PARTENOGENEZA: Z CZEGO SIĘ SKŁADA, RODZAJE, ORGANIZMY - BIOLOGIA - 2026

Partenogeneza jest wytwarzanie zarodka od samic gamety bez wkładu genetycznego gamety męskiej, z lub bez ewentualnego przekształcenia w dorosłej. W większości przypadków nie ma udziału męskiej gamet w procesie rozrodczym.

Istnieje jednak szczególny przypadek partenogenezy zwany gymnogenesis, w którym ich udział jest konieczny. W tym przypadku plemnik dostaje się do komórki jajowej i aktywuje ją, aby rozpocząć rozwój nowego organizmu.

Poeciliopsis gracilis, gatunek ryby pochodzącej z Ameryki Środkowej, z rozmnażaniem partenogenetycznym. Zdjęcie: Coletti, T. Zrobione i zredagowane z fishbase.de

Partenogeneza jest zjawiskiem bardzo powszechnym wśród roślin i zwierząt. Szacuje się, że może wystąpić nawet u 1% ogólnej liczby znanych gatunków.

Jest to sposób rozmnażania, który może wystąpić praktycznie we wszystkich dużych grupach zwierząt i roślin. Być może wyjątkiem są bardziej rozwinięte taksony, takie jak nagonasienne i ssaki, w przypadku których nie ma wiarygodnych danych o ich występowaniu.

Czym jest partenogeneza?

Najprostsza koncepcja partenogenezy wskazuje, że jest to rozwój komórki jajowej u nowego osobnika bez zapłodnienia. Jednak u wielu zwierząt zarodki wyprodukowane bez zapłodnienia wykazują wysoką śmiertelność.

W niektórych innych przypadkach współwystępowanie męskiej gamet jest konieczne, aby aktywować rozwój. Dlatego można powiedzieć, że partenogeneza polega na „wytworzeniu zarodka z żeńskiej gamet bez jakiegokolwiek wkładu genetycznego z męskiej gamet z ewentualnym rozwojem u osoby dorosłej lub bez”.

Rodzaje

W zależności od zaangażowanych mechanizmów cytologicznych partenogeneza może być kilku typów, w tym:

-Tikopartenogeneza

Nazywana również fakultatywną partenogenezą, nazywana jest tak, gdy rozwój niezapłodnionych jaj następuje sporadycznie i spontanicznie. Ten typ partenogenezy jest bardzo powszechny u zwierząt.

Według niektórych autorów jest to jedyny prawdziwy typ partenogenezy. Tworzenie gamet w atikopartenogenezie może, ale nie musi, obejmować podziały mejotyczne. W zależności od obecności lub braku mejozy tę partenogenezę można z kolei podzielić na:

Partenogeneza apomiktyczna

Nazywany również ameiotycznym lub diploidalnym. W tym jest tłumienie mejozy. Potomstwo rozwija się z niezapłodnionych jaj poprzez podział mitotyczny.

Daje początek organizmom genetycznie identycznym z matką. Ten typ partenogenezy zwykle występuje u wrotków i większości grup stawonogów.

Automatyczna partenogeneza

Nazywany również mejotycznym lub haploidalnym. W tym procesie utrzymuje się mejoza. Przywrócenie stanu diploidalnego następuje poprzez powielanie lub fuzję gamet wytwarzanych przez matkę. Ten typ partenogenezy występuje bardzo często u owadów.

-Ginogenesis

Gynogeneza to szczególny rodzaj rozmnażania płciowego. W tym przypadku plemniki muszą penetrować zalążek, aby aktywować rozwój embrionalny.

Ale w przeciwieństwie do normalnego zapłodnienia, fuzja jąder męskich i żeńskich nie występuje. Po fuzji gamet chromosomy plemników ulegają degeneracji w cytoplazmie komórki jajowej lub mogą zostać wydalone z zygoty.

Zarodek gynogenetyczny rozwinie się tylko kosztem jądra komórki jajowej. Z tego powodu szczenięta gynogenetyczne są identycznymi samicami jak matka.

Ten typ rozmnażania może wystąpić, gdy gynogenetyczne samice kojarzą się z biseksualnymi samcami tego samego lub spokrewnionego gatunku. Niektórzy autorzy nie uważają tego za właściwą partenogenezę.

-Hybridgenesis

Jest to reprodukcja „hemiklonalna”. W ten sposób rodzice różnych gatunków łączą się w pary i wytwarzają hybrydy. Połowa genomu jest przenoszona drogą płciową, podczas gdy druga połowa jest „klonalna”.

Plemniki ulegają fuzji w jądrze komórki jajowej, a ojcowskie geny ulegają ekspresji w tkankach somatycznych, ale są systematycznie wykluczane z linii zarodkowej. Tylko matka przekaże genom następnemu pokoleniu.

