Вызвать явление искусственного партеногенеза, т.е. девственного развития яйца без предшествовавшего оплодотворения, удавалось до настоящего времени только у беспозвоночных и у таких яйцекладущих позвоночных, как амфибии.
На млекопитающих подобных опытов никогда не производили, и по весьма простой причине: опыты вызывания искусственного партеногенеза, производившиеся до сих пор, заключались в том, что женское яйцо до оплодотворения извлекалось из яичника и подвергалось ряду физических, химических и механических воздействий, имеющих целью вызвать в нем процесс развития, а затем яйцо возвращалось в естественную среду, в пресную или морскую воду.
... (Рябов Г. А., 1994). Таким образом, синдром представляет собой группу симптомов или симптомокомплексов, которые определяются закономерностями патогенеза , и в основе своей может зависеть от различных этиологических факторов, т. е. синдром, как говорил И. В. Давыдовский (1969), отражая...Вызвать явление партеногенеза у млекопитающих казалось совершенно невозможным, так как у них развитие яйца протекает в самом материнском организме.
Произвести подобные опыты на млекопитающих можно было бы только одним из двух совершенно различных методов. Во-первых, можно было бы воздействовать на яйцо, вводя в кровь матери те химические вещества, которыми пользуются обычно для вызывания искусственного партеногенеза: жирные кислоты и другие растворители липоидов (жироподобных веществ), а затем гипертонические растворы по методу Жака Леба; или вещества, свертывающие и растворяющие коллоиды по методу Ива Делажа. Но очевидно, что на практике это невозможно, ибо ткани материнского организма подвергались бы разрушению гораздо раньше, чем удалось бы воздействовать на яйцо.
Быть может, позволительно мечтать, что со временем будут открыты активные в этом отношении и притом не изменяющие среду ферменты или же вещества, подобные тем, которые действуют в вакцинах. Но в настоящее время их не существует, и ничто не дает нам пока права предсказывать их появление когда бы то ни было в будущем.
Второй метод, который, казалось бы, возможно применить с целью вызвать искусственный партеногенез, состоит в том, что яйцо должно быть извлечено из материнского яичника, обработано соответствующими реактивами и немедленно возвращено снова в матку. Подобный эксперимент , однако, оказывается невыполнимым при современных условиях техники опытов даже в применении к лабораторным животным. Тем более невыполнимо это по отношению к человеку.
Такое положение вопроса не помешало, однако, некоторым популяризаторам, не особенно тщательно разбиравшимся в вопросе об экспериментальной применимости этого метода, изображать проблему экспериментального партеногенеза как поддающуюся разрешению, если уже не разрешенную, в применении к человеку. В Америке после опытов Леба, во Франции после опытов Делажа периодическая печать подняла большой шум в связи с полученными ими результатами скорее в расчете удовлетворить любопытство наивного читателя, чем в добросовестных поисках истины. О партеногенезе у человека говорилось как о вопросе, разрешение которого не заставит себя долго ждать. Люди осведомленные и способные отнестись критически только пожимали плечами при виде подобных преувеличений, и автор настоящей статьи не представлял в этом отношении исключения.
Но вот ряд новых исследований перенес вопрос на несколько иную, на этот раз уже научную, почву и позволил вновь поставить проблему партеногенеза у человека. Это замечательные исследования, опубликованные за последние годы Оскаром Гертвигом.
Вот сущность исследований Гертвига.
Если подвергнуть кратковременному действию лучей радия сперматозоиды лягушки и тотчас употребить их для оплодотворения яиц, яйца начинают развиваться, но более или менее неправильно, тем сильнее уклоняясь от нормы, чем продолжительнее было действие радия. Однако при дальнейшем усилении действия радия наступает резкий перелом и теперь при увеличении продолжительности действия радия на сперматозоиды все больший и больший процент оплодотворенных ими яиц развивается вполне нормально. Еще более долговременное действие радия останавливает подвижность сперматозоидов и убивает их, вследствие чего оплодотворение яйца становится невозможным.
Этому факту, столь парадоксальному на первый взгляд, Гертвиг дает объяснение, в верности которого можно было бы усомниться, если бы автор не дал экспериментального подтверждения. В том случае, когда сперматозоид лишь в умеренной степени подвергнут действию радия, не только он сохраняет способность проникнуть в яйцо и вызвать его развитие, но даже хроматин сперматозоида сливается с ядерным хроматином яйца; в результате ядро оплодотворенного яйца содержит смешанный хроматин, половина которого подверглась изменениям при действии радия на сперматозоид. Этот измененный и уже ненормальный хроматин не потерял своей способности расти, так что в течение сегментации и дальнейшего деления отцовский хроматин продолжает наряду с материнским, здоровым хроматином множиться во всех клеточках, и вследствие влияния испорченного наполовину ядра на морфологические процессы самые эти процессы оказываются измененными, деформированными, изобилующими аномалиями и уродствами. До известного предела все эти изменения усиливаются пропорционально интенсивности изменений, вызванных радием в хроматине сперматозоида.
