Narodziny z dziewicy – które obejmują rozwój niezapłodnionej komórki jajowej – zajmowały ludzi od eonów. I chociaż nie może się to zdarzyć u ssaków , wydaje się, że jest możliwe u innych zwierząt z kręgosłupami (kręgowców), takich jak ptaki i jaszczurki .
Ostatni papier prowadzone przez naukowców z San Diego Zoo donosi dwie sieroty męskie pisklęta poruszonych w programie ratowania condor California od wyginięcia . Czy gatunek może zostać odtworzony przez jedną żywą samicę?
Rozmnażanie płciowe ma fundamentalne znaczenie dla wszystkich kręgowców. Zwykle wymaga to zapłodnienia komórki jajowej samicy przez plemnik samca, więc każdy rodzic wnosi jedną kopię genomu.
Naruszenie tej zasady, jeśli chodzi o pisklęta kondorów bez ojców, mówi nam wiele o tym, dlaczego rozmnażanie płciowe jest tak dobrą strategią biologiczną — a także o tym, jak działa seks u wszystkich zwierząt, w tym u ludzi.
Jak zidentyfikowano pisklęta bez ojca
Wspaniały kondor kalifornijski, rodzaj sępa, jest największym ptakiem latającym w Ameryce Północnej. W 1982 roku populacja gatunku zmniejszyła się do zaledwie 22 osobników , co zapoczątkowało ambitny program hodowli w niewoli prowadzony przez zoo w San Diego, w ramach którego liczebność zaczęła rosnąć.
Przy tak małej liczbie ptaków zespół musiał uważać, aby nie wybierać rodziców, którzy byli blisko spokrewnieni, ponieważ brak zmienności genetycznej spowodowałby mniej energiczne potomstwo i doprowadziłby do wyginięcia.
Naukowcy przeprowadzili szczegółowe badanie genetyczne ptaków, aby tego uniknąć, używając markerów DNA, które były specyficzne dla kondorów i różniły się w zależności od poszczególnych ptaków. W ciągu 30 lat zebrali pióra, krew i skorupki jaj od blisko 1000 ptaków.
Analizując te dane, ustalili pochodzenie, potwierdzając, że połowa markerów DNA w każdym pisklęciu pochodzi od samicy, a połowa od samca, jak można się było spodziewać. Nadal śledzili losy setek piskląt wyhodowanych w niewoli w kolonii, a po wypuszczeniu ich na wolność.
Ale było coś niezwykłego w dwóch pisklętach płci męskiej, jak wyszczególniono w niedawnym artykule. Te pisklęta, które wykluły się kilka lat poza jajami złożonymi przez różne samice, miały markery DNA, które wszystkie pochodziły od samicy. Nie było śladu markerów od mężczyzny, z którym była sparowana.
Dziewicze Narodziny
Rozwój niezapłodnionych jaj nazywa się „partenogenezą” (od greckich słów, które dosłownie oznaczają „stworzenie dziewicy”). Jest dość powszechny u owadów i innych bezkręgowców, takich jak mszyce i rozgwiazdy, i można go osiągnąć za pomocą kilku różnych mechanizmów. Ale jest to bardzo rzadkie u kręgowców .
Istnieją doniesienia o partenogenezie u ryb i gadów trzymanych bez samców. W Tennessee samotna samica warana z Komodo przetrzymywana w niewoli przez wiele lat zrezygnowała ze znalezienia partnera i sama spłodziła troje zdolnego do życia potomstwa. Podobnie jak samica pytona i boa , chociaż te partenogeniczne potomstwo wszystkie wcześnie zmarło.
Jednak niektóre jaszczurki przyjęły partenogenezę jako sposób na życie. Istnieje tylko dla kobiet gatunek w Australii i USA, w których kobiety składają jaja przewożące tylko kombinacje własnych genów.
Partenogeneza zachodzi również u udomowionych kurczaków i indyków hodowanych pod nieobecność samca, ale zarodek zwykle umiera. Jest tylko kilka doniesień o indykach pozbawionych ojca, które osiągnęły dorosłość, i tylko jeden lub dwa, które produkowały plemniki.
Jak to się stało?
U ptaków partenogeneza zawsze wynika z komórki jajowej niosącej pojedynczą kopię genomu (haploid). Jaja są wytwarzane w jajnikach samicy przez specjalny rodzaj podziału komórek zwanego mejozą, który przetasowuje genom, a także zmniejsza o połowę liczbę chromosomów. Plemniki powstają w tym samym procesie w jądrach mężczyzny.
Zwykle komórka jajowa i plemnik łączą się (zapłodnienie), włączając genomy obojga rodziców i przywracając zwykłą (diploidalną) liczbę chromosomów.
Ale w partenogenezie komórka jajowa nie jest zapłodniona. Zamiast tego osiąga stan diploidalny albo przez fuzję z inną komórką z tego samego podziału — który normalnie jest odrzucany — albo przez replikację swojego genomu bez podziału komórki.
Więc zamiast otrzymać jeden genom od matki i inny od ojca, powstałe jajo zawiera tylko podzbiór genów matki w podwójnej dawce.
Ptaki bez ojca zawsze będą płci męskiej
Kondory, podobnie jak inne ptaki, określają płeć za pomocą chromosomów płci Z i W. Działają one w sposób odwrotny do ludzkiego systemu XX (żeńskiego) i XY (męskiego), w którym gen SRY na chromosomie Y determinuje męskość .
Natomiast u ptaków samce to ZZ, a samice ZW. Płeć zależy od dawki genu (DMRT1) na chromosomie Z. Kombinacja ZZ ma dwie kopie genu DMRT1 i tworzy samca, podczas gdy kombinacja ZW ma tylko jedną kopię i tworzy samicę.
Haploidalne komórki jajowe otrzymują albo Z albo W od matki ZW. Ich diploidalne pochodne będą zatem ZZ (normalny mężczyzna) lub WW (martwy). Powodem, dla którego embriony WW nie mogą się rozwijać, jest to, że chromosom W nie zawiera prawie żadnych genów, podczas gdy chromosom Z ma 900 genów, które są niezbędne do rozwoju.
Pisklęta bez ojca muszą zatem być samcami ZZ, jak zaobserwowano.
Dlaczego narodziny z dziewicy kończą się niepowodzeniem
Czy możliwe jest, aby zagrożone gatunki ptaków, takie jak kondor, mogły zostać wskrzeszone z samotnej ocalałej samicy, wylęgając pozbawionego ojca pisklę i rozmnażając się z nim?
No nie do końca. Okazuje się, że partenogeny (zwierzęta pozbawione ojca) nie radzą sobie tak dobrze. Żaden z dwóch kondorów pozbawionych ojca nie miał własnego potomstwa. Jedna zmarła przed osiągnięciem dojrzałości płciowej, a druga była słaba i uległa, co sprawiało, że była to słaba perspektywa ojcostwa.
U kurcząt i indyków partenogeneza wytwarza martwe embriony lub słabe pisklęta. Nawet gatunki jaszczurek składające się wyłącznie z samic, choć wydają się silne, są generalnie produktem niedawnego zmieszania dwóch gatunków, które popsuło mejozę i nie pozostawiło im innej opcji. Te gatunki nie wydają się trwać długo.
Dlaczego partenogeny radzą sobie tak słabo? Odpowiedź dociera do sedna podstawowego pytania biologicznego. To znaczy: dlaczego w ogóle uprawiamy seks? Można by pomyśleć, że wydajniejsze byłoby przekazanie genomu matki jej potomstwu klonalnemu bez zawracania sobie głowy mejozą.
Odmiana jest kluczem
Jednak dowody wskazują, że posiadanie genomu składającego się wyłącznie z genów matki nie jest zdrowe. Zmienność genetyczna ma ogromne znaczenie dla zdrowia osobnika i jego gatunku. Niezbędne jest mieszanie wariantów genów pochodzących od męskich i żeńskich rodziców.
U diploidalnego potomstwa z dwoma genomami rodzicielskimi dobre warianty mogą pokryć mutanty. Osoby, które dziedziczą geny tylko od matki, mogą mieć dwie kopie matczynego zmutowanego genu, który je osłabia – bez zdrowej wersji od męskiego rodzica, która mogłaby je zrekompensować.
Zmienność pomaga również chronić populacje przed śmiertelnymi wirusami, bakteriami i pasożytami. Mejoza i zapłodnienie prowadzą do wielu rearanżacji różnych wariantów genów, które mogą odstraszać patogeny. Bez tej dodatkowej ochrony patogeny mogłyby wpaść w amok w populacji klonów, a populacja podobna genetycznie nie zawierałaby odpornych zwierząt.
Jest więc mało prawdopodobne, aby zdolność samic kondorów do wylęgu piskląt bez ojca uratowała gatunek. Z drugiej strony, ludzkie wysiłki doprowadziły teraz do tego, że setki kobiet – i mężczyzn – latały po kalifornijskim niebie.
Jenny Graves jest wybitnym profesorem genetyki i stypendystką wicekanclerza na Uniwersytecie La Trobe w Melbourne w Australii.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Można znaleźć oryginalny artykuł tutaj.
