Ранее в этом году смотрители зоопарка в Коста-Рике сообщили о беспрецедентном случае, когда крокодил забеременела — явление, называемое девственным рождением. Теперь ученые впервые вызвали тот же процесс у самок дрозофилы, идентифицировав набор генов, которые позволили насекомому размножаться без отца.

У большинства животных размножение половое, в том числе и у плодовой мушки. Дрозофила меланогастер . При этом яйцеклетка самки оплодотворяется спермой самца.

Но девственное рождение, партеногенез , изменяет правила. При девственном рождении яйцеклетка развивается в эмбрион без оплодотворения спермой. По сути, мужчина не нужен. Это дает некоторые очевидные преимущества (спаривание может быть довольно обременительным), но также имеет свою цену. Потомство генетически очень похоже на мать и всегда женского пола.

Партеногенез наблюдался более чем у 80 видов позвоночных, включая некоторых ящериц, змей, акул и скатов. В подавляющем большинстве случаев это наблюдалось в популяциях животных, содержащихся в неволе. Однако некоторые исследователи считают, что это может быть более распространено у некоторых видов, чем мы думаем, просто мы этого еще не наблюдали.

В новом исследовании исследователи сначала определили основные механизмы, с помощью которых партеногенез может быть реализован у плодовых мушек, а затем показали, что они могут его сконструировать.

«Мы первыми показали, что можно сконструировать девственное рождение у животного — было очень интересно наблюдать, как девственная муха производит эмбрион, способный развиваться до взрослой жизни, а затем повторяет этот процесс», — д-р Алексис Сперлинг, Об этом говорится в пресс-релизе исследователя из Кембриджского университета в Великобритании и первого автора статьи.

Плодовые мушки без отца

Сперлинг и его команда впервые секвенировали геномы двух штаммов другого вида плодовой мухи. Коммерческая дрозофила . Один штамм полагался на самцов для размножения, в то время как другой использовал исключительно девственное рождение. Их целью было выявить гены, которые включались и выключались в процессе безотцовской репродукции.

Как только они это сделали, исследователи приступили к модификации предполагаемых соответствующих генов у широко изученных видов плодовых мушек. Дрозофила меланогастер . Было замечено, что у некоторых плодовых мушек происходит девственное рождение, но не у этого вида плодовых мушек.

Но после генетической модификации все изменилось.

«У наших генетически модифицированных мух самки ждали появления самца половину своей жизни — около 40 дней — но затем сдались и начали девственное рождение», — сказал Сперлинг. Только 1-2% 2-го поколения самок мух, способных к девственному рождению, производили потомство в экспериментах, и это происходило только тогда, когда не было самцов мух.

Примечательно, что эта манипуляция привела к Дрозофила меланогастер обретение способности к непорочному рождению. В исследовании приняли участие более 220 000 девственных плодовых мушек, и на его завершение ушло более шести лет. Это, несомненно, показало, что мухи могут размножаться без самцов.

«Исследование плодовой мушки интересно, потому что оно демонстрирует, как партеногенез может развиваться у видов, размножающихся половым путем, в качестве резервной стратегии для самок, которые не могут найти партнера. Легкость манипулирования генами и возможность затем проверить множество отдельных потомков в система плодовых мушек сделала эту работу возможной», — сказал Герман Вийнен, доцент биологических наук Саутгемптонского университета.

Можем ли мы сделать это для млекопитающих и, может быть, для людей?

В течение века, Дрозофила меланогастер послужил типичным «модельным организмом» для генетических исследований, что привело к глубокому пониманию его генов и очень усовершенствованным методологиям генетических исследований. Поэтому, понятно, возникает вопрос: можем ли мы сделать это с другими животными и даже с людьми?

Партеногенез крайне редко встречается у млекопитающих. В частности, есть один процесс, предотвращающий это явление у млекопитающих (включая человека): геномный импринтинг. Это явление означает, что яйцеклетка и сперматозоиды несут разные эпигенетические маркировки, специфичные для пола. Для нормального развития вам необходимо правильное сочетание материнских и отцовских отметин.

Этот барьер не существует у плодовых мушек, но у людей он создает совсем другую проблему.

«Для тех, кто задается вопросом, верно ли то же самое для людей, ответ, вероятно, нет. Наше разнообразие защищает нас: наличие двух копий ДНК не только обеспечивает резервную копию вредных вариантов ДНК (обнаруженных у каждого человека), но и необходимо для так называемых импринтированных областей, которые специфически активны из материнской или отцовской копии ДНК. Тем не менее, это захватывающее исследование способствует нашему пониманию воспроизводства в животном мире».

Таким образом, Сперлинг и его коллеги даже не собираются воспроизводить тот же процесс на людях. Вместо этого они ищут нечто гораздо более практичное: почему девственное рождение насекомых становится все более распространенным видом вредителей:

«Если у насекомых-вредителей будет продолжаться давление отбора в отношении девственного рождения, которое, по-видимому, существует, это в конечном итоге приведет к тому, что они будут размножаться только таким образом. Это может стать настоящей проблемой для сельского хозяйства», — заключает исследователь.

Исследование было опубликовано в журнале Current Biology.