Естественный и искусственный партеногенез

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

                                    Кафедра разведения с/х животных

                             

         Реферат на тему: Естественный  и искусственный партеногенез.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Выполнила: студентка группы № 052132

                                                                                               Юникова Ю.А

                                                                                  Проверил: Грачев В.С.

       

                               Санкт-Петербург-Пушкин

                                              2013г.

 

Оглавление

 

      

                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Введение

Большая часть мира живого разделена по полам. На пол женский и пол мужской. Сделав производство потомства делом двух особей вместо одной, природа совершила шаг вперед, так как смешение генетического материала дает шанс на появление более жизнеспособных организмов. Но есть и обратный путь. Порой в силу разных причин женская особь, давая жизнь потомству, обходится без мужской особи. Это явление получило в научном обиходе название «партеногенез».

Партеногенез и его виды

Партеногене́з (от др.-греч. παρθένος — дева, девица, девушка и γένεσις — возникновение, зарождение, у растений — апомиксис) — так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез всё же считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции 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 встречается у некоторых животных, хотя чаще среди относительно примитивных организмов.

В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых — самцы, партеногенез способствует регулированию численного соотношения 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 при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т. п.). во взрослом организме без оплодотворения.

Данная форма размножения характерна главным образом для видов, обладающих коротким жизненным циклом с выраженными сезонными изменениями.

Андрогене́з (от др.-греч. ἀνήρ, род. п. ἀνδρός — мужчина и γένεσις — происхождение) — развитие яйцеклетки с мужским ядром, привнесённым в неё спермием в процессе оплодотворения.

Андрогенез наблюдается у отдельных видов животных (шелкопряд) и растений (табак, кукуруза) в тех случаях, когда материнское ядро погибает до оплодотворения, которое при этом является ложным, то есть женское и мужское ядра не сливаются (Псевдогамия) и в дроблении участвует только мужское ядро.

Андрогенез можно вызвать искусственно; при этом собственное ядро яйцеклетки или удаляется совсем (микрохирургически, центрифугированием, встряхиванием, вызывающими отрыв ядросодержащих фрагментов, и т. п.), или же повреждается специфическими ядерными ядами (трипофлавином), ионизирующими излучениями, сильным нагревом и пр. и в дальнейшем дегенерирует.

 Ставились опыты получения  андрогенетического потомства от  сильно различающихся родителей (например, при отдалённых скрещиваниях) с целью решить вопрос, какой  элемент клетки — цитоплазма (полученная от матери) или ядро (полученное от отца) — контролирует  развитие наследственных особенностей  андрогенетической особи. Почти  во всех опытах получали лишь  начальные стадии развития андрогенных  зигот. Такие зародыши жизнеспособны  при восстановлении диплоидного  набора хромосом (см. Плоидность), что возможно, когда в яйцеклетку проникает одновременно несколько сперматозоидов и происходит слияние двух отцовских ядер.

 Случаи, когда в развитии  яйцеклетки с мужским ядром  участвует только часть цитоплазмы  яйца, чаще обозначают термином  мерогония (от др.-греч. μέρος — часть и γόνος — потомство). Половозрелые животные (всегда самцы) получены только у тутового шелкопряда и наездника Habrobracon juglandis. При этом Б. Л. Астаурову и В. П. Остряковой удалось на животном впервые осуществить (1956) при скрещивании двух видов шелкопряда полный межвидовой андрогенез. Несколько случаев полного андрогенеза наблюдалось у растений при отдалённых скрещиваниях разных видов табака, скерды и кукурузы.

 Во всех случаях  полного андрогенеза как растений, так и животных андрогенные потомки оказались сходными с отцовским видом, что указывает на ведущее значение клеточного ядра в наследственности. Т.о., с помощью андрогенеза удаётся выяснить ряд вопросов, связанных с ядерно-плазменными отношениями, оценить роль цитоплазмы и ядра в передаче видовых признаков. Андрогенез используют также в целях управления полом при необходимости получения только мужского потомства (например, при разведении шелкопряда).

