Sinh sản không cần giao phối

Sinh sản không cần giao phối là phương pháp sinh sản mà thế hệ mới chỉ phát sinh từ cơ thể mẹ và hoàn toàn kế thừa các đặc điểm của mẹ. Phương pháp này không liên quan đến sự phân chia nhiễm sắc thể hay giảm phân như trong sinh sản hữu tính. Cơ thể mới là bản sao di truyền hoàn toàn của mẹ, trừ khi có hiện tượng tự thụ phấn (automixis) hay chính xác hơn là agamogenesis, tức là sinh sản không cần sự kết hợp của giao tử. Đây là phương pháp sinh sản chủ yếu ở các sinh vật đơn bào như vi khuẩn cổ, vi khuẩn, và sinh vật nguyên sinh. Nhiều loại thực vật và nấm cũng sinh sản theo cách này.

Các cơ chế chuyển gien ngang như liên hợp, biến nạp và tải nạp trong sinh sản vô tính ở sinh vật nhân sơ đôi khi được liên hệ với sinh sản hữu tính.

Trường hợp hoàn toàn không có sinh sản hữu tính là khá hiếm ở các sinh vật đa bào, đặc biệt là động vật. Các giả thuyết hiện nay cho rằng sinh sản vô tính có thể mang lại lợi ích trước mắt khi cần gia tăng số lượng nhanh chóng hoặc trong môi trường ổn định. Ngược lại, sinh sản hữu tính cung cấp lợi ích lâu dài như tạo ra sự đa dạng di truyền nhanh chóng, giúp thích nghi với thay đổi môi trường. Một số loài động vật có thể từ bỏ sinh sản hữu tính do các hạn chế phát triển, chẳng hạn như mất khả năng giảm phân và sửa chữa tái tổ hợp, chức năng bảo vệ DNA khỏi tổn thương (xem thêm tại Giảm phân).

Phân loại

Phân chia

Trong quá trình phân chia, cơ thể mẹ tạo ra hai cơ thể con hoàn toàn giống nhau. Sinh vật, bao gồm cả sinh vật nhân sơ như vi khuẩn cổ và vi khuẩn, cũng như sinh vật nhân chuẩn như sinh vật nguyên sinh và nấm đơn bào, đều sinh sản vô tính qua phương pháp phân chia này; hầu hết trong số chúng cũng có khả năng sinh sản hữu tính.

Một dạng phân chia khác là đa phân, xảy ra ở cấp độ tế bào trong sinh vật nguyên sinh, chẳng hạn như trùng bào tử và tảo. Ở đây, phần nhân của tế bào mẹ trải qua nhiều lần phân chia bằng nguyên phân, tạo ra nhiều nhân con. Sau đó, tế bào chất tách ra, dẫn đến sự hình thành nhiều tế bào con.

Phân mảnh

Sinh sản bằng phân mảnh là hình thức sinh sản vô tính trong đó một cơ thể mới phát triển từ một phần của cơ thể mẹ. Mỗi phần sẽ hình thành một cá thể trưởng thành hoàn chỉnh. Phân mảnh thường xuất hiện ở các sinh vật như động vật (như giun đốt, giun dẹp, và sao biển), nấm và thực vật. Địa y chủ yếu sinh sản bằng phân mảnh để đảm bảo các cá thể mới đều có khả năng cộng sinh.

Phân mảnh ở các sinh vật đa bào hoặc cụm là phương pháp sinh sản vô tính khi một cơ thể tách ra thành nhiều phần nhỏ. Mỗi phần này sẽ phát triển thành các cá thể trưởng thành và mang tất cả đặc điểm từ cơ thể mẹ.

Phát triển chồi

Một số tế bào sinh sản bằng cách phát triển chồi (như men bánh mì), tạo thành các cấu trúc gồm cả 'mẹ' và 'con'. Cơ thể con nhỏ hơn so với cơ thể mẹ. Sinh sản bằng chồi cũng xuất hiện ở mức độ đa bào, chẳng hạn như ở loài thủy tức. Chồi sẽ phát triển thành một cơ thể trưởng thành và sau đó tách ra khỏi cơ thể mẹ.

Sinh sản chồi bên trong (endodyogeny) là một phương thức sinh sản vô tính đặc biệt, thường thấy ở các loài ký sinh như Toxoplasma gondii. Trong quá trình này, hai tế bào con được hình thành bên trong tế bào mẹ và tiêu thụ tế bào mẹ trước khi chúng tách ra.

Sinh sản bằng cách mọc chồi, có thể xảy ra cả bên trong hoặc bên ngoài, cũng được thấy ở các loài sâu như Taenia (sán sơ mít) và Echinococcus.

Sinh sản trinh

Sinh sản trinh là phương pháp sinh sản không cần thụ tinh, trong đó một quả trứng chưa được thụ tinh phát triển thành một cá thể mới. Hình thức này xuất hiện tự nhiên ở nhiều loài thực vật, động vật không xương sống (như bọ chét nước, luân trùng, rệp, bọ que, một số loài kiến, ong và ong bắp cày ký sinh), và động vật có xương sống (như một số loài bò sát, lưỡng cư, và một số loài chim). Ở thực vật, sinh sản trinh có thể liên quan hoặc không liên quan đến sự tiếp hợp vô tính (apomixis).

Sinh sản sinh dưỡng

Sinh sản qua bào tử

Nhiều sinh vật đa bào sản xuất bào tử trong suốt vòng đời của chúng. Tuy nhiên, động vật và một số sinh vật nguyên sinh phải trải qua giảm phân ngay sau khi thụ tinh. Ngược lại, thực vật và nhiều loại tảo trải qua giảm phân để tạo bào tử, dẫn đến sự hình thành bào tử đơn bội thay vì giao tử. Những bào tử này phát triển thành các cá thể đa bào (trong thực vật gọi là thể giao tử) mà không cần thụ tinh. Những cá thể đơn bội này sau đó tạo ra giao tử qua nguyên phân. Do đó, giảm phân và sự hình thành giao tử xảy ra ở các thế hệ hoặc giai đoạn khác nhau trong vòng đời, liên quan đến sự luân phiên giữa các thế hệ. Mặc dù sinh sản hữu tính thường được định nghĩa hẹp hơn bởi sự hợp nhất giao tử (thụ tinh), sự hình thành bào tử trong thực vật và tảo có thể được xem là sinh sản vô tính, dù nó kết quả từ giảm phân và sự giảm số bộ nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, cả hai hiện tượng (sự hình thành bào tử và thụ tinh) đều cần thiết để hoàn tất quá trình sinh sản hữu tính trong vòng đời của thực vật.

Chuyển đổi giữa sinh sản vô tính và hữu tính

Một số loài có khả năng chuyển đổi giữa sinh sản vô tính và hữu tính tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Khả năng này, gọi là sự dị giao (heterogamy), cho phép sinh sản vô tính khi điều kiện thuận lợi và chuyển sang sinh sản hữu tính khi môi trường thay đổi. Ví dụ, một số loài luân trùng và côn trùng như rệp sẽ thay đổi phương thức sinh sản khi điều kiện môi trường thay đổi, sinh ra trứng mà không cần giảm phân. Loài ong Apis mellifera capensis ở mũi Hảo Vọng có thể sinh sản vô tính qua một quá trình gọi là thelytoky. Một số loài lưỡng cư, bò sát và chim cũng có khả năng này. Ví dụ, loài Calanus sinh sản qua trinh sản (parthenogenesis) vào mùa xuân để tăng mật độ cá thể, sau đó chuyển sang sinh sản hữu tính để đối phó với sự cạnh tranh và tìm mồi. Một ví dụ khác là loài luân trùng Brachionus monogonont, sinh sản qua trinh sản khi mật độ bầy đàn thấp, và chuyển sang sinh sản hữu tính khi mật độ cao, nhờ vào tín hiệu hóa học tích lũy. Nhiều sinh vật nguyên sinh và nấm cũng chuyển đổi giữa sinh sản hữu tính và vô tính.

Nấm mốc nhớt Dictyostelium trải qua phân đôi như các amip đơn bào trong điều kiện thuận lợi. Tuy nhiên, trong môi trường không thích hợp, các tế bào sẽ tập hợp lại và phát triển theo hai hướng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện. Nếu theo hướng tập thể, chúng sẽ hình thành một cấu trúc đa bào, sau đó tạo quả thể và sản xuất bào tử vô tính. Nếu theo hướng hữu tính, hai tế bào sẽ kết hợp để tạo thành một tế bào lớn, phát triển thành túi bao lớn. Khi túi bao nảy chồi, nó sẽ giải phóng hàng trăm tế bào amip, kết quả từ sự tái tổ hợp phân bào giữa hai tế bào gốc.

Sợi nấm của loài nấm mốc phổ biến như Rhizopus có khả năng sinh sản qua nguyên phân và phân bào để tạo ra bào tử. Nhiều loài tảo cũng thực hiện sự chuyển đổi tương tự giữa sinh sản vô tính và hữu tính. Một số thực vật áp dụng cả hai hình thức sinh sản để tạo ra cây mới, và một số loài có thể thay đổi từ sinh sản hữu tