PARTHENOGENESE: WAARUIT HET BESTAAT, SOORTEN, ORGANISMEN - BIOLOGIE - 2025

De parthenogenese is de productie van een embryo uit een vrouwelijke gameet zonder genetische bijdrage van een mannelijke gameet, met of zonder uiteindelijke ontwikkeling tot een volwassene. In de meeste gevallen is er geen deelname van de mannelijke gameet aan het voortplantingsproces.

Er is echter een specifiek geval van parthenogenese genaamd gymnogenese, waarin hun deelname noodzakelijk is. In dit geval komt het sperma het ei binnen en activeert het om de ontwikkeling van een nieuw organisme te starten.

Poeciliopsis gracilis, een vissoort uit Midden-Amerika, met parthenogenetische voortplanting. Foto door Coletti, T. Genomen en bewerkt vanaf fishbase.de

Parthenogenese is een veel voorkomend verschijnsel bij planten en dieren. Er zijn schattingen dat het kan voorkomen bij maximaal 1% van het totale aantal bekende soorten.

Het is een reproductiewijze die bij praktisch alle grote groepen dieren en planten kan voorkomen. De uitzondering is misschien in de meer ontwikkelde taxa, zoals gymnospermen en zoogdieren, waarin er geen betrouwbare gegevens zijn over hun voorkomen.

Wat is parthenogenese?

Het eenvoudigste concept van parthenogenese geeft aan dat het de ontwikkeling is van de eicel bij een nieuw individu zonder dat bevruchting plaatsvindt. Bij veel dieren lijden de embryo's die zonder bevruchting worden geproduceerd echter een hoge sterfte.

In sommige andere gevallen is de samenloop van een mannelijke gameet alleen nodig om de ontwikkeling te activeren. Om deze reden kan worden gezegd dat parthenogenese bestaat uit "de productie van een embryo uit een vrouwelijke gameet zonder enige genetische bijdrage van een mannelijke gameet met of zonder uiteindelijke ontwikkeling bij een volwassene".

Soorten

Afhankelijk van de betrokken cytologische mechanismen, kan parthenogenese van verschillende typen zijn, waaronder:

-Ticoparthenogenese

Ook wel facultatieve parthenogenese genoemd, het wordt op deze manier genoemd wanneer de ontwikkeling van onbevruchte eieren af ​​en toe en spontaan plaatsvindt. Dit type parthenogenese komt veel voor bij dieren.

Volgens sommige auteurs is het de enige echte vorm van parthenogenese. Gametenvorming bij aticoparthenogenese kan al dan niet meiotische delingen omvatten. Afhankelijk van de aan- of afwezigheid van meiose, kan deze parthenogenese op zijn beurt worden onderverdeeld in:

Apomictische parthenogenese

Wordt ook ameiotisch of diploïde genoemd. Hierin is er onderdrukking van meiose. De nakomelingen ontwikkelen zich uit onbevruchte eieren, door mitotische deling.

Het geeft aanleiding tot organismen die genetisch identiek zijn aan de moeder. Dit type parthenogenese komt meestal voor bij raderdiertjes en de meeste groepen geleedpotigen.

Automatische parthenogenese

Wordt ook meiotisch of haploïde genoemd. In dit proces wordt meiose gehandhaafd. Herstel van de diploïde toestand vindt plaats door de duplicatie of fusie van gameten die door de moeder zijn geproduceerd. Dit type parthenogenese komt zeer vaak voor bij insecten.

-Ginogenese

Gynogenese is een speciaal type seksuele voortplanting. Hierbij is het noodzakelijk dat het sperma de zaadknop binnendringt om de embryonale ontwikkeling te activeren.

Maar, in tegenstelling tot normale bevruchting, komt fusie van de mannelijke en vrouwelijke kernen niet voor. Na gametenfusie degenereren de spermacromosomen in het cytoplasma van het ei of kunnen ze uit de zygote worden verdreven.

Het gynogenetisch embryo zal zich alleen ontwikkelen ten koste van de kern van de eicel. Hierdoor zijn gynogenetische pups allemaal identiek vrouwtjes aan de moeder.

Dit type reproductie kan optreden wanneer gynogenetische vrouwtjes paren met biseksuele mannetjes van dezelfde of verwante soort. Sommige auteurs beschouwen het niet als een juiste parthenogenese.

-Hybridgenese

Het is een "hemiclonale" reproductiemodus. Hierin paren ouders van verschillende soorten en produceren hybriden. De helft van het genoom wordt seksueel overgedragen, terwijl de andere helft "klonaal" is.

Sperma versmelten in de kern van de eicel en vaderlijke genen komen tot expressie in somatische weefsels, maar worden systematisch uitgesloten van de kiembaan. Alleen de moeder geeft het genoom door aan de volgende generatie.