Гиногене́з — частный случай партеногенеза, особая форма полового размножения, при которой после проникновения спермия в яйцеклетку их ядра не сливаются, и в последующем развитии участвует только ядро яйцеклетки, либо не происходит оплодотворения. При этом нет объединения наследственного материала родителей посредством слияния ядер их половых клеток.

Роль сперматозоида ограничивается активацией осеменённого яйца к развитию. В природе гиногенез встречается крайне редко. Известен у нескольких видов рыб (голомянка, серебряный карась и др.), земноводных, круглых червей и растения семейства амариллисовых (Atamosco mexicana).

В лабораторных условиях гиногенез может быть осуществлен при использовании нежизнеспособной спермы.

Устаревший синоним гиногенеза — мероспермия (неспособность ядра спермия соединиться с ядром яйцеклетки после проникновения в нее, что является одной из основных причин гиногенеза).

Классификации партеногенетического размножения.

По способу размножения

Естественный — нормальный способ размножения некоторых организмов в природе.

Искусственный — вызывается экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.

По полноте протекания

Рудиментарный (зачаточный) — неоплодотворённые яйцеклетки начинают деление, однако зародышевое развитие прекращается на ранних стадиях. Вместе с тем в некоторых случаях возможно и продолжение развития до конечных стадий (акцидентальный или случайный партеногенез).

Полный — развитие яйцеклетки приводит к формированию взрослой особи. Эта разновидность партеногенеза наблюдается во всех типах беспозвоночных и у некоторых позвоночных.

По способу восстановления диплоидности

Амейотический — развивающиеся яйцеклетки не проделывают мейоза и остаются диплоидными. Такой партеногенез (например, у дафний) является разновидностью клонального размножения.

Мейотический — яйцеклетки проделывают мейоз (при этом они становятся гаплоидными). Новый организм развивается из гаплоидной яйцеклетки (самцы перепончатокрылых насекомых и коловраток), или яйцеклетка тем или иным способом восстанавливает диплоидность (например, путём эндомитоза или слияния с полярным тельцем)

По наличию других форм размножения в цикле развития

Облигатный — когда он является единственным способом размножения

Циклический — партеногенез закономерно чередуется с другими способами размножения в жизненном цикле (например, у дафний и коловраток).

Факультативный — встречающийся в виде исключения или запасного способа размножения у форм, в норме двуполых.

 При гаплоидном (генеративном) партеногенезе новый организм  развивается из гаплоидной яйцеклетки. Получаемые при этом особи  могут быть только мужскими, только  женскими или теми и другими. Это зависит от хромосомного  определения пола. Например, у пчел, паразитических ос, муравьев в  результате партеногенеза из  неоплодотворенных яиц появляются  самцы, в то время как из  оплодотворенных —диплоидные самки, что приводит к возникновению различных каст организмов. Такой механизм размножения у общественных насекомых позволяет регулировать численность потомков каждого типа.

 У тлей, дафний, коловраток, некоторых ящериц наблюдается  диплоидный (соматический) партеногенез, при котором ооциты самки формируют диплоидные яйцеклетки. Например, у дафний самки диплоидны, а самцы гаплоидны. В благоприятных условиях у дафний не происходит мейоза: диплоидные яйцеклетки развиваются без оплодотворения и дают начало самкам. У скальных ящериц перед мейозом происходит митотическое увеличение числа хромосом в клетках половых желез. Далее клетки проходят нормальный цикл мейоза, и в результате образуются диплоидные яйцеклетки, которые без оплодотворения дают начало новому поколению, состоящему только из самок. Это позволяет поддерживать численность особей в условиях, когда затруднена встреча особей разного пола.

 Установлено существование  естественного партеногенеза у  птиц. У одной из пород индеек яйца часто развиваются партеногенетически, причем из них появляются только самцы.

 У многих видов партеногенез  носит циклический характер. У  тлей, дафний, коловраток в летнее  время существуют лишь самки, развивающиеся партеногенетически, а осенью партеногенез сменяется размножением с оплодотворением. Циклический партеногенез исторически развивался у видов животных, которые погибают в большом количестве. Широко распространён партеногенез у паразитических червей, находящихся на личиночных стадиях развития, что обеспечивает их интенсивное размножение и выживание, несмотря на массовую гибель на различных этапах жизненного цикла.

Партеногенез редок у позвоночных и встречается примерно у 70 видов, что составляет 0,1 % всех позвоночных животных. Например, существует несколько видов ящериц, в естественных условиях размножающихся партеногенезом (скальные ящерицы, комодские вараны). Партеногенетические популяции также найдены и у некоторых видов рыб, земноводных, птиц (в том числе кур). Случаи однополого размножения пока не известны только среди млекопитающих.

Партеногенез у комодских варанов возможен потому, что оогенез сопровождается развитием полоцита (полярного тельца), содержащего удвоенную копию ДНК яйца; полоцит при этом не погибает и выступает в качестве спермы, превращая яйцеклетку в эмбрион.

Работа Б.Л.Астаурова

 Партеногенез можно  вызвать искусственно. Советский Учёный Б. Л.Астауров достиг тех результатов, которые позднее стали известны биологам и генетикам всего мира и по праву были оценены как выдающиеся. Круг его работы в Среднеазиатском институте шелководства был очень разнообразен. Он был одним из инициаторов и ведущих участников перевода советского шелководства на получение промышленных межпородных гибридов первого поколения.

Ранее шелководство основывалось исключительно на разведении чистых пород тутового шелкопряда. Для такой перестройки понадобилось провести в ряде мест многолетние испытания пород и гибридов, способных выдерживать более суровые условия летне-осенних выкормок гусениц шелкопряда.

В Ташкенте Астауров провел решающие опыты по искусственному партеногенезу (развитию зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки) у тутового шелкопряда. Для получения полного партеногенеза у шелкопряда он применил температурную обработку их яиц. Тепловой метод заключался в том, что яйца бабочек выдерживались при температуре 46°С в течение 18 минут с последующим охлаждением.

 Позже была раскрыта  и цитологическая картина температурного  партеногенеза. Тем самым был открыт метод произвольного получения особей женского пола и была решена задача, которой безрезультатно занимались в течение сотен лет многие исследователи.

Следующим этапом его работы явилась разработка методов «мужского» партеногенеза, т. е. андрогенеза, иначе говоря, способов получения особей только мужского пола. Использование самцов в шелководстве имеет большое практическое значение: их коконы дают на 30% шелка больше, чем коконы самок.

 

Таким образом, оба метода - термический партеногенез и андрогенез - явились принципиально новым решением задачи искусственного получения желаемого пола.

Наряду с температурным методом андрогенез был достигнут с помощью рентгеновских и гамма-лучей. Оказалось, что при облучении яйцеклеток рентгеновскими лучами дозой 500000 рентген ядро яйцеклетки погибает. Если поврежденную радиацией яйцеклетку тутового шелкопряда оплодотворить нормальными спермиями, то рождаются особи, обладающие только отцовскими признаками.

Исходя из этого ученый сформулировал в 1947 г. очень важный общий принцип биологического воздействия ионизирующих излучений, а именно: конечные последствия и прежде всего повреждающий эффект облучений вызываются главным образом первичными необратимыми излучениями в генетических структурах клеточного ядра, первичные же повреждения цитоплазмы являются обратимыми в широком диапазоне доз, а поэтому имеют второстепенное биологическое значение.

Эксперименты по партеногенезу привели Астаурова к проблеме полиплоидии. На основе большого количества экспериментальных данных он высказал ряд соображений о путях эволюционного возникновения партеногенетических полиплоидных форм, а позднее сформулировал и гипотезу о непрямом (через этапы партеногенеза) возникновении в природе полиплоидных видов животных, которые способны к размножению путем обычного скрещивания. Исследования Астаурова получили высокую оценку научной общественности.

 В дальнейшем американец  Грегори Пинкус из неоплодотворенных яиц партеногенетически получил взрослых лягушек и кроликов.

 В природе естественный  партеногнез встречается у ряда растений (одуванчик, ястребинка и др.) и носит название апомиксис Под апомиксисом обычно понимают либо развитие из неоплодотворенной яйцеклетки, либо возникновение зародыша вообще не из гамет (например, у цветковых растений зародыш может развиваться из различных клеток зародышевого мешка).