Что такое партеногенез? Определение, классификация и особенности. Виды полового размножение многоклеточных организмов
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.
У многих животных происходит развитие яйца без . Такую форму полового размножения называют партеногенезом . Впервые размножение партеногенезом было описано у тлей. В настоящее время различают естественный и искусственный партеногенез.
Естественный партеногенез
Естественный партеногенез бывает периодическим и факультативным. При периодическом партеногенезе он чередуется с обычным половым размножением (тли). Факультативный партеногенез характерен для пчел, муравьев и т.д. У них матка откладывает оплодотворенные и неоплодотворенные яйца. У пчел из оплодотворенных яиц развиваются матка и рабочие пчелы, а из неоплодотворенных самцы (трутни).Искусственный партеногенез
Искусственный партеногенез вызывается у животных, которые в обычных условиях размножаются с . Впервые искусственный партеногенез получил А.А. Тихомиров у тутового шелкопряда. В последующем больших успехов в области искусственного партеногенеза на шелкопряде достиг Б.Л. Астауров. Искусственный партеногенез можно вызвать комбинацией различных факторов: потирание яиц щеточкой, воздействие на них слабой серной кислотой, сывороткой крови, жирорастворителями, электрическими воздействиями и т.д.В преддверии христианского праздника Пасхи я хотел бы рассмотреть тему, которая с научной точки зрения подходит к одному новозаветному чуду.
По приданию Пресвятая Дева Мария, без всякого оплодотворения, забеременела и родила Царя Иудейского Иисуса Христа – мессию, приход которого был предсказан в ветхом завете.
«Без оплодотворения? Не возможно!» – возразят некоторые. Но такое явление возможно. Деву Марию по-гречески называют «Агни Партене», переводится «Чистая Дева».
Вот от слова «партене» – дева, девственница — образован термин партеногенез.
Размножение партеногенезом
Партеногенез – это процесс, при котором размножение происходит из неоплодотворенной .
Но не следует путать это с размножением.
Размножение партеногенезом – это форма полового размножения, так как образуются женские гаметы .
Одними из первых партеногенез стали изучать шведский натуралист Шарль Бонне и немецкий зоолог Карл Зибольд .
Партеногенез делится на два вида: на мейотический и амейотический .
При амейотическом партеногенезе яйцеклетки остаются диплоидными, так как не претерпевают мейоза.
При мейотическом партеногенезе организм развивается либо из гаплоидной яйцеклетки, и сам является гаплоидным , либо яйцеклетка восстанавливает диплоидность и организм получается диплоидным .
Восстановление диплоидности может осуществляться по-разному: яйцеклетка может слиться с полярным тельцем (это похоже на копуляцию гамет) или может произойти эндомитоз .
Эндомитоз – процесс удвоения . Как при , только не растворяется ядерная оболочка и не делится клетка.
Какие же организмы могут размножаться партеногенезом?
Вот несколько классических примеров
Тли . Они таким образом быстро, без особых затрат увеличивают свою численность. Партеногенетически размножаются летом. В результате получаются только самки . Это своеобразная подготовка к неблагоприятным условиям, направленная на то, чтобы как можно больше особей выжили. С приближением осени на свет появляются другого типа гаметы, из которых могут появиться как самцы, так и самки. И насекомые начинают размножаться обыкновенным половым путем.
Дафнии . В течение лета размножаются амейотическим партеногенезом. Когда понижается температура водоема, сокращается световой день, появляются гаплоидные самцы. Популяция переходит к обыкновенному половому размножению.
Коловратки . Не удивляйтесь, если это название вам не знакомо, насколько мне известно, их нет в школьной программе. Если кратко: коловратки – это целый отдельный тип . Они многоклеточные организмы, но размеры их очень малы. У коловратки, так же как и тли и дафнии, размножаются партеногенезом в благоприятных условиях, а при наступлении неблагоприятных переходят к обыкновенному половому размножению. Есть даже некоторые виды типа коловратки, которые достигли «совершенства»: эти виды образованы только самками, которые размножаются партеногенезом. В таких случаях, когда партеногенез является единственным способом размножения, он называется облигатным . А когда наблюдается чередование партеногенеза и другого способа размножения партеногенез называется циклическим (как у дафний и тлей).
Пчелы . У пчел развитие яиц идет по двум схемам: некоторые оплодотворяются, некоторые нет. Из неоплодотворенных яиц (1n) развиваются самцы – трутни. Поэтому соматические клетки трутней гаплоидны (об этом не нужно забывать, если вдруг в задаче по генетике попадется что-нибудь на эту тему ).
Из оплодотворенных яиц развиваются самки – рабочие пчелы либо матка. В таком случае, когда яйца могут развиваться и в результате оплодотворения, и партеногенетически, партеногенез называют факультативным.
Благодаря способности к факультативному партеногенезу у пчел осуществляется контроль численности особей каждой касты (рабочие, трутни).
Род Скальные включает несколько видов, способных к партеногенезу. Перед в половых клетках этих ящериц происходит митотическое увеличение числа хромосом, поэтому после нормального цикла мейоза яйцеклетки получаются диплоидными и готовы образовать новый организм. Скальные ящерицы живут на камнях и иногда перебраться с одного на другой проблематично, в таких условиях как раз нужен партеногенез.
Обнаружен партеногенез у комодских варанов . Самки имеют половые хромосомы: ZW, а самцы: ZZ. Поэтому в результате партеногенеза должны получиться организмы: ZZ либо WW, но WW нежизнеспособны. Поэтому у комодских варанов в результате партеногенеза могут развиться только самцы.
Оплодотворение , слияние мужской половой клетки (сперматозоида) с женской (яйцом, яйцеклеткой), приводящее к образованию зиготы - нового одноклеточного организма. Биологический смысл оплодотворения состоит в объединении ядерного материала мужской и женской гамет, что приводит к объединению отцовских и материнских генов, восстановлению диплоидного набора хромосом, а также активации яйцеклетки, то есть стимуляции её к зародышевому развитию. Соединение яйцеклетки со сперматозоидом обычно происходит в воронкообразно расширенной части маточной трубы в течение первых 12 часов после овуляции. Семенная жидкость (сперма), попадая во влагалище женщины при половом сношении (коитусе), обычно содержит от 60 до 150 млн сперматозоидов, которые благодаря движениям со скоростью 2 - 3 мм в минуту, постоянным волнообразным сокращениям матки и труб и щелочной среде уже спустя 1 - 2 минуты после полового акта достигают матки, а через 2 - 3 часа - концевых отделов маточных труб, где обычно и происходит слияние с яйцеклеткой.
Различают моноспермное (в яйцеклетку проникает один сперматозоид) и полиспермное (в яйцеклетку проникают два и более сперматозоидов, но с ядром яйцеклетки сливается только одно ядро сперматозоида) оплодотворение. Сохранению активности спермиев во время прохождения их в половых путях женщины способствует слабощелочная среда шеечного канала матки, заполненного слизистой пробкой. Во время оргазма при половом акте слизистая пробка из шеечного канала частично выталкивается, а затем вновь втягивается в него и тем самым способствует более быстрому попаданию сперматозоидов из влагалища (где в норме у здоровой женщины среда слабокислая) в более благоприятную среду шейки и полости матки. Прохождению сперматозоидов через слизистую пробку шеечного канала способствует и резко повышающаяся в дни овуляции проницаемость слизи. В остальные дни менструального цикла слизистая пробка имеет значительно меньшую проницаемость для сперматозоидов.
Многие сперматозоиды, находящиеся в половых путях женщины, могут сохранять способность к оплодотворению 48 - 72 часа (иногда даже до 4 - 5 суток). Овулировавшая яйцеклетка сохраняет жизнеспособность примерно 24 часа. Учитывая это, наиболее благоприятным временем для оплодотворения считается период разрыва созревшего фолликула с последующим рождением яйцеклетки, а также 2 - 3-й день после овуляции. Вскоре после оплодотворения начинается дробление зиготы и образование зародыша.
Партеногенез (от греч. παρθενος - девственница и γενεσις - рождение, у растений - апомиксис ) - так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез все равно считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм.
В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. Такой способ размножения используется некоторыми животными (хотя чаще к нему прибегают относительно примитивные организмы). В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых - самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл). Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим гетерозис и высокую жизнеспособность. Партеногенез следует относить к половому размножению и следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т. п.).
Материал из Юнциклопедии
Партеногенез (от греческих слов parthenos - девственница и genesis - происхождение) - развитие организма из одной только яйцеклетки без оплодотворения. Существуют различные формы партеногенеза у животных и растений.
В XVIII в. швейцарский ученый Ш. Бонне описал удивительное явление: всем хорошо известные тли летом обычно представлены только бескрылыми самками, рождающими живых детенышей. Лишь осенью среди тлей появляются самцы. Из оплодотворенных яиц, перенесших зиму, выходят крылатые самки. Они разлетаются по кормовым растениям и основывают новые колонии бескрылых партеногенетических самок. Похожий цикл развития был описан у многих насекомых, а также у мелких рачков - дафний и микроскопических водных животных - коловраток. У некоторых видов коловраток и насекомых вообще не найдено самцов - половой процесс у них выпал полностью, все они представлены партеногенети-ческими самками.
У растений партеногенез был открыт позже - сначала у известного австралийского растения альхорнеи. Это двудомное растение: на одних экземплярах развиваются цветки с тычинками, на других - с пестиками. В Ботаническом саду Кью близ Лондона росли только женские растения с пестичными цветками. К удивлению ботаников, в 1839 г. они вдруг принесли обильный урожай семян. Оказалось, что у растений партеногенез встречается еще чаще, чем у животных. У растений он называется апомиксисом. Многие представители сложноцветных и злаковых, розоцветных, крестоцветных и других семейств (например, многие сорта малины, обыкновенные одуванчики) - апомиктические.
Различают партеногенез соматический и генеративный. В первом случае яйцеклетка развивается из диплоидной клетки организма, с двойным набором хромосом, во втором - из клеток, прошедших мейоз, т. е. с уменьшенным вдвое числом хромосом. Генеративный партеногенез часто встречается у насекомых: трутни пчел, например, развиваются из не-оплодотворенных яиц. Иногда число хромосом при развитии зародыша удваивается.
Своеобразные формы партеногенеза - гиногенез и андрогенез. При гиногенезе яйцеклетка стимулируется к развитию сперматозоидом мужской особи, пусть даже другого вида. Потом сперматозоид бесследно рассасывается в цитоплазме яйцеклетки, которая начинает развитие. В результате появляются однополые популяции, состоящие из одних самок. Гиногенез описан у мелкой тропической рыбки моллиенезии, нашего серебряного карася (икра его развивается при стимуляции спермой карпа, гольяна и других одновременно нерестящихся рыб, в этом случае при дроблении зиготы отцовская ДНК разрушается, не оказывая влияния на признаки потомства), а также у некоторых саламандр. Его можно вызвать искусственно, воздействуя на зрелые икринки спермой, убитой рентгеновским облучением. В потомстве, естественно, получаются точные генетические копии самок.
При андрогенезе, наоборот, ядро яйцеклетки не развивается. Развитие организма идет за счет двух слившихся ядер сперматозоидов, попавших в нее (естественно, в потомстве получаются только одни самцы). Советский ученый Б. Л. Астауров получил андрогенетических самцов тутового шелкопряда, оплодотворив спермой нормального самца яйцеклетки, ядра в которых были убиты облучением или высокой температурой. Совместно с В. А. Струнниковым он разработал методы искусственного получения андрогенетического потомства у тутового шелкопряда, что имеет большое практическое значение, так как гусеницы-самцы дают при образовании коконов больше шелка, чем самки.
Партеногенез чаще встречается у низших животных. У более высокоорганизованных его иногда удается вызвать искусственно, воздействием каких-либо факторов на неоплодотворенные яйцеклетки. Впервые его вызвал в 1885 г. русский зоолог А. А. Тихомиров у тутового шелкопряда.
Все же у высших животных партеногенети-ческое развитие чаще всего не идет до конца и развивающийся зародыш в конце концов погибает. Но некоторые виды и породы позвоночных более способны к партеногенезу. Например, известны партеногенетические виды ящериц. В последнее время была выведена порода индеек, неоплодотворенные яйца которых с высокой вероятностью проходят развитие до конца. Любопытно, что при этом потомство получается мужского пола (обычно при партеногенезе получаются самки). Загадка разгадывается легко: если, например, у человека и дрозофилы набор половых хромосом у женского пола XX (две хромосомы X), а у мужского XY (хромосомы X и Y), у птиц наоборот - самец имеет две одинаковые хромосомы ZZ, а у самки хромосомы разные (WZ). Половина неоплодотворенных яиц имеет одну хромосому W, половина - Z (см. Мейоз). В развивающейся партеногенетичес-кой яйцеклетке число хромосом удваивается. Но комбинация W W нежизнеспособна, и такие зародыши гибнут, а комбинация ZZ дает вполне нормального индюка.
