Przełom w nauce. W odkryciu pomogły muszki owocowe

Naukowcy wykorzystali inżynierię genetyczną do wywołania ciąży i porodu u zwierzęcia, które normalnie rozmnaża się płciowo. Chodzi o muszkę owocową. Co więcej, genetycznie zmodyfikowane samice przekazały tę zdolność kolejnym pokoleniom.

Zwierzęta przeważnie rozmnażają się drogą płciową. Proces ten polega na zapłodnieniu komórki jajowej samicy przez komórkę rozrodczą samca, czyli plemnik. Partenogeneza, zwana też dzieworództwem, to proces rozmnażania zachodzący bez udziału gamet samca, polegający na rozwoju zarodków w komórce jajowej bez udziału plemnika. Samiec staje się w takim przypadku zbędny.

Zjawisko to wcale nie jest tak rzadkie w świecie zwierząt i u wielu gatunków dochodzi do niego w przypadku braku samców w otoczeniu. Tak potrafią rozmnażać się ptaki, niektóre rekiny, węże czy jaszczurki, w tym wielkie warany z Komodo, a ostatnio zaobserwowano partenogenezę też u krokodyli.

Teraz, pierwszy raz w historii, badaczom udało się wywołać ciążę i poród u zwierzęcia, które w normalnych warunkach rozmnaża się płciowo. Chodzi o muszkę owocową Drosophila melanogaster. Dalsze badania wykazały, że muszki przekazywały tę zdolność z pokolenia na pokolenie.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Rezultaty i opis badań ukazał się w czasopiśmie "Current Biology" (DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.006).

Nowe badania wykazały, że potomstwo pochodzące od genetycznie zmodyfikowanej muszki owocowej, u której wywołano ciążę i poród, nie jest dokładnym klonem matki, ale jest genetycznie bardzo podobne i zawsze jest płci żeńskiej.

- Jako pierwsi udowodniliśmy, że można zaaranżować "dziewicze" porody u zwierząt. To było bardzo ekscytujące obserwując, jak samica wytwarza zarodek zdolny do rozwoju, który osiąga dorosłość a następnie powtarza ten proces – mówi główna autorka artykułu dr Alexis Sperling z Uniwersytetu w Cambridge.

Eksperymenty wykazały, że tylko dwa proc. samic muszek z drugiego pokolenia, ze zdolnością do dziewiczego porodu, wydało potomstwo. Działo się tak wtedy, gdy w pobliżu nie było samców. Inaczej rozmnażanie, jak sądzą badacze, przebiegałoby normalnie.

Naukowcy uważają, że poród bez samca może pomóc w utrzymaniu gatunku w trudnych sytuacjach. Jednak odkrycie rodzi też problemy natury filozoficznej.

Drosophila melanogaster jest "organizmem modelowym", który pomaga w badaniach genetycznych od ponad stu lat. Jego geny są bardzo dobrze poznane. Ale żeby sprawić, by muszki owocowe potrafiły rozmnażać się bez samców, trzeba było lat pracy.

Najpierw naukowcy zsekwencjonowali genomy dwóch szczepów innych gatunków z rodzaju drosophila. Jeden z nich potrzebuje samców, drugi rozmnaża się tylko poprzez partenogenezę. Eksperci zidentyfikowali geny, które były aktywne przy wydawaniu na świat potomstwa bez udziału ojca i wprowadzili je do muszki owocowej. I udało się. Muszki owocowe nagle nabyły zdolność wydawania na świat potomstwa bez udziału samców.

Badania obejmowały ponad 220 tys. samic i trwały sześć lat.

Sperling pracuje obecnie w Cambridge Crop Science Center i szuka skutecznych środków do zwalczania szkodników upraw. Chce odkryć, dlaczego niektóre gatunki pasożytów rozmnażają się dzięki partenogenezie.

Wywieramy presję na owady żywiące się roślinami. Ostatecznie doprowadzi to do tego, że pasożyty zaczną rozmnażać się bezpłciowo. Stanie się to wielkim problemem dla rolnictwa, ponieważ samice produkują tylko samice, więc ich zdolność do rozprzestrzeniania się jest podwójna – mówi Sperling.

Źródło: University of Cambridge, fot. CC BY 2.0/ Wikimedia Commons/ Martin Cooper