In some very rare cases, animal species reproduce via parthenogenesis exclusively. One such species is the desert grassland whiptail lizard, all of which are female.
The ability to reproduce asexually allows animals to pass on their genes without spending energy finding a mate, and so can help sustain a species in challenging conditions. If a Komodo dragon arrives on an uninhabited island, for example, she alone could create a population through parthenogenesis.
However, because every individual would be genetically identical, Komodo dragon mothers and their daughters would be more vulnerable to disease and environmental changes than a genetically-varied group.
単為生殖は、交尾相手を見つけるのにエネルギーを費やすことなく、自分の遺伝子を伝えることを可能にする。そのため困難な状況においては種の存続を助ける。例えば1匹のメスのコモドオオトカゲが、他の個体が生息しない島に上陸した場合でも、単為生殖により単体で群れを生み出すことすら可能かもしれないのだ。
しかし、このようにして増えたコモドドラゴン母娘は、遺伝的多様性に乏しく、病気や環境の変化に対して脆弱だろう。
オスとメスの2つの個体がそろわないと子を残せない有性生殖より、1つの個体だけで済む単為生殖のほうが、数を増やすには効率がよい。有性生殖か単為生殖かは、多様性と量のどちらを増やすのかという問題ともいえる。
How some animals have ‘virgin births’: Parthenogenesis explained
Some animals can produce offspring without mating. Here’s how it works.
By Corryn Wetzel
https://www.nationalgeographic.com/animals/article/parthenogenesis-how-animals-have-virgin-births
The vast majority of animals need to breed to reproduce. But a small subset of animals can have offspring without mating.
The process, called parthenogenesis, allows creatures from honey bees to rattlesnakes to have so-called “virgin births.”
Such events can shock those who care for the animals. Examples include a zebra shark named Leonie, housed with other female sharks at Australia’s Reef HQ Aquarium, who stunned her keepers in 2016 when three of her eggs hatched into living pups.
A few years earlier, at Louisville Zoo, a reticulated python named Thelma—who had never even seen a male python—laid six eggs that developed into healthy young snakes. And in 2006, at England’s Chester Zoo, a Komodo dragon named Flora achieved a similar feat, puzzling keepers.
Parthenogenesis comes from two Greek roots that literally translate to “virgin creation.”
How it works
Sexual reproduction involves two ingredients: an egg cell and a sperm cell. Each provides half the genetic information necessary to create a living organism. But in parthenogenesis, the body finds a unique way of filling in for the genes usually provided by sperm.
Ovaries produce eggs through a complex process called meiosis, where the cells replicate, reorganize, and separate. These eggs contain only half the mother’s chromosomes, with one copy of each chromosome. (These are called haploid cells; cells that contain two chromosomal copies are called diploid cells.)
The process of meiosis also creates a byproduct: smaller cells called polar bodies, distinct from the fertile egg. In one version of parthenogenesis called automixis, an animal can merge a polar body with an egg to produce offspring. This process, which has been documented in sharks, slightly shuffles the mother’s genes to create offspring that are similar to the mother but not exact clones.
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In another form of parthenogenesis, apomixis, reproductive cells replicate via mitosis, a process in which the cell duplicates to create two diploid cells—a kind of genetic copy-and-paste. Because these cells never undergo the gene-jumbling process of meiosis, offspring produced this way are clones of their parent, genetically identical. This form of parthenogenesis is more common in plants.
For most organisms that reproduce the first way, through automixis, the offspring typically gain two X chromosomes from their mother. Two X chromosomes, the primary sex-linked genetic storehouse, give rise to only female offspring.
But on rare occasions, animals such as aphids can produce fertile male offspring that are genetically identical to their mother except for lacking a second X chromosome. These males are usually fertile, but because they are only able to produce sperm containing X chromosomes, all their offspring will be female.
Creatures big and small
For millions of years animals have reproduced via parthenogenesis, which first emerged in some of the smallest, simplest organisms. For more advanced animals like vertebrates, scientists think that the ability to reproduce asexually came about as a last-ditch effort for species facing adverse conditions. That may explain why parthenogenesis is possible in so many desert and island species.