Однако если изменения сперматозоида зашли достаточно далеко, то способность роста хроматина прогрессивно падает, так что все меньшие количества измененного хроматина входят в состав ядра оплодотворенного яйца; в результате влияние испорченного радием хроматина на развитие зародыша ослабляется. Если действие радия доведено до того предела, когда подвижность сперматозоида и его оплодотворяющая способность почти исчезают, то исчезает совершенно и способность размножения его хроматина, который уже не принимает никакого участия в дальнейшем образовании клеток зародыша.
Автор этой статьи уже давно обращал внимание биологов на то, что процесс оплодотворения слагается из двух совершенно различных явлений; из толчка к развитию яиц и из амфимиксиса, т.е. слияния ядер, отцовского и материнского. Это различие с тех пор было доказано многочисленными примерами. Среди них примеры, приводимые Гертвигом, наиболее заслуживают внимания. Гертвигу рядом последовательных опытов удалось показать, что при той крайней степени изменения сперматозоида, о которой мы говорили, он проникает в яйцо совершенно нормально, но хроматин его вместо того, чтобы сливаться с хроматином женского ядра, остается бездейственным и наподобие инородного тела удаляется в какой-нибудь угол цитоплазмы в одном из бластомеров, не принимая никакого участия в дроблении яйца. Итак, все клетки зародыша содержат исключительно материнский, совершенно здоровый хроматин, чем и объясняется отсутствие тяжелых аномалий у потомства.
Гертвиг не без оснований рассматривает развитие зародыша при таких условиях как партеногенетическое. Он сравнивает действие сперматозоида в этом случае с механическим повреждением, как в «травматическом» партеногенезе Батальона, который вызывал девственное развитие яйца лягушки, укалывая его иглой.
Но мы не можем удовлетвориться подобным объяснением. Батальон показал, что травматического партеногенеза в чистом виде не существует и в опыте Гертвига нет ничего подобного тому, что было при прививке лимфоцитов яйцу в опытах Батальона.
Но я указывал в той работе, на которую я ссылался выше, что при нормальном оплодотворении толчок к развитию может быть сообщен тем, что у человека сперматозоид во время своего прохождения сквозь цитоплазму яйца разбухает, впитывая воду из этой последней, и обезвоживает ее, что и является толчком к развитию; обезвоживание при искусственном партеногенезе является одним из обычных методов.
В своих исследованиях Гертвиг также констатировал разбухание мужского ядра даже в тех случаях, когда оно подвергалось усиленной иррадиации. И странно, что он не попытался сделать из этого наблюдения естественный вывод.
Но, оставляя в стороне эти несущественные в данном случае частности, остановимся на существенном, в чем мы совершенно согласны с О.Гертвигом, а именно на том, что подвергшийся значительному изменению сперматозоид может обусловить партеногенетическое развитие, которое можно констатировать по тому признаку, что плод не обнаруживает следов вредного действия радия на вызвавший развитие яйца сперматозоид. Гертвиг констатировал аналогичные явления при действии на сперматозоид метиленовой синьки.
Из этих весьма интересных наблюдений Гертвига я и беру на себя смелость сделать некоторые выводы.
То, что Гертвиг доказал для действия радия и метиленовой синьки, должно без сомнения оказаться верным и для целого ряда ядов. Теперь уже намечается путь, приводящий нас к признанию возможности партеногенеза у человека.
Человек добровольно или против воли часто поглощает яды, действие которых отражается как на половых элементах, так и на зародыше, из них возникающем. В первую очередь назовем алкоголь, затем морфин, кокаин, быть может — никотин, затем сифилитический яд и многие другие. И вовсе не было бы абсурдом предположить, что то, что имеет место у лягушек в опытах Гертвига, происходит при естественных условиях и у человека.
Для ясности возьмем пример алкоголя. Сперматозоид, в умеренной степени затронутый этим ядом, поддается слиянию с яйцом, влияет на состав клеток зародыша и определяет более или менее значительные искажения. Сперматозоид же, глубоко измененный этим же самым ядом, уже не способен к амфимиксису и вызывает лишь партеногенетическое развитие наподобие всякого другого фактора, способного вызвать такое же развитие.
Как и у лягушки, это можно заметить по тому, что потомство, хотя, быть может, и слабое и меньшей величины, чем вполне нормальное, не обладает однако пороками отца и вообще совершенно лишено наследственных свойств по отцовской линии.
В своих дальнейших опытах О. Гертвиг показывает, что радий производил такое же действие на яйца, как и на сперматозоиды.
В случае, когда яйцо подвергнуто действию радия и оплодотворение произведено вполне здоровым сперматозоидом, то, что выше говорилось о роли сперматозоида, теперь приходится отнести к яйцу. При приближении к пределу, когда ядро яйца настолько сильно изменено, что неспособно уже принимать никакого участия в дальнейшем развитии, ядерный аппарат развивающегося зародыша образуется только ядром сперматозоида: здесь мы имеем дело с мужским партеногенезом.
