Не так давно в дикій природі біля узбережжя Флориди були виявлені юні представниці виду гребінчастий пилорам (Pristis pectinata), народжені, по всій видимості, в результаті непорочного зачаття. Це другий зафіксований випадок партеногенезу у хребетних тварин, зазвичай практикують статеве розмноження, в дикій природі. Партеногенез у представників видів, здатних до статевого розмноження, називається факультативним.
Вперше факультативний партеногенез в дикій природі був виявлений у двох споріднених видів змій - медноголовая і водяного щитомордников. Вчені виявили декілька вагітних самок, а подальші спостереження і дослідження ДНК народжених змієнят показали відсутність батьківської ДНК в ДНК потомства.
У зоопарках і акваріумах світу час від часу з деякими видами тварин, у яких в нормі для розмноження потрібні самець і самка, відбувається одна і та ж історія. У приміщенні живуть одна або кілька самок, і ніяких самців. Самотні самки риб, амфібій і рептилій іноді відкладають ікру або яйця, але без запліднення ембріон не розвивається. Тому співробітники зазвичай їх прибирають, і справі кінець.
Індукція партеногенезу у птахів була вперше помічена у містяться в неволі співочих птахів зебрових амадин. У них, однак, партеногенетически зачата зародок розвивався неправильно, і вилуплення життєздатною особини не відбулося. У домашніх курей та індиків і голубів описані випадки вилуплення життєздатних особин, зачатих партеногенетически, однак, це досить рідкісна подія, і отримані в результаті птахи не завжди відчувають себе добре.
У всіх цих випадках ми бачимо приклади факультативного (необов'язкового) партеногенезу, до якого представниці деяких видів хребетних вдаються при повній відсутності партнера (як в зоопарках) або коли знайти партнера стає складно (як при скороченні чисельності популяції у гребінчастих пілорилов). На підставі цього може скластися враження, що партеногенез свідомо програшна стратегія, і годиться тільки щоб зовсім не вимерти.
Однак це враження не таке вже й вірне. У природі існує близько 80 видів хребетних (амфібій, рептилій і риб), у яких партеногенез носить не факультативний (час від часу), а облігатний (обов'язковий) характер. Як правило, всі представники таких видів однієї статі. Примітно, що в ході еволюції спочатку статі у них було два, але в якийсь момент «чоловічий» пол виявився втрачений. Дані молекулярно-генетичних досліджень показують, що перейшли на облігатний партеногенез представники загону саламандр перейшли ще під час пліоцену - 4-5 мільйонів років тому. На перший погляд, це доставляє саламандрам деякі незручності: з відкладених яєць діти вилуплюються не більше ніж в третині випадків. Але переможців не судять: деякі види в такому вигляді проіснували вже кілька мільйонів років, і вимирати не поспішають. Більш того, при колонізації важкодоступних (наприклад, високогірних) областей вони можуть мати перевагу.
Щоб зрозуміти, чому це так, давайте порівняємо звичайне статеве розмноження і партеногенез. При статевому розмноженні в популяції можуть існувати особини, досить несхожі один на одного, а умови навколишнього середовища будуть визначати, які саме якості дають в даний момент перевага. Але умови можуть змінюватися, і раптово якесь інше якість може виявитися дуже корисним. Статевий процес при цьому забезпечить максимально швидке поширення нового корисного якості по всій популяції. Правда, передача корисного якості у спадок носитиме імовірнісний характер, і, поки його носії не становлять в популяції більшості, якість може втрачатися в наступних поколіннях. Якщо вид розмножується партеногенетически, то нове корисне якість з'явиться тільки в обмеженій частині популяції - у прямих нащадків першого володаря. Зате з'явиться гарантовано. Крім того, у видів, які практикують статеве розмноження, безпосередньо народжують дітей тільки половина особин. Партеногенез дозволяє розмножуватися швидше і немає необхідності годувати «дармоїдів» або витрачати сили на пошук партнера.
Деякі більш примітивні види використовують обидві стратегії: в несприятливих умовах вони практикують статеве розмноження, що забезпечує кращу пристосованість, а, якщо раптом умови стають дуже сприятливими, переходять на партеногенез і швидко збільшують чисельність популяції. Так надходять, наприклад, коловертки. Хребетні, мабуть, так тонко регулювати процес не можуть, і можуть переходити на партеногенез тільки при відсутності або дефіциті партнерів. При цьому існує самка комодского варана (ймовірно, не одна), який здійснив потомство обома способами.
Оскільки у більшості хребетних партогенез в нормі трапляється дуже рідко, але все-таки іноді трапляється, повинні існувати механізми, які запобігають його, і часом ці механізми повинні давати збій.
Взаємодія сперматозоїда з зовнішніми оболонками яйцеклітини необхідно, щоб запустити процес ділення після запліднення. Багато одностатеві види, наприклад, саламандри, змушені використовувати сперму близькоспоріднених видів. Генетичного внеску такі сперматозоїди не вносять, але запускають процес ділення.
Набагато більша проблема полягає в тому, що в зрілої, готової до запліднення і поділу яйцеклітини зазвичай міститься одинарний (гаплоїдний) набір хромосом. У хребетних новий організм з такою яйцеклітини розвинутися не може, число хромосом має подвоїтися. Зазвичай це досягається за рахунок додавання хромосом сперматозоїда, але, якщо сперматозоїда не передбачається, треба шукати інші варіанти.
Утворенню зрілої яйцеклітини передують два ділення мейозу. Стовбурові клітини попередник яйцеклітини містить подвійний набір хромосом. Перед першим поділом мейозу відбувається подвоєння всіх хромосом і гомологічних рекомбінація (обмін ділянками). Потім клітина ділиться на велику клітку з подвійним набором хромосом (майбутню яйцеклітину) і маленьку клітку з подвійним набором хромосом (перше полярне тільце). Потім майбутня яйцеклітина зазнає наступний розподіл: на велику клітку з одинарним набором хромосом - яйцеклітину і маленьку клітку з одинарним набором хромосом - друга полярне тільце.
Полярні тільця останнім часом зацікавили останнім часом фахівців з допоміжним репродуктивним технологіям. Серед ДНК полярних тілець обов'язково міститься точна копія ДНК яйцеклітини, і, взявши їх на дослідження, можна заздалегідь з'ясувати, чи не містить яйцеклітина генетичних дефектів.
Існує кілька стратегій подвоєння генетичного матеріалу для партеногенезу. Одна з них - це додаткове подвоєння генетичного матеріалу перед початком мейозу. При такому способі після другого поділу мейозу яйцеклітина якраз буде мати подвійний набір хромосом.
Інші способи полягають у зворотному злиття клітин після будь-якого з поділів мейозу або навіть зворотному злиття перших двох бластомерів. Бластомерами називають клітини, які утворюються на ранніх стадіях поділу заплідненої яйцеклітини. Зазвичай у таких клітин подвійний набір хромосом, але якщо ділитися початку незапліднена яйцеклітина, то подвійному набору взятися нізвідки. І бластомери з одинарним набором можуть злитися і утворити клітину з подвійним набором.
Партеногенез займає середнє положення між статевим процесом за участю двох батьків і вегетативним розмноженням. Геном дитини, народженої партеногенетически, не обов'язково повністю збігається з материнським. Залежно від механізму у дитини можуть бути всі гени матері, а може бути тільки половина. Крім того, в результаті гомологічної рекомбінації генів можуть бути частково перетасувати.
Стать дитини, народженої в результаті партеногенезу, залежить від методу визначення статі у даного виду. У тих видів, у яких стать визначається за системою XY-хромосом, як у людини, можливо партеногенетичний народження тільки особин жіночої статі. У птахів, рептилій і амфібій з їх ZW системою (ZZ - чоловіки, ZW - жінки), навпаки, можливе народження дитини будь-якої статі: жіночої в разі, коли дитині дістається весь материнський геном і чоловічого, коли одна подвоєна половина.
Виникає питання, чому ніхто з учених ніколи не стикався з підтвердженими випадками партеногенезу у ссавців. Взагалі кажучи, за допомогою хімічних речовин або електричного струму яйцеклітину ссавців можна змусити ділитися, не чекаючи сперматозоїда. Відповідь на це питання, мабуть, криється в геномном импринтинге: ДНК в сперматозоїдах і яйцеклітинах епігенетично відрегульована таким чином, щоб зародок з двох жіночих або чоловічих клітин переставав розвиватися на певному етапі через відсутність продукту потрібних генів. В експериментах, коли в зрілу яйцеклітину пересаджували ядро з іншої яйцеклітини, або в яйцеклітину без ядра, пересаджували ядра двох сперматозоїдів, зародок починав розвиватися, але незабаром припиняв.
Які перспективи це відкриває перед людьми? Зрозуміло, не доводиться говорити про партогенетіческом народженні нових людей, але користь з цього витягти можна. Тільки почала ділитися яйцеклітина - це ні з чим не порівнянний джерело плюрипотентних стовбурових клітин. Згодом, ймовірно, будуть відпрацьовані методи їх перепрограмування в будь-які інші тканини і, можливо, і органи. Якщо почала ділитися незапліднена яйцеклітина, її генотип і генотип майбутніх стовбурових клітин буде ідентичний генотипу господині, і отримані з таких стовбурових клітин тканини і органи не будуть викликати імунного відторгнення.
подивитися на Polit.ru