partenogeneza jest formą bezpłciowej reprodukcji, w której potomstwo rozwija się z niezapłodnionych jaj. Wspólny tryb rozmnażania u stawonogów, takich jak owady i pajęczaki, partenogeneza występuje również u niektórych gatunków ryb, płazów i gadów.

partenogeneza jest częścią szerokiej różnorodności adaptacji występujących w przyrodzie, zabezpieczającej utrwalenie linii organizmów. Rozmnażanie nie tylko zabezpiecza indywidualny cel przetrwania gatunku, ale także zapewnia organizmom łańcuch pokarmowy. Większość zwierząt, które angażują się w partenogenezę, wykorzystuje również reprodukcję seksualną lub zachowania seksualne, odzwierciedlając niemal uniwersalny Tryb tej formy reprodukcji wśród eukariotów.

przegląd

partenogeneza (która pochodzi od greckich słów „dziewica” i „stworzenie”) jest bardziej wydajna niż rozmnażanie płciowe, ponieważ nie zawsze wiąże się z zachowaniami godowymi, które wymagają energii i zwykle ponoszą ryzyko. Co więcej, wszyscy członkowie bezpłciowej populacji są zdolni do reprodukcji. Wadą jest jednak to, że rozmnażanie bezpłciowe, w przeciwieństwie do swojego seksualnego odpowiednika, nie generuje różnorodności genotypowej, co jest ważne dla adaptacji do abiotycznych i biotycznych zmian środowiskowych.

biorąc pod uwagę wady rozmnażania bezpłciowego dla długotrwałego przetrwania gatunku, większość gatunków biorących udział w partenogenezie uczestniczy również w rozmnażaniu płciowym lub zachowaniach seksualnych. Partenogeneza jest więc zazwyczaj jedną z dostępnych strategii reprodukcyjnych, często odpowiedzią na warunki środowiskowe lub sezonowe, takie jak ilość dostępnych zasobów. Na przykład mszyce są partenogenne wiosną i latem, rozmnażają się szybko, gdy warunki są korzystne; w miesiącach zimowych łączą się w pary, a samice wykluwają zapłodnione jaja. W rzadkich przypadkach jednak partenogeneza nie występuje w połączeniu z rozmnażaniem płciowym lub zachowaniami: na przykład bdelloid rotifer Philodina roseola rozmnaża się wyłącznie przez partenogenezę, a gatunek uważa się, że unikał rozmnażania płciowego przez 85 milionów lat (Judson 2002).

oprócz roli reprodukcyjnej, partenogeneza funkcjonuje jako część mechanizmu określania płci u niektórych gatunków. U mrówek i większości gatunków pszczół i OS samice rozwijają się z niezapłodnionych jaj i są określane jako haploidalne (posiadające jeden zestaw chromosomów), podczas gdy samce rozwijają się z zapłodnionych jaj, a zatem są diploidalne (posiadające dwa zestawy chromosomów, po jednym od każdego rodzica). Tak więc, u gatunków również zdolnych do rozmnażania płciowego, partenogeneza może pomóc w regulacji względnej liczby samców i samic w populacji.

zachowania seksualne

u niektórych gatunków partenogeneza wymaga aktu seksualnego, aby wywołać rozwój jaja, mimo że takie zachowanie nie zapłodnia jaja. Na przykład w kleszczach partenogennych i Roztoczu jaja rozwijają się dopiero po zrośnięciu się zwierząt, ale jaja pozostają niezapłodnione. Niektóre gatunki chrząszczy, które nie mają samców, wymagają plemników, aby wywołać rozwój; chrząszcze te łączą się z samcami blisko spokrewnionych gatunków. Jednak plemniki nie przyczyniają się do materiału genetycznego.

u innych gatunków partenogennych pozbawionych samców samice stymulują się wzajemnie do aktywacji mechanizmów neuroendokrynnych niezbędnych do dojrzewania jaj. Zjawisko to było szeroko badane w Nowym Meksyku whiptail (rodzaj Cnemidophorus), z których 15 gatunków rozmnaża się wyłącznie przez partenogenezę. Jedna samica odgrywa rolę samca w blisko spokrewnionych gatunkach, a samica składa jaja. Takie zachowanie wynika z cykli hormonalnych samic, które powodują, że zachowują się jak samce krótko po złożeniu jaj, gdy poziom progesteronu jest wysoki, i przyjmują rolę samicy w kryciu przed złożeniem jaj, gdy dominuje estrogen. Jaszczurki, które spełniają rytuał zalotów, mają większą płodność niż te trzymane w izolacji, ze względu na wzrost hormonów towarzyszący montażowi. Tak więc, chociaż populacjom brakuje mężczyzn, nadal wymagają bodźców seksualnych dla maksymalnego sukcesu reprodukcyjnego.

