Патогенез тлей размножение бесполое

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

Самцы не нужны: как и какие животные размножаются без участия сперматозоидов

Некоторые животные могут производить потомство без спаривания с помощью партеногенеза. Как это у них получается? Возможен ли такой вариант размножения у человека? Рассказываем главное о необычном явлении природы.

Читайте «Хайтек» в

Что такое партеногенез?

Процесс, называемый партеногенезом, позволяет различным существам — от медоносных пчел до гремучих змей — размножатся без участия самца. Это форма полового размножения, при котором развитие организма происходит из женской половой клетки (яйцеклетки) без оплодотворения ее мужской (сперматозоид).

Один из самых обсуждаемых случаев партеногенеза произошел с акулой-зеброй Леони, живущей вместе с другими акулами-самками в Австралийском аквариуме Reef HQ. В конце января 2017 года ученые опубликовали статью о ней. Хотя она не пересекалась с самцом акулы уже три года, эта пойманная в неволе особь отложила яйца, из которых вылупились три жизнеспособных детеныша.

Несколькими годами ранее в зоопарке Луисвилля самка сетчатого питона по имени Тельма, которая никогда даже не видела питона-самца, отложила шесть яиц. Из них появились здоровые молодые змеи. Исследование ее ДНК, опубликованное в Биологическом журнале Линнеевского общества, показало, что Тельма является единственным родителем всех змеенышей.

А в 2006 году в Англии самка комодского варана по имени Флора совершила аналогичный подвиг, озадачив хранителей зоопарка Честера.

Как это работает?

Сам по себе партеногенез — это однополое, или «девственное» размножение — одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослом организме без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не сопровождается слиянием мужских и женских гамет, партеногенез всё же считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции раздельнополых форм.

Половое размножение происходит при участии двух компонентов: яйцеклетке и сперматозоида. Каждый предоставляет половину генетической информации, необходимой для создания живого организма. Но при партеногенезе организм находит уникальный способ восполнения генов, обычно обеспечиваемых сперматозоидом.

Яичники производят яйцеклетки посредством сложного процесса — мейоза. Во время него клетки реплицируются, реорганизуются и разделяются. Такие яйцеклетки содержат только половину материнских хромосом с одной копией каждой хромосомы. Они называются гаплоидными клетками (те, что содержат две хромосомные копии, называются диплоидными).

В процессе мейоза появляются побочные продукты: более мелкие клетки — полярные тельца.

• В одной из версий партеногенеза — автомиксиса, в организме полярное тело объединяется с яйцеклеткой для создания потомства. Этот процесс, который задокументирован у акул, слегка перетасовывает материнские гены для создания потомства, похожего на мать, но не создания ее точных клонов.

• В другой форме партеногенеза, апомиксисе, клетки реплицируются посредством митоза. В этом процессе одна клетка дублируется, чтобы создать две диплоидные. Таким образом осуществляется своего рода генетическое копирование и вставка. Поскольку эти клетки никогда не подвергаются процессу смешения генов мейоза, потомство, полученное таким образом, является генетически идентичными клонами своих родителей. Эта форма партеногенеза чаще встречается у растений.

Для большинства организмов, которые размножаются первым способом, посредством автомиксиса, потомство обычно получает две Х-хромосомы от своей матери. Две Х-хромосомы, основная генетическая кладовая, сцепленная с полом, дают потомство только женского пола.

Но в редких случаях такие животные, как тля, могут производить плодовитое потомство мужского пола, которое генетически идентично своей матери, за исключением отсутствия второй Х-хромосомы. Эти самцы обычно плодовиты, но поскольку они способны производить только сперму, содержащую Х-хромосомы, все их потомство будет самками.

Партеногенез следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т.п.).

Кстати, партеногенез бывает естественный — нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный, вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворенную яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.

Вообще партеногенез делят также на генеративный, или гаплоидный, и соматический (он может быть диплоидным и полиплоидным). При генеративном партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается гаплоидное число хромосом (n); этот случай относительно редок (гаплоидные самцы — трутни пчел). При соматическом партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается исходное диплоидное (2n) или полиплоидное (Зn, 4n, 5n, редко даже 6n и 8n) число хромосом.

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.

За миллионы лет животные воспроизводились посредством партеногенеза, который впервые появился у некоторых из самых маленьких и простых организмов. Ученые считают, что для более продвинутых животных, таких как позвоночные, способность к бесполому размножению стала последней попыткой для видов, находящихся в неблагоприятных условиях. Это может объяснить, почему партеногенез возможен у стольких видов пустынных и островных видов.

Большинство животных, размножающихся посредством партеногенеза, — это мелкие беспозвоночные, такие как пчелы, осы, муравьи и тли, которые могут чередоваться между половым и бесполым размножением. Партеногенез наблюдается у более чем 80 видов позвоночных, около половины из которых — рыбы или ящерицы. Редко когда сложные позвоночные, такие как акулы, змеи и крупные ящерицы, полагаются на бесполое размножение, поэтому Леони и другие поначалу ставили ученых в тупик.

Различают облигатный партеногенез, при котором яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативный, при котором яйца могут развиваться и посредством партеногенеза, и в результате оплодотворения (у многих перепончатокрылых насекомых, например у пчел, из неоплодотворенных яиц развиваются самцы (трутни), из оплодотворенных — женские особи (матки и рабочие пчелы).

Многие виды животных, не имеющие самцов, способны к длительному размножению путем партеногенеза — константный партеногенез. У некоторых видов наряду с партеногенетической женской расой существует обоеполая раса (исходный вид), занимающая иногда другой ареал — географический партеногенез (бабочки чехлоноски, многие жуки, многоножки, моллюски, коловратки, дафнии, из позвоночных — ящерицы и др.).

А бывает искусственный партеногенез?

Искусственный партеногенез у животных впервые получен русским зоологом Александром Тихомировым. В 1886 году ему удалось показать, что неоплодотворенные яйца тутового шелкопряда можно побудить к развитию растворами сильных кислот, трением и другими раздражителями. В дальнейшем искусственный партеногенез был получен Жаком Лёбом и другими учеными у многих животных, главным образом у морских беспозвоночных, а также у некоторых земноводных (лягушка) и даже млекопитающих (кролик).

Искусственный партеногенез вызывают действием на яйца гипертонических или гипотонических растворов ( осмотический партеногенез), уколом яйца иглой, смоченной гемолимфой ( травматический партеногенез), резким охлаждением и особенно нагревом ( температурный партеногенез), а также действием кислот, щелочей и других химикатов.

С помощью искусственного партеногенеза обычно удается получать лишь начальные стадии развития организма; полный партеногенез достигается редко, хотя известны случаи полного партеногенеза даже у позвоночных животных.

В 2003 году ученым из Института развития клеточной технологии (штат Массачусетс, США) удалось получить полноценные эмбрионы из неоплодотворенных яйцеклеток у 4 из 28 испытуемых макак. Это произошло благодаря особому химическому препарату, стимулирующему деление яйцеклетки.

Добиться первого партеногенетического рождения млекопитающих удалось в 2004 году ученым из Токийского сельскохозяйственного университета. Биологи применили разработанную ими технологию гаплоидизации, то есть искусственного превращения соматических клеток самки мыши в гаплоидные (подобные то ли мужским, то ли женским гаметам) клетки. Затем в лабораторных условиях удалось добиться слияния этих клеток, «обманув» при помощи особых технологий геномный импринтинг. И, наконец, уже в материнском организме из клетки начал развиваться зародыш.

Может ли человек размножаться партеногензом?

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.

В рассуждениях о партеногенезе неизбежно всплывает тема одного из главных догматов христианства — непорочного зачатия Девы Марии. Не хранят ли евангельские предания свидетельство о партеногенетическом рождении человека? Противники этой версии указывают на то, что, будь это так, младенец Иисус должен был бы родиться девочкой — разумеется, из-за отсутствия в яйцеклетке Y-хромосом.

К сожалению, на пути партеногенеза человека воздвигнут мощный заслон природой.

Известно, что никакие млекопитающие не воспроизводятся таким образом, потому что, в отличие от более простых организмов, млекопитающие полагаются на процесс, называемый геномным импринтингом.

Дело в том, что для развивающегося зародыша млекопитающего, образно говоря, не безразлично, от кого достался тот или иной ген — от мамы или от папы. Ген, отвечающий за развитие какого-нибудь жизненного важного органа, просто не будет работать, проявлять себя, если он имеет неправильный половой маркер. Если у потомства был бы только один родитель, некоторые гены не смогли бы активироваться вообще, что сделало потомство нежизнеспособным. Именно поэтому, даже если заставить яйцеклетку млекопитающего делиться, скажем, с помощью неких внешних раздражителей, нет никаких шансов на то, что в результате на свет появится жизнеспособный организм. Геномный импринтинг заблокирует развитие зародыша на ранних стадиях. Если, конечно, в дело не вмешается генная инженерия.

Стратегия одиночного выживания

В некоторых очень редких случаях виды животных размножаются исключительно путем партеногенеза. Одним из таких видов является ящерица Aspidoscelis uniparens, все ее особи женского пола.

У некоторых насекомых, саламандр и плоских червей, как ни странно, наличие спермы запускает партеногенез. Сперматозоиды запускают процесс, проникая в яйцеклетку, но позже дегенерируют, оставляя только материнские хромосомы. В этом случае сперма только запускает развитие яйцеклетки — она ​​не вносит никакого генетического вклада.

Способность к бесполому размножению позволяет животным передавать свои гены, не тратя энергию на поиск партнера, и, таким образом, может помочь поддерживать вид в сложных условиях. Например, если варан прибывает на необитаемый остров, она одна может создать популяцию посредством партеногенеза.

Однако, поскольку каждый человек будет генетически идентичным, матери комодских варанов и их дочери будут более уязвимы к болезням и изменениям окружающей среды, чем генетически измененная группа. Например, в некоторых районах Нью-Мексико некоторые популяции самок ящериц имеют почти идентичный генетический профиль.

Источник