Чудо з продовженням
Лікар Г. Гохлернер
До кінця минулого століття вже були описані численні випадки природного партеногенезу як у рослин, так і у тварин.
Констанс де Кастелле бродив по саду і на повні груди вдихав солодкий аромат розпускається листя шовковиці. Генеральний інспектор Сардинії по шелководству відпочивав. Найгарячіші дні - дні масового виходу гусениць - благополучно минули, і зараз де Кастелле насолоджуйся весняним ранком, жадібно вбираючи в себе його фарби, звуки, запахи.
У приміщенні, де з яєць метелики шовковичного шовкопряда - грени - виводяться гусениці, підтримуються постійні і строго певні температура і вологість.
Куточок червоводнях, де гусениці ростуть і готуються до виготовлення кокона і перетворенню в лялечок.
Гусениці - виробники натурального шовку. Фото зменшено.
Кокони, які згодом будуть розмотати і довгі нитки натурального шовку.
Непомітно знайома стежка привела його до червоводнях. Генеральний інспектор увійшов в свої володіння і раптом як укопаний зупинився. В одній з комірок, де лежали яйця незаплідненою - він був в цьому впевнений! - метелики (і не прибрали щось їх по чистій випадковості!), Ворушилися маленькі черв'ячки.
- Свята мадонна! - вигукнув вражений шовківника. - Невже це можливо? Непорочне зачаття у тварі?
Через місяць, коли гусениці виросли, завили кокони і перетворилися на метеликів, де Кастелле ретельно ізолював кілька самок і, отримавши від них вже безсумнівно, невинну грену *. став терпляче чекати. І ось у визначений термін відразу в декількох незапліднених кладках заворушилися поодинокі гусениці.
- Неймовірно, але факт, - резюмував генеральний інспектор, - яйця тутового шовкопряда можуть розвиватися без запліднення!
Так в середині XVIII століття було відкрито явище незайманого розмноження, або партеногенезу (від грецького слова «пір тенос» - незаймана і «генезис» -рожденіе).
Відтворення собі подібних - розмноження - одне з основних проявів життя. В процесі еволюції склалися два типи розмноження - статевий і безстатевий.
При безстатевому розмноженні новий організм бере свій початок від соматичних клітин, тобто від клітин, що складають тіло материнського організму (тіло по-грецьки - сома). Брунькування дріжджів, живцювання рослин, відновлення кількох нових гідр з однієї, розрубаної на частини, - все це приклади безстатевого розмноження.
Статеве розмноження, що виникло на вищому щаблі еволюційного розвитку, полягає в відтворенні нових організмів із спеціальних статевих клітин. Відтворення - єдина функція статевих клітин, і це обумовлює їх суттєва відмінність від клітин соматичних.
Будь-яка соматична клітина характеризується строго певним для кожного біологічного виду числом хромосом. У людини це число дорівнює 46, у курки-18, у кукурудзи - 20.
Статеві клітини, як чоловіча - сперматозоїд, так і жіноча - яйцеклітина, містять кожна по половинному (гаплоидному) набору хромосом. При їх злитті кількість хромосом подвоюється і досягає числа, властивого соматичним клітинам даного виду. Запліднена яйцеклітина з подвоєним (диплоїдним) кількістю хромосом і є вихідною клітиною, з якої розвивається майбутня організм.
Злиття чоловічої і жіночої статевих клітин запліднення - є, таким чином, як ніби необхідною умовою статевого розмноження.
І ось виявляється, що статеве розмноження (тобто розвиток нового організму з статевої клітини) можливо і без запліднення.
До кінця минулого століття вже були описані численні випадки природного партеногенезу як у рослин, так і у тварин (хробаків, комах, ракоподібних). Було відмічено, що іноді партеногенез носить випадковий характер (повідомлялося, зокрема, про випадок розвитку незайманих яєць тутового шовкопряда під дією яскравого сонячного світла), іноді ж він закономірно виникає в певних умовах. Так, у попелиць, наприклад, в літні місяці має місце виключно партеногенез. З настанням осінніх холодів починає переважати запліднення. Вплив зовнішніх умов на розмноження деяких організмів іноді настільки велике, що один і той же вид в залежності від місця проживання може розмножуватися то партеногенетически, то за допомогою запліднення.
Якщо партеногенез можуть стимулювати природні фактори зовнішнього середовища, наприклад, тепло, яскраве сонячне світло, то чи не можна домогтися такого ж ефекту штучним шляхом?
Досліди Тихомирова послужили початком для цілої серії досліджень по штучному партеногенезу у різних видів тварин.
Гертвиг вдалося домогтися дроблення незапліднених яєць морського їжака і деяких кільчастих черв'яків (тварин, яким в нормі партеногенез немає притаманний) за допомогою стрихніну, хлористого кальцію, дифтерійної сироватки, гіпертонічної морської води.
Детально розробив методику штучної активації яєць голкошкірих Ж. Леб. Занурюючи яйця спочатку на короткий термін в одну з кислот жирного ряду, потім в гіпертонічну морську воду (гіпертонічним називається розчин, концентрація солей в якому вище, ніж усередині занурюваної в нього клітини, і тому молекули солей переходять через клітинні стінки всередину плазми), а потім в звичайні для них умови, він домагався ефекту повного партеногенетического розвитку, аж до утворення нормальних дорослих особин.
Оригінальний метод активації яйця жаби був запропонований Е. Батайоном. Яйця проколювалися тонкою голкою, змоченою свіжою кров'ю. З активізованих таким чином незайманих яєць вдалося виростити кілька десятків пуголовків і навіть дорослих жаб.