określenie płci

partenogeneza polega na dziedziczeniu, a następnie powielaniu tylko pojedynczego chromosomu płciowego. Zapłodnione jajo może być więc męskie lub żeńskie w zależności od schematu chromosomowego gatunku:

• jeśli dwa podobne chromosomy determinują płeć żeńską (np. system determinacji płci XY), potomstwo będzie płci żeńskiej.
• jeśli dwa podobne chromosomy determinują płeć męską (np. system determinacji płci ZW), potomstwo będzie płci męskiej.

u zwierząt eusocjalnych, które zajmują się specjalizacją reprodukcyjną, partenogeneza może być środkiem regulującym względną liczbę samic i samców w grupie. Jednym z dobrze znanych przykładów jest pszczoła miodna: Większość samic w Kolonii to bezpłodne robotnice, ale kilka staje się płodnymi królowymi. Po partnerkach królowej posiada zapas spermy, który kontroluje, umożliwiając jej produkcję zapłodnionych lub niezapłodnionych jaj. W ten sposób królowa określa, kiedy i ile zasobów kolonii przeznacza się na produkcję samców (zwanych dronami).

ostatnie przykłady

• smok z Komodo, który normalnie angażuje się w rozmnażanie płciowe, ostatnio okazał się być w stanie rozmnażać się aseksualnie poprzez partenogenezę (Highfield 2006; Watts 2006). Ponieważ genetyka determinacji płci u smoków z Komodo wykorzystuje system WZ (gdzie WZ to kobieta, ZZ to mężczyzna, a WW to nieuchwytny), potomstwo partenogenezy będzie męskie (ZZ) lub nieuchwytne (WW), bez rodzących się samic. Postulowano, że strategia ta może dać smokowi z Komodo przewagę w kolonizacji wysp, gdzie pojedyncza samica teoretycznie mogłaby mieć męskie potomstwo aseksualnie, a następnie przejść na reprodukcję płciową, aby utrzymać wyższy poziom różnorodności genetycznej niż reprodukcja bezpłciowa sama w sobie.

• w 2001 roku uważano, że bonnethead (rodzaj małego rekina młotkowatego) wyprodukował Szczenię w niewoli w zoo w Nebrasce. W zbiorniku znajdowały się trzy samice młotków i brak samców. Testy DNA wykazały, że dna szczeniaka pasowało tylko do jednej kobiety żyjącej w zbiorniku, a w szczeniaku nie było męskiego DNA. Szczeniak nie był bliźniakiem ani klonem matki; zawierał raczej tylko połowę jej DNA (proces zwany automiktyczną partenogenezą). Typ reprodukcji był wcześniej obserwowany u ryb kostnych, ale nigdy u ryb chrzęstnoszkieletowych, takich jak rekiny (próba 2007). Kolejny pozorny poród rekinów partenogennych miał miejsce w 2002 roku, kiedy w akwarium Belle Isle w Detroit urodziły się dwa żarłacze bambusowe. Narodziny zaskoczyły ekspertów, ponieważ matka dzieliła akwarium z tylko jedną inną samicą rekina.

konsekwencje samozapłodnienia u rekinów, które zmniejsza różnorodność genetyczną potomstwa, są przedmiotem troski ekspertów od rekinów, biorąc pod uwagę strategie zarządzania ochroną tego gatunku, szczególnie na obszarach, gdzie może wystąpić niedobór samców z powodu połowów lub presji środowiskowej. W przeciwieństwie do smoków z Komodo, które mają system chromosomów WZ i produkują męskie (ZZ) potomstwo w wyniku partenogenezy, rekiny mają system chromosomów XY, więc produkują tylko żeńskie (XX) potomstwo w wyniku partenogenezy. W rezultacie rekiny nie mogą przywrócić zubożonej męskiej populacji poprzez partenogenezę, więc cała populacja żeńska musi wejść w kontakt z zewnętrznym samcem, zanim normalna reprodukcja seksualna będzie mogła wznowić.

partenogeneza różni się od klonowania

partenogeneza różni się od sztucznego klonowania zwierząt, procesu, w którym nowy organizm jest identyczny z dawcą komórki. Partenogeneza jest naprawdę procesem rozrodczym, który tworzy nowy osobnik lub osobniki z naturalnie zróżnicowanego materiału genetycznego zawartego w jajach matki. Jednak u zwierząt z systemem chromosomów XY, w których potomstwo partenogenne (zwane partenogenami) jest żeńskie, potomstwo partenogenu jest genetycznie identyczne do siebie i do matki, ponieważ partenogen jest homozygotyczny (posiadający dwa identyczne zestawy genów).

Czytaj dalej

• wiadomości National Geographic: Dziewicze narodziny oczekiwane Na Boże Narodzenie-przez Komodo Smoka.
• BBC NEWS: „Virgin births” dla gigantycznych jaszczurek (smok z Komodo).
• samice rekinów zdolne do narodzin z dziewicy.