Партеногенез, или По методу амебы
Бесспорно, что человеку для продолжения рода необходимо наличие половых партнеров. Другим млекопитающим, птицам, большинству рептилий, земноводных и рыб — тоже. Но не все эти животные так привередливы. Некоторые могут размножаться и более простым способом — при помощи партеногенеза, когда самец не принимает участие в процессе воспроизводства. Это еще один вариант клонирования, когда идентичные клоны появляются вообще без переноса «мужской» генетической информации. Делением размножаются амебы, инфузории, бактерии и прочие примитивные организмы. Так очень часто размножаются растения, давая отводки. Они создают крохотную собственную копию, клон. Из одного взрослого экземпляра растения можно получить много его копий. Все копии несут тот же набор генов, что и растение-родитель. Так поддерживается жизнеспособность у низших беспозвоночных: и дождевой червь, и гидра не умрут, если их разрезать на несколько частей. Каждая часть «дорастит» свое тело до полного организма, точной копии той самой разрезанной особи. При партеногенезе тоже происходит простое деление яйцеклетки и образование эмбриона без участия в этом деле самца. В результате на свет появляются только самки. Партеногенез известен у насекомых, ящериц и прочих холоднокровных видов.
Например, каждому человеку известно, что в пчелином улье существует матка, которая дает потомство, состоящее из множества рабочих пчел. Матка пчелы великолепно обходится без самца и производит себе подобных. Советский генетик Лус обнаружил, что при помощи партеногенеза размножаются двуточечные божьи коровки — их к этому вынуждает внедрившаяся в цитоплазму симбиотическая бактерия. Эта бактерия передается при делении яйцеклеток, и результат ее деятельности таков: из яиц выходят только самочки божьих коровок, а самцы погибают. Известны разные типы отклонений от нормального полового размножения: ци-топлазматическая несовместимость, феминизация, партеногенез и андроцид. При цитоплазматической несовместимости результативно спариваться могут только особи, несущие в себе бактерию-паразита. При феминизации формируется партеногенетические популяции на этапе зародыша: все яйца развиваются в женские особи. Иными словами, происходит изменение пола. Партеногенезом размножаются бессамцовые популяции. Английские исследователи воспроизвели наблюдения Луса и выяснили, что двуточечных коровок вынуждают к партеногенезу бактерии риккетсии, близкие родственницы которых вызывают у людей такое тяжелое заболевание, как сыпной тиф. А на других насекомых паразитирует бактерия вольхабия, она применяет для ликвидации самцов андроцид. Как бы то ни было, в результате такой регуляции полов образуются бессамцовые популяции. Такой процесс характерен не только для насекомых.
Зоолог Даревский описал партеногенетических скальных ящериц на Кавказе. От других своих сородичей эти ящерицы отличаются тем, что в одном и том же виде встречаются и популяции, размножающиеся обычным способом, и однополые. Внешне их очень трудно отличить от двуполых ящериц. Проанализировав состав их белков, структуру ДНК и хромосом, зоологи сделали вывод: эти ящерицы — результат скрещивания между близкими видами. Мутации привели к возникновению аномалии развития, при которой яйцеклетки могут развиваться без оплодотворения. То есть все дети от партеногенетического размножения — самочки, и все они приносят потомство женского пола. В результате количество способных к такому типу размножения самок постоянно растет. Очевидно, секрет такого перехода на партеногенез кроется в том, что у обычных двуполых ящериц половина самцов бесплодна. Самки из однополых популяций могут скрещиваться с обычными самцами, давать потомство (оно составляет от десяти до двадцати процентов в смешанной популяции), но у детей-гибридов самки полностью стерильны, а плодовитость самцов снижена. Размножаются ли эти самцы, ученым неизвестно. Основной прирост обеспечивают однополые популяции самок.
Но самое удивительное, что партеногенез используется иногда и более сложными позвоночными. Выяснилось, что потенциальную способность к партеногенезу имеют и клетки животных, в природе размножающихся исключительно половым путем. Ученым из Института репродуктивной медицины и генетики в Лос-Анджелесе удалось добиться деления неполовых клеток взрослых мышей и преобразовать их в нейроны. В Институте развития клеточной технологии (штат Массачусетс, США) удалось вынудить к партеногенезу человеческие клетки. Хосе Сибелли и его коллеги из компании ACT применили на экспериментальных яйцеклетках двадцати восьми макак химический препарат, способствующий партеногенетическому делению. В результате эксперимента четыре яйцеклетки стали развиваться и образовали эмбрионы. Так удалось доказать, что при особых условиях и яйцеклетки млекопитающих, в том числе и человека, способны образовать жизнеспособные эмбрионы без оплодотворения.