Термин этот до известной степени подходит для описываемого явления, однако следует отметить одно существенное отличие между мужским и женским партеногенезом. При женском партеногенезе не только ядерный аппарат, но и цитоплазма зародыша принадлежит одному из производителей, а именно — матери, тогда как при мужском партеногенезе ядерный аппарат зародыша развивается из отцовского ядра, а цитоплазма всех клеток —материнского происхождения. А между тем вовсе не доказано, вопреки утверждениям некоторых авторов, и в том числе О. Гертвига, что цитоплазма не играет роли в передаче наследственных черт.
Итак, возможно, что среди людей существуют партеногенетические особи, продукты мужского или женского партеногенеза; мы постоянно встречаемся с ними, но у нас не возникает и сомнения относительно особенностей их происхождения, так как эти особенности не выражены в каких либо необычайных и необъяснимых свойствах этих особей.
Необходимо тщательное наблюдение случаев, которые кажутся партеногенетическими, чтобы составить определенное мнение на этот счет. Эта в высшей степени интересная работа должна была бы увлечь биологов, и прежде всего врачей, которые часто пользуют данную семью в течение ряда поколений и знают патологическую историю всех ее членов. Мы надеемся, что среди них найдутся интересующиеся вопросом, и когда-нибудь их наблюдения удостоверят, подтверждается ли или нет высказываемое нами предположение.
Но вопрос имеет еще одну сторону. Явления, аналогичные тем, что наблюдались у зародышей лягушки в опытах Гертвига, встречаются также и при скрещивании помесей. Если яйцо оплодотворено сперматозоидом не того же вида, но и не слишком разнящегося, то получается потомство, не обладающее никакими недостатками помимо того, что оно неспособно уже к скрещиванию. Попытки оплодотворения яиц спермой весьма отдаленного вида остаются обыкновенно безрезультатными. Но в некоторых, весьма редких, впрочем, случаях удалось получить (Купельвизеру в 1906, 1909, 1912 гг.; Лебу в 1908 г.) плод нормальный, и притом материнского вида. Эти явления совершенно правильно определялись как партеногенетические ввиду отсутствия процессов амфимиксиса при оплодотворении.
Это объяснение подтверждается опытами Герт вига с подвергшейся сильному действию радия спермой, а эти опыты, в свою очередь, могли бы опираться на более ранние опыты Купельвизера и Леба.
Итак, сводя воедино все сказанное, можно сделать общее заключение, что несоответствие между отцовским и материнским хроматином может обусловливать явление партеногенеза, причем это несоответствие может зависеть или от патологических изменений хроматина, или же от значительного видового различия. Отсюда опять-таки можно сделать вывод о второй возможности партеногенеза у человека.
Все согласны в том отношении, что все расы рода человеческого способны к взаимному скрещиванию, однако необходимы некоторые ограничения этого взгляда в смысле бесплодия или пониженной плодовитости при скрещивании некоторых весьма отдаленных рас (Брока, Дарвин). Весьма возможно, что в наиболее резких случаях этого рода несоответствие между отцовским и материнским хроматином становится столь значительным, что способно исключить возможность амфимиксиса и обусловить партеногенез. Необходимы исследования, чтобы проверить справедливость этих заключений или по крайней мере подтвердить правильность основных посылок. Быть может, это должно было бы быть сделано нами, но мы предоставляем это специалистам; мы не берем на себя смелости решать проблему, а только ставим ее.
Для полноты следует еще несколько остановиться на в высшей степени редких, но все же известных случаях полового общения между особями рода человеческого того и другого пола и животными. Видовое различие тут немного меньше, нежели между иглокожими и моллюсками, скрещивание которых дало положительные результаты у Купельвизера и Леба. Но постановка опытов и даже простого обследования тут была бы весьма затруднительна.
Итак, не разрешив ни одного из поставленных вопросов, нам, как нам кажется, удалось показать, какой большой интерес для врачей и ветеринаров, а также ботаников и садоводов представляет исследование с этой точки зрения фактов, не привлекших к себе должного внимания лишь потому, что о них мало знают. Необходимо самым тщательным образом исследовать те случаи скрещивания, когда расхождение признаков проявляется в первом поколении, в противоречии с законом Менделя.
Быть может, весь вопрос об односторонней наследственности должен быть освещен с этой точки зрения («Biologica»).
Большинство представителей животного и растительного мира разделены на особей мужского и женского пола. В результате смешения генетического материала родителей потомство получает больше шансов выжить и приспособиться к условиям постоянно меняющейся окружающей среды. Однако есть и обратный путь. Иногда женские особи при воспроизведении потомства обходятся своими силами, так сказать, без «папы». Мы не будем описывать все способы бесполого размножения организмов, а остановимся на одном из способов полового - партеногенезе. Что это такое? Какие виды данного явления бывают? Об этом мы расскажем в статье.
Две колоды или одна
Для пояснения разницы между бесполым (митоз) и половым (мейоз) делением клеток воспользуемся ассоциацией с карточными играми. Генный набор всех ядерных (эукариотических) организмов состоит из двух колод карт - одна получена от матери, другая от отца (диплоидный набор). Парные карты колод - аллели одного гена. Именно такая перетасовка генного материала дает возможность для эволюции и повышает шансы на успешное приспособление организмов к среде. При митозе (простом делении) хромосомный набор потомков полностью идентичен таковому у родительской клетки. При мейозе конечным продуктом деления будут половые клетки (гаметы) с половинным гаплоидным хромосомным набором - в каждой по одной колоде карт, причем с разными "рубашками".