Dit type parthenogenese komt meestal voor bij vissoorten van het geslacht Poeciliopsis, en is ook waargenomen bij de woestijnmier Cataglyphis hispanica.

Andere types

Sommige auteurs geven de voorkeur aan een meer utilitaire classificatie van dit type reproductie, waarbij parthenogenese wordt gedifferentieerd in twee andere typen:

-Geografische parthenogenese

Het wordt gekenmerkt door het naast elkaar bestaan ​​van een biseksuele vorm en een parthenogenetische vorm, in een enkele soort of in soorten die fylogenetisch dichtbij zijn, maar een verschillende geografische spreiding hebben.

Parthenogenetische organismen hebben de neiging om verschillende gebieden in te nemen dan hun naaste familieleden die zich seksueel voortplanten. Aseksuele organismen hebben doorgaans een hogere spreiding in de breedte of hoogte, op eilanden, in xerofiele omgevingen of in verstoorde habitats.

Dit type parthenogenese is waargenomen bij sommige plantensoorten, wormen, kreeftachtigen, insecten en hagedissen.

-Cyclische parthenogenese

Organismen kunnen zich zowel seksueel als parthenogenetisch voortplanten. Tijdens sommige periodes van het jaar worden alleen vrouwtjes geproduceerd door parthenogenese.

In andere periodes zullen de vrouwtjes echter zowel vrouwtjes als mannetjes voortbrengen die zich seksueel voortplanten.

Oorsprong van parthenogenetische lijnen

Bij biseksuele soorten waarvan nakomelingen worden geproduceerd door parthenogenese, zullen ze over het algemeen parthenogenetische vrouwtjes produceren. Deze opkomende unisex-geslachten kunnen fenotypisch en genotypisch sterk verschillen van hun biseksuele soortgenoten. Er zijn verschillende mechanismen die tot deze parthenogenetische lijnen kunnen leiden.

Spontaan

Verlies van seksuele interactie treedt op door mutaties in genen die meiose onderdrukken, inductie van seks door omgevingsfactoren wijzigen en hormonale expressie reguleren.

In extreme gevallen zou de mutatie kunnen werken door het genotype van een strikt parthenogenetische lijn te 'repareren', die parthenogenetische mannetjes en vrouwtjes zou kunnen produceren.

Door hybridisatie

Hybridisatie is de meest gebruikelijke manier om parthenogenetische afstammingslijnen bij dieren te produceren, en het kan worden waargenomen bij slakken, insecten, kreeftachtigen en de meeste unisexuele gewervelde dieren.

Ze zijn afkomstig van de kruising van twee biseksuele soorten met een hoge heterozygotie en typische allelen van ouderlijke soorten. In deze gevallen kan meiose een belemmering zijn, waardoor seksualiteit verloren gaat.

Besmettelijke oorsprong

Het komt voor door hybridisatie tussen parthenogenetische vrouwtjes en mannetjes van dezelfde of nauw verwante soort. Aangenomen wordt dat het de hoofdoorzaak is van polyploïdie bij unisexuele organismen.

Genenstroom tussen seksuele en parthenogenetische lijnen maakt de verspreiding van genen op een besmettelijke manier mogelijk. Hierdoor kunnen seksuele organismen op hun beurt ontstaan, of een nieuwe parthenogenetische lijn creëren.

Besmettelijke oorsprong

Wolbachia pipientis is een bacteriesoort van de phylum Proteobacteria die ongeveer 20% van alle insectensoorten draagt.

Het is verantwoordelijk voor reproductieve manipulaties in zijn gastheren, zoals cytoplasmatische incompatibiliteit, feminisering van genetische mannetjes, mannelijke dood en parthenogenese. Het infecteert geleedpotigen en nematoden.

Het wordt ouderlijk overgedragen. Deze bacterie kan parthenogenese induceren bij sluipwespen van het geslacht Trichogramma, evenals bij mijten en andere geleedpotigen.

Aan de andere kant treft Xiphinematobacter, een andere bacterie, Dorylaimida-nematoden en veroorzaakt ook parthenogenese.

Multicausale oorsprong

Bij veel soorten worden parthenogenetische lijnen gegenereerd door een enkel mechanisme. Bij andere soorten kunnen ze echter via verschillende mechanismen ontstaan. De parthenogenetische lijnen van ostracoden hebben bijvoorbeeld vaak een dubbele oorsprong.

Diploïde klonen ontstaan ​​door spontaan verlies van seksualiteit, terwijl polyploïde klonen ontstaan ​​door hybridisatie tussen parthenogenetische mannetjes en vrouwtjes van dezelfde of verwante soort.

Een ander voorbeeld is het geval van de bladluis Rhopalosiphum padi. Bij deze soort kunnen parthenogenetische lijnen ontstaan ​​uit drie verschillende oorsprong: spontaan, hybride of besmettelijk.

