Когда речь заходит о размножении, то наиболее логичным и естественным способом принято считать слияние яйцеклетки и сперматозоида. Но есть и другие варианты, например, партеногенез — рассказываем о нем подробнее.
Что такое партеногенез
Партеногенез — это способ размножения, свойственный как животным, так и растениям. В отличие от классического размножения, для партеногенеза не нужно участие мужской гаметы или сперматозоида.
Об особенностях партеногенеза нам рассказала Анна Новикова, преподаватель естественных наук и репетитор.
"В природе партеногенез встречается у пчел, некоторых видов муравьев, ящериц, акул и у ряда растений через механизм апомиксиса. Этот феномен позволяет организмам размножаться даже в условиях отсутствия партнера, что особенно ценно, если популяция сталкивается с нехваткой самцов или стрессовыми условиями среды.
Ученые продолжают активно изучать партеногенез. Возможно, именно в нем кроется подсказка, которая поможет лучше понять механизмы размножения для дальнейшего прогресса в сфере клонирования организмов", — объясняет эксперт.
Отличия партеногенеза от бесполого размножения
На первый взгляд партеногенез и бесполое размножение можно назвать схожими процессами. Оба этих способа позволяют организму воспроизводить потомство без участия партнера. Но между ними есть и важные различия.
1. Способ образования потомства
- Партеногенез. Потомство развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.
- Бесполое размножение. Потомство формируется путем деления родительской особи, например, фрагментация у морских звезд. Также есть вариант, при котором происходит отращивание нового организма. Наиболее яркий пример — почкование у гидр.
2. Генетическое разнообразие
- Партеногенез. Потомки могут визуально отличаться от родителя из-за возможных мутаций во время деления клеток.
- Бесполое размножение. Потомки являются точными клонами родительской особи, так как их ДНК полностью идентична.
3. Трудоемкость процесса
- Партеногенез. Требует более сложных клеточных механизмов, таких как деление мейозом и активация яйцеклетки без оплодотворения. На этот процесс могут напрямую влиять внешние факторы, например, высокая или низкая температура и наличие пищи.
- Бесполое размножение. Происходит проще и быстрее, поскольку деление клетки, почкование или фрагментация требуют минимальных биологических ресурсов. Может происходить также в ответ на неблагоприятные условия.
4. Эволюционная роль
- Партеногенез. Позволяет поддерживать популяцию в отсутствие самцов или при нехватке партнеров. Однако долгосрочное отсутствие генетического обмена может снижать устойчивость популяции к изменениям среды: повышению или понижению температуры, нашествию инвазивных видов.
- Бесполое размножение. С его помощью получается прийти к быстрому росту численности популяции в благоприятной среде. Это особенно актуально для захвата новых территорий.
Виды партеногенеза
У партеногенеза нет единого сценария, процесс будет отличаться в зависимости от различных факторов. Расскажем, как его можно классифицировать.
По способу размножения
Можно выделить естественный партеногенез, который встречается в природе. Но есть и искусственный вариант, который реализуют в лабораторных условиях с использованием химических или физических воздействий. Например, повышенной или пониженной температуры, а также химических веществ. Таким образом, стимулируют развитие яйцеклетки без участия сперматозоидов для исследований в области биологии и медицины.
По способу восстановления диплоидности
Партеногенез также можно разделить на гаплоидный и диплоидный. В первом случае потомство развивается из яйцеклетки, которая сохраняет одинарный или гаплоидный набор хромосом. Самым ярким примером такого партеногенеза являются трутни у пчел. Их яйцеклетка не объединяется с генетическим материалом от самца, поэтому все потомки имеют половинный набор хромосом.
В случае диплоидного партеногенеза потомству передается полный, или диплоидный, набор хромосом, даже несмотря на отсутствие оплодотворения. Ярким примером можно назвать некоторые виды ящериц и рыб, где потомки являются полными клонами матери.
По наличию других форм размножения
Для некоторых видов партеногенез — это облигатный (то есть единственно возможный) способ размножения. Но есть и обратная ситуация, например, факультативный партеногенез. В таком случае организмы размножаются как партеногенетически, так и половым путем, в зависимости от условий окружающей среды. Например, в отсутствие самцов у особей активируется партеногенез, а при наличии противоположного пола — они переходят к половому размножению. В этом случае потомство получается разнообразным.
