Szűznemzés: lehull a lepel a rejtélyes genetikai jelenségről

Az egyik fiatal komodói varánusz, amelyik szűznemzéssel született a Chesteri Állatkertben

A szűznemzés, tudományos nevén partenogenezis gyakran előfordul az állatvilágban, mégis rengeteg rejtély övezi. Ez az a genetikai jelenség, ami a hím párzása nélkül biztosítja az élőlény szaporodását: az egyedfejlődés tehát csak a petesejtből indul meg, a hímivarsejtek részvétele nélkül. Sok gerinctelen állatnál, például a levéltetveknél vagy a méheknél, de ritkábban néhány gerincesnél is, többek között a fogaspontyoknál, kétéltűeknél, elenyésző számú madárnál és egyes hüllőknél a szűznemzés természetes folyamatként van jelen. Most megmutatjuk, hogy mi áll a hátterében.

Korábban sosem találkoztak hímmel

A partenogenezisnek nevezett folyamat lehetővé teszi a mézelő méhektől a csörgőkígyókig számos állatnak, hogy úgynevezett szűznemzéssel hozzanak utódokat a világra. Az ilyen események azonban gyakran megdöbbenthetik az állatgondozókat a Nationali Geogpraphic-ban publikált cikk szerint.

Leonie, az önmegtermékenyítő zebracápa Forrás: OF Reef HQ Aquarium

Ilyen volt például a Leonie nevű zebracápa (Stegostoma fasciatum) esete, amely békésen élt együtt az ausztrál Reef HQ Aquariumban más nőstény cápákkal, amikor

2016-ban váratlanul három cápaivadéknak adott életet.

A Queenslandi Egyetem kutatói végül arra jutottak, hogy valószínűleg ivartalan szaporodásra váltott, miután a körülmények erre kényszerítették.

Thelma, a kockás piton hat tojást rakott le Forrás: Louisville Zoo

De nem ez volt az egyetlen, fogságban tartott állatnál megfigyelt eset.

Néhány évvel korábban a Louisville Állatkertben egy Thelma nevű, egyedül élő kockás piton (Python reticulatus) hat tojást rakott le, amelyekből egészséges, fiatal kígyók fejlődtek ki.

Hasonló, rejtélyes körülmények között fogant meg az angliai Chesteri Állatkertben egy Flora nevű komodói varánusz (Varanus komodoensis) is, amely szintén „megtanult hím nélkül szaporodni". A dokumentált esetek többségének szereplői főként olyan nőstények, amelyek korábban sosem találkoztak hímmel.

Szinte mindig nőstény állatok fejlődnek

A partenogenezis szó görög eredetű és két szóból tevődik össze, amelyet szó szerint a „szűznemzés"-re vagy más néven ivartalan szaporodásra fordíthatunk. De hogyan is működik?

A márvány rákok (Procambarus fallax alak virginalis) az egyetlen ismert decapod rákfélék, amelyek csak a partenogenezis által reprodukálódnak Forrás: Pinterest

Szakemberek szerint a szexuális szaporodás során két „összetevőre" van szükség: egy petesejtre és egy hímivarsejtre, amelyek az élő szervezet létrehozásához szükséges genetikai információt tartalmazzák.

A partenogenezis során azonban a test egyedülálló módot talál a spermiumok által szolgáltatott gének helyettesítésére.

A nőstény petesejtjeit úgynevezett poláris testek termékenyítik meg egy meiosisnak nevezett komplex folyamat révén, ahol a sejtek replikálódnak, újraszerveződnek és elkülönülnek. Ezek kizárólag a nőstény genetikai információit hordozzák.

A partenogenenzis, azaz a szűznemzés folyamata Forrás: Benoît Gilles

Partenogenezis esetén az úgynevezett haploid petesejt (ahol a kromoszómák csak egy sorozatot képeznek) valamilyen külső-belső hatásra hirtelen megduplázza a saját kromoszómáit és így létrehoz egy úgynevezett diploid sejtet. Ez utóbbi aztán egy „normális" diploid sejthez hasonlóan osztódni kezd.

A partenogenezis egy másik formájában, az apomixisben, a reproduktív sejtek mitózissal replikálódnak, amikor is párhuzamosan két diploid sejt képződik: ez a kutatók szerint egyfajta genetikai „másolás és beillesztés".

Az apomixis az, amikor egy növény fertilis (termékeny) magvakat hoz létre a saját testi sejtjeiből Forrás: Wikimedia Commons

Az így született utódok gyakorlatilag a nőstény klónjai, mert genetikailag azonosak. A partenogenezis ezen formája a növényeknél jóval gyakoribb, ami a biológia alsóbbrendű szervezetek szaporodását jelenti önmegtermékenyítéssel.

A szűznemzéssel fejlődő petékből mindig nőstény állatok fejlődnek,

de ritka kivételek is akadnak. Utóbbira jó példát szolgáltatnak a levéltetvek, amelyek genetikailag azonosak az anyjukkal, kivéve a második X kromoszóma hiányát.

Több mint 80 gerinces fajnál figyelték meg

Az állatok évmilliók óta szaporodnak partenogenezis útján: a genetikai jelenség először a legkisebb, legegyszerűbb organizmusoknál alakult ki. A tudósok szerint a fejlettebb élőlények, például a gerinces állatok esetében az aszexuális szaporodás képessége a kényszerű körülménye hatására alakult ki.

Ez magyarázhatja, hogy miért válik lehetségessé a partenogenezis számos sivatagi és szigeten élő fajnál.

A legtöbbjük kicsi, gerinctelen állat, például méhek, darazsak, hangyák és levéltetvek, ám ezek képesek szexuális és aszexuális módon is szaporodni.

Egyetlen komodói varánusz nőstény képes benépesíteni egy lakatlan szigetet Forrás: Wikimedia Commons

A partenogenezist több mint 80 gerinces fajnál figyelték meg, ezeknek körülbelül a fele hal vagy gyík

– állítja Corryn Wetzel tudományos szakember. – Viszonylag ritka az olyan összetett gerinceseknél, mint például a cápák, a kígyók vagy a nagyobb testmérettel rendelkező gyíkok esetében.

A kutatók szerint a szűznemzés a gerincesek esetében vadonban és fogságban is egyaránt rejtélyes és különleges eseménynek számít, amelyeket általában a szokatlan körülmények váltanak ki.

Az egyik fiatal komodói varánusz, amelyik szűznemzéssel született a Chesteri Állatkertben Forrás: Wikimedia Commons/Chester Zoo

A partenogenezis tehát vitathatatlanul egy olyan túlélő stratégia, amely a populáción belüli alacsony hím egyedek számának következtében alakulhat ki.

És bár a folyamat első hallásra talán praktikusnak tűnik, igazából egy kényszermegoldást jelent: az aszexuális szaporodás többi formájához hasonlóan ugyanis értelemszerű hátrányokkal jár, hiszen a káros mutációk gyorsabban halmozódhatnak fel, a hasznosak pedig nehezebben terjedhetnek el. A szűznemzés emellett csökkenti a genetikai változatosságot, ezáltal pedig a változó környezeti viszonyokhoz való alkalmazkodóképességet.

Egyéni túlélési stratégiát fejlesztettek ki

Néhány nagyon ritka esetben az állatfajok kizárólag partenogenezis által reprodukálódnak. Az egyik ilyen faj a sivatagi ostorgyík (Aspidoscelis uniparens), amelyek mindegyike nőstény, illetve a decapod rákfélék közül a márvány rákok (Procambarus fallax alak virginalis).

Bizonyos rovaroknál, szalamandráknál és laposférgeknél a spermiumok jelenléte úgymond a szűznemzés kiváltására szolgál.

Foltos szalamandra Forrás: Biosphoto/Quentin Martinez / Biosphoto/Quentin Martinez

A folyamat a megszokott formában történik, ám a sperma később degenerálódik: ebben az esetben a hímivarsejt csak egy petesejt fejlődését szolgálja, „genetikai hozzájárulást nem vállal".

Szakemberek szerint az ivartalan szaporodás képessége bizonyos állatok számára lehetővé teszi, hogy kihívást jelentő körülmények között, a társkeresésre fordított energiabefektetés nélkül „vegyék ki részüket a fajfenntartás feladatából".

Ha például egy komodói sárkány megérkezik egy lakatlan szigetre, akkor is képes létrehozni egy teljes populációt a partenogenezis segítségével.