Partenogeneza to rozmnażanie bezpłciowe. Rodzaje, przykłady u ludzi

Partenogeneza jest formą rozmnażania bezpłciowego żywe organizmy, które zapewniają wzrost i fizyczny rozwój zarodków bez wstępnego zapłodnienia jaj. Ten rodzaj podziału komórek występuje u pcheł wodnych, kleszczy, mszyc, pszczół miodnych, nicieni, płazów i ryb.

Co to jest partenogeneza

Partenogeneza jest wynikiem ewolucyjnego rozwoju świata zwierząt i roślin. Ten rodzaj rozmnażania bezpłciowego opiera się na rozmnażaniu potomstwa wyłącznie przez matkę. Rozwój nowych zarodków następuje z jaja matki, które nie miało kontaktu z męskimi komórkami rozrodczymi.

Partenogeneza zapewnia przetrwanie i zachowanie różnorodności gatunkowej bezkręgowców, zwierząt i roślin, które znajdują się w warunkach naturalnej izolacji, nie mają fizjologicznej możliwości kojarzenia się z samcami swoich gatunek.

Zasada partenogenezy opiera się na tworzeniu pełnoprawnego jaja pod koniec etapu mejotycznego. W tym przypadku matczyne komórki rozrodcze są haploidalne, a także zawierają 2 razy mniej chromosomów.

Jednocześnie osobniki typu haploidalnego mają diploidalną liczbę chromosomów, wszystkie lub tylko połowę alleli matki. Potomstwo, które następnie odziedziczyło całą ilość materiału genetycznego matki w drodze partenogenezy, uważane jest za pełne klony. Osobniki partenogenetyczne z połową alleli są półskośnymi.

Charakterystyczną cechą partenogenezy jest to, że tworzenie pełnych klonów następuje bez użycia mejozy. Potomstwo, które rozwinęło się na podstawie mejozy materiału genetycznego matki, otrzymuje tylko niewielką część dziedzicznych alleli.

W tym przypadku na etapie rozmnażania bezpłciowego proces krzyżowania DNA rozpoczyna się od powstania kilku wariantów końcowego wyniku podziału. Potomstwo partenogenetyczne rozmnaża się w oparciu o kilka systemów rozmnażania bezpłciowego.

W procesie rozmnażania niektórych gatunków zwierząt lub owadów za pomocą partenogenezy działa system identyfikacji płci XY lub XO. Kobiety zwykle mają 2 chromosomy X. Zwierzęta stosujące system określania płci typu ZW zawierają 2 chromosomy Z (wyłącznie typu męskiego) lub 2 chromosomy W (w większości przypadków nie są one żywotne). Potomstwo partenogenetyczne może mieć jeden chromosom Z i jeden W.

W procesie partenogenezy możliwe jest rozmnażanie wyłącznie samców lub samic. Rozmnażanie bezpłciowe, w wyniku którego rodzą się tylko samice, nazywa się biologicznym terminem cielęta. Rozmnażanie tylko samców określane jest jako proces arrhenotoka.

W tym przypadku z jaj matki, które nie zostały zapłodnione przez plemniki, rodzą się tylko samce. Komórki jajowe, które przeszły etap fuzji z męskimi komórkami rozrodczymi, umożliwiają rozmnażanie samic. Podobną zasadę partenogenezy można zaobserwować u pszczół miodnych.

Biologiczne znaczenie partenogenezy

Partenogeneza to rozmnażanie bezpłciowe, które ma następujące znaczenie biologiczne dla całego biosystemu globu:

• konserwuje różne gatunki zwierząt, bezkręgowców i roślin;
• umożliwia rozmnażanie potomstwa wyłącznie samicom bez angażowania materiału genetycznego samców;
• eliminuje czynnik nagłego przerwania naturalnego procesu reprodukcji;
• zapewnia stabilny transfer materiału genetycznego od matki do kolejnych pokoleń;
• reguluje równowagę stosunku liczbowego samców i samic danego gatunku.

Główną zaletą partenogenezy jest to, że ten rodzaj reprodukcji gwarantuje przetrwanie określonego gatunku zwierząt, roślin lub owadów, nawet przy braku mężczyźni.

Klasyfikacja rodzajów i mechanizmów partenogenezy

Rozmnażanie potomstwa przez partenogenezę można przeprowadzić bez użycia mejozy.

W tym przypadku uruchamiany jest mechanizm mitotycznej oogenezy, który polega na przejściu następujących etapów biologicznych:

1. Dojrzałe jaja od matki powstają w wyniku podziału mitotycznego.
2. Rozwój zarodka odbywa się na bazie komórek rozrodczych samicy.
3. Rodzi się potomstwo, rozmnażane poprzez partenogenezę z wykorzystaniem oogenezy mitotycznej.

Osobniki partenogenetyczne, które rozwinęły się w wyniku podziału komórki jajowej matki, dziedziczą całą ilość materiału genetycznego i są również uważane za pełne klony. Podobna opcja hodowlana jest typowa dla mszyc i kilku innych gatunków bezkręgowców.

Partenogeneza oparta na majozie jest bardziej złożonym mechanizmem bezpłciowego rozmnażania potomstwa. W takim przypadku potomstwo dziedziczy tylko część materiału genetycznego matki. Krzyżowanie DNA wiąże się z przekazaniem informacji dziedzicznej od samicy do zarodka, ale z różnymi odmianami.

Potomstwo urodzone na zasadzie partenogenezy, ale z wykorzystaniem mejozy, uważane jest za półskarpy matki. Wadą tego mechanizmu podziału jest to, że większość samców urodzonych w ten sposób pozostaje haploidalna. Na przykład samce mrówek.

Automatyczne

Partenogeneza to rozmnażanie bezpłciowe, które obejmuje jednocześnie kilka mechanizmów aktywności reprodukcyjnej organizmów żywych. Automiktyka to jeden ze sposobów przekazywania samicy materiału genetycznego bez udziału męskich komórek rozrodczych.

W tym przypadku diplodia zostaje przywrócona na podstawie podwojenia chromosomów, ale bez wstępnego podziału komórek przed początkiem mejozy, a także po jej zakończeniu. Ten mechanizm reprodukcyjny nazywa się cyklem endomitotycznym. Podobny wynik uzyskuje się po fuzji 2 blastomerów.

Automiktyka zapewnia możliwość przywrócenia ploidii w wyniku późniejszej fuzji produktów mejotycznych. Chromosomy osobnika matczynego nie są rozdzielane w procesie regeneracyjnej mejozy, a powstałe jądra mogą łączyć się z komórkami zarodkowymi matki na pewnym etapie ich rozwoju biologicznego.

Ten reprodukcyjny mechanizm rozmnażania bezpłciowego został porównany z procedurą samozapłodnienia. Następnie rodzi się żywotne potomstwo, które dziedziczy po matce tylko część lub całą ilość informacji genetycznej.

Na składnik genetyczny potomstwa istotny wpływ ma stopień zaawansowania endomitozy. Na przykład, jeśli fuzja komórek zarodkowych matki nastąpi przed początkiem mejozy, zarodki otrzymują ponad 50% informacji dziedzicznych.

Jednocześnie zachowana jest zasada heterozygotyczności. Podobny wynik podziału reprodukcyjnego związany jest z oddzieleniem chromosomów homologicznych w anafazie I. Retencja heterozygotyczności jest całkowicie nieobecna w przypadkach, gdy przejście następuje w warunkach fuzji centralnej.

Płeć potomstwa

Rozmnażanie poprzez partenogenezę prowadzi do narodzin pełnych lub częściowych klonów matki. Pod tym względem płeć potomstwa to samice o identycznych cechach zewnętrznych i funkcjach ciała.

Wyjątkiem są mszyce, których rozmnażanie obejmuje jednoczesne narodziny samców i samic, które są pełnymi klonami matki. W tym przypadku jedyną różnicą jest to, że u samców mszyc brakuje tylko jednego chromosomu X.

Gdy w rozmnażanie potomstwa zaangażowana jest mejoza, płeć potomstwa zależy bezpośrednio od rodzaju apomiksy. U osób, które genetycznie używają systemu identyfikacji płci XY, rodzą się tylko kobiety, a ich genom zawiera 2 chromosomy X.

Organizmy żywe korzystające z systemu określania płci ZW podczas rozrodu mają potomstwo o genotypie ZW lub ZZ. W pierwszym przypadku rodzi się kobieta, w drugim mężczyzna. Osoby z genotypem WW nie są zdolne do życia.

Potomstwo z zestawem chromosomów ZW rodzi się przez endoreplikację matczynego materiału genetycznego przed stadium mejozy lub przez centralną fuzję. Pojawienie się nowych osobników o genotypach ZZ i WW jest możliwe tylko w przypadku fuzji końcowej, a także procesu endomitozy w obrębie komórki jajowej.

W naturze istnieją osobniki świata zwierząt, których reprodukcja wiąże się z narodzinami wyłącznie samic. Na przykład w jaszczurce whiptail. Są to obligatoryjne partenogeny typu poliploidalnego, które nigdy nie rodzą samców.

Większość owadów błonkoskrzydłych ma złożony mechanizm rozmnażania partenogenetycznego. Na przykład u pszczół miodnych wzrost liczebności populacji jest możliwy tylko wtedy, gdy królowa rodziny złoży w plastrach zapłodnione jaja. Aby to zrobić, musi kojarzyć się z kilkoma przedstawicielami samców - trutniami.

Z zapłodnionych jaj rodzą się samice pszczół, które są pszczołami pracującymi odpowiedzialnymi za budowę, wychowanie i opiekę nad młodym potomstwem, przynoszenie nektaru i pyłku. Jeśli królowa pszczół złoży niezapłodnione jajo, narodzi się z niego samiec pszczoły miodnej – truteń.

Opcjonalny

Partenogeneza to rozmnażanie bezpłciowe charakterystyczne dla większości owadów i bezkręgowców o wysokim poziomie organizacji społecznej. Fakultatywny typ podziału partenogenetycznego jest bardzo rzadki na wolności. Ten rodzaj rozmnażania bezpłciowego zapewnia samicom zdolność do reprodukcji przyszłego potomstwa zarówno płciowo, jak i bezpłciowo.

W sytuacjach krytycznych uruchamiany jest mechanizm fakultatywnej partenogenezy. Na przykład, gdy w warunkach swojego naturalnego środowiska matka nie może znaleźć samca zdolnego do reprodukcji zdrowego potomstwa.

Partenogeneza fakultatywna jest okresowo odnotowywana wśród następujących typów organizmów żywych:

• rekiny;
• Warany z Komodo;
• drób do celów rolniczych;
• węże.

W procesie fakultatywnej partenogenezy matka składa jajo z żywym zarodkiem, którego pojawienie się nastąpiło bez wstępnego zapłodnienia nasieniem mężczyzny. Rekiny natychmiast rodzą żywe, żywotne potomstwo. Większość genetyków wyznaje wersję, że narodziny młodych osobników na zwierzętach, które początkowo rozmnażają się płciowo, są błędem mejotycznym.

Konieczny

Partenogeneza obowiązkowa to mechanizm reprodukcyjny, który zapewnia całkowicie bezpłciowe rozmnażanie żywych osobników. Ta metoda reprodukcji potomstwa jest uważana za wynik długiej ewolucji.

Na przykład w przypadku salamandrów i gekonów jedynym mechanizmem reprodukcji jest obowiązkowa partenogeneza. Istnieją udokumentowane naukowo przypadki, w których przejście od seksu do całkowicie bezpłciowego reprodukcja, powstała na podstawie mutacji wśród dużej liczby osobników matek jednego gatunki populacyjne.

Dziś na wolności żyje około 80 gatunków gadów, 1 gatunek węży, płazy i ryby, dla których samce nie są już integralną częścią rozrodu mechanizm. Przy obowiązkowej partenogenezie samica jest w stanie samodzielnie rozmnażać pełnoprawną komórkę jajową z pełnym zestawem materiału genetycznego.

W tym przypadku do narodzin potomstwa matka nie potrzebuje nasienia samca. Wadą obowiązkowej partenogenezy jest brak różnorodności biologicznej. Wszystkie kolejne pokolenia rodzą pełne klony matki. Brak męskiego materiału genetycznego wyklucza możliwość korekty genomu uszkodzonego przez mutacje lub choroby dziedziczne.

Rozpowszechnienie zjawiska

Partenogeneza to rozmnażanie bezpłciowe występujące u zwierząt, bezkręgowców, roślin i owadów. Dojrzałe płciowo osobniki matek rozmnażają potomstwo poprzez partenogenetyczny mechanizm reprodukcyjny tylko w warunkach ich naturalnego środowiska. Poleganie na tym sposobie rozmnażania jest zaletą dla większości gatunków inwazyjnych, ponieważ eliminuje potrzebę znalezienia partnera seksualnego do zapłodnienia i dalszej reprodukcji potomstwo.

W naturze rozmnażanie partenogenetyczne jest integralną częścią mechanizmu rozrodczego u przedstawicieli następujących gatunków:

• rozwielitki;
• nicienie;
• mszyca;
• wrotki.

Wśród kręgowców zasada partenogenezy jest ściśle przestrzegana przez jaszczurki, niektóre gatunki płazów, węże i ptaki. Rozmnażanie bezpłciowe występuje u rekinów okresowo. Gady charakteryzują się pojawieniem się różnych form hybrydogenezy, a także gynogenezy.

Partenogeneza indukowana

Indukowana partenogeneza jest stymulowana rozmnażaniem bezpłciowym z wykorzystaniem materiału genetycznego matki. Ten mechanizm reprodukcyjny jest wyzwalany w wyniku ekspozycji na jeden lub kilka zewnętrznych czynników bodźców. Partenogeneza indukowana jest szeroko stosowana w warunkach laboratoryjnych w procesie eksperymentów naukowych w celu uzyskania żywotnego potomstwa poprzez bezpłciowe rozmnażanie organizmów żywych.

Partenogeneza u ludzi

W normalnych warunkach życia partenogeneza ludzkiego ciała jest niemożliwa.

Istnieje kilka naukowo potwierdzonych faktów narodzin dzieci z objawami częściowego czynnika partenogenetycznego. W 1995r. zarejestrowano przypadek narodzin chłopca z objawami rozwoju partenogenetycznego. W leukocytach i komórkach nabłonkowych skóry dziecka całkowicie brakowało informacji genetycznej ojca.

Zjawisko to tłumaczy się wpływem następujących czynników:

• na etapie rozwoju embrionalnego niezapłodnione jajo zaczęło dzielić się niezależnie w układzie rozrodczym kobiety;
• po stosunku płciowym nie cały materiał komórkowy komórki jajowej został zapłodniony plemnikiem;
• w stosunku do niezapłodnionych komórek rozpoczął się proces duplikacji matczynego DNA;
• nastąpił błędny wzrost liczby chromosomów do 46 sztuk.

Podobne zjawisko partenogenetyczne u ludzi doprowadziło do tego, że niezapłodnione komórki zablokowały dalszy rozwój poszczególnych tkanek organizmu. Materiał komórek jajowych zapłodnionych przez plemniki zapewniał dalsze kształtowanie się ciała dziecka.

Chłopiec z częściowym rozwojem partenogenetycznym miał następujące patologie:

• asymetria twarzy spowodowana nieproporcjonalnością poszczególnych jej części;
• upośledzenie funkcji poznawczych i trudności w uczeniu się;
• brak genomu ojcowskiego w strukturze leukocytów i komórek skóry.

Narządy wewnętrzne dziecka, a także inne systemy podtrzymywania życia organizmu działały bez zakłóceń. Pomimo zachowania ogólnego stanu zdrowia organizmu, wynikiem częściowej partenogenezy u ludzi były genetyczne anomalie jej rozwoju.