Может быть, существующие легенды о непорочном зачатии основаны на реальных фактах — к такому выводу подводят эти последние научные изыскания. Хорошо известно, что при стрессовых ситуациях, под влиянием высоких температур и в других экстремальных ситуациях яйцеклетка может начать делиться, даже если она и не оплодотворена. Для этого женщине достаточно быть предрасположенной к партеногенезу. Тогда ее яйцеклетка способна начать деление после посещения дамой парилки. Обычно процесс останавливается сам по себе на раннем этапе. Тогда и происходит то, что называют «непорочным зачатием». Обычная яйцеклетка вдруг производит свою копию, имеющую те же двадцать три женские хромосомы, потом обе клетки сливаются в единую зиготу с положенным набором из сорока шести хромосом. Из этой клетки и формируется эмбрион. А так как он получает только два материнских хромосомных вклада, то и образуется в результате зародыш женского пола. В свете последних исследований считается, что яйцеклетку к этому вынуждает та же самая бактерия вольхабия, которая паразитирует и в цитоплазме насекомых.
Всего известно шестнадцать зафиксированных случаев партеногенеза — в Европе (в том числе и в нашей стране) и в Африке. Вольхабия способствует не только партеногенезу, но и изменению пола эмбриона. По не уточненным пока сведениям, именно экстремальные ситуации вынуждают ее включить механизм деления яйцеклетки.
В медицине описан случай француженки Анук Дидье. Эта девушка не имела никаких половых контактов с мужчинами, однако оказалась беременной. Она родила младенца женского пола. Результаты исследований показали, что бактерия вольхабия, обнаруженная в ее организме, способствовала началу деления яйцеклетки. И ребенок Анук Дидье родился действительно в результате партеногенеза. Наша соотечественница Ольга Сафронова забеременела после страшного стресса: в автомобильной аварии погибли ее родители. И у девушки тоже не было никаких сексуальных контактов. Правда, врачи не исключают, что сперма могла попасть в матку вполне естественным путем — достаточно посидеть на полотенце, которым вытирался после бани мужчина, или каким-то иным, но тоже вполне бытовым, образом.
Однако существует и такое (правда, очень редкое) явление, как наличие у мальчика только женского набора хромосом. Это противоречит теории партеногенеза, по которой возможно рождение одних лишь девочек.
Вот пример. У мальчика, о котором пойдет речь, при всех «правильных» половых признаках тем не менее «женские хромосомы», а ко всему прочему после обследований оказалось, что ребенок во всем (кроме пола) — копия своей матери. В некоторых органах ребенка были обнаружены и «мужские» хромосомы. Это поставило генетиков в тупик. Исследователи говорят: «Мы предполагаем, что оплодотворение произошло, когда яйцо уже начало свое патогенетическое развитие. Яйцеклетка успела разделиться на две части, и произошло оплодотворение одной из ее частей. Дальше обе продолжали делиться, как если бы все происходило нормальным образом. На каком-то этапе стали вычленяться органы зародыша. И в одни попал нормальный, мужской набор хромосом, а в другие — только женский. Возможно, между частями клетки шло своего рода соревнование, в результате чего кожа оказалась обычной, а кровь — нет. Как такой ребенок мог родиться и выжить — для нас пока загадка».
Но то, что партеногенез возможен и у человека, дает надежду. На самом деле — это подарок тем, кто так сильно возражает против механического клонирования. Ведь партеногенез, хоть и является по существу клонированием, происходит без пересадки ядра в другую клетку, значит, инструментального вторжения в клетку не происходит. Метод партеногенеза дает превосходный шанс выращивать необходимые клетки и избежать отторжения тканей при трансплантации. В перспективе эта технология может найти применение при лечении различных заболеваний и последствий травм, например болезни Паркинсона (при ней поражаются вырабатывающие дофамин клетки мозга), болезней сердца, диабета.
Может ли партеногенез дать стимул эволюции?
Тут стоит задать вопрос: если низшие организмы размножаются делением, то почему же при создании высших природа перешла к другому, более сложному типу размножения — половому? Ведь при партеногенезе для создания нового организма не требуется особых ухищрений: клетка делится на две, и обе вполне жизнеспособны. Не нужно никаких дополнительных «вливаний» вроде сперматозоидов. То есть можно обойтись одними женскими особями! Очень разумное, экономичное решение проблемы. Если все животные какого-то вида способны размножаться партеногенезом, то потомство будет давать не пара, а каждое из них. Численность животных вырастет вдвое по сравнению с популяцией, где размножение основано на половом способе. Но самые высокоразвитые животные — млекопитающие — отказались от партеногенеза. Это что — ошибка природы?
На самом деле все не так просто. Лет семь назад биологи из университета в Индиане решили провести компьютерный эксперимент, чтобы ответить на вопрос, почему половое размножение преимущественнее партеногенеза. Стивен Хауэрд и Кэртис Лайвели провели специальные расчеты. В своем виртуальном мире они «поселили» тысячу животных, из которых девятьсот восемьдесят размножались половым путем, а двадцать самок могли рождать детенышей при помощи партеногенеза. То есть им самец был вовсе не нужен. Конечно, если бы они на этом остановились, то «вечно беременные» двадцать самок скоро произвели бы такое количество специфического потомства, что через несколько поколений вся популяция перешла бы на этот тип размножения, как это произошло со скальными ящерицами.
Ученые ввели в свою программу два дополнительных фактора. Во-первых, их мир был населен еще и множеством бактерий и вирусов (как в реальной жизни), способных быстро размножаться и мутировать. Во-вторых, животные тоже были подвержены мутациям (и не всегда положительным). Эти мутации были незначительными и неявно выраженными (все как в жизни). Что же из этого вышло?
Сначала партеногенетическое потомство стало быстро вытеснять потомство двуполых животных. За тридцать поколений количество размножающихся партеногенезом самок достигло девяноста пяти процентов от всех особей. На двуполых животных приходились лишь жалкие пять процентов, но...
Тут-то и началось самое интересное. Многочисленное потомство доминирующих самок стало стремительно сокращаться. Началась эпидемия. В ней были виновны те вирусы, которые первоначально не оказывали большего влияния на здоровье популяции. Посмотрим, почему это произошло. Как помните, у нас было двадцать «нетипичных» самок. Каждая из них на протяжении жизни породила огромное количество идентичных самой себе дочерей, эти дочери — своих дочерей, и так далее. То есть вся популяция через тридцать поколений состояла из точных копий двадцати самок, повторяющих их генетический код до последнего знака. Поэтому вирусам не составило труда «взломать» двадцать кодовых ключей, чтобы привести популяцию на грань катастрофы. Если вирус поражал какую-то одну из двадцати генетических моделей и становился для нее смертельным, то автоматически из строя выбывало все потомство, имеющее в прародительницах эту самку. Так поочередно «из игры» вышли все правнучки партеноге-нетических самок.
Вся беда этих доминирующих в популяции животных состояла в том, что они при рождении получали «стандартный» набор генов. У них не возникало случайного соединения генов, как это бывает при половом размножении, где в создании потомства задействованы сразу два пакета хромосом! Вирусам было сложно справиться с неизвестным генетическим кодом, в каждом случае — разным.
За время эксперимента численность виртуальных животных сократилась в пять раз. Но они не были истреблены полностью, поэтому эпидемия окончилась. Самки стали стремительно восстанавливать свою численность. Вроде бы прекрасно. Пережили одну эпидемию, переживем и другую. При партеногенезе добиться восстановления оптимальной численности можно достаточно быстро. Но, кроме вирусов, эту популяцию преследовал другой бич — мутации. Незаметные на первых порах негативные мутации постепенно набрали силу. За тридцать поколений таких мутаций накопилось вполне достаточно, чтобы убить однополых животных. У немногочисленных двуполых собратьев мутации не оказывали такого губительного действия. Ведь ни один из потомков этих животных не повторял своих родителей полностью, значит, наряду с негативными мутациями были и позитивные, улучшающие сопротивляемость животных к опасностям внешнего мира. А при мутациях у однополых «копии» оказывались слабее и хуже «самки-матрицы».
Ученые проигрывали ситуацию с разными темпами мутаций и разным количеством вредоносных паразитов. Результат оставался одним и тем же. Если мутаций и паразитов оказывалось слишком много, популяция однополых животных вымирала через семьдесят пять поколений, если мало — через двести — двести пятьдесят. Но все равно самки, способные размножаться только при помощи партеногенеза, приводили свой мир к катастрофе. Зато их двуполые родственники выживали. И увеличивали численность, несмотря ни на эпидемии, ни на мутации.
Конечно, это искусственно смоделированный мир и искусственно созданная ситуация. Но все равно мы получаем ответ на наш вопрос: почему природа, в конце концов, отказалась от партеногенеза у высших животных. Мельчайшие наши соседи по планете, вирусы и бактерии, намного агрессивнее и устойчивее, чем высокоорганизованные звери и птицы. Человек и животные не смогли бы противостоять их натиску, если бы размножались «копированием». «Эволюционного будущего за клонированием нет, — говорит директор Республиканского центра репродукции человека Минздрава России Андрей Акопян. — Сама природа в принципе избегает этого механизма. Вероятность появления идентичного потомства даже у одной пары равна одной трехсотмиллионной. Почему? Да потому, что клонирование угрожает главному двигателю эволюции — генетическому разнообразию. Генотип любого человека состоит из комбинации генов его родителей, и именно эта высокая комбинаторика позволяет виду сопротивляться окружающей среде — выживать. Половое размножение — главный человеческий феномен, шедевр биологической эволюции. Ведь те виды, которые размножались неполовым путем — амебы, гидры, — законсервировались на той стадии, на которой находились двести миллионов лет назад. К слову, если бы клонирование появилось во времена первобытных людей, человечество до сих пор не продвинулось бы дальше каменного топора». Партеногенез — аналог клонирования. Вот почему природа отказалась от партеногенеза.
|
|
Читайте в рубрике «Генная инженерия»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего