Partenogeneza: definicija, mehanizmi in primeri pri rastlinah in živalih

Partenogeneza je izraz v biologiji. Pomeni deviško rojstvo — razvoj zarodka iz jajčeca brez oploditve s strani samca. Gre za aseksualno obliko razmnoževanja, pri kateri se rast in razvoj zarodkov začne z genskimi informacijami, podedovanimi predvsem ali izključno od matere.

Osnovni pojmi in oblike

• Prava partenogeneza: jajčece se razvije brez kakršnekoli udeležbe samca — ni vnosa očetovega genetskega materiala.
• Gjinogeneza (pseudogamija): spermij sproži razvoj jajčeca, vendar njegovi geni niso vključeni v zarodek (primer: nekatere ribe in dvoživke).
• Hibridogeneza in kleptogeneza: delna uporaba očetovega genoma ali njegovo začasno vključevanje in kasnejša izguba (pojavi pri nekaterih hibridnih vrstah).
• Arrhenotokija: obliko partenogeneze, kjer neoplojena jajčeca dajo haploidne samce (znano pri žuželkah z haplodiploidijo, npr. pri čebelah).
• Apomiksa (v rastlinah): tvorba semen brez mejoze in oploditve — pogosto se uporablja izraz apomiksa namesto partenogeneze za rastline.

Mehanizmi

Mehanizmi, ki omogočajo partenogenezo, so različni in vplivajo na genetsko sestavo potomcev:

• Preprečitev mejoze ali predmejozno podvojitev kromosomov — potomci so kloni matere (ohranjena heterozigotnost).
• Automiktske fuzije (npr. spajanje jajčeca s spolno telo — polarno telo) oblike avtomiksije: centralna fuzija ohranja več heterozigotnosti, terminalna fuzija povzroča hitro homoziogotnost.
• Endoreduplikacija ali depoliploidizacija, kjer se haploidni genom podvoji in tvori diploidni zarodek brez prispevka samca.
• Gjinogeneza, kjer je potreben fizični dražljaj spermija za aktivacijo jajčeca, a očetov genom ni vključen v naslednjo generacijo.

Primeri pri živalih

Partenogeneza je razširjena v različnih skupinah, čeprav v večini primerov manj pogosta kot spolno razmnoževanje. Nekateri primeri in opažanja:

• Mšice — dober primer ciklične partenogeneze, kjer se v ugodnih razmerah razmnožujejo partenogeno (živorodne mladice), v slabših pa preidejo na spolno razmnoževanje in odlagajo jajčeca.
• Whiptail (Aspidoscelis) hrošči in gekoni — nekatere vrste so popolnoma enospolne in se razmnožujejo partenogeno.
• Plazilci in vretenčarji — znani primeri uključujejo dokumentirano partenogenezo pri Varanus komodoensis (komodo zmaj) in pri nekaj kačah in plazilcih v ujetništvu; več kot 80 vrst vretenčarjev je znanih s primeri enospolnosti ali občasne partenogeneze.
• Ribe in dvoživke — nekatere vrste izvajajo gynogenezo (npr. Poecilia formosa, amazonka), kjer je prisotnost sperme potrebna za aktivacijo, ne pa za prispevek DNA.
• Škorpijoni, klopi in nekateri žuželčni redi lahko prav tako uporabljajo partenogenezo kot del svojega življenjskega cikla.
• Obstaja tudi cel red rotifov (Bdelloidni rotifi), v katerem nikoli niso našli samcev — to je največja taksonomska enota, ki v celoti razmnožuje s partenogenezo.
• Pri nekaterih morskih sesalcih in ribah (npr. nekateri morskih psov) so v ujetništvu zabeležili primerke partenogeneze.

Primeri pri rastlinah

V rastlinah apomiksa omogoča tvorbo semen brez oploditve. Obstaja več oblik:

• Gametofitska apomiksa — sporofit nastane iz nediferenciranega gametofita (diplospory ali apospory).
• Sporofitska apomiksa (adventivna embriogeneza) — embriji nastanejo neposredno iz somatske tkivne celice ovulnega tkiva (npr. pri nekaterih citruskih vrstah).

Vrste, pri katerih je apomiksa pogosta: nekateri puhasti regrat, hawkweeds, določene trave in številne hortikulturne vrste. Apomiksa ima v kmetijstvu velik pomen, saj omogoča fiksiranje želenih križanih lastnosti v semenih.

Posledice in evolucijski pomen

• Prednosti: hitro razmnoževanje brez potrebe po partnerju, učinkovita kolonizacija novih okolij, ohranjanje uspešnih genotipov v stabilnih okoljih.
• Slabosti: zmanjšana genetska variabilnost, ranljivost za patogene in okoljske spremembe, tveganje Kopičenja škodljivih mutacij (Muller's ratchet).
• Genetski učinki so odvisni od mehanizma partenogeneze — nekateri načini (npr. centralna fuzija) ohranijo heterozigotnost bolje kot drugi (terminalna fuzija).

Praktična uporaba in raziskave

Raziskave partenogeneze in apomikse imajo pomembne aplikacije:

• V kmetijstvu: možnost fiksiranja heterotičnih lastnosti hibridov z apomikso (semena, ki dajejo vedno enako pridelke).
• V regenerativni medicini: eksperimentalno vzbujanje jajčec brez oploditve za pridobivanje embrionalnih zarodnih celic (etične in tehnične dileme prinašajo omejitve in razprave).
• V ekologiji in ohranjanju: razumevanje sposobnosti vrst za hitro kolonizacijo in odziv na antropogene spremembe okolja.

Kako znanstveniki prepoznajo partenogenezo?

Dokazovanje partenogeneze zahteva kombinacijo: opazovanja življenjskega cikla, analize genetike potomcev (mikrosatelitni markerji, sekvenciranje), haplodi/diploidi testi in primerjave z matičnimi osebki. Genetske študije razkrijejo, ali obstaja očetov prispevek ali ne, in katera mehanizma ohranjanja ali izgube heterozigotnosti delujeta.

Povzetek

Partenogeneza je raznolika po oblikah in mehanizmih; pojavlja se pri številnih rastlinskih in živalskih skupinah ter nosi tako prednosti (hitro razmnoževanje, kolonizacija) kot tudi tveganja (manjša genetska raznolikost). V rastlinah se pojavlja kot apomiksa, pri živalih pa kot različne oblike partenogeneze, gynogeneze in sorodnih pojavov. Razumevanje teh procesov je pomembno za ekologijo, evolucijo in praktične aplikacije v kmetijstvu in medicini.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj pomeni izraz "partenogeneza"?

V: Ali se partenogeneza pojavlja pri rastlinah in živalih?

V: Ali obstajajo primeri vretenčarjev, ki se razmnožujejo s partenogenezo?

V: Ali se lahko nekatere rastline ali živali razmnožujejo spolno ali nespolno?

V: Ali obstaja red rotifov, ki se v celoti razmnožuje s partenogenezo?

V: Ali poleg partenogeneze obstajajo še druge vrste nespolnega razmnoževanja?

Išči po črki