Badania

Poniższa tabela opisuje badania naukowe poświęcone badaniu przypadków rozwoju partenogenetycznego u ludzi.

Naukowcy	Istota badań i teorii naukowych
Helen Sperway	Helen Sperway jest genetykiem specjalizującym się w biologii rozrodu. W 1955 r., zgodnie z wynikami badań laboratoryjnych, sporządziła raport, w którym przyznała możliwość „narodzenia z dziewicy” osoby na zasadzie partenogenezy. Informacje teoretyczne dostarczone przez H. Sperway, stał się podstawą do dalszych eksperymentów.
Hwang Woo-Suk	W 2004 roku południowokoreański naukowiec, genetyk Hwang Woo-Sok, po raz pierwszy w laboratorium biologicznym wyhodował ludzkie embriony uzyskane w wyniku partenogenezy.
Isigaru Matchaki	Naukowiec z Uniwersytetu Tokijskiego I. Matchaki w 2019 roku opracowało 7 udanych linii komórek macierzystych ludzkiego ciała, które zostały uzyskane w wyniku podziału partenogenetycznego.

Z badań naukowych wynika, że ​​w rzeczywistości narodziny osoby partenogenetycznej są możliwe, ale z różnymi nieprawidłowościami genetycznymi. Eksperymenty laboratoryjne w tym kierunku ograniczają się do usuwania komórek macierzystych uzyskanych na podstawie kobiecego materiału genetycznego.

Partenogeneza a choroby człowieka

Rozwój wewnątrzmaciczny osoby z częściową partenogenezą może prowadzić do różnych nieprawidłowości genetycznych. Nie można przewidzieć występowania w organizmie chorób wrodzonych. Najczęściej wynikiem porodu partenogenetycznego są wady wyglądu, dysfunkcyjne zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego. W zależności od jakości materiału genetycznego matki możliwa jest manifestacja chorób dziedzicznych o różnych objawach.

Czy możliwe są narodziny dziecka partenogenetycznego?

W praktyce medycznej zdarzają się sporadyczne przypadki narodzin dzieci partenogenetycznych, których powstanie nastąpiło z jednego aktywowanego oocytu. Ogólnie istnieje kilkanaście takich anomalii rozwoju wewnątrzmacicznego.

We wszystkich przypadkach bez wyjątku dzieci partenogenetyczne miały wrodzone patologie genetyczne. Nie ma naukowo udowodnionych danych z komórki jajowej kobiety bez wstępnego zapłodnienia nasienia urodziło się zdrowe dziecko bez oznak zaburzeń w pracy narządów wewnętrznych i układów podtrzymywanie życia organizmu.

Przykłady zjawiska

U niektórych gatunków zwierząt, roślin, owadów i bezkręgowców pełne lub częściowe rozmnażanie przez partenogenezę jest częścią ich mechanizmu rozmnażania. Dla osoby taki sposób prokreacji jest uważany za anomalię występującą na etapie poczęcia dziecka.

Przykładem rozwoju partenogenetycznego są dzieci z wrodzonymi patologiami organizmu, które powstają ze względu na powielanie informacji dziedzicznych matki, a także częściowy brak genomu u ojca linie. Konsekwencją partenogenetycznego rozwoju dzieci jest asymetria poszczególnych części ciała, choroby skóry, wady narządów wewnętrznych.

Partenogeneza jest jedną z form rozmnażania bezpłciowego, która występuje u rekinów, mszyc, pszczół miodnych, os i większości jaszczurek różnych gatunków. Charakterystyczną cechą rozwoju partenogenetycznego jest powstawanie zarodka na podstawie materiału genetycznego matki.

Ponadto w procesie poczęcia nie jest wymagane użycie męskich plemników. W praktyce medycznej nie ma naukowo potwierdzonych danych na temat istnienia całkowicie zdrowych dzieci, których narodziny nastąpiły z częściową partenogenezą.

Film o partenogenezie

Czy istnieje Niepokalane Poczęcie? Partenogeneza: