Jak se zbavit sexu

Ve třetí, poslední části našeho seriálu se podíváme na podivuhodné přechody od pohlavního rozmnožování k příležitostné, či dokonce výhradní nepohlavnosti u plazů a ptáků.

Mezi amnioty se nevyskytují žádní hermafroditi. Někteří sauropsidi, tedy plazi včetně ptáků, však umějí něco, co my savci přirozeně neprovádíme a pravděpodobně se tomu v evoluci dokonce aktivně bráníme: rozmnožovat se nepohlavně. Nepředstavujme si pod tím ale pučení nebo dorůstání nového jedince z odvrženého ocásku. Nepohlavně se rozmnožující obratlovci spořádaně vytvářejí pohlavní buňky, zpravidla vajíčka. Přesto nepohlavní rozmnožování u obratlovců nabývá mnoha podob (viz obr. 1).

Přehled výskytu nepohlavního rozmnožování charakteristického děděním genetického materiálu pouze od matky u obratlovců. U kostnatých ryb a obojživelníků je nutná aktivace vývoje vajíčka spermiemi. Rozmnožení samice i bez přítomnosti samce (respektive spermií) bylo pozorováno u amniotů a paryb. Jen u šupinatých plazů ale vznikly čistě samičí partenogenetické linie.

Ponechme teď stranou podivnou kombinaci pohlavního a nepohlavního rozmnožování našich zelených skokanů a několika mála mezidruhových hybridů u obojživelníků a kostnatých ryb (blíže Vesmír 89, 54, 2010/1). Také se nebudeme zabývat androgenezí, mimořádně bizarním způsobem rozmnožování u některých kostnatých ryb, při kterém je spermie jediným zdrojem jaderného genetického materiálu v embryu.

Soustřeďme se na situaci, kdy potomci nesou výhradně genetický materiál zděděný od matky. Zajímavé je, že u kostnatých ryb a obojživelníků vyžadují všechny takové případy aktivaci vývoje vajíčka spermiemi samců příbuzné linie. Nepohlavní rozmnožování pak u těchto linií probíhá formou gynogeneze, známé také jako partenogeneze závislá na spermiích. Bez využití spermie, a tedy bez přítomnosti samce, se mezi všemi obratlovci může samice rozmnožit jedině u plazů (včetně ptáků), žraloků a rejnoků. Celé populace složené ze samých samic však najdeme mezi obratlovci pouze u šupinatých plazů. Výhradní partenogenezi známe u jednoho hada a scinka, dvou leguánů, několika agam, tejovitých, tejovčíkovitých, ještěrkovitých a xantusiovitých ještěrů a u gekonů. Proč a jak takový stav vzniká?

U sexuálně se rozmnožujících druhů se počet kopií chromozomů v jádře obnovuje splynutím vajíčka a spermie. (Na obrázku je pro zjednodušení ukázán pouze vývoj směřující k samici XX; samci vznikají analogicky, spermie v tomto případě přinášejí chromozom Y. Neukazujeme také situaci u pohlaví určeného chromozomy ZW.) Nepohlavně se rozmnožující amniotičtí obratlovci také provádějí meiózu. Aby dosáhli stejné genetické dávky, jako má jejich matka, i bez oplození spermií, uchýlili se buď k fúzi jádra vajíčka s jednou z pólových buněk (u příležitostné partenogeneze), nebo k zdvojení genetické informace (endoreplikaci) ještě před vstupem do meiózy (striktní partenogeneze). V případě fúze dochází k postupné ztrátě genetické variability, navíc u určení pohlaví typu ZZ/ZW zpravidla i k neživotaschopnosti potomků WW – takové matky produkují pouze syny ZZ. Druhá možnost, endoreplikace, oproti tomu dává vzniknout klonům – dcerám geneticky identickým se svou matkou.

Křížením k nepohlavnosti

Striktní partenogeneze většinou vzniká v důsledku mezidruhového křížení (viz obr. 2 vpravo). Tuto cestu máme i dobře zdokumentovanou. Klíčové jsou přitom děje doprovázející vznik vajíčka. Jak jsme rozebrali už v první části seriálu, meióza je složitý proces. Dalo by se tedy předpokládat, že partenogenetické samice do ní nepůjdou a udělají si vajíčko obsahující kopii jejich vlastního genomu nějakým jednodušším způsobem. Tak to ale není. Dělání vajíček je z evolučního i vývojového hlediska zakonzervované, což má za následek, že všichni partenogenetičtí obratlovci musejí při tvorbě vajíčka provést meiózu, byť třeba v pozměněné podobě. Některé kostnaté ryby, stejně jako někteří bezobratlí tvoří vajíčko ameiózou, což je varianta meiózy, během které nedochází k redukci počtu chromozomů. Naprostá většina asexuálních obratlovců ale dělá normální meiózu. Jejím výsledkem jsou ovšem buňky s polovičním množstvím chromozomů. Jak tedy vznikne mládě se stejným množstvím DNA v genomu, jako má matka?