Два родителя или один
При половом размножении женские и мужские гаметы сливаются и образуют зиготу (зародыш) с полным диплоидным набором хромосом (одна колода от папы, другая от мамы), свойственным конкретному организму. Но в некоторых случаях зигота образуется без участия одного из родителей. Партеногенез - способ размножения организмов, когда женские гаметы формируют зародыш без оплодотворения, без слияния с мужскими гаметами. Термин образован от греческих слов "партенос" - "девственница" и "генезис" - "зарождение, развитие". В природе партеногенетическое размножение встречается не так часто и называется естественным. Что такое партеногенез искусственный? Это деление яйцеклетки, вызванное воздействием различных агентов и в норме требующее оплодотворения.
Виды партеногенеза
Классификация партеногенеза основана на различных критериях сравнения.
Могу сама, могу с партнером
Когда за критерий берется наличие в жизненном цикле организма разных форм размножения, то классифицируют три типа партеногенеза: облигатный, циклический и факультативный. Облигатный, или постоянный партеногенез - это размножение, единственно присущее данному организму. Циклическим называют тот, что чередуется с собственно половым. Что такое партеногенез факультативный? Это запасной способ оставить потомство или же ставший исключением для данного вида.
Партеногенез у пчел
Проиллюстрировать факультативный, полный и мейотический партеногенез можно на примере всем известных пчел. Ранней весной матка вылупляется из куколки и устремляется в брачный полет, когда ее оплодотворяет множество самцов (трутней). Но их сперма накапливается в семяприемнике пчелиной королевы, и именно ею она будет всю свою жизнь оплодотворять откладываемые яйца. Или же не будет. Когда по яйцеводу самки проходит яйцо, проток семяприемника открывается и оплодотворяет его - из диплоидного зародыша появляется самка, а станет она королевой или рабочей пчелой, зависит от того, чем личинку будут кормить рабочие пчелы. Если проток семяприемника не открывается, яйцо останется неоплодотворенным, и из него вырастет гаплоидный самец-трутень. Аналогичный цикл происходит у тли и муравьев.
Биологические плюсы
Несмотря на неоспоримые преимущества полового размножения, партеногенез имеет свои плюсы. Если условия окружающей среды благоприятны и в наличии достаточное количество пищи, то такой способ размножения, когда каждая особь оставляет потомство, дает преимущества, выражающиеся в скорости заселения конкретных биотопов. Когда условия среды изменятся в неблагоприятную сторону, можно пожертвовать количеством, но улучшить качество потомства, перейдя к половому размножению. Вот, что такое партеногенез факультативный. Он присущ членистоногим, земноводным, рептилиям и птицам.
Одинокая акула-мама
Очень редко бывает так, когда партеногенез становится настоящим чудом. Например, в случае с акулами был известен только один способ размножения - половой. Но в 2001 году акула-молот из зоопарка Небраски в США вдруг родила акуленка, и это при том, что в аквариуме она много лет жила одна. Биологов это событие поставило в тупик. Прояснить ситуацию позволила случайная смерть акуленка, которого ужалил ядовитый скат. Генетический анализ показал, что детеныш появился на свет путем истинного партеногенеза. Видимо, в организме акулы-мамы включились неизвестные науке механизмы сохранения вида на границах ареала. Или же акуле-маме было очень одиноко.
Соперничая с Богом
Тема непорочного, девственного зачатия уже много лет не сходит с полос СМИ. Может, история о рождении Иисуса Девой Марией - это пример партеногенеза у человека? Генетики однозначно и категорически говорят: "Нет!" Ведь если бы это было партеногенетическое размножение, Иисус должен был быть... девочкой. И вообще, естественный партеногенез у млекопитающих, и человека в том числе - как наиболее высокой филогенетической группы, - просто невозможен. И вот почему. У млекопитающих развитие множества признаков связано с генами, связанными с полом (половые маркеры). Это означает, что включение тех или иных генов зависит от качества генного материала как матери, так и отца. Конечно, если за дело не берутся специалисты по генной инженерии.
Именно японские специалисты, проведя более 600 экспериментов, из которых 24 закончились беременностью, а из них только 2 - родами, причем выжил лишь один детеныш, в 2004 году получили мышонка в результате «непорочного зачатия» мамы-мышки.
Понятие партеногенеза
При оплодотворении сперматозоид выводит яйцеклетку из состояния покоя и она начинает развиваться. Но в природе известны случаи, когда организм развивался из неоплодотворенной яйцеклетки.
Определение 1
Явление развития организма из неоплодотворенной яйцеклетки называется партеногенезом .
В случае партеногенеза новой поколение имеет неизмененный родительский генотип. У некоторых видов могут существовать как партеногенетические, так и двуполые популяции (у ящериц). Для других видов партеногенез является единственным способом размножения (у насекомых-палочников). У жужелиц и дафний закономерно чередуются половые и партеногенетические поколения.