Чудових успіхів домігся Г. Пінкус, отримавши кілька дорослих партеногенетических особин у кроликів. Яйця кроликів добувалися шляхом промивання фаллопієвих труб або безпосередньо з яєчника самки. В якості активатора використовувався гіпертонічний розчин або трихвилинне прогрівання яєць при температурі 47 о С. Коли яйця починали дробитися, їх переносили в матку кролиці, де вони природним чином і «дозрівали».
Є повідомлення американських дослідників про можливість штучного партеногенезу у людини. Свіже неоплодотворенное яйце людини поміщають в сироватку людської крові, підігріту до температури тіла. Укол мікроголкою викликає, як і в яйці жаби, початкові явища розвитку.
Дослідження штучного партеногенезу дозволили зрозуміти сутність і процесу запліднення і тих процесів, які розігруються в партогенетіческі розвивається яйці.
Сперматозоїд в процесі запліднення грає, мабуть, двояку роль. По-перше, самим фактом свого проникнення в яйце сперматозоїд спонукає його до розвитку, повідомляє йому так званий імпульс активації. По-друге, сперматозоїд приносить в яйцеклітину своє ядро, яке, з'єднуючись з ядром яйцеклітини, доводить «пакет» спадковості до необхідної повноти.
Різноманітні фізико-хімічні агенти, які використовуються як стимулятори штучного партеногенезу, цілком ймовірно, беруть на себе першу функцію сперматозоїда, тобто дають яйцю поштовх до розвитку.
Подальша доля яйцеклітини залежить в кінцевому підсумку від того, як поведе себе при розподілі її ядро.
З гаплоидного - містить одинарний набір хромосом - ядра яйцеклітини утворюються при першому розподілі два дочірніх, теж гаплоидних, ядра. Якщо ці дочірні ядра продовжують і далі ділитися звичайним способом, розвивається зародок, всі клітини якого гаплоидни. Такий зародок найчастіше виявляється нежиттєздатним і гине на ранніх стадіях розвитку.
У ряді випадків дочірні гаплоїдні ядра, що утворилися при першому розподілі, знову зливаються. Утворюється диплоидное ядро, в кількісному відношенні цілком ідентичне ядру заплідненої яйцеклітини. Країни, що розвиваються в цих випадках партеногенетические особини досягають зазвичай кінцевих стадій розвитку і виявляються найбільш життєздатними.
Більшість досліджень з проблеми штучного партеногенезу було пов'язано або зі спробами викликати партеногенетичний розвиток у нових, ще не досліджених в цьому напрямку біологічних видів, або з пошуками нових - переважно хімічних - активують агентів.
Радянський біолог член-кореспондент Академії наук СРСР Б. Л. Астауров зупинився на старому об'єкті досліджень - шовковичного шовкопряда - і на одному з перших, запропонованому ще А. А. Тихомирова активує агента - на активації теплом. Однак на відміну від інших дослідників, які не приділяли належної уваги кількісним характеристикам активують агентів, Б. Л. Астауров пішов по шляху строго експериментального встановлення тієї оптимальної дози тепла, яка забезпечила б максимальний партеногенетический ефект.
Застосувавши широку шкалу температурних впливів і систематично варіюючи час витримки яєць при різних температурах, Астауров встановив, що максимальний ефект досягається в разі прогріву свіжої грени при температурі 46 ° С протягом 15-18 хвилин. При цьому активуються майже всі 100 відсотків незайманих яєць. З них повного розвитку досягає близько 50 відсотків.
Виникнення і вдалий результат партеногенетического розвитку залежать, як уже вказувалося, від двох основних моментів: від первинного імпульсу, який спонукає неоплодотворенное яйце до розвитку (реакції активації), і від реалізації внутрішніх умов, що забезпечують подальший нормальний розвиток зародка (головне з цих умов - відновлення і збереження диплоидной структури ядра).
Успіх Б. Л. Астаурова - масове отримання повного штучного партеногенезу в шовковичного шовкопряда - пояснюється тим, що йому шляхом планомірних і систематичних експериментальних досліджень вдалося знайти таку дозу температурного впливу, яка забезпечує і повноцінну реакцію активації і нормальний розвиток яйця зі збереженням диплоидной ядерної структури.
Деякі партеногенетические лінії тутового шовкопряда, виведені Б. Л. Астауровим, розмножуються незайманим шляхом вже більше 15 років. Всі нащадки схожі на матір і один на одного, як близнюки. У числі інших ознак вони успадковують і поп свого єдиного батька - всі вони завжди самки. Щорічно експериментальні червоводнях наповнюються десятками тисяч партеногенетических особин, і ніколи серед них не з'являлося жодного самця.
Ці дивовижні факти мимоволі наводять на думку: чи не можна домогтися подібних результатів і у інших тварин? Адже самки значно вигідніше самців і в молочному тваринництві, і в яйценосного птахівництві, і при розведенні деяких цінних видів риби (самки осетрових і лососевих риб, наприклад, не тільки значно перевершують самців за величиною, а й дають цінний харчовий продукт - чорну і червону ікру ).
- Є всі підстави сподіватися, - каже Б. Л. Астауров, - що загальні принципи, ефективність яких продемонстрована на шовкопряда, зможуть бути застосовані (з відповідними змінами) та до інших тварин.
* Грена - яйця метелики шовковичного шовкопряда, з яких шовківники виводять гусениць, що дають після окукленія шовкові кокони.