Девственное рождение, которое включает в себя развитие неоплодотворенной яйцеклетки, волновало людей на протяжении веков. И хотя это не может произойти с млекопитающими , похоже, что это возможно с другими животными с позвоночником (позвоночными), такими как птицы и ящерицы .
В недавней статье, подготовленной исследователями из зоопарка Сан-Диего, сообщается о двух птенцах-самцах без отца, выращенных в рамках программы по спасению калифорнийского кондора от вымирания . Может ли вид быть восстановлен единственной выжившей самкой?
Половое размножение является фундаментальным для всех позвоночных. Обычно требуется, чтобы яйцеклетка самки была оплодотворена спермой самца, поэтому каждый родитель вносит одну копию генома.
Нарушение этого правила в отношении птенцов кондора, оставшихся без отца, многое говорит нам о том, почему половое размножение является такой хорошей биологической стратегией, а также о том, как секс работает у всех животных, включая человека.
Как были идентифицированы цыплята без отца
Великолепный калифорнийский кондор, разновидность стервятника, является самой большой летающей птицей в Северной Америке. В 1982 году популяция вида сократилась до 22 особей , что вызвало амбициозную программу разведения в неволе, проводимую зоопарком Сан-Диего, численность которой начала расти.
При таком небольшом количестве птиц команда должна была быть осторожной, чтобы не выбирать родителей, которые были тесно связаны между собой, поскольку отсутствие генетической изменчивости приведет к менее энергичному потомству и приведет к постепенному исчезновению.
Чтобы избежать этого, исследователи провели подробное генетическое исследование птиц, используя ДНК-маркеры, специфичные для кондоров и различающиеся у разных птиц. Они собрали перья, кровь и яичную скорлупу почти у 1000 птиц за 30 лет.
Анализируя эти данные, они установили отцовство, подтвердив, что, как и следовало ожидать, половина маркеров ДНК у каждого цыпленка была получена от самки, а половина - от самца. Они продолжали следить за судьбами сотен выведенных в неволе птенцов в колонии и после того, как выпустили их в дикую природу.
Но в двух цыплятах-самцах было что-то необычное, как подробно описано в недавней статье. У этих птенцов, которые вылупились на несколько лет после яиц, отложенных разными самками, были маркеры ДНК, которые все принадлежали родительнице. Не было никаких следов маркеров от мужчины, с которым она была в паре.
Девственное рождение
Развитие неоплодотворенных яиц называется «партеногенезом» (от греческих слов, буквально означающих «девственное творение»). Это довольно часто встречается у насекомых и других беспозвоночных, таких как тля и морские звезды, и может осуществляться несколькими различными механизмами. Но у позвоночных это очень редко .
Были сообщения о партеногенезе у рыб и рептилий, которые содержались без самцов. В Теннесси одинокая самка дракона Комодо, долгие годы находившаяся в неволе, отказалась найти себе пару и произвела на свет трех жизнеспособных потомков. То же самое произошло с самкой питона и удавом , хотя все эти партеногенные потомки умерли рано.
Однако некоторые ящерицы приняли партеногенез как образ жизни. В Австралии и США есть только женские виды, в которых самки откладывают яйца, несущие только комбинации их собственных генов.
Партеногенез также происходит у домашних кур и индеек, выращенных в отсутствие самца, но эмбрион обычно умирает. Есть лишь несколько сообщений о самцах индеек, оставшихся без отца, которые дожили до взрослого возраста, и только один или два из них произвели сперму.
Как это бывает?
У птиц партеногенез всегда является результатом яйцеклетки, несущей единственную копию генома (гаплоид). Яйца образуются в яичнике самки в результате особого типа деления клеток, называемого мейозом, который перетасовывает геном, а также уменьшает вдвое число хромосом. Сперматозоиды образуются в семенниках мужчины таким же образом.
Обычно яйцеклетка и сперматозоид сливаются (оплодотворение), объединяя геномы обоих родителей и восстанавливая обычное (диплоидное) количество хромосом.
Но в партеногенезе яйцеклетка не оплодотворяется. Вместо этого он достигает диплоидного состояния либо путем слияния с другой клеткой из того же деления, что обычно отбрасывается, либо путем репликации своего генома без разделения клетки.
Таким образом, вместо того, чтобы получать один геном от матери и другой - от отца, полученное яйцо содержит только подмножество материнских генов в двойной дозе.
Птицы без отца всегда будут самцами
Кондоры, как и другие птицы, определяют пол по половым хромосомам Z и W. Они работают противоположно системе XX (женщина) и XY (мужчина) человека, в которой ген SRY на Y-хромосоме определяет мужское начало .
Однако у птиц самцы - ZZ, а самки - ZW. Пол определяется дозой гена (DMRT1) на Z-хромосоме. Комбинация ZZ имеет две копии гена DMRT1 и дает самца, тогда как комбинация ZW имеет только одну копию и дает самку.
Гаплоидные яйцеклетки получают от матери ZW букву Z или W. Следовательно, их диплоидные производные будут ZZ (нормальный самец) или WW (мертвый). Причина, по которой эмбрионы WW не могут развиваться, заключается в том, что W-хромосома почти не содержит генов, тогда как Z-хромосома имеет 900 генов, жизненно важных для развития.
Следовательно, цыплята без отца должны быть самцами ZZ, как было отмечено.
Почему девственное рождение не удается
Возможно ли реанимировать исчезающий вид птиц, такой как кондор, из выжившей одинокой самки путем вылупления птенца-самца, оставшегося без отца, и размножения с ним?
Не совсем так. Оказывается, партеногены (животные без отца) не очень хорошо себя чувствуют. Ни один из двух кондоров, оставшихся без отца, не произвел собственного потомства. Один умер, не достигнув половой зрелости, а другой был слабым и покорным, что делало его маловероятным для отцовства.
У кур и индеек партеногенез дает либо мертвые эмбрионы, либо слабые вылупившиеся детеныши. Даже виды ящериц, состоящих только из самок, хотя и кажутся крепкими, обычно являются продуктом недавнего смешения двух видов, которое испортило мейоз и не оставило им другого выбора. Похоже, что эти виды живут недолго.
Почему партеногены так плохо справляются? Ответ лежит в основе фундаментального биологического вопроса. То есть: зачем мы вообще занимаемся сексом? Можно подумать, что было бы более эффективно, если бы геном матери был просто передан ее клональному потомству, не беспокоясь о мейозе.
Вариация - ключ к успеху
Но данные говорят, что иметь геном, полностью состоящий из генов матери, вредно. Генетическая изменчивость имеет решающее значение для здоровья человека и его вида. Очень важно смешивать варианты генов от родителей мужского и женского пола.
У диплоидного потомства с двумя родительскими геномами хорошие варианты могут покрывать мутанты. Люди, которые наследуют гены только от матери, могут иметь две копии материнского мутантного гена, который их ослабляет - без здоровой версии от мужского родителя для компенсации.
Вариативность также помогает защитить население от смертельных вирусов, бактерий и паразитов. Мейоз и оплодотворение обеспечивают множество перестроек различных вариантов генов, которые могут сбивать с толку патогены. Без этой дополнительной защиты патогены могут выйти из-под контроля в популяции клонов, а генетически подобная популяция не будет содержать устойчивых животных.
Так что способность самок кондора вынашивать птенцов без отца вряд ли спасет вид. С другой стороны, человеческие усилия привели к тому, что сотни женщин и мужчин полетели в небе над Калифорнией.
Дженни Грейвс - выдающийся профессор генетики и научный сотрудник вице-канцлера Университета Ла Троб в Мельбурне, Австралия.
Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Вы можете найти оригинальную статью здесь.
