Kdo se může rozmnožovat nepohlavně?
V nedávném historickém průlomu se vědcům podařilo rozmnožit krysy bez potřeby samčích spermií, což je významný milník, který otevírá otázky o budoucnosti genetiky a lidské reprodukce.
Por Newsroom Infobae
27. března 2022 02:15 EST
ARCHIVO – Alimentos vedados durante el embarazo, como el huevo y el pescado crudos, ya no pueden dañar al bebé si los ingiere la madre durante la lactancia. Foto: Uwe Anspach/dpa
V nedávném historickém průlomu se vědcům podařilo rozmnožit krysy bez potřeby samčích spermií, což je významný milník, který otevírá otázky o budoucnosti genetiky a lidské reprodukce.
V roce 1932 vydal britský spisovatel a filozof Aldous Huxley svůj román Brave New World, dystopickou předtuchu, která popisuje svět, ve kterém se lidé již nerodí, ale jsou vytvářeni v laboratořích se specifickým genetickým designem, který je předurčuje k tomu, aby byli bezstarostně přijímáni. patřící k jedné z kast, které rozdělovaly jejich společnost, i když byla nejnižší a nejvíce utlačovaná.
V tomto světě byl koncept rodiny negován a božstvo se stalo „Fordem“, protože jeho model výroby řetězu byl pravidlem, podle kterého se lidé nyní rozmnožují.
Ačkoli je Huxleyho vize temná a ponurá vize, která nám ukazuje, kde by se svět mohl zastavit, pokud vědecký a technologický rozvoj zapomene na etiku; Dnes, téměř 100 let po napsání tohoto díla, se stále více dozvídáme o vývoji a rozmnožování druhů. To otevírá dveře k otázkám o samotné budoucnosti lidstva.
Nejnovější průlom nastal teprve před několika týdny, kdy skupina čínských vědců představila světu výsledky svých experimentů, které Poprvé v historii se myš dokázala nepohlavně rozmnožovat z jediného vajíčka pomocí metody genetické manipulace.
Tento milník otevírá dveře k asexuálnímu rozmnožování u savců, což bylo dříve považováno za nemožné, a připravilo půdu pro možné experimenty na lidech.
Obálka knihy “Šťastný svět” od Aldouse Huxleyho.
Pohlavní a nepohlavní rozmnožování
K rozmnožování, jak tomu obecně rozumíme, nejen u lidí, ale u všech druhů, dochází sexuálně, tedy v důsledku spojení genetického materiálu dvou jedinců, samce a samice, které v důsledku oplodnění , produkuje nového jedince s jedinečnými vlastnostmi.
V živočišné říši je však mnoho příkladů „panenská“ neboli nepohlavní reprodukce, při které se pouze jedna osoba, nutně žena, účastní zrození jiné osoby, jejíž genetický materiál je přesnou kopií té první.
Několik studií za poslední desetiletí ukázalo, že tyto „panenské porody“ jsou v přírodě běžnější, než jsme si dříve mysleli, protože jsou součástí strategie přežití některých druhů, aby se zachovaly v situacích, kdy je samců vzácné.
Leonie je samice žraloka leopardího, která se stala prvním zdokumentovaným případem nepohlavní reprodukce tohoto druhu.
Samice mnoha složitých a velkých zvířat, jako jsou ještěrky, žraloci nebo varani komodští, jsou schopni reprodukovat bez samců v procesu zvaném “partenogeneze”.
Termín pochází z řečtiny a odkazuje na „panenské stvoření“ a používá se odkazovat na schopnost zvířat nebo rostlin reprodukovat se bez genetického materiálu jiné osoby.
Když se to stane v přírodě, předcházejí tomu extrémní okolnosti. Bylo například zdokumentováno, jak se kolonie samic varana komodského izolovala na pustém ostrově a partenogenezí porodila samce, aby založili novou kolonii.
Existují také případy, kdy žraločí samice otěhotní a porodí v akváriích, kde jsou zcela odděleny od samců.
Ale, vysvětluje reprodukční biolog University of Sheffield Allan Pacey v jedné ze svých studií, většina velkých zvířat se nereprodukuje asexuálně, i když by mohla, protože to není evolučně zajímavé.
Co tím myslíš? Protože při těchto panenských porodech vznikají jedinci s genetickou zátěží rovnající se genetické zátěži matky, což postupem času vede ke snížení genetické diverzity a tedy i schopnosti vyvíjet druh, a to ohrožuje jejich vlastní přežití.
To je velká výhoda sexuální reprodukce, která umožňuje kombinaci genů dvou jedinců a jejich odpovídajících mutací, aby se nakonec vytvořili jedinci lépe přizpůsobení svému prostředí.
Jinými slovy, sex nám pomáhá zůstat naživu jako druh.
Varani komodští jsou dalším druhem, o kterém je známo, že se množí nepohlavně (Reuters/Toby Melville)
Indukovaná partenogeneze
Ponecháme-li stranou evoluční vysvětlení, zůstává otázka: Mohou se všechny druhy rozmnožovat nepohlavně, včetně lidí? Nedávno jsme se k odpovědi přiblížili.
Jak jsme řekli dříve, savci byli vyloučeni z možnosti nepohlavní reprodukce. V přírodě neexistuje žádný případ, kdy by se savci rozmnožovali nepohlavně, a to ani v extrémních situacích, jako jsou žraloci a ještěrky.
Existuje však precedens pro asexuální reprodukci prostřednictvím laboratorně indukované partenogeneze u potkanů “Kaguya”, kterou vydali japonští vědci na Tokyo Agricultural University v dubnu 2004.
Kaguya, pojmenovaná podle japonského lidového příběhu, ve kterém je princezna dcera měsíce nalezena jako dítě uvnitř stonku bambusu, byla krysa vytvořená v laboratoři ze dvou vajíček, což znamená, že měla dvě matky.
V jeho případě partenogeneze začala procesem zvaným „haploidizace“, při kterém je některým buňkám odebrána jedna ze dvou sad chromozomů a zbývá jim pouze jedna. Protože zde byla použita dvě vejce, výzvou bylo geneticky modifikovat jeden z nich tak, aby se podobal spermiím, konkrétně tak, aby napodoboval gen Igf2, který je normálně exprimován pouze otcovskou kopií genu.
“Cílem našeho výzkumu bylo zjistit, proč jsou spermie a vajíčka nezbytné pro vývoj mladých savců,” – řekl tehdy vedoucí experimentu Tomohiro Kono.
Kaguya byla první myš vytvořená v laboratoři pomocí partenogeneze ze dvou vajíček.
Ačkoli Kaguya byla velkým úspěchem, stále k jejímu vytvoření vyžadoval genetický materiál dvou jedinců, což se liší od nepohlavní reprodukce, která se v přírodě vyskytuje u jiných než savčích druhů.
To se změnilo jen před několika týdny díky článku publikovanému v časopise PNAS a podepsaném čínskými vědci Yanchang Wei, Cairong Tan a Zhen-Ao Zhao.
Popisují genetickou techniku podobnou CRIPR-Cas9, která je běžně známá jako „řezání a sestřihování DNA“, která umožňuje myším mít jedno mládě, počínaje neoplozeným vajíčkem.
“U savců je partenogeneze omezena kvůli problémům vyplývajícím z genomového otisku,” vysvětlují výzkumníci ve svém článku, kde uvádějí, že procesu tohoto procesu lze dosáhnout “specificky epigenetickým přepsáním několika kritických oblastí kontroly imprintingu.”
Vědci použili CRIPR-Cas9 k umělé úpravě určitých ženských genů, dokud nevypadaly jako muži. Konkrétně změnili vajíčko z jediné buňky na 140buněčnou blastocystu, poté vzali 192 embryí vytvořených stejným procesem a implantovali je několika myším.
