Партеногенез характерен для тли

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

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

автор статьи — Саид Лутфуллин

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

Но не следует путать это с бесполым 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 хромосом. Как при митозе, 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 (ракообразные). 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 царства животные. 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 ящерицы включает несколько видов, способных к партеногенезу. Перед мейозом 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.

Среди позвоночных размножение партеногенезом известно, помимо скальных ящериц и варана, у некоторых рыб и птиц.

Получается, непорочное зачатие – это всего лишь биологический процесс и никакого чуда нет?

Но не все так просто: у млекопитающих (включая человека) в естественных условиях размножение партеногенезом невозможно.

Так как у них наблюдается интересное явление – геномный импринтинг.

При геномном импринтинге в некоторых аллелях работают только гены, полученные от отца, или от матери. Поэтому организм не может развиться только из яйцеклетки, так как у него не будут работать некоторые гены. Так что место для чуда еще осталось.

Существует так же искусственный партеногенез. Путем различных внешних раздражителей можно заставить развиваться неоплодотворенную яйцеклетку. И уже получилось искусственно вызвать партеногенез у млекопитающих, однако получается это крайне редко.

Размножение партеногенезом у растений называют апомиксисом.

Источник

Партеногенез

Как известно, в основе полового размножения лежит процесс оплодотворения. Мужские клетки сливаются с женскими, в результате чего образуется зародыш, из которого развивается организм, несущий в себе признаки отца и матери. Партеногенез — удивительный вариант полового размножения, когда новая жизнь возникает без малейшего участия самца. Потомство появляется из неоплодотворенных половых клеток самки и, по сути, становится ее копией. Это феномен в животном царстве представлен довольно широко даже среди позвоночных: например, подобным образом размножаются некоторые ящерицы. Однако же отсутствие оплодотворения чаще встречается у тех организмов, которые находятся внизу эволюционного древа, то есть у беспозвоночных. Среди всех групп насекомых к партеногенезу более всего склонны равнокрылые.

Кто такие равнокрылые?

Традиционно в отряд равнокрылых относят цикад, а также опасных вредителей растений — тлей, кокцид и листоблошек. Партеногенез характерен только для представителей трех последних групп, но в целом всех их объединяет общее строение крыльев, в частности их твердость. Тем не менее в последнее время ученые засомневались, стоит ли выделять данных насекомых в особый отряд, возможно, их следует отнести к полужесткокрылым (клопам), с которыми у них много общего.

Жизненный цикл тлей

Принцип партеногенетического размножения лучше всего рассматривать на примере тлей. Данные насекомые имеют очень сложный жизненный цикл, который начинается с зимующих яиц. Весной из этих яиц на свет выходят лишенные крыльев самки и размножаются сами по себе (то есть партеногенезом). Так путем живорождения появляется несколько поколений аналогичных бескрылых насекомых. Однако в определенное время в очередном выводке самки рождаются крылатыми — у одних видов они перелетают на другое растение, у других остаются на прежнем месте. Потом вновь идет безудержное размножение женских особей с помощью все того же партеногенеза. Иногда у отдельных видов за лето появляется до 17 поколений, причем некоторые особи крылаты и способны к миграциям. С наступлением осени впервые за год рождаются крылатые самцы. Теперь возможно настоящее половое размножение с участием обоих полов, после которого самки сумеют отложить яйца на зиму.

Партеногенез: достоинства и недостатки

Партеногенез сводит на нет главное преимущество полового размножения — повышение генетического разнообразия потомков, которое достигается за счет того, что каждый организм получает ДНК обоих родителей. В данном же случае происходит почти полное копирование наследственного материала матери, а такая неизменность генофонда должна в конце концов привести к вырождению популяции. Однако в строгой форме (когда самки в течение многих поколений воспроизводят исключительно себе подобных) партеногенез встречается лишь у более примитивных животных. И даже в этом случае природа разработала сложные и до сих пор не совсем понятные механизмы обогащения новыми генами.

У насекомых партеногенез является лишь этапом жизненного цикла, который со временем и сменяется нормальным двуполым размножением. В таком случае его преимущества становятся очевидны. Во-первых, гораздо быстрее растет численность, ведь для размножения не нужны самцы, а значит, насекомые не ищут себе пары и не выполняют сложных брачных ритуалов, сражаясь за партнера. Во-вторых, для появления новой популяции достаточно всего одной-единственной материнской особи.

Источник

Партеногенез это бесполое размножение. Виды, примеры

Партеногенез — это одна из форм бесполого размножения живых организмов, которая предусматривает рост и физическое развитие эмбрионов без предварительного оплодотворения яйцеклеток. Данный тип клеточного деления встречается у водяных блох, клещей, особей тли, медоносных пчел, нематод, амфибий и рыб.

Что такое партеногенез

Партеногенез – это результат эволюционного развития животного и растительного мира. Данный вид бесполого размножения основывается на воспроизведении потомства исключительно материнскими особями. Развитие новых эмбрионов происходит из яйцеклетки матери, которая не контактировала с мужскими половыми клетками.

Партеногенез обеспечивает выживаемость и сохранение видового разнообразия беспозвоночных, животных и растений, которые находятся в условиях природной изоляции, не имеют физиологической возможности спаривания с мужскими особями своего вида.

Принцип партеногенеза основывается на образовании полноценной яйцеклетки по завершению стадии мейоза. В данном случае материнские половые клетки являются гаплоидными, а также содержат в 2 раза меньше хромосом.

В тот же момент особи гаплоидного типа имеют диплоидное количество хромосом, все или только половину аллелей матери. Потомство, которое впоследствии партеногенеза унаследовало весь объем материнского генетического материала, принято считать полными клонами. Партеногенетические особи с половиной аллелей являются полуклонами.

Отличительная особенность партеногенеза заключается в том, что формирование полных клонов происходит без применения мейоза. Потомство, которое развилось на основе мейоза материнского генетического материала, получает только небольшую часть наследственных аллелей.

В этом случае на стадии бесполого размножения запускается процесс кроссинга ДНК с созданием нескольких вариаций конечного результата деления. Партеногенетическое потомство воспроизводится на основе нескольких систем бесполого размножения.

В процессе воспроизведения определенного вида животных или насекомых с применением партеногенеза действует система идентификации половой принадлежности ХY или ХО. Женские особи обычно имеют 2 Х хромосомы. Животные, которые применяют систему определения полов типа ZW, содержат по 2 Z-хромосомы (исключительно мужского типа), либо же по 2 W-хромосомы (в большинстве случаев являются нежизнеспособными). Партеногенетическое потомство может иметь по одной Z и W хромосоме.

Партеногенез

В процессе партеногенеза возможно воспроизведение исключительно мужских или женских особей. Бесполое размножение, в результате которого рождаются только самки, именуется биологическим термином телитоки. Воспроизведение только мужских особей именуется процессом арренотоки.

В данном случае из материнских яиц, которые не были оплодотворены сперматозоидами, рождаются исключительно самцы. Яйцеклетки, прошедшие стадию слияния с мужскими половыми клетками, позволяют воспроизводить женских особей. Подобный принцип партеногенеза можно наблюдать у медоносных пчел.

Биологическое значение партеногенеза

Партеногенез — это бесполое размножение, которое имеет следующее биологическое значение для всей биосистемы земного шара:

• сохраняет разнообразие различных видов животных, беспозвоночных и растений;
• позволяет воспроизводить потомство исключительно женским особям без привлечения генетического материала самцов;
• исключает фактор внезапного прерывания естественного процесса размножения;
• обеспечивает стабильную передачу генетического материала от материнской особи к последующим поколениям;
• регулирует баланс численного соотношения самцов и самок определенного вида.

Основным преимуществом партеногенеза является то, что данный вид размножения гарантирует выживаемость конкретного вида животных, растений или насекомых даже в условиях полного отсутствия мужских особей.

Классификации типов и механизмов партеногенеза

Воспроизведение потомства посредством партеногенеза может осуществляться без применения мейоза.

В данном случае запускается механизм митотического оогенеза, который предусматривает прохождение следующих биологических этапов:

1. Зрелые яйцеклетки материнской особи продуцируются в результате митотического деления.
2. На основе половых клеток самки происходит развитие эмбриона.
3. Рождается потомство, воспроизведенное посредством партеногенеза с применением митотического оогенеза.

Партеногенетические особи, которые развились в результате деления материнской яйцеклетки, наследуют весь объем генетического материала, а также считаются полными клонами. Подобный вариант размножения характерен для тли и еще нескольких видов беспозвоночных.

Партеногенез на основе майоза является более сложным механизмом бесполого воспроизведения потомства. В данном случае потомство наследует только часть генетического материала матери. Кроссинг ДНК предусматривает передачу наследственной информации от самки к эмбриону, но с различными вариациями.

Потомство, рожденное по принципу партеногенеза, но с применением мейоза, считается полуклонами материнской особи. Недостатком этого механизма деления является то, что большинство самцов, рожденных подобным способом, остается гаплоидными. Например, мужские особи муравьев.

Аутомиктик

Партеногенез — это бесполое размножение, которое охватывает сразу несколько механизмов репродуктивной деятельности живых организмов. Аутомиктик является одним из способов передачи генетического материала женской особи без участия мужских половых клеток.

В данном случае диплодия восстанавливается на основе удвоения хромосом, но без предварительного деления клеток перед началом мейоза, а также по его завершению. Подобный репродуктивный механизм именуется эндомитотическим циклом. Аналогичный результат достигается после слияния 2-х бластомеров.

Аутомиктик предусматривает возможность восстановления плоидности за счет последующего слияния продуктов мейоза. Хромосомы материнской особи не разделяются в процессе реституционного мейоза, а образовавшиеся ядра могут сливаться с половыми клетками матери на определенной стадии их биологического развития.

Этот репродуктивный механизм бесполого размножения сравнивают с процедурой самооплодотворения. Впоследствии аутомиктика рождается жизнеспособное потомство, которое наследует только часть, либо же полный объем генетической информации от матери.

На генетическую составляющую потомства оказывает существенное влияние стадия возникновения эндомитоза. Например, если слияние половых клеток материнской особи происходит до начала мейоза, то эмбрионы получают более 50% наследственной информации.

При этом сохраняется принцип гетерозиготности. Подобный результат репродуктивного деления связан с разделением гомологичных хромосом в анафазе I. Сохранение гетерозиготности полностью отсутствует в тех случаях, когда кроссинговер протекает в условиях центрального слияния.

Пол потомства

Размножение посредством партеногенеза приводит к рождению полных или частичных клонов материнской особи. В связи с этим половая принадлежность потомства — это самки с идентичными внешними характеристиками и функциями организма.

Исключением являются особи тли, воспроизведение которых предусматривает одновременное рождение самцов и самок, являющихся полными клонами материнской особи. В данном случае отличие заключается лишь в том, что у самцов тли отсутствует только одна Х-хромосома.

Когда в процесс воспроизведения потомства вовлекается мейоз, то половая принадлежность потомства напрямую зависит от типа апомиксиса. У тех особей, которые генетически применяют систему идентификации пола ХY, рождаются исключительно самки, а их геном содержит 2 X-хромосомы.

У живых организмов, которые в процессе размножения применяют систему определения пола по принципу ZW, появляется потомство с генотипом ZW или ZZ. В первом случае рождается самка, а во втором особь мужского пола. Особи с генотипом WW являются нежизнеспособными.

Потомство с набором хромосом ZW рождается посредством эндорепликации материнского генетического материала перед стадией мейоза, либо же при центральном слиянии. Появление новых особей с генотипом ZZ и WW возможно только в случае терминального слияния, а также процесса эндомитоза внутри яйцеклетки.

В природе встречаются особи животного мира, размножение которых предусматривает рождение исключительно самок. Например, у хлыстохвостой ящерицы. Это облигатные партеногены полиплоидного типа, у которых никогда не рождаются мужские особи.

У большинства перепончатокрылых насекомых присутствует сложный механизм партеногенетического размножения. Например, у медоносных пчел численное увеличение популяции возможно только при условии, что королева колонии будет откладывать в соты оплодотворенные яйца. Для этого она должна спариться с несколькими представителями мужских особей — трутнями.

Из оплодотворенных яиц рождаются самки пчелы, которые являются рабочими пчелами, отвечающими за строительство, воспитание и уход за молодым потомством, принос нектара, пыльцы. Если пчелиная королева отложит неоплодотворенное яйцо, то из него родится мужская особь медоносных пчел — трутень.

Факультативный

Партеногенез – это бесполое размножение, которое характерно для большинства насекомых и беспозвоночных с высоким уровнем социальной организации. Факультативный тип партеногенетического деления очень редко встречается в условиях дикой природы. Данный вид бесполого размножения предусматривает возможность самки воспроизводить будущее потомство одновременно половым и бесполым методом.

Механизм факультативного партеногенеза запускается в критических ситуациях. Например, когда в условиях своей естественной среды обитания, материнская особь не может найти самца, способного воспроизвести здоровое потомство.

Факультативный партеногенез периодически фиксируется среди следующих видов живых организмов:

• акулы;
• драконы Комодо;
• птицы сельскохозяйственного назначения;
• змеи.

В процессе факультативного партеногенеза материнская особь откладывает яйцо с живым эмбрионом, зарождение которого произошло без предварительного оплодотворения сперматозоидами самца. Акулы сразу рождают живое жизнеспособное потомство. Большинство ученых генетиков придерживаются версии, что рождение молодых особей у животных, изначально размножающихся половым путем, является мейотической ошибкой.

Облигатный

Партеногенез облигатного типа — это репродуктивный механизм, который предусматривает полностью бесполое размножение живых особей. Данный способ воспроизведения потомства считается результатом продолжительной эволюции.

Например, для саламандр и гекконов облигатный партеногенез является единственным механизмом продолжения рода. Существуют научно задокументированные случаи, когда переход от полового к полностью бесполому размножению, возникал на основе мутаций среди большого количества материнских особей одного популяционного вида.

На сегодняшний день в дикой природе насчитывается около 80 разновидностей рептилий, 1 вид змей, амфибии и рыбы, для которых мужские особи больше не являются неотъемлемой частью репродуктивного механизма. При облигатном партеногенезе самка способна самостоятельно воспроизвести полноценную яйцеклетку с полным набором генетического материала.

В данном случае для рождения потомства материнская особь не нуждается в сперматозоидах самца. Недостатком облигатного партеногенеза является отсутствие биологического разнообразия. Все последующие поколения рождаются полными клонами матери. Отсутствие генетического материала самца исключает возможность исправления генома, поврежденного мутацией или наследственными заболеваниями.

Распространенность явления

Партеногенез — это бесполое размножение, которое встречается среди животных, беспозвоночных, растений, насекомых. Половозрелые материнские особи воспроизводят потомство посредством партеногенетического репродуктивного механизма лишь в условиях их естественного ареала обитания. Опора на данный способ размножения является преимуществом для большинства инвазивных видов, так как исключает необходимость поиска полового партнера для оплодотворения и дальнейшего воспроизведения потомства.

В условиях дикой природы партеногенетическое размножение является неотъемлемой частью репродуктивного механизма у представителей следующих видов:

Среди позвоночных организмов принципа партеногенеза строго придерживаются ящерицы, некоторые виды амфибий, змеи, птицы. Бесполое размножение периодически встречается у акул. Для рептилий характерно возникновение различных форм гибридогенеза, а также гиногенеза.

Индуцированный партеногенез

Индуцированный партеногенез — это стимулированное бесполое размножение с использованием генетического материала материнской особи. Данный репродуктивный механизм запускается в результате воздействия одного или сразу нескольких внешних факторов раздражителей. Индуцированный партеногенез широко применяется в лабораторных условиях в процессе научных экспериментов по получению жизнеспособного потомства посредством бесполого размножения живых организмов.

Партеногенез у человека

В нормальных жизненных условиях партеногенез человеческого организма невозможен.

Существует несколько научно подтвержденных фактов рождения детей с признаками частичного партеногенетического фактора. В 1995 г. был зафиксирован случай рождения мальчика с признаками партеногенетического развития. В лейкоцитах и эпителиальных клетках кожи ребенка полностью отсутствовала генетическая информация от его отца.

Подобное явление объясняется воздействием следующих факторов:

• на стадии зарождения эмбриона неоплодотворенная яйцеклетка начала самостоятельное деление внутри репродуктивной системы женщины;
• после полового контакта не весь клеточный материал яйцеклетки оказался оплодотворен сперматозоидами;
• в отношении неоплодотворенных клеток запустился процесс дублирования материнской ДНК;
• произошло ошибочное увеличение численного количества хромосом до 46 шт.

Подобное партеногенетическое явление у человека привело к тому, что неоплодотворенные клетки заблокировали дальнейшее развитие отдельных тканей организма. Клеточный материал яйцеклетки, который был оплодотворен сперматозоидами, обеспечил дальнейшее формирование детского организма.

У мальчика с частичным партеногенетическим развитием отмечались следующие патологии:

• асимметрия лица, вызванная непропорциональностью его отдельных частей;
• нарушение когнитивных функций и проблемы с обучаемостью;
• отсутствие отцовского генома в структуре лейкоцитов и клеток кожи.

Внутренние органы ребенка, а также другие системы жизнеобеспечения организма работали без нарушений. Несмотря на сохранение общего здоровья организма результатом частичного партеногенеза у человека стали генетические аномалии его развития.

Исследования

В таблице ниже описаны научные исследования, которые посвящены изучению случаев партеногенетического развития людей.

Ученые	Суть исследования и научные теории
Хелен Спервэй	Хелен Спервэй — это генетик со специализацией в области репродуктивной биологии. В 1955 году по результатам лабораторных исследований выступила с докладом, в котором допустила возможность «девственного рождения» человека по принципу партеногенеза. Теоретическая информация, предоставленная Х. Спервэй, легла в основу дальнейших опытов.
Хван Ву-Сок	Южнокорейский ученый генетик Хван Ву-Сок в 2004 г., впервые в условиях биологической лаборатории вывел человеческие эмбрионы, которые были получены в результате партеногенеза.
Исигару Матчаки	Ученый Токийского университета И. Матчаки в 2019 г., вывел 7 успешных линий стволовых клеток человеческого организма, которые были получены в результате партеногенетического деления.

Научные исследования показывают, что фактически рождение партеногенетического человека возможно, но с различными генетическими аномалиями. Лабораторные эксперименты в данном направлении ограничиваются выведением стволовых клеток, полученных на базе генетического материала женщины.

Партеногенез и болезни человека

Внутриутробное развитие человека с частичным партеногенезом может привести к различным генетическим аномалиям. Спрогнозировать появление врожденных заболеваний организма невозможно. Чаще всего результатом партеногенетического рождения являются дефекты внешности, дисфункциональные нарушения со стороны ЦНС. В зависимости от качества генетического материала матери возможно проявление наследственных заболеваний с различной симптоматикой.

Возможно ли рождение партеногенетического ребенка?

В медицинской практике периодически встречаются случаи рождения партеногенетических детей, формирование которых происходило из одного активированного ооцита. В общем насчитывается больше десятка подобных аномалий внутриутробного развития.

Во всех без исключения случаях партеногенетические дети имели врожденные генетические патологии. Отсутствуют научно подтвержденные данные, чтобы из яйцеклетки женщины без предварительного оплодотворения сперматозоидами, рождался здоровый ребенок без признаков нарушений в работе внутренних органов и систем жизнеобеспечения организма.

Примеры явления

У некоторых видов животных, растений, насекомых и беспозвоночных полное или частичное размножение методом партеногенеза является частью их репродуктивного механизма. Для человека подобный способ продолжения рода считается аномалией, которая возникает на стадии зачатия ребенка.

Пример партеногенетического развития — это дети с врожденными патологиями организма, которые возникают из-за дублирования наследственной информации матери, а также частичного отсутствия генома по отцовской линии. Последствием партеногенетического развития детей является асимметрия отдельных частей тела, болезни кожи, пороки внутренних органов.

Партеногенез — это одна из форм бесполого размножения, которая присутствует у акул, тли, медоносных пчел, ос, большинства ящериц различных видов. Отличительной особенностью партеногенетического развития является формирование эмбриона на основе генетического материала материнской особи.

При этом в процессе зачатия не требуется использование сперматозоидов самца. В медицинской практике отсутствуют научно подтвержденные данные о существовании полностью здоровых детей, зарождение которых произошло с частичным партеногенезом.

Видео о партеногенезе

Непорочное зачатие существует? Партеногенез:

Источник