Organismen waarin parthenogenese voorkomt

Raderdiertjes

Onder de Rotifera zijn er soorten die zich alleen voortplanten door vrouwelijke apomictische parthenogenese en soorten die deze parthenogenese afwisselen met gewone seksuele voortplanting.

De overgang tussen aseksuele en seksuele voortplanting wordt beheerst door de omgeving. Het succes van soorten raderdiertjes die hun seksuele voortplanting volledig hebben verloren, is volgens sommige auteurs te danken aan de accumulatie van mutaties tijdens perioden van exponentiële apomictische parthenogenetische voortplanting.

Dit, samen met de "mitotische" kruising, zou het mogelijk maken om voldoende genotypische diversiteit te produceren om zich aan te passen aan verschillende omgevingsomstandigheden. Op deze manier zou een groot voordeel van seksuele voortplanting worden geëlimineerd.

Weekdieren

Parthenogenese is gerapporteerd voor sommige soorten buikpotige weekdieren. Tot deze soorten behoren Potamopyrgus antipodarum, Tarebia granifera en alle soorten van het geslacht Melanoides.

Alle vertegenwoordigers van het laatste geslacht, behalve het diploïde ras van M. tuberculata, zijn polyploïde.

Schaaldieren

Dit type reproductie is gedocumenteerd voor talrijke groepen schaaldieren, waaronder notostracos, conchostracos, anostracos, cladocerans, decapoden en ostracoden.

In Cladocera is de typische vorm van reproductie door cyclische parthenogenese. Vrouwtjes planten zich parthenogenetisch voort van de lente tot de zomer.

Wanneer de omgevingsomstandigheden ongunstig zijn, planten organismen zich seksueel voort om encyste-eieren te vormen die lange perioden van rust kunnen overleven.

Crustacean Cladocera Daphnia longispina met parthenogenetische eieren. Foto door Roland Birke / Photolibrary / Getty Image. Genomen en bewerkt vanaf thoughtco.com

Marmerkrabben (Procambarus fallax forma virginalis) zijn de enige bekende tienpotige kreeftachtigen die zich alleen voortplanten door parthenogenese.

Gewervelde dieren

Bij kraakbeenachtige vissen komt parthenogenese ten minste voor bij de adelaarsrog, de zebrahaai en de hamerhaai. Hybridgenese is gemeld bij beenvissen voor soorten van het geslacht Poecilliopsis.

Sommige andere vissen kunnen seksuele en parthenogenetische voortplanting afwisselen. Veel soorten hagedissen planten zich voort door parthenogenese. Er wordt aangenomen dat hybridisatie de belangrijkste oorzaak is van dit soort reproductie in hen.

Ticoparthenogenese is ook gemeld bij andere groepen reptielen, voornamelijk pythons en andere slangen. Bij vogels is spontane parthenogenese waargenomen bij kippen, kalkoenen en sommige soorten kwartels.

Bij zoogdieren zijn moeder- en vaderlijke genomen nodig voor een normale embryonale ontwikkeling. Hierdoor komt parthenogenese niet van nature voor in deze organismen.

Dit is experimenteel bereikt in het laboratorium. Geïnduceerde parthenogenese resulteert echter vaak in een abnormale ontwikkeling.

Planten

Veel plantensoorten vertonen goed gedefinieerde patronen van geografische parthenogenese, waarbij parthenogenetische vormen zich meer naar de koude zones bevinden. De seksuele vormen zijn ondertussen tropischer dan hun aseksuele leeftijdsgenoten.

Referenties

1. C. Simon, F. Delmonte, C. Rispe, T. Crease (2003). Fylogenetische relaties tussen parthenogenen en hun seksuele verwanten: de mogelijke routes naar parthenogenese bij dieren. Biological Journal of the Linnean Society.
2. G. Scholtz, A. Braband, L. Tolley, A. Reiman, B. Mittmann, C. Lukhaup, F. Steuerwald, G. Vogt (2003). Parthenogenese bij een buitenstaander rivierkreeft. Natuur.
3. U. Mittwoch (1978). Parthenogenese overzichtsartikel. Journal of Medical Genetics.
4. NB Tcherfas (1971). Natuurlijke en kunstmatige gynogenese van vissen. In: FAO 1971 seminar / studiereis in de USSR over genetische selectie en hybridisatie van gekweekte vissen. 19 april - 29 mei 1968. Lezingen. Rep. FAO / UNDP (TA), hersteld van fao.org/.
5. PA Eyer, L. Leniaud, H. Darras en S. Aron (2013). Hybridogenese door thelytokous parthenogenese in twee Cataglyphis woestijnmieren. Moleculaire ecologie.
6. RKK Koivisto, HR Braig (2003). Micro-organismen en parthenogenese. Biological Journal of the Linnean Society.