Некоторые ученые считают партеногенез отдельной формой бесполого размножения, так как здесь отсутствует половой процесс (копуляция). Другие считают его вариантом полового размножения, так как в нем принимают участие именно половые клетки.
Диплоидный партеногенез
Существует целый ряд видов животных, у которых на протяжении определенного периода происходит развитие неоплодотворенных яйцеклеток. В ядре яйцеклетки при этом происходит удвоение количества хромосом и они становятся диплоидными (или при формировании яйцеклетки не происходит мейоз).
Пример 1
Например, у уже упомянутых выше жужелиц и дафний на протяжении весны, лета, начала осени (то есть большую часть года) размножение происходит только партеногенетически. Из неоплодотворенных яиц развиваются только самки. Осенью появляются самцы и происходит процесс оплодотворения. Оплодотворенные яйца переносят зиму. Весной из них снова развиваются самки, способные к партеногенетическому размножению.
Диплоидный партеногенез способствует быстрому размножению популяций данных видов.
Гаплоидный партеногенез
У пчел и некоторых других насекомых из оплодотворенных яиц развиваются самки. Из них формируются рабочие особи (недоразвитые самки) и матки. Из неоплодотворенных яиц развиваются трутни (партеногенетические самцы). В клетках самцов гаплоидный набор хромосом. При формировании сперматозоидов мейоз не происходит и количество хромосом в сперматозоидах не уменьшается. Поэтому при оплодотворении организмы получают диплоидный набор хромосом.
Искусственный партеногенез
Ученые-эмбриологи в ходе исследований получил возможность стимулировать развитие яйцеклетки без оплодотворения. Они применяли в качестве стимулирующего фактора некоторые раздражители (химические, механические или кратковременные влияния высоких или низких температур и пр.). Влияние этих раздражителей способствовало возбуждению яйцеклетки и началу формирования оболочек оплодотворения.
Замечание 1
Явление искусственного партеногенеза активно используется, например, для регулировки пола тутового шелкопряда в шелководстве.
Андрогенез
В науке известны случаи, когда ядро яйцеклетки разрушалось. При этом сама яйцеклетка сохраняла способность к оплодотворению. Тогда ядро сперматозоида занимало центральное положение в яйцеклетке. Яйцеклетка развивалась дальше партеногенетически, но с ядром сперматозоида. Образовавшийся новый организм имел только отцовские признаки. Такое явление получило в науке название андрогенеза .
Явление партеногенеза возникло, вероятно, как реакция организма на резкие изменения условий среды. Эти изменения приводили к невозможности осуществления оплодотворения. Поэтому выживали особи. У которых яйцеклетка начинала развиваться самостоятельно. Такое приспособление позволило видам выжить в непривычных и изменяющихся условиях. Метод партеногенеза может оказаться очень полезным в селекционной работе.
Партеногенез - форма полового размножения, при которой яйцеклетки самок развиваются в новый организм без предварительного оплодотворения.
Терминология
Раньше многие авторы (например, Б.Н.Шванвич) определяли партеногенез как вариант бесполой формы , хотя это и противоречило общепринятой биологической терминологии. Бесполое - это появление новых особей из соматических клеток материнского организма, а не из половых, как это происходит при партеногенезе. Таким образом, в настоящее время партеногенез принято относить к половому , так как в его процессе дочерние особи образуются из , а не из частей тела «матери», как, например, при простом делении бактерий, почковании дрожжей, сегментации тела у плоских червей и т.д.
Явление партеногенеза в большинстве случаев наблюдается у примитивных организмов, хотя, в целом, встречается среди многих представителей животного мира: Членистоногих, Моллюсков, Рыб и даже Пресмыкающихся. Интересно предположение о существовании партеногенеза у человека: по неподтвержденным данным, были случаи, когда у погибших женщин обнаруживали беременность ранних сроков, и при исследовании плодного выяснялось, что эмбрион представляет полную генетическую копию матери. Впрочем, если у высших животных такое явление и возможно (имеется в виду, в естественных условиях), то полного развития яйцеклетки никогда не происходит, оно обычно останавливается на стадии бластулы. (прим.авт.) (фото)
Относительно часто данное явление наблюдают среди насекомых. В большинстве своем эти существа являются раздельнополыми, о чем даже на первый взгляд можно догадаться по половому особей многих видов, однако иногда партеногенез сочетается у них с классическим половым или даже полностью его замещает.
Партеногенез как биологический процесс
Цитологическая основа этого явления бывает различной. В одних случаях происходит «нарушение» развития нормальной яйцеклетки, например, изменение числа делений генетического материала. В других роль сперматозоидов берут на себя другие структуры. Например, существует такое образование, как направительное (полярное) тельце. Оно прикреплено к яйцеклетке, содержит небольшое количество цитоплазмы и генетический материал. В «норме», то есть при половом , оно отделяется от после определенного количества делений мейоза. У некоторых же партеногенетических особей, например, червеца Lecanium, тельце не дегенерирует и не открепляется, а проникает внутрь и сливается с ядром яйцеклетки, имитируя проникновение сперматозоида и давая толчок к развитию эмбриона.
