Что такое партеногенез?
Партеногенез происходит от двух греческих корней, которые буквально означают «девственное творение». Как это работает? Сексуальное размножение включает в себя два основных элемента: яйцеклетку и сперматозоид. Каждый из них предоставляет половину генетической информации, необходимой для создания живого организма. Но при партеногенезе организм находит уникальный способ заполнить пробел за гены, обычно предоставляемые спермой.
Яичники производят яйцеклетки посредством сложного процесса, называемого мейозом, когда клетки реплицируются, переорганизовываются и разделяются. Эти яйцеклетки содержат только половину хромосом матери, по одной копии каждой хромосомы. (Это называется гаплоидными клетками; клетки, содержащие две хромосомные копии, называются диплоидными клетками.)
Процесс мейоза также создает побочный продукт: меньшие клетки, называемые полярными тельцами, отличные от плодовитой яйцеклетки. В одной из версий партеногенеза, называемой автомиксисом, животное может объединить полярное тельце с яйцеклеткой для производства потомства. При этом процессе, который уже был ранее задокументирован у акул, гены матери перемешиваются, чтобы создать потомство, которое похоже на мать, но не становится ее точными клонами.
В другой форме партеногенеза, апомиксисе, репродуктивные клетки реплицируются посредством митоза — процесса, при котором клетка дублируется, чтобы создать две диплоидные клетки — своего рода генетическое копирование и вставка. Поскольку эти клетки никогда не подвергаются перемешиванию генов в процессе мейоза, потомство, произведенное таким образом, является клонами своего родителя, генетически идентичными. Эта форма партеногенеза более распространена у растений.
Для большинства организмов, которые размножаются первым способом — через автомиксис — потомство обычно получает две X-хромосомы от своей матери. Это означает, что все потомки будут женского пола. Однако у некоторых животных, таких как пчелы, мейоз происходит по-другому. У пчел есть только одна хромосома, которая определяет пол: A. Если яйцеклетка содержит эту хромосому, то из нее вырастет женская пчела, если нет, то из нее вырастет пчела мужского пола. Таким образом, партеногенез у пчел приводит к рождению мужских особей.
Как ученым удалось воспроизвести процесс в лаборатории?
Ученые, экспериментируя с генами мухи-дрозофилы, нашли гены, которые могут вызвать партеногенез у этого вида. Они генетически модифицировали мух, чтобы они могли рожать девственным образом без участия самцов. Эти мухи могли передавать свою способность к девственному рождению следующим поколениям, но это происходило только в отсутствие самцов для спаривания. Ученые предполагают, что такая способность может быть полезна для выживания вида в условиях стресса или изоляции.
Мы первыми показали, что можно спроектировать партеногенез у животного — было очень интересно наблюдать, как девственная муха производит эмбрион, способный развиться до взрослой жизни, а затем повторить этот процесс
— доктор Алексис Сперлинг, исследователь из Кембриджского университета, одна из авторов статьи.
Доктор Сперлинг (слева) в лаборатории со студентом.
Открытие может иметь значение для продовольственной безопасности, поскольку девственные рождения могут становиться более распространенными среди вредителей сельскохозяйственных культур, говорят исследователи. Например, тля — один из самых разрушительных вредителей растений — может размножаться партеногенетически и быстро наращивать численность. Понимание генетических механизмов партеногенеза может помочь разработать новые способы борьбы с такими вредителями.
