Какое максимальное количество биологических родителей может иметь организм, выяснили ученые

Семьи бывают разных форм и размеров, и не все родители биологически связаны со своими детьми. Но у большинства людей есть два генетических родителя, от которых они унаследовали свою ДНК. Однако технически у очень небольшого числа людей есть три генетических родителя, и в зависимости от определения «родителя» у других организмов их намного больше.

Так какое же максимальное количество родителей может быть у организма, рассказали ученые на сраницах журнала Livescience. У некоторых животных может быть до трех генетических родителей, у растений их может быть как минимум три, а у бактерий их может быть множество. 

Читайте также: Педиатры назвали идеальную физическую активность для детей

Люди и большинство других животных размножаются половым путем. Сперматозоид от одного родителя и яйцеклетка от другого объединяют свою ДНК , чтобы создать новую клетку. Затем эта клетка снова и снова делится, превращаясь в новую особь. 

В очень редких случаях человек мог унаследовать генетический материал всего от трех родителей — от двух сперматозоидов и одной яйцеклетки или от двух яйцеклеток и одного сперматозоида. Последнее происходит с помощью процедуры, называемой митохондриальной заместительной терапией. Большая часть ДНК хранится в ядре клетки. Но в яйцеклетках часть ДНК также хранится в части клетки, называемой митохондриями. Повреждение митохондриальной ДНК может привести к бесплодию или серьезным мышечным и неврологическим заболеваниям у детей.

Чтобы помочь семьям, столкнувшимся с этими проблемами, исследователи начали заменять митохондриальную ДНК в одной яйцеклетке здоровой митохондриальной ДНК из другой. За последнее десятилетие таким образом родилось несколько детей, хотя точное число не разглашается из соображений конфиденциальности . Менее 1% их общей ДНК поступает из донорской яйцеклетки.

Люди и другие животные также могут, в крайне редких случаях, случайно иметь трех генетических родителей, если двум сперматозоидам от разных родителей удается оплодотворить одну и ту же яйцеклетку. Это явление, называемое полиспермией, встречается редко, потому что яйцеклетка начинает блокировать другие сперматозоиды через микросекунды после оплодотворения, говорит Ули Гроссниклаус, профессор генетики развития растений в Цюрихском университете в Швейцарии. Хотя это может случиться, сказал он, «обычно потомство умирает».

Гроссниклаус объяснил, что когда животные объединяют ДНК, процесс организуется структурами, называемыми центриолями. Процесс размножения работает с двумя центриолями — одной из яйцеклетки и одной из спермы, а не с тремя. «Триплоидные млекопитающие не могут выжить», — сказал Гроссниклаус в интервью Live Science. «Но если, например, только часть тела триплоидна, это может сработать». 

Обычно, когда триплоидная клетка делится — на три клетки вместо обычных двух — у новых клеток не будет правильного сочетания генетического материала, чтобы выжить. Иногда, однако, некоторые из них будут. Затем ребенок может получить ДНК одного сперматозоида в некоторых частях своего тела и ДНК другого или обоих сперматозоидов в другом месте. Это смешение, форма генетического мозаицизма, встречается очень редко. Он был зарегистрирован у детей (у которых были серьезные умственные и физические недостатки), а также у эмбрионов лошадей и крупного рогатого скота . В известных нам случаях, сказал Гроссниклаус, обе спермы были от одного и того же родителя. Однако технически это могло произойти и со спермой двух разных родителей. 

Согласно исследованию 2017 года, опубликованному в журнале Genome Biology and Evolution, некоторые саламандры из линии Ambystoma также имеют несколько родителей . У этих саламандр потомство только женского пола, но они спариваются с самцами других видов рода Ambystoma . Когда самка спаривается, она сохраняет одни гены самца, отбрасывая другие. Изучив самку с триплоидным геномом или три «лишние» копии генома от трех разных видов самцов, исследователи обнаружили, что каждый отец в равной степени способствовал развитию дочери.

«Это в основном сбалансировано», — сказал в своем заявлении первый автор исследования Кайл МакЭлрой, биолог из Университета штата Айова . «В этом гибриде три генома в основном экспрессируются одинаково».

Растения, с другой стороны, могут иметь трех генетических родителей, вносящих вклад во все клетки их тела, «потому что у растений нет центриолей», — сказал Гроссниклаус. Чтобы найти растения с более чем двумя родителями, Гроссниклаус экспериментировал с кукурузой; это исследование было опубликовано в журнале Current Biology. Каждое зерно кукурузы представляет собой оплодотворенную яйцеклетку; он позволил каждому стать эмбрионом, а затем исследовал их. Из-за того, как он поставил свой эксперимент, он мог отличить оплодотворяющих родителей друг от друга. «Одно из них точно было триплоидным семенем, поэтому у него должно быть два отца», — сказал он. Другая исследовательская группа обнаружила клетки с тремя родителями в Arabidopsis thaliana, часто изучаемом горчичном растении.

Но могут ли растения иметь более трех родителей? «Я думаю, что это возможно, — сказал Гроссниклаус, — но вам потребуется какая-то мутация». Сперматозоиды растений в пыльце достигают яиц в цветках через пыльцевые трубки; у большинства яиц есть только одна трубка, но у некоторых их две. По предположению Гроссниклауса, чтобы получить более трех родителей, растению необходимо приобрести генетические мутации, чтобы произвести больше трубок. Это может происходить и у других видов, но если это так, то это не изучалось.

У бактерий усложняется само значение слов «родитель» и «ребенок». Бактерии — одноклеточные организмы, размножающиеся преимущественно бесполым путем, путем деления. Когда клетка делится на две части, «родители становятся потомками», — говорит Сьюзен Розенберг , бактериальный генетик из Медицинского колледжа Бэйлора в Хьюстоне. Иногда исследователи называют одну из новых клеток материнской, а другую — дочерней. Но для бактерий термин «ребенок» несколько произволен; линия между родителем и дедушкой и бабушкой не очевидна.

Чтобы усложнить задачу, бактерии также получают ДНК друг от друга и от вирусов. «Я чувствую, что любой, от кого вы получаете ДНК, если это не болезнь, вероятно, является вашим родителем», — сказал Розенберг Live Science. «У всех участников есть небольшой кусочек отцовства». Используя это определение, Розенберг сказал, что «бактерии потенциально могут иметь тысячи родителей, но обычно не одновременно». 

У растений и животных максимальное число родителей ограничено, потому что у каждой особи есть четкое начало и конец. Но нет четкого момента, когда бактерия становится новой особью. Это означает, что максимальное количество родителей у бактерий, по словам Розенберга, удивительно велико: оно ограничено только общим количеством генов, которые может заменить новый родитель.

Фото: istockphoto.com

Читайте также: Ученые создали человеческие эмбрионы без яйцеклеток и спермы