Pouze jedné z nich se podařilo projít embryonálním a fetálním stádiem a porodit tři myši, ačkoli dvě zemřely během porodu. Konečně bylo naživu jedno z mláďat, samice, která vážila méně než obvykle, ale vyrostla zdravě, a když dosáhla dospělosti, mohla se přirozeně rozmnožovat.
Samice s mláďaty je výsledkem partenogeneze z jediného vejce.
Výzkumníci dospěli k závěru, že partenogeneze u savců je možná, i když uznávají, že je zapotřebí mnohem více práce, než bude možné ji použít v reálném světě. Říkají, že tento proces by mohl být použit pro rozvoj zemědělství a výroby drog.
Lidská partenogeneze?
Přestože objev čínských vědců otevřel dveře k asexuální reprodukci u savců, Jednoduchá odpověď na otázku, zda je to možné u lidí, je stále „ne“.
I když je teoreticky možné upravit vajíčko lidské ženy v laboratoři tak, aby prošlo procesem podobným tomu u myši a otěhotnělo u jedné osoby, nevíme jistě, zda je to možné, a provedení takových testů představuje poměrně složité etická dilemata.
Další zajímavější otázka je zda je vhodné produkovat lidi z asexuální reprodukce, jako v Huxleyho dystopii.
Odpověď je opět ne, ale ani ne tak kvůli etickému nebo morálnímu dilematu, jako spíše kvůli dilematu přežití.
Již víme, že čím menší je genetická rozmanitost, tím je druh zranitelnější, a v průběhu historie můžeme najít příklady, které ukazují, proč pro nás není praktické reprodukovat se produkcí jednotných genů. Stejně jako historie nemocí a malformací v evropských královských rodinách je většina z nich příbuzná.
Ke zhmotnění možnosti asexuální reprodukce u lidí vede dlouhá vědecká a etická cesta, ale stejně jako mnoho dalších nepředstavitelných pokroků ve vědě jsme již učinili první krok.
POKRAČOVAT VE ČTENÍ
Reprodukce přirozená vlastnost všech organismů reprodukovat svůj vlastní druh, což zajišťuje kontinuitu a kontinuitu života. Reprodukce vytváří předpoklady pro výměnu generací, vznik dědičné variability a adaptivní evoluci (předadaptaci) organismů pod vlivem přírodního výběru. Základem všech forem rozmnožování u organismů s buněčnou strukturou je buněčné dělení.
Obvykle existují dvě hlavní formy rozmnožování: sexuální a asexuální.
Sexuální reprodukce
Počátkem pohlavního rozmnožování je pohlavní proces – splynutí dvou pohlavních buněk (gamet) s jedinou (haploidní) sadou chromozomů, končící vytvořením zygoty obsahující dvojitou (diploidní) sadu chromozomů. Hnojení u savců. Hnojení u savců. Při splynutí gamet v každé nové generaci dochází k redistribuci rodičovského genetického materiálu (rekombinaci), která podporuje zvýšení variability, která vytváří základ pro působení přirozeného výběru a vývoj nových adaptací na změny vnějšího prostředí.
V závislosti na tvaru, relativní velikosti a pohyblivosti gamet se rozlišují následující typy sexuálních procesů: izogamie, heterogamie, oogamie. Vznik pohlavního rozmnožování na základě primitivnějšího asexuálního rozmnožování byl progresivním faktorem, který zvyšoval dědičnou variabilitu, a tedy i rychlost evoluce.
