Криптический секс: как самки и однополые животные размножаются без самцов
Не всем видам для полового размножения нужна сперма для оплодотворения яйцеклетки. Некоторым видам сперма нужна, чтобы инициировать завершение развития ядра яйцеклетки, но затем ДНК сперматозоида не используется. Этот само-половой способ размножения встречается у многих животных, включая насекомых, моллюсков, рыб, амфибий и рептилий, но не у млекопитающих.
Исторически понимание роли спермы менялось: от представлений Антони ван Левенгука (конец 1600-х), считавшего сперматозоиды паразитами, до идеи о том, что сперма дает лишь "искру" для развития. Позже, в сексистской манере, считалось, что сперма вносит всю генетическую информацию, а яйцеклетка — лишь питательную среду. В 1890 году Оскар Хертвиг установил, что яйцеклетка и сперматозоид вносят по половине хромосом в зиготу.
Таким образом, половое размножение включает две части:
- Мейоз — уменьшение числа хромосом в ядре вдвое.
- Оплодотворение — восстановление нормального числа хромосом путем слияния ядер яйцеклетки и сперматозоида.
Однако у многих видов необходим только мейоз.
Необходимость "секса" и процесс мейоза
Все животные, по-видимому, нуждаются в какой-либо форме "секса". Мейоз у всех животных протекает одинаково: начинается с удвоения хромосом в ядре (например, с 46 у человека), затем следует два деления, в результате которых образуются четыре ядра с половинным (гаплоидным) набором хромосом. "Криптический секс" — это биологический термин для неочевидного мейоза. Мейоз (или оплодотворение) — это, насколько известно, единственный процесс, омолаживающий хромосомы и клеточные линии.
В зрелой яйцеклетке находятся четыре гаплоидных ядра от мейоза, а также ядра сперматозоидов, проникших в клетку.
Размножение без спермы: гиногенез и андрогенез
Обычно рассматривается слияние одного ядра яйцеклетки с одним ядром сперматозоида. Однако возможны иные пути:
Гиногенез: два ядра яйцеклетки (из четырёх) сливаются, образуя ядро зиготы. Все остальные ядра (яйцеклетки и сперматозоидов) выбрасываются или деградируют. Сперма может требоваться только для запуска завершения мейоза яйцеклетки, но её хромосомы в зиготе не используются. Гиногенез распространён у рыб, амфибий и рептилий, но не у млекопитающих.
Варианты гиногенеза без спермы:
- Спонтанное слияние двух из четырёх гаплоидных ядер яйцеклетки.
- Спонтанное удвоение хромосом в одном из четырёх гаплоидных ядер (у некоторых рыб и саламандр).
- Удвоение хромосом до мейоза, в результате чего все четыре образующихся ядра будут диплоидными, и одно из них может развиться в зиготу.
Эти сценарии считаются криптическим само-половым размножением, так как включают мейоз, хотя часто называются бесполым.
Андрогенез: в зиготе используются только ядра сперматозоидов.
- Два сперматозоидных ядра сливаются.
- Одно сперматозоидное ядро спонтанно удваивает хромосомы.
При этом все четыре ядра яйцеклетки выбрасываются, а сама яйцеклетка служит лишь питательной средой (что напоминает теории XIX века). Андрогенез крайне редок и известен лишь у немногих насекомых и моллюсков.
Вывод: За исключением млекопитающих, "бесполое" размножение встречается часто и часто является на самом деле само-половым размножением с обязательным этапом мейоза.