Яку максимальна кількість біологічних батьків може мати організм, з'ясували вчені

Сім'ї бувають різних форм та розмірів, і не всі батьки біологічно пов'язані зі своїми дітьми. Але у більшості людей є два генетичні батьки, від яких вони успадкували свою ДНК. Проте технічно дуже невелика кількість людей має трьох генетичних батьків, і залежно від визначення «батька» в інших організмів їх набагато більше.

Така ж максимальна кількість батьків може бути в організму, розповіли вчені на сторінках журналу Livescience. У деяких тварин може бути до трьох генетичних батьків, у рослин їх може бути щонайменше три, а у бактерій їх може бути безліч.

Читайте також: Педіатри назвали ідеальну фізичну активність для дітей

Люди та більшість інших тварин розмножуються статевим шляхом. Сперматозоїд від одного з батьків і яйцеклітина від іншого об'єднують свою ДНК, щоб створити нову клітину. Потім ця клітина знову і знову ділиться, перетворюючись на нову особину.

У дуже рідкісних випадках людина могла успадкувати генетичний матеріал лише від трьох батьків — від двох сперматозоїдів та однієї яйцеклітини або від двох яйцеклітин та одного сперматозоїда. Останнє відбувається за допомогою процедури, яка називається мітохондріальною замісною терапією. Більшість ДНК зберігається в ядрі клітини. Але в яйцеклітинах частина ДНК також зберігається в частині клітини, яка називається мітохондріями. Пошкодження мітохондріальної ДНК може призвести до безпліддя або серйозних м'язових та неврологічним захворюванням у дітей.

Щоб допомогти сім'ям, які зіткнулися з цими проблемами, дослідники почали замінювати мітохондріальну ДНК в одній яйцеклітині здорової мітохондріальної ДНК з іншої. За останнє десятиліття таким чином народилося кілька дітей, хоча точна кількість не розголошується з міркувань конфіденційності . Менше 1% їхньої загальної ДНК надходить з донорської яйцеклітини.

Люди та інші тварини також можуть, у вкрай поодиноких випадках, випадково мати трьох генетичних батьків, якщо двом сперматозоїдам від різних батьків вдається запліднити ту саму яйцеклітину. Це явище, зване поліспермією, трапляється рідко, тому що яйцеклітина починає блокувати інші сперматозоїди через мікросекунди після запліднення, каже Улі Гроссніклаус, професор генетики розвитку рослин у Цюріхському університеті у Швейцарії. Хоча це може статися, сказав він, «зазвичай нащадки вмирають».

Гроссніклаус пояснив, що коли тварини поєднують ДНК, процес організується структурами, званими центріолями. Процес розмноження працює з двома центріолями – однією з яйцеклітини та однією із сперми, а не з трьома. "Триплоїдні ссавці не можуть вижити", - сказав Гроссніклаус в інтерв'ю Live Science. "Але якщо, наприклад, тільки частина тіла триплоїдна, це може спрацювати".

Зазвичай, коли триплоїдна клітина ділиться — на три клітини замість звичайних двох — нові клітини не мають правильного поєднання генетичного матеріалу, щоб вижити. Іноді деякі з них будуть. Потім дитина може отримати ДНК одного сперматозоїда в деяких частинах свого тіла та ДНК іншого або обох сперматозоїдів в іншому місці. Це змішання, форма генетичного мозаїцизму, трапляється дуже рідко. Він був зареєстрований у дітей (у яких були серйозні розумові та фізичні недоліки), а також у ембріонів коней та великої рогатої худоби. У відомих нам випадках, сказав Гроссніклаус, обидві сперми були від того самого батька. Однак технічно це могло статися і зі спермою двох батьків.

Згідно з дослідженням 2017 року, опублікованим у журналі Genome Biology and Evolution , деякі саламандри з лінії Ambystoma також мають кілька батьків. Ці саламандри мають потомство тільки жіночої статі, але вони спаровуються з самцями інших видів роду Ambystoma . Коли самка спарюється, вона зберігає одні гени самця, відкидаючи інші. Вивчивши самку з триплоїдним геномом або три «зайві» копії геному від трьох різних видів самців, дослідники виявили, що кожен батько однаково сприяв розвитку дочки.

"Це в основному збалансовано", - сказав у своїй заяві перший автор дослідження Кайл МакЕлрой, біолог з Університету штату Айова. «У цьому гібриді три геному в основному експресуються однаково».

Рослини, з іншого боку, можуть мати трьох генетичних батьків, які роблять внесок у всі клітини їхнього тіла, «бо рослини не мають центріолей», — сказав Гроссніклаус. Щоб знайти рослини з більш ніж двома батьками, Гроссніклаус експериментував із кукурудзою; це дослідження було опубліковано в журналі Current Biology . Кожне зерно кукурудзи є заплідненою яйцеклітиною; він дозволив кожному стати ембріоном, та був досліджував їх. Через те, як він поставив свій експеримент, він міг відрізнити батьків, що запліднюють один від одного. "Одне з них точно було триплоїдним насінням, тому у нього має бути два батьки", - сказав він. Інша дослідна група виявила клітини з трьома батьками в Arabidopsis thaliana , що часто вивчається гірчичною рослиною.

Але чи рослини можуть мати більше трьох батьків? "Я думаю, що це можливо, - сказав Гроссніклаус, - але вам знадобиться якась мутація". Сперматозоїди рослин у пилку досягають яєць у квітках через пилкові трубки; у більшості яєць є тільки одна трубка, але в деяких їх дві. За припущенням Гроссніклауса, щоб отримати більше трьох батьків, рослині необхідно придбати генетичні мутації, щоб зробити більше трубок. Це може відбуватися і в інших видів, але якщо так, то це не вивчалося.

У бактерій ускладнюється саме значення слів «батько» та «дитина». Бактерії - одноклітинні організми, що розмножуються переважно безстатевим шляхом, шляхом розподілу. Коли клітина ділиться на дві частини, «батьки стають нащадками», — каже Сьюзен Розенберг, бактеріальний генетик із Медичного коледжу Бейлора у Х'юстоні. Іноді дослідники називають одну з нових клітин материнської, іншу — дочірньої. Але для бактерій термін «дитина» дещо довільний; лінія між батьком і дідусем та бабусею не очевидна.

Щоб ускладнити завдання, бактерії також отримують ДНК один від одного та вірусів. "Я відчуваю, що будь-хто, від кого ви отримуєте ДНК, якщо це не хвороба, ймовірно, є вашим батьком", - сказав Розенберг Live Science. "У всіх учасників є невеликий шматочок батьківства". Використовуючи це визначення, Розенберг сказав, що «бактерії потенційно можуть мати тисячі батьків, але зазвичай одночасно».

У рослин і тварин максимальна кількість батьків обмежена, тому що кожна особина має чіткий початок і кінець. Але немає чіткого моменту, коли бактерія стає новою особистістю. Це означає, що максимальна кількість батьків у бактерій, за словами Розенберга, напрочуд велика: вона обмежена лише загальною кількістю генів, які може замінити новий батько.

Фото: istockphoto.com

Читайте також: Вчені створили людські ембріони без участі яйцеклітин та сперми