм, а ЕМУ это не свойственно.
Вот такие закономерности открыла популяционная генетика - наука, возникшая на стыке генетики, информатики и кибернетики.
Итак, раздельнополый способ размножения открывает уникальные возможности для совершенствования человека, где у каждого пола свои обязанности по отношению друг к другу и потомству.
А что если бы человек мог продолжать род при помощи партеногенеза - зачатия без оплодотворения? Количество яйцеклеток у каждой женщины - 4-5 тысяч. Созревает же каждый месяц лишь одна. Значит, за 30 лет (с 15 до 45) готовы к оплодотворению 300-400 яйцеклеток, плод из которых может быть выношен максимально 25-30 раз. Выходит, из 4-5 тысяч возможностей реализуется не более 25-30 (да и то, конечно, лишь при теоретическом подходе к вопросу). Не слишком ли нерационально?
Если бы у людей был возможен партеногенез, эта цифра увеличилась бы в 100 раз. У каждой мамы могло бы быть по 2-2,5 тысячи совершенно одинаковых, как две капли на нее похожих дочек. Но нужно ли это? Служит ли такое копирование эволюции человека?
Вряд ли человеческое сообщество украсили бы ряды близнецов, да еще при резком возрастании общего числа людей. Путь совершенствования у человека другой.
В Ветхом Завете пророк Екклизиаст так определяет суть взаимоотношений полов: « Двоим лучше, чем одному… Ибо если упадет один - другой поднимет… Также, если лежат двое, то теплее им; а одному как обогреться?»
Две хромосомы, ОН и ОНА - символы любви, жизни и продолжения рода. Двое, и только двое, могут уравновесить любую систему, находящуюся в постоянном движении и в полной взаимозависимости.
Что же касается непорочного зачатия, с которого мы начали этот разговор, то я бы предпочел избегать категоричности в обсуждении этой темы. В медицине описаны достоверные случаи (далеко не единичные), когда девственниц оперировали по поводу предполагаемого аппендицита, а находили внематочную беременность. Я знаком с подобным случаем, произошедшим с пятнадцатилетней лыжницей во время соревнований. Именно спортивные соревнования, танцы обычно провоцируют такие резкие боли внизу живота, принимаемые за аппендицит. Если это происходит примерно на 8-12-й день менструального цикла (то есть в период овуляции - миграции яйцеклетки), то, как это ни удивительно для всех нас, я бы не исключал возможность партеногенеза. Вспомните опыты Астаурова: две половые клетки под влиянием центробежных сил сливаются, давая начало новой жизни.
Известен ли хоть один конкретный результат партеногенеза у человека? Достоверных данных нет. Великое Таинство непорочного зачатия, как будто бы подтверждающее возможность рождения без оплодотворения, обескураживает своим результатом: ведь согласно концепции партеногенеза у Девы Марии не мог родиться мальчик! Однако не будем торопиться с выводами и на этот раз. Популяционная генетика раскрыла немало тайн и, в свою очередь, обнаружила новые загадки, на которые ей предстоит искать ответы.
Александр Унфанген
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.
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.