По полу потомства
Выделяют три типа партеногенеза в зависимости от пола потомства.
- Арренотокию — в этом случае из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются только самцы. Этот тип партеногенеза характерен для пчел, ос и муравьев.
- Телитокию, когда из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются только самки.
- Дейтеротокию, при которой из неоплодотворенных яйцеклеток могут развиваться как самцы, так и самки. Этот вид партеногенеза встречается реже, но его можно обнаружить у некоторых видов насекомых, например у тли.
Примеры партеногенеза у животных
Партеногенез встречается у различных видов животных, от простейших насекомых до рыб и рептилий. Такой способ размножения помогает выжить популяциям при нехватке партнеров или в сложных природных условиях. Ученым известно не меньше 70 различных видов пресмыкающихся, амфибий и рыб, самки которых могут воспроизводить свое потомство без участия самцов.
Партеногенез у пчел
Пчелы — это один из самых ярких и известных примеров партеногенеза. В пчелином улье из неоплодотворенных яйцеклеток рождаются трутни — самцы пчел. Это возможно благодаря гаплоидному партеногенезу, при котором у потомков сохраняется только одинарный набор хромосом.
«Рабочие пчелы и матка, наоборот, развиваются из оплодотворенных яйцеклеток и имеют диплоидный набор хромосом. Такая система позволяет улью эффективно регулировать количество самцов в популяции», — рассказывает Анна Новикова.
Партеногенез у тлей
Тли размножаются партеногенетически в теплое время года — в этот период условия для их выживания наиболее благоприятны. Этот процесс называют облигатным партеногенезом, поскольку тли на протяжении нескольких поколений могут обходиться без участия самцов.
С наступлением холодов появляются самцы, и осенью размножение у тлей переходит на половую форму. Такой гибкий подход позволяет виду быстро увеличивать численность популяции в благоприятной среде.
Партеногенез у ящериц
У некоторых видов скальных, например у скальных, партеногенез — это основной способ размножения, при котором самки воспроизводят собственных клонов. Также партеногенез встречается у и самых крупных представителей класса — комодских варанов.
«Если самок долгое время изолируют от самцов, они все равно способны откладывать яйца. Но, в отличие от других ящериц, партеногенетическое потомство комодских варанов — самцы. Это объясняется особенностями хромосомного набора рептилий», — уточняет эксперт.
Партеногенез у акул
Известны случаи партеногенеза у акул, например, у зебровых и черноперых рифовых видов. Ученые предполагают, что партеногенез у акул — это эволюционная стратегия, которая в случае отсутствия самцов поможет выжить целому виду. Хотя в естественной среде партеногенез среди акул — это довольно редкое явление. Чаще его фиксируют в аквариумах, где особи находятся в замкнутом пространстве без возможности встретить самца.
Партеногенез у ракообразных
У некоторых видов ракообразных, например, у дафний — маленьких пресноводных рачков, процесс размножения имеет четкую сезонную логику. Чаще всего он связан с изменениями окружающей среды.
В теплый сезон, когда в воде достаточно питания и комфортные условия для жизни, дафнии размножаются партеногенетически. При резком похолодании или снижении уровня кислорода в воде переход к половому размножению расширяет генетическое разнообразие потомства и увеличивает выживание в изменяющихся условиях.
Партеногенез у растений
В растительном мире партеногенез встречается в виде апомиксиса. Это процесс образования семян без оплодотворения, который встречается более чем у трех десятков семейств цветковых растений.
Механизм характерен также для некоторых видов злаков, цитрусовых, одуванчиков и ряда тропических растений, например манго. Апомиксис позволяет растениям воспроизводить генетически идентичное потомство, что особенно полезно для сохранения устойчивых сортов.
Возможен ли партеногенез у человека
«Теоретически запустить партеногенез у человека возможно, но только в сложных лабораторных условиях — ученые активно исследуют этот процесс. Пока партеногенетические эмбрионы нежизнеспособны и не могут развиваться до полноценного организма. Основная причина — необходимость в генах от обоих родителей для корректной работы определенных генетических механизмов», — объясняет Анна Новикова.
Партеногенез — это один из удивительных примеров того, насколько изобретательна природа в вопросах размножения. Этот процесс позволяет некоторым видам выживать даже в условиях нехватки или полного отсутствия партнеров. И разделение партеногенеза на разные виды показывает, насколько многообразными могут быть механизмы зарождения новой жизни.
