Thelma the snake zdezorientowała swoich opiekunów.
Ten 6-metrowy pyton spędził cztery lata samotnie w zoo w Louisville w USA, nigdy nie spotkawszy samca swojego gatunku. Ale jakimś cudem złożyła ponad 61 jaj, z których urodziło się sześć zdrowych dzieci.
A może udało jej się potajemnie kopulować z samcem wiele lat wcześniej i przechowywać jego spermę przez cały ten czas?
Testy genetyczne wkrótce ujawniły odpowiedź.
Thelma stała się pierwszym na świecie pytonem retikularnym, o którym wiadomo, że miał prawdziwy dziewiczy poród.
Zrobiła jaja, które zawierały wszystkie informacje genetyczne wymagane do stworzenia córki; bez potrzeby ojca, jego spermy czy DNA. Zrobiła to łącząc swoje jajeczka z produktem ubocznym dzielących się komórek, zwanym ciałem polarnym. Ten obiekt odgrywał taką samą rolę, jaką normalnie odgrywa plemnik, pobudzając jajo do rozwinięcia się w embrion. Każdy z jej potomków zawierał dwie kopie połowy jej chromosomów. Były to półklony Thelmy.
Ekstremalne rozmnażanie?
Chociaż wyjątkowe, wiemy teraz, że Thelma i jej córki nie są wcale wyjątkowe.
Naukowcy odkrywają, że dziewicze narodziny występują u wielu różnych gatunków; płazów, gadów, ryb chrzęstnoszkieletowych i kostnych oraz ptaków, a dzieje się tak z powodów, których nie do końca rozumiemy.
Początkowo sądzono, że dziewicze narodziny, znane również jako partenogeneza, są wywoływane przez sytuacje ekstremalne; były one udokumentowane tylko wśród zwierząt żyjących w niewoli, na przykład, być może przez stres lub izolację. Sposób na kontynuowanie linii krwi, kiedy wszystkie inne opcje odeszły, kiedy nie było innego wyboru.
Niekoniecznie. Teraz okazuje się, że niektóre dziewicze samice produkują potomstwo nawet w obecności samców.
Co więcej, robią to w naturze i mogły to robić przez setki milionów lat. Może to nieść korzyści, tym bardziej w nowoczesnym świecie, gdzie populacje wielu gatunków szybko się kurczą, ale rodzi fundamentalne pytania o znaczenie seksu.
I inne niejasności pozostają. Dlaczego wśród kręgowców ryby, gady i ptaki mogą mieć dziewicze porody, ale ssaki, w tym ludzie, najwyraźniej nie mogą? Nawet tutaj sprawy nie są proste…
Dziewczęta indyki
Prawdopodobnie najlepiej rozumianym „dziewiczym” kręgowcem jest pospolity udomowiony indyk. W 1800 roku zaczęły pojawiać się doniesienia o dziewiczych narodzinach wśród kurczaków. Następnie naukowcy zaczęli badać podobne przypadki wśród indyków, stwierdzając, że te duże ptaki mogą składać niezapłodnione jaja, z których rodzą się żywe młode.
Dzieci indyków były zawsze płci męskiej, co jednak zostało przypisane dziwactwu ptasiej genetyki, w której męskie chromosomy płciowe są dominujące. Wkrótce opracowano partenogenetyczną odmianę indyka domowego, w której większość samców wyglądała normalnie i rozmnażała się z powodzeniem.
Indyki były uważane za nic więcej niż ciekawostkę; sztuczny twór trzymany w sztucznych warunkach.
Ale wtedy, w ciągu ostatnich 15 lat, zaczęły napływać raporty o serii dziwnych i cudownych dziewiczych narodzin występujących u trzymanych w niewoli ryb, węży i jaszczurek.
Wydaje się, że jest to coś, co może robić szeroka gama rekinów
Na przykład 14 grudnia 2001 roku jedna z trzech trzymanych w niewoli dorosłych samic rekina bonnethead urodziła zdrowe młode. Każda z przyszłych matek została złapana jako niedojrzała ryba w dzikich wodach Florida Keys w USA.
Żadna z nich nie spotkała samca rekina i wszystkie były dziewicami.
Jednak jedna z nich urodziła, jak donosi zespół pod kierownictwem Demiana Chapmana z Uniwersytetu Stony Brook w stanie Nowy Jork w USA.
Późniejsze testy genetyczne potwierdziły, że żaden z samców nie brał w tym udziału, a od tego czasu to samo odkryto u czterech innych gatunków rekinów. „W 2006 roku naukowcy donieśli, że dwa różne smoki z Komodo, największy na świecie rodzaj jaszczurki, również miały dziewicze porody. Oba były trzymane w niewoli, w oddzielnych instytucjach, jeden w Chester Zoo i jeden w London Zoo, w Wielkiej Brytanii.
W tym czasie naukowcy spekulowali, że gigantyczna jaszczurka była zdolna do przełączania się między reprodukcją seksualną i bezpłciową, zasadniczo znajdując sposoby na sklonowanie się w ekstremalnych okolicznościach, gdy nie ma samców w pobliżu.
W ostatnich latach naukowcy udokumentowali również różne gatunki węży, w tym boa i pytony takie jak Thelma, rodzące dzieci pod nieobecność samców.
Pytanie brzmi, dlaczego miałyby się tym przejmować?
Życie bez samców
Jedna z możliwych odpowiedzi może leżeć w dzikim odpowiedniku, jaszczurce biczowej. W rzeczywistości istnieje wiele gatunków jaszczurek z rodziny biczogonowych, z których wiele jest specjalnie stworzonych, w wyniku hybrydyzacji dwóch gatunków w celu utworzenia trzeciego.
Te unikalne gatunki hybrydowe są samicami; samce zostały całkowicie wyłączone z procesu reprodukcji. Każda samica produkuje bezpłciowo, tworząc nowe pokolenia samic, i tak dalej.
Tworzenie takiego ekskluzywnego klubu ma swoje ewolucyjne korzyści; jeśli któraś z tych jaszczurek zostałaby pozostawiona na lądzie, mogłaby kontynuować rozmnażanie. Inne whiptail, które polegają na samcach, zobaczyłyby, że ich linia wymiera. Jest to szczególny rodzaj partenogenezy, który zachodzi tylko w przypadku braku samców, co mogło być czynnikiem wywołującym u tych jaszczurek. Samice, które utknęły na wyspach, mogły w jakiś sposób przestawić swoją biologię, aby rozmnażać się samotnie.
Wąż Thelma miał dziewicze narodziny z podobnych powodów; bez żadnych samców wokół nie miała innego wyboru, jak tylko iść sama. A że była dobrze odżywiona i przebywała w dużej zagrodzie w optymalnej temperaturze, miała optymalne warunki, by dokonać biologicznego skoku w samotne rodzicielstwo, mówi Bill McMahon, naukowiec, który pomagał się nią opiekować.
Może tak samo było z rekinami, smokami z komodo i wężami?
To niesamowite, że wykonujemy całą tę pracę nad biologią reprodukcyjną i wciąż uczymy się czegoś nowego o trybach reprodukcyjnych o zwierzętach wokół nas
Istnieje problem z tym pomysłem. Generalnie uważa się, że rozmnażanie bezpłciowe wiąże się z kosztami. Zasadniczo jest to ostateczna forma chowu wsobnego – nie ma sposobu na stworzenie różnorodności genetycznej. Tak więc zwierzęta, które się klonują, pozostawiają swoje linie życiowe podatne na choroby i inne zagrożenia, którym brakuje genetycznej różnorodności, aby im przeciwdziałać.
Z tego powodu po dziewiczych narodzinach smoków z Komodo naukowcy zalecili, aby ten zagrożony gatunek nie był trzymany w izolacji. Obawiali się, że różnorodność genetyczna gatunku może się zmniejszyć, jeśli zacznie się on klonować.
Ale w ekstremalnych sytuacjach, gdy nie ma samców do kopulacji, ma to jakiś sens.
Dzika dziewica
Potem nastąpił kolejny szok: dzikie kręgowce, jak również te żyjące w niewoli, są zdolne do dziewiczych narodzin.
W 2012 r. naukowcy odkryli, że inny rodzaj węża, żmija z gatunku pit-viper, często rodzi na wolności z dziewicy.