Партеногенез представляется явлением, которое не зависит от «воли» насекомого. Однако в некоторых случаях особи сами управляют формами своего . У некоторых перепончатокрылых (медоносных пчел), а также у калифорнийской расы червецов, сперматозоиды хранятся в специальной камере, откуда самка может выпустить или не выпустить их на яйцо - в зависимости от «цели» осуществления кладки. (фото)
Разновидности партеногенеза
Партеногенез - это весьма неоднородное явление, которое разделяют на несколько категорий.
Спорадический : большую часть времени обоеполые особи размножаются «обычным» путем, но при создании определенных условий (снижение численности популяции, отсутствие самцов) могут переходить и на партеногенез. Данное явление характерно для Тополевого бражника, и других насекомых, в первую очередь, Чешуекрылых. В редких случаях спорадический партеногенез наблюдается у пауков, к примеру, тропических сенокосцев, однако обычно их неоплодотворенные гибнут, не завершив своего развития.
Постоянный : наблюдается все время, наряду с половой формой . Типичный пример - общественные перепончатокрылые, у которых самцы всегда развиваются из неоплодотворенных , а самки - из оплодотворенных. В ряде случаев партеногенез полностью или практически полностью замещает собой половое . Так, у некоторых видов палочников, червецов, орехотворок и пилильщиков самцы либо редки, либо вообще неизвестны. Аналогичное явление встречается и среди клещей.
Существуют организмы, у которых частота встречаемости самцов различается, в зависимости от обитания. К примеру, самцы Кистевиков (многоножек) часто встречаются во Франции (42% особей), при этом, в Голландии их всего 39%, в Дании - 8%, а при дальнейшем продвижении на север их нет вообще.
Циклический : происходит правильное чередование половых и бесполых поколений, как, например, у . У них оплодотворенное переживает зиму, после чего из него выходит девственная самка, дающая еще ряд , также размножающихся партеногенетически. Осенью отрождаются и самцы, которые спариваются и откладывают , начиная новый виток жизненного цикла. (фото)
Искусственный : эту категорию можно рассматривать как разновидность спорадического партеногенеза, но в природе она не встречается. Сущность данной формы состоит в том, что особи, которые размножаются «обычным» половым путем, переходят на партеногенез при воздействии на особыми физическими (электричество, температура) и химическими факторами. Впервые это явление было открыто в 1886 году.
Педогенез : разновидность партеногенеза, при которой девственное
11 Марта 2009Олег Макаров, журнал «Популярная механика» № 3-2009
(редакция выражает благодарность сайту «Вечная молодость»
за помощь в написании статьи)
Большая часть мира живого разделена пополам. По полам. На пол женский и пол мужской. Сделав производство потомства делом двух особей вместо одной, природа совершила шаг вперед, так как смешение генетического материала дает шанс на появление более жизнеспособных организмов. Но есть и обратный путь. Порой в силу разных причин женская особь, давая жизнь потомству, обходится, так сказать, без папы…
Это явление получило название «партеногенез» от двух греческих слов παρθενος – девственница и γενεσις – рождение. Вообще говоря, мы с детских лет знаем, что новые живые организмы вполне могут возникать без всяких там тычинок и пестиков. Кустик клубники, раскидывая по грядке усы, вырастит потомство в виде точно таких же кустиков, воткнутая в землю ветка (модное слово «клон» по-гречески – «черенок») превратится в новое дерево…
Исторически предшествовавшее половому бесполое размножение строится на процессе митоза – простого деления живой клетки. В результате образуются две клетки с одинаковым набором генов – точные копии родительской, сохранившие, образно выражаясь, все ее достоинства и пороки. Изменения от поколения к поколению могут происходить лишь в результате генетических мутаций. Правда, микробы прекрасно приспосабливаются к меняющимся условиям среды вроде воздействия антибиотиков, но они берут числом и скоростью размножения. И даже у них существует что-то вроде полового процесса – обмена генами между клетками одного, а иногда – и совершенно разных видов. А у подавляющего большинства растений и самых примитивных представителей животного царства (вроде дождевых червей и морских звезд), способных к вегетативному размножению, оно дополняет, но не заменяет половой процесс.
Игра природы
При половом размножении чертеж нового организма, заложенный в его ДНК, создается случайным сочетанием генетического материала двух родителей. Игральные кости брошены на стол. Какая комбинация выйдет в итоге, повышающая или понижающая шансы на выигрыш в борьбе за существование – дело случая, но без постоянной перетасовки генов и отбора их оптимальных комбинаций сложные многоклеточные организмы не смогли бы эволюционировать.
Если продолжить ассоциацию с азартными играми, геном эукариотических (имеющих клеточное ядро) организмов, от дрожжей до человека, составлен из двух «колод» – парных генов (аллелей), расположенных на парных хромосомах. Соматические (телесные, от греч. «сома» – тело) клетки при росте организма и замещении отмерших клеток размножаются тем же простым делением – митозом, при котором набор хромосом передается неизменным от родительской клетки дочерним. Мутации в соматических клетках могут привести к различным (обычно неприятным) последствиям, но в следующее поколение они не передаются.
Половые клетки образуются в результате намного более сложного процесса деления – мейоза, при котором из первичных половых клеток – оогониев (женских) и сперматогониев (мужских) образуются соответственно в яйцеклетки и сперматозоиды. При этом диплоидная (несущая в себе полный набор генетической информации в двух парах хромосом) первичная половая клетка превращается в гаплоидную, с одной хромосомой из каждой пары и, соответственно, одним из каждой пары родительских генов. Во время мейоза парные хромосомы обмениваются участками, и каждой яйцеклетке или сперматозоиду достается случайный набор генов, полученных от бабушки и дедушки будущего младенца (или бабочки, цветочка и любого другого способного к половому размножению организма). Две половые клетки сливаются в одну – зиготу, которая некоторое время спустя начнет делиться митотическим способом, развиваясь в зародыш. Но и неоплодотворенная яйцеклетка может начать делиться – именно это и называется партеногенезом. Следует сразу уточнить: партеногенез является не бесполым размножением, а разновидностью полового (с присущими ему биологическими процессами) однако с участием лишь женских половых клеток.
Целомудренные коловратки
Партеногенез в живой природе не является чем-то исключительным. Коловратки – крошечные (от 40 мкм до 2 мм) обитатели пресноводных водоемов, выделенные в систематике в отдельный тип царства «Животные» – уже 40 миллионов лет представлены только женскими особями, производящими потомство исключительно путем партеногенеза. При всей прогрессивности полового размножения вариант с происхождением потомства от одной особи имеет свои плюсы. Например, когда среда благоприятствует быстрому размножению вида и вокруг достаточно пищи для многочисленного потомства, партеногенез дает выигрыш в скорости заселения этой среды. В этом случае можно пожертвовать генетическим разнообразием (потомство несет в себе лишь хромосомы матери), зато мобилизовать на размножение весь потенциал вида. Когда условия изменятся в неблагоприятную сторону, естественный отбор отсеет менее приспособленные организмы. Но коловратки – это скорее исключение из правил. У многих видов растений, членистоногих, земноводных, рептилий и даже птиц существует не облигатная (обязательная) форма партеногенеза, а факультативная – при подходящих обстоятельствах. Например, у некоторых видов тлей переход к партеногенезу и обратно имеет характер сезонных колебаний.
Затосковавшая акула
Удивительно, однако, что порой к партеногенезу прибегают виды живых организмов, которые раньше, что называется, не были в этом замечены. В последние годы описаны несколько поразительных случаев партеногенеза у акул, у которых до этого партеногенеза никогда не наблюдали. В 2001 году в зоопарке Henry Doorly в штате Небраска (США) малоголовая рыба-молот (малоголовая – это видовое название, а не дразнилка) произвела на свет детеныша после длительного пребывания в резервуаре с водой, где не было самцов. Это «непорочное зачатие» поначалу поставило ученых в тупик. В числе прочих рассматривался вариант с длительным сохранением спермы от давнего полового контакта – такое явление «ложного партеногенеза» порой наблюдается в природе. Расставить точки над «i» помог несчастный случай: выросший детеныш погиб от укола ската. Результат ДНК-анализа однозначно показал, что в клетках детеныша не было никакого генетического материала, кроме материнского. Некая программа, спрятанная в ДНК акулы, которая в естественных условиях размножается исключительно через оплодотворение, включила резервный механизм сохранения вида – партеногенез. Таким образом, причиной партеногенетического размножения может стать и отсутствие самцов, например, на границе ареала вида.
Похожий случай произошел в 2002 году в океанариуме г. Детройт (США), а затем в Венгрии. В 2006 году в лондонском зоопарке партеногенетический детеныш вылупился из яйца самки коммодского варана. На воле коммодские вараны также не были замечены в склонности к партеногенезу.
Однако можно ли сказать, что эти детеныши были клонами, точной генетической копией материнских организмов? Нет, в данном случае это не так.
Дело в том, что биологически партеногенез осуществляется в основном двумя путями. Один из них заключается в том, что первичная женская половая клетка, не проходя стадию мейоза, начинает делиться митотическим путем, создавая собственную копию. В случае же с высокоразвитыми животными полученная в ходе мейоза яйцеклетка, имеющая, как мы помним, гаплоидный – половинный – набор хромосом, сливается с другой яйцеклеткой, тоже с половинным, но по-другому скомбинированным набором «бабушкиных» и «дедушкиных» хромосом. В обоих случаях из-за перетасовки аллелей генов, происходящей при образовании гаплоидной яйцеклетки, генотип и определяемые им свойства родившегося с помощью партеногенеза организма будут в той или иной степени отличаться от материнского.
И у акул, и у варана партеногенетические детеныши имели женский пол, что естественно для живых организмов, у которых мужской пол передается через Y-хромосому, находящуюся только в мужских половых клетках. У некоторых видов живых существ наследование пола осуществляется иначе: например, у одной из пород индеек многие яйца развиваются партеногенетически, и из них появляются только самцы. У пчел и муравьев партеногенез используется для регулирования соотношения полов: из оплодотворенных яиц развиваются самки, а из неоплодотворенных – самцы. А некоторые виды костистых рыб «соблазняют» самцов другого вида. Сперматозоид при этом не проникает в яйцеклетку, а только стимулирует удвоение ее хромосом и деление.
Соперники бога
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? Но в этом случае младенец должен был бы родиться девочкой из-за отсутствия в яйцеклетке Y-хромосом, а участие в непорочном зачатии Св. Духа в компетенцию науки не входит. Однако если вынести за скобки вмешательство сверхъестественных сил, то не только человек, но и любое другое млекопитающее к «непорочному зачатию» неспособны. На пути партеногенеза человека природой воздвигнут мощный заслон, имя которому – геномный импринтинг.
Смысл этого мудреного термина заключается в том, что для развивающегося зародыша млекопитающего, образно говоря, небезразлично, от кого достался тот или иной ген – от мамы или от папы. Ген, отвечающий за развитие какого-нибудь жизненного важного органа, просто не будет проявлять себя, если он имеет неправильный половой маркер. Именно поэтому, даже если яйцеклетка млекопитающего начнет делиться, скажем, под действием 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.
Добиться первого партеногенетического рождения млекопитающих удалось в 2004 году ученым из Токийского сельскохозяйственного университета. Японцы применили разработанную ими технологию гаплоидизации, то есть искусственного (без мейоза) 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.
О том, насколько тяжело далось генетикам вмешательство в святая святых живой природы, говорят цифры. Около 500 искусственно гаплоидизированных клеток дали возможность вызвать всего 24 беременности, из которых только две привели к родам. Развиться в полноценный организм удалось лишь одному детенышу. Впрочем, для начала результат не так уж плох: у овечки Долли на стадии оплодотворенной яйцеклетки было почти 300 сестёр.
Просто фантастика
Клонирование приматов из-за особенностей развития их оплодотворенных яйцеклеток во время самых первых делений технически всё еще невозможно. И ни один серьезный ученый не ставил перед собой задачу репродуктивного клонирования человека. Многочисленные попытки научиться выращивать человеческие эмбрионы методом переноса клеточного ядра – того же самого, с помощью которого родилась Долли – нужны для терапевтического клонирования.
Аферист-первопроходец
С терапевтическим клонированием связан один из крупнейших за последние годы научных скандалов. В феврале 2004 г. журнал Science опубликовал статью одного из ведущих специалистов в области клонирования, корейского ученого У-Сук Хвана и его коллег, о сенсационном результате: впервые в мире получен клонированный человеческий эмбрион, из которого выделена жизнеспособная культура стволовых клеток. В мае 2005 в том же Science появилась вторая сенсация – о создании в лаборатории Хвана уже одиннадцати линий человеческих эмбриональных стволовых клеток, также полученных методом переноса ядра соматической клетки. А уже в конце года среди ученых и журналистов поползли сначала слухи, потом – достаточно обоснованные подозрения… В конце концов Хван признался в том, что все эти результаты были фальсифицированы, ушел со всех официальных постов, и в телевизионном выступлении принес извинения научной общественности и корейскому народу. Правда, под его руководством продолжаются работы по клонированию животных – но в частных компаниях.
При этом, как и при получении культур эмбриональных стволовых клеток из «отходов» экстракорпорального оплодотворения – оплодотворенных про запас яйцеклеток, эмбрион из яйцеклетки с пересаженным ядром донора предполагается разрушать на ранней стадии. Такие клетки не будут отторгаться при клеточной терапии и пересадке донору ядра изготовленных из них тканей и даже целых органов. Но и работы с обычными клетками человеческих эмбрионов, и любое, даже терапевтическое, клонирование человеческих клеток вызывают сопротивление со стороны религиозных фундаменталистов и других блюстителей морали. Это – одна из причин, по которым некоторые специалисты пытались пойти обходными путями, например, получить химерные эмбрионы из ядра соматической клетки человека и яйцеклетки коровы или кролика. Все эти окольные тропы привели в тупики, кроме одной: в июле 2007 г. группе ученых из московского Центра акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН и американской корпорации Lifeline Cell Technology удалось вырастить 6 линий полипотентных (способных, как и эмбриональные, превращаться в любые ткани организма) стволовых клеток из неоплодотворенных человеческих яйцеклеток. Достижение впечатляющее, хотя таким методом можно получать культуры терапевтических клеток только для женщин детородного возраста. И, похоже, это направление развиваться не будет: уже в ноябре того же 2007 г. две группы ученых – из Висконсинского и Киотского университета – одновременно объявили о разработке методов получения искусственно индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) из фибробластов, обычных клеток кожи. Для того, чтобы взрослые клетки «впали в детство», в них пришлось с помощью вирусного носителя ввести работающие копии четырех генов, активных во время эмбрионального развития и заблокированных во взрослом организме. Новую методику уже опробовали во многих лабораториях, а в феврале 2009 человеческие iPSC впервые были использованы для восстановления поврежденного спинного мозга – пока у мышей, но можно надеяться, что через несколько лет дело дойдет до первых клинических исследований на людях.
Возможно, именно эти эксперименты поставят жирную точку на биоэтических спорах, оставив тему партеногенеза авторам фантастических романов, предвещающих появление мира без мужчин. К счастью, пока не похоже, чтобы женщины к такому миру сильно стремились.