Partenogeneze je jednopohlavní rozmnožování, při kterém se samičí reprodukční buňky (vajíčka) vyvíjejí bez oplodnění. Vznikl v procesu evoluce u heterosexuálních forem organismů. Pokud je druh zastoupen pouze samicemi, je jednou z hlavních biologických výhod partenogeneze urychlit rychlost reprodukce druhu, protože všichni jedinci takového druhu jsou schopni zanechat potomstvo. V případech, kdy se samice vyvinou z oplozených vajíček a samci z neoplozených vajíček, partenogeneze pomáhá regulovat numerické poměry pohlaví (například u včel). Rozlišuje se přirozená partenogeneze (normální způsob rozmnožování některých organismů v přírodě) a umělá, vyvolaná experimentálně působením různých podnětů na neoplodněné vajíčko, které běžně potřebuje oplodnění.
Pedogeneze je jednou z forem partenogeneze, která je vlastní řadě bezobratlých, kdy se v larvách vyvíjejí neoplodněná vajíčka, která dávají vzniknout nové generaci. Někdy se po několika generacích partenogenetických larev objeví larvy, které dokončují metamorfózu a produkují dospělé samce a samice, kteří se rozmnožují pohlavně. Partenogeneze kompenzuje nedostatečně vysokou plodnost dospělých forem, které se pasivně rozptylují.
Asexuální reprodukce
Různé formy rozmnožování organismů, které nejsou spojeny s pohlavním procesem a probíhají bez účasti zárodečných buněk, se označují jako nepohlavní rozmnožování. Dochází k němu rozdělením mateřského organismu na dva nebo více nových (dceřiných) organismů nebo vegetativním množením – oddělením od mateřského organismu částí, které dávají vzniknout dceřiným jedincům. Při nepohlavním rozmnožování se organismus vyvíjí z jediné buňky, která není sexuálně diferencovaná. Během vegetativního rozmnožování, jako druhu nepohlavního rozmnožování, začíná nový organismus s mnohobuněčnými rudimenty, někdy komplexně diferencovanými.
Schizogonie je mnohočetné nepohlavní rozmnožování u prvoků (foraminifera, trypanosomy, sporozoani) a některých řas. Při schizogonii je jádro mateřského jedince (schizoit) rozděleno rychle po sobě jdoucími děleními na několik jader, načež se celý schizoit rozpadne na odpovídající počet mononukleárních buněk (merozoitů). Po několika asexuálních generacích dochází k sexuálnímu procesu. U sporozoanů merozoiti, kteří napadají hostitelské buňky, dávají vzniknout gametocytům, ze kterých se tvoří gamety.
Sporulace (sporulace) je nepohlavní rozmnožování pomocí spor. Často předchází nepohlavní rozmnožování bakterií, jejichž spory jsou klidové buňky se sníženým metabolismem, obklopené vícevrstvou membránou, odolné vůči vysychání a jiným nepříznivým podmínkám, které způsobují smrt běžných bakteriálních buněk. Sporulace slouží jak k přežití takových podmínek, tak k šíření bakterií: ve vhodném prostředí spora vyklíčí a změní se ve vegetativní (dělící se) buňku. Nepohlavní rozmnožování pomocí jednobuněčných spor je také charakteristické pro různé houby a řasy. U těchto organismů jsou spory v mnoha případech tvořeny mitózou (mitospory), a někdy (zejména u hub) v obrovském množství; při klíčení rozmnožují mateřský organismus.
Apomixis je vznik embrya bez oplodnění, ke kterému může dojít při různých formách rozmnožování u zvířat a rostlin. Embryo se v tomto případě nevyvíjí ze zygoty, ale přímo z neoplozeného vajíčka (partenogeneze nebo aposigotie), ve vyšších rostlinách – z buněk prothallus, embryonálního vaku (apogamie nebo apogamety) a dokonce i ze somatických buněk. vajíčka. Apomixie může být autonomní, kdy se embryo i endosperm tvoří bez oplodnění, a mentální (pseudogamní, neboli stimulační), kdy se embryo vytvoří z neoplodněného vajíčka, ale jeho vývoj je stimulován oplodněním zárodečného vaku, který vede ke vzniku endospermu. Apomixis může být způsobena experimentálně – vystavením jakýmkoliv faktorům (indukovaná apomixie). Apomixis se někdy vyskytuje u jednotlivých jedinců sporadicky (fakultativně apomixis) nebo je hlavním a dokonce jediným způsobem rozmnožování (obligátní apomixis).
Schematické znázornění vegetativního množení. Schematické znázornění vegetativního množení. Základem některých metod vegetativního množení je regenerace – schopnost obnovit ztracené orgány, tkáně nebo celý organismus z jeho části a dokonce i obnovení organismu z jedné somatické buňky jeho postupným dělením a další diferenciací. U nespecializovaných forem vegetativního množení se dceřiní jedinci vyvíjejí z různých fragmentů mateřského organismu, který je vlivem vnějších faktorů rozdělen na části náhodně.
Pučení, jako jedna z metod vegetativního množení, se provádí vytvořením pupenu na těle matky – výrůstku, ze kterého se vyvíjí nový jedinec. U zvířat může být pučení vnější nebo vnitřní. První se dělí na parietální, ve kterém se pupeny tvoří na těle matky, a stoloniální, kdy se pupeny tvoří na speciálních výrůstcích – stolonech (u některých coelenterátů a pláštěnců). U řady zvířat se pučení nedokončí – mladí jedinci zůstávají spojeni s tělem matky, což vede k vytvoření kolonie. Pučení lze vyvolat uměle vystavením těla matky škodlivým podnětům, jako je kauterizace nebo řezání.
Místo rozmnožování v životním cyklu organismů
Začátek reprodukčního období se v některých případech kryje se zastavením růstu, v jiných neznamená zastavení růstu jedince a zastaví se až s nástupem stáří nebo pokračuje až do smrti organismu, v jiných začíná několik let po zastavení růstu.
Během ontogeneze může být rozmnožování jednoduché (takové organismy se nazývají monocyklické a obvykle přinášejí početné potomstvo) nebo vícenásobné (polycyklické organismy jsou obvykle méně plodné). Mnohem častěji je v rostlinném a živočišném světě pozorováno vícenásobné rozmnožování.
Každý druh se vyznačuje určitou intenzitou rozmnožování, někdy kolísající v dosti širokých mezích v závislosti na podmínkách existence. Pro jednobuněčné organismy, které se rozmnožují dělením, stejně jako pro jednoleté a dvouleté kvetoucí rostliny, je rozmnožování současně dokončením jejich životního cyklu.
Životní cyklus mnoha živočišných druhů je charakterizován přirozeným střídáním různých forem rozmnožování, které lze kombinovat se střídáním generací, které jsou morfologicky odlišné: pohlavní a nepohlavní; bisexualita a partenogeneze; bisexuální a vegetativní. Ke střídání pohlavních (gametofyt) a nepohlavních (sporofyt) generací dochází i u rostlin.
Dochází k primárnímu a sekundárnímu střídání generací. Při primární reprodukci se střídá nepohlavní a pohlavní rozmnožování. Toto je pozorováno u mnoha prvoků (například Sporozoans). Sekundární formy střídání generací zahrnují metagenezi a heterogonii. Během metageneze se střídá pohlavní a vegetativní rozmnožování. V heterogonii se organismy po část svého životního cyklu rozmnožují partenogenezí a poté se vyvinou v samce a samice.
Začátek reprodukčního období a jeho intenzita jsou velmi ovlivněny podmínkami prostředí – teplotou, délkou dne, intenzitou osvětlení, výživou atd. U vyšších živočichů je činnost reprodukčních orgánů spojena s funkcemi žláz s vnitřní sekrecí, které umožňují stimulace nebo oddálení puberty.
Redakce biologie a biologických zdrojů
Publikováno 11. října 2023 v 13:33 (GMT+3). Naposledy aktualizováno 5. března 2024 v 13:36 (GMT+3). Kontaktujte redakci