Warren Booth z Uniwersytetu w Tulsie i współpracownicy schwytali 59 miotów dwóch gatunków żmii z gatunku pit-viper i przeanalizowali ich „odcisk palca DNA”, czyli rodzaj testu na ojcostwo. Stwierdził, że dwa mioty powstały w wyniku dziewiczych narodzin, w procesie zwanym partenogenezą fakultatywną.
Więc stres związany z niewolą może nie być tym, co wyzwala tak ekstremalny tryb rozmnażania. Co więcej, dzikie męskie węże pit-viper są obfite. Więc samice nie mają dziewiczych narodzin po prostu dlatego, że nie mają innego wyboru.
„Kiedyś nazywaliśmy partenogenezę fakultatywną ewolucyjną nowością, ale nie jest to tak nowatorskie, jak ludzie myślą”, powiedział Booth BBC Earth. „Mam pudełko zrzuconej skóry z węży, które jest przepełnione przykładami.”
„To niesamowite, że wykonujemy całą tę pracę nad biologią reprodukcyjną i wciąż uczymy się czegoś nowego o trybach reprodukcyjnych o zwierzętach wokół nas”, mówi.
Starożytna reprodukcja
Booth podejrzewa, że dziewicze narodziny mogą być w rzeczywistości starożytnym trybem reprodukcji kręgowców.
Te gatunki, które robią to najlepiej, boa i pytony wśród węży na przykład, są również jednymi z najstarszych. Bardziej niedawno wyewoluowane gatunki, takie jak kobry, radzą sobie gorzej, produkując tylko jedno lub dwoje dzieci poprzez dziewicze narodziny, które następnie często umierają.
Prawdopodobnie kiedy te starożytne węże żyły, miliony milionów milionów lat temu, albo tak mało istniały, albo tak trudno było znaleźć partnera seksualnego, że nie zawracały sobie głowy i zamiast tego sklonowały się. Zapis kopalny nie może nam tego powiedzieć.
Może być również niezwykle trudno odkryć, jak wiele dzikich gatunków faktycznie rozmnaża się w ten sposób. Byłoby prawie niemożliwe, aby wiedzieć, czy dzikie ryby miały dziewicze narodziny, czy nie. Jedynym sposobem, aby to udowodnić, byłoby pobranie DNA od samicy rekina i jej dzieci, aby ustalić ich pochodzenie. Tak wiele gatunków jest zagrożonych, że podejście nie byłoby etyczne, mówi Booth.
Więc pozostaje pytanie, dlaczego rozmnażać się sam, gdy bezpłciowe rozmnażanie ma tak wiele minusów. Zwłaszcza w środowisku naturalnym, gdzie samce są obfite? I nawet jeśli dziewicze narodziny są starożytnym, ewolucyjnym kacem, dlaczego nadal to robić w nowoczesnym wieku?
Zdrowe dzieci
Jedna odpowiedź może faktycznie leżeć w tych pytaniach.
Jeśli rozmnażanie bezpłciowe jest niekorzystne, to nie przetrwałoby tak długo, wskazuje James Hanken, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Harvarda w Massachusetts, USA. Więc choć różnorodność genetyczna jest ważna, nie może być najważniejsza. To jest wspierane przez dowody z „cudownych” dzieci, lub partenogenetyczne potomstwo, sami.
Małżeństwa rekinów urodzonych przez dziewicze matki są mniej zróżnicowane genetycznie niż te urodzone przez dwóch rodziców. Ale wydają się tak samo zdrowe, po „oczyszczeniu ze wszystkich szkodliwych genów recesywnych”, mówi Chapman.
Kobiety mogą również zdecydować się na rozmnażanie w pojedynkę, ponieważ akt rozmnażania płciowego może być kosztowny, według jednego z bliskich współpracowników Bootha, Gordona Schuetta z Georgia State University w USA, pierwszego naukowca, który udokumentował partenogenezę fakultatywną u węży. Samice muszą znosić samców rywalizujących i walczących o nie, a znalezienie idealnego partnera płci męskiej może być trudne.
Fascynujące jest to, że natura wyewoluowała sposób, by uczynić to możliwym.
Jednym z innych pomysłów jest to, że coś innego niż ewolucja jest w pracy. Być może dziewicze narodziny są wywoływane przez jakiś czynnik zewnętrzny; hormon lub zaburzenia równowagi hormonalnej? Lub nawet patogen, taki jak wirus, lub pasożyt. Istnieje na przykład gatunek osy, która zaczyna rozmnażać się bezpłciowo, gdy zostanie zainfekowana pewną bakterią.
Booth podejrzewa, że tak właśnie jest. „Odkryliśmy, że u ptaków, węży i rekinów dzieje się to samo. Wygląda na to, że wyewoluowały niezależnie od siebie, a zatem coś innego je napędza.”
Schuett jest mniej pewny, trudno mu zaakceptować, że jedna przyczyna może wywołać ten sam efekt u tak wielu różnych gatunków. Ale Booth jest chętny do badań, testując genetykę różnych próbek tkanek pobranych od smoków z Komodo, boa, pytonów i wielu innych, które przechowuje w swoim laboratorium. Będzie szukał wyraźnej sygnatury genetycznej, która ujawni obecność wspólnego wirusa lub jakiegoś innego bodźca.
Jeśli nie znajdzie się takiego wyzwalacza, może się okazać, że zdolność do dziewiczych narodzin jest zachowana w gatunkach jako pewnego rodzaju mechanizm zapasowy, do wykorzystania, gdy reprodukcja seksualna jest zbyt mało prawdopodobna lub kosztowna.
Jednym z największych minusów rozmnażania płciowego jest to, że wymaga, aby dwie osoby były w tym samym miejscu w tym samym czasie
Jeśli to prawda, to sugeruje, że możemy zobaczyć więcej, jeśli to, jak populacje wielu dzikich gatunków kurczą się, według Petera Baumanna z University of Kansas Medical Center w USA.
Już teraz naukowcy czekają na odkrycie, czy anakonda, najcięższy gatunek węża na świecie, dołączy do listy kręgowców zdolnych do dziewiczych narodzin.
„Fascynujące jest to, że natura wyewoluowała w sposób, który to umożliwia. Z punktu widzenia adaptacji zwiększa to zdolność gatunku do przetrwania w długim okresie, jeśli może on korzystać z tej zapasowej drogi.
„Jednym z największych minusów rozmnażania płciowego jest to, że wymaga ono, aby dwa osobniki znajdowały się w tym samym miejscu w tym samym czasie, co staje się problemem, gdy gęstość populacji jest niska” – mówi Bauman.
Z ewolucyjnego punktu widzenia, rozmnażanie płciowe pozostaje bardziej dominującą i skuteczną metodą w tym momencie, ale dodaje, że „istnieją wyraźne zalety obu mechanizmów”.
A ssaki?
Ale pozostaje jedna ostateczna zagadka. Jeśli partenogeneza jest bardziej rozpowszechniona niż naukowcy początkowo sądzili, to dlaczego ssaki nie mogą tego robić, w tym naczelne, czyli grupa obejmująca ludzi?
Możliwe, że mogą.
Nie jest znany żaden przykład ssaka, który urodziłby się z dziewicy, ani w niewoli, ani w naturze.
Ale w latach trzydziestych XX wieku na Uniwersytecie Harvarda w Massachusetts w Stanach Zjednoczonych naukowiec Gregory Pincus zaczął badać układy rozrodcze ssaków. Jego praca doprowadziła go później do współwynalezienia pigułki antykoncepcyjnej dla ludzi.
W tym czasie kontrowersyjnie twierdził, że wywołał partenogenezę u królików, czego nie udało się powtórzyć innym naukowcom.
Dziesiątki lat później, w 2004 roku, naukowcy poinformowali, że udało im się genetycznie zmodyfikować mysz, aby miała dziewicze narodziny. Potomstwo nie tylko przeżyło, ale było zdolne do posiadania własnego potomstwa.
Badacze twierdzą dziś, że jest mało prawdopodobne, a być może nawet niemożliwe, aby ssak z rodziny dziewicowatych mógł w naturalny sposób mieć zdolne do życia potomstwo, ze względu na pewne fundamentalne aspekty ich biologii.
Ale być może, pewnego dnia, gdzieś, w jakiś sposób, ssak zaskoczy nas wszystkich.
Tak jak wąż Thelma i wszystkie kurczaki, indyki i rekiny, położy się i będzie miała „cudowny” poród, który podważy nasze podstawowe idee dotyczące reprodukcji.