Most animals that procreate through parthenogenesis are small invertebrates such as bees, wasps, ants, and aphids, which can alternate between sexual and asexual reproduction.
Parthenogenesis has been observed in more than 80 vertebrate species, about half of which are fish or lizards. It’s rare that complex vertebrates such as sharks, snakes, and large lizards rely on asexual reproduction, which is why Leonie and others initially stumped scientists.
Because it’s challenging to track how often parthenogenesis happens in the wild, many “firsts” in asexual reproduction are seen in animals in human care. For vertebrates, whether in the wild or in captivity, these “virgin births” are rare events triggered by unusual conditions.
No mammals are known to reproduce this way because unlike simpler organisms, mammals rely on a process called genomic imprinting. Like a molecular stamp, imprinting labels which genes are from mom and which are from dad. For mammals such as humans, this means that certain genes are switched on or off depending on the contributing parent. If there were only a single parent, some genes would fail to activate altogether, making viable offspring impossible.
However, parthenogenesis has been experimentally induced in several mammals, including rabbits.
Solo survival strategy
In some very rare cases, animal species reproduce via parthenogenesis exclusively. One such species is the desert grassland whiptail lizard, all of which are female.
In certain insects, salamanders, and flatworms, the presence of sperm serves to trigger parthenogenesis. Sperm cells launch the process by penetrating the egg, but the sperm later degenerates, leaving only the maternal chromosomes. In this case, sperm only sparks an egg’s development––it makes no genetic contribution.
The ability to reproduce asexually allows animals to pass on their genes without spending energy finding a mate, and so can help sustain a species in challenging conditions. If a Komodo dragon arrives on an uninhabited island, for example, she alone could create a population through parthenogenesis.
However, because every individual would be genetically identical, Komodo dragon mothers and their daughters would be more vulnerable to disease and environmental changes than a genetically-varied group. In areas of New Mexico, for example, some populations of female whiptail lizards share nearly-identical genetic profiles.
哺乳類は少数派 メスだけで命つなぐ単為生殖の不思議
NIKKEI STYLE
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO64461000R01C20A0000000/
大半の動物は、オスとメスが交配して繁殖する。だが、一部の動物はその有性生殖に際し、メスだけでも子を残せる。いわば処女懐胎だ。これは「単為生殖」と呼ばれ、ミツバチからガラガラヘビまで様々な生物で例がある。
例えば2016年、オーストラリアのリーフHQ水族館で飼われているトラフザメの「レオニー」が飼育員を驚かせた。数年間オスとの接触がなく、他のメスと一緒に飼われていたにもかかわらず、産んだ卵から3匹の子サメが誕生したからだ。
12年には、米ルイビル動物園でアミメニシキヘビの「セルマ」が6つの卵を産み、健康な子が生まれた。セルマはオスを見たことさえなかった。06年には英チェスター動物園でコモドオオトカゲの「フローラ」が同様の離れ業をやってのけ、飼育員を当惑させた。
実はいろいろある単為生殖
通常、細胞には染色体という遺伝子の入れ物が2本ずつある。だが、精子と卵子は特殊で、1本ずつしかない。受精後に2本になるためだ。しかし単為生殖の場合、通常は精子から提供されるはずの遺伝子を、別の方法で卵子が埋め合わせる。そのパターンも、実はいろいろある。
染色体が2本から1本に減って、精子と卵子ができるプロセスは減数分裂という。オスで精子ができるときは、単純に同じものが2つできあがるのに対し、メスでは分裂したうちの1つしか卵子にならない。余ったほうの小さな細胞は極体と呼ばれる。
極体は通常、受精に関与しないが、極体と卵子が融合して子ができることがある。これを「オートミクシス（automixis、自家生殖）」という（「auto」はラテン語で「自分で」という意味）。
オートミクシスはサメなどで記録がある。なお、オートミクシスでは母親の遺伝子がわずかに組み換わるため、生まれた子は母親の遺伝子のみを受け継ぐとはいえクローンではない。
一方、減数分裂を経ずに、母親の染色体を2本もつ子ができるケースもある。この場合、遺伝子をシャッフルする減数分裂をまったく経ないため、生まれる子は親と全く同じ遺伝子を持つクローンになる。遺伝子のコピーアンドペーストだ。この方式による単為生殖は、植物で多く見られ、「アポミクシス（apomixis、無融合生殖）」と呼ばれる。
母親とまったく同じ遺伝子だから、このアポミクシスによって生まれた子は、当然メスになる。だが驚くべきことに、アブラムシでは、アポミクシスでオスが生まれる。どういうことだろうか？
アブラムシでは「XX」や「XY」というような染色体の組みあわせではなく、その本数によって性別が決まる。メスはX染色体が2本で、オスは1本。そう、子がX染色体を1本捨ててオスになるのだ。ちなみに、こうして生まれたオスには繁殖力があるが、X染色体を含む精子しか作れないため、その子はすべてメスになる。
単為生殖できない哺乳類はマイナーな存在
単為生殖は、動物がより単純なものだったはるか昔から存在したはずだが、脊椎動物のような複雑な動物にとっては、逆境に陥った種の最終手段の1つになったと考えられている。これが、砂漠や島に生息する種に単為生殖が非常に多い理由かもしれない。
単為生殖をすることが知られている動物の大半は、ミツバチ、スズメバチ、アリ、アブラムシといった小型の無脊椎動物だ。彼らは有性生殖と単為生殖を切り替えることができる。
脊椎動物でも80種以上で確認されており、その約半数が魚か爬虫類だ。とはいえサメ、ヘビ、大型のトカゲなどの複雑な脊椎動物が、単為生殖に頼ることはめったにない。だからこそ科学者たち当初、レオニーなどの例に困惑した。
野生動物は単為生殖で生まれた子どもかどうかを確認するのは難しい。そのため、ある動物が単為生殖をした「初」の事例は、飼育下で確認されることが多い。いずれにせよ、脊椎動物の「処女懐胎」は、野生下だろうと飼育下だろうと、その動物にとって普通でない条件により引き起こされる珍しい現象だ。
一方、哺乳類では、単為生殖で繁殖する動物は知られていない。哺乳類の遺伝子には、母親由来か父親由来かを示すラベルがあるからだ。これを「ゲノム刷り込み（インプリンティング）」という。
哺乳類の特定の遺伝子では、どちらの親のものが発現するかが決まっている。ゆえに、親がどちらかの性だけだと全く発現しない遺伝子があり、子は生存できない。単為生殖できない哺乳類は、グループとしてみれば実にマイナーな存在だ。ただし、マウスなどのいくつかの哺乳類では、単為生殖を誘発する実験に成功している。
単独での生き残り戦略
非常に珍しいが、単為生殖でのみ繁殖する動物もいる。その1つは、北米の砂漠に生息するハシリトカゲの一種で、なんと全員メスだという。
ある種の昆虫や両生類、扁形（へんけい）動物では、精子が単為生殖の引き金となる。精子が卵子に侵入すると、単為生殖のプロセスが始まるが、精子はその後退化し、母親由来の染色体のみが残る。この場合、精子は卵の発生を誘発するだけであり、遺伝子は子に受け継がれない。
単為生殖は、交尾相手を見つけるのにエネルギーを費やすことなく、自分の遺伝子を伝えることを可能にする。そのため困難な状況においては種の存続を助ける。例えば1匹のメスのコモドオオトカゲが、他の個体が生息しない島に上陸した場合でも、単為生殖により単体で群れを生み出すことすら可能かもしれないのだ。
しかし、このようにして増えたコモドドラゴン母娘は、遺伝的多様性に乏しく、病気や環境の変化に対して脆弱だろう。例えば米ニューメキシコ州には、実際にそのようなハシリトカゲのメスの群れがいる。
オスとメスの2つの個体がそろわないと子を残せない有性生殖より、1つの個体だけで済む単為生殖のほうが、数を増やすには効率がよい。有性生殖か単為生殖かは、多様性と量のどちらを増やすのかという問題ともいえる。
（文 CORRYN WETZEL、訳 牧野建志、日経ナショナル ジオグラフィック社）