Ten typ partenogenezy zwykle występuje u gatunków ryb z rodzaju Poeciliopsis, a także był obserwowany u mrówek pustynnych Cataglyphis hispanica.

Inne rodzaje

Niektórzy autorzy wolą bardziej utylitarną klasyfikację tego typu reprodukcji, różnicując partenogenezę na dwa inne typy:

-Geographic Partenogenesis

Charakteryzuje się współistnieniem formy biseksualnej i partenogenetycznej u jednego gatunku lub u gatunków bliskich filogenetycznie, ale o różnym rozmieszczeniu geograficznym.

Organizmy partenogenetyczne mają tendencję do zajmowania innych obszarów niż ich bliscy krewni, którzy rozmnażają się płciowo. Organizmy bezpłciowe mają zwykle większe rozmieszczenie w równoleżniku lub na wysokości, na wyspach, w środowiskach kserofilnych lub w zaburzonych siedliskach.

Ten typ partenogenezy zaobserwowano u niektórych gatunków roślin, robaków, skorupiaków, owadów i jaszczurek.

-Cykliczna partenogeneza

Organizmy mogą rozmnażać się płciowo i partenogenetycznie. W niektórych okresach w roku partenogeneza produkuje tylko samice.

Jednak w innych okresach samice będą rodzić zarówno samice, jak i samce, które będą rozmnażać się płciowo.

Pochodzenie linii partenogenetycznych

U gatunków biseksualnych, których potomstwo jest produkowane przez partenogenezę, generalnie będą wytwarzać samice partenogenetyczne. Te powstające jednopłciowe linie mogą znacznie różnić się fenotypowo i genotypowo od swoich biseksualnych kongenerów. Istnieje kilka mechanizmów, które mogą spowodować powstanie tych partenogenetycznych linii.

Spontaniczny

Utrata interakcji seksualnych następuje poprzez mutacje w genach, które hamują mejozę, modyfikują indukcję seksu przez warunki środowiskowe i regulują ekspresję hormonalną.

W skrajnych przypadkach mutacja może działać poprzez „naprawę” genotypu ściśle partenogenetycznej linii, która może wytworzyć partenogenetyczne samce i samice.

Poprzez hybrydyzację

Hybrydyzacja jest najpowszechniejszym sposobem wytwarzania linii partenogenetycznych u zwierząt i można ją zaobserwować u ślimaków, owadów, skorupiaków i większości jednopłciowych kręgowców.

Pochodzą ze skrzyżowania dwóch gatunków biseksualnych, które mają wysoką heterozygotyczność i typowe allele gatunków rodzicielskich. W tych przypadkach mejoza może być przeszkodą, powodując utratę seksualności.

Zaraźliwe pochodzenie

Występuje poprzez hybrydyzację między partenogenetycznymi samicami i samcami tego samego lub blisko spokrewnionego gatunku. Uważa się, że jest to główna przyczyna poliploidii u organizmów jednopłciowych.

Przepływ genów między liniami płciowymi i partenogenetycznymi umożliwia rozprzestrzenianie się genów w zaraźliwy sposób. Z tego powodu organizmy płciowe mogą z kolei zapoczątkować lub stworzyć nową linię partenogenetyczną.

Zakaźne pochodzenie

Wolbachia pipientis to gatunek bakterii z gromady Proteobacteria, będący nosicielem około 20% wszystkich gatunków owadów.

Odpowiada za manipulacje reprodukcyjne u gospodarzy, takie jak niezgodność cytoplazmatyczna, feminizacja samców genetycznych, śmierć samców i partenogeneza. Zaraża stawonogi i nicienie.

Jest przenoszony przez rodziców. Bakteria ta jest zdolna do indukowania partenogenezy u parazytoidów z rodzaju Trichogramma, a także u roztoczy i innych stawonogów.

Z drugiej strony Xiphinematobacter, inna bakteria, atakuje nicienie Dorylaimida, również powodując partenogenezę.

Pochodzenie wieloprzyczynowe

U wielu gatunków linie partenogenetyczne są generowane przez jeden mechanizm. Jednak u innych gatunków mogą powstawać poprzez różne mechanizmy. Na przykład partenogenetyczne linie małżoraczków mają często podwójne pochodzenie.

Klony diploidalne powstają w wyniku spontanicznej utraty seksualności, podczas gdy klony poliploidalne powstają w wyniku hybrydyzacji między partenogenetycznymi samcami i samicami tego samego lub spokrewnionego gatunku.

Innym przykładem jest przypadek mszycy Rhopalosiphum padi. U tego gatunku linie partenogenetyczne mogą pochodzić z trzech różnych źródeł: spontanicznych, hybrydowych lub zaraźliwych.

Organizmy, w których zachodzi partenogeneza

Wrotki

Wśród Rotifera są gatunki, które rozmnażają się tylko przez partenogenezę apomiktyczną samic oraz gatunki, które naprzemiennie tę partenogenezę odradzają się zwykłej płciowej.

Przejście między rozmnażaniem bezpłciowym a rozmnażaniem płciowym jest kontrolowane przez środowisko. Sukces gatunków wrotków, które całkowicie utraciły rozmnażanie płciowe, wynika według niektórych autorów z akumulacji mutacji w okresach wykładniczej apomiktynej rozmnażania partenogenetycznego.

To, wraz z krzyżowaniem „mitotycznym”, pozwoliłoby na wytworzenie wystarczającej różnorodności genotypowej, aby dostosować się do różnych warunków środowiskowych. W ten sposób wyeliminowano by wielką zaletę rozmnażania płciowego.

Mięczaki

W przypadku niektórych gatunków mięczaków ślimakowych odnotowano partenogenezę. Wśród tych gatunków są Potamopyrgus antipodarum, Tarebia granifera i wszystkie gatunki z rodzaju Melanoides.

Wszyscy przedstawiciele tego ostatniego rodzaju, z wyjątkiem diploidalnej rasy M. tuberculata, są poliploidalni.

Skorupiaki

Ten typ rozmnażania został udokumentowany dla wielu grup skorupiaków, w tym notostrakos, conchostracos, anostracos, cladocerans, decapods i omacods.

W Cladocera typową formą rozmnażania jest cykliczna partenogeneza. Samice rozmnażają się partenogenetycznie od wiosny do lata.

Gdy warunki środowiskowe są niekorzystne, organizmy rozmnażają się płciowo, tworząc jaja otorbione, które mogą przetrwać długie okresy w stanach spoczynku.

Skorupiak Cladocera Daphnia longispina z jajami partenogenetycznymi. Zdjęcie: Roland Birke / Photolibrary / Getty Image. Zrobione i zredagowane z thinkco.com

Kraby marmurowe (Procambarus fallax forma virginalis) są jedynymi znanymi skorupiakami dziesięcionogów, które rozmnażają się jedynie na drodze partenogenezy.

Kręgowce

Wśród ryb chrzęstnych partenogeneza zachodzi przynajmniej u orła, żarłacza zebry i rekina młota. W przypadku gatunków z rodzaju Poecilliopsis odnotowano hybrydyzację u ryb kostnych.

Niektóre inne ryby mogą na przemian rozmnażać płciowo i partenogenetycznie. Wiele gatunków jaszczurek rozmnaża się przez partenogenezę. Uważa się, że główną przyczyną tego typu rozmnażania się u nich jest hybrydyzacja.

Tikopartenogenezę odnotowano również w innych grupach gadów, głównie pytonach i innych wężach. U ptaków spontaniczną partenogenezę obserwowano u kurczaków, indyków i niektórych gatunków przepiórek.

U ssaków genomy matki i ojca są niezbędne do prawidłowego rozwoju embrionalnego. Z tego powodu partenogeneza nie występuje naturalnie w tych organizmach.

Zostało to osiągnięte eksperymentalnie w laboratorium. Jednak wywołana partenogeneza często prowadzi do nieprawidłowego rozwoju.

Rośliny

Wiele gatunków roślin ma dobrze zdefiniowane wzorce partenogenezy geograficznej, w których formy partenogenetyczne są zlokalizowane bardziej w kierunku stref zimnych. Tymczasem formy seksualne są bardziej tropikalne niż ich aseksualni rówieśnicy.

Bibliografia

1. C. Simon, F. Delmonte, C. Rispe, T. Crease (2003). Relacje filogenetyczne między partenogenami i ich krewnymi płciowymi: możliwe drogi do partenogenezy u zwierząt. Biological Journal of the Linnean Society.
2. G. Scholtz, A. Braband, L. Tolley, A. Reiman, B. Mittmann, C. Lukhaup, F. Steuerwald, G. Vogt (2003). Partenogeneza u raków z zewnątrz. Natura.
3. U. Mittwoch (1978). Artykuł przeglądowy o partenogenezie. Journal of Medical Genetics.
4. NB Tcherfas (1971). Naturalna i sztuczna gynogeneza ryb. W: Seminarium / wycieczka studyjna FAO 1971 w ZSRR na temat selekcji genetycznej i hybrydyzacji ryb hodowlanych. 19 kwietnia - 29 maja 1968. Wykłady. Przedstawiciel FAO / UNDP (TA), odzyskany z fao.org/.
5. PA Eyer, L. Leniaud, H. Darras i S. Aron (2013). Hybridogeneza poprzez partenogenezę thelytokous u dwóch mrówek pustynnych Cataglyphis. Ekologia molekularna.
6. RKK Koivisto, HR Braig (2003). Mikroorganizmy i partenogeneza. Biological Journal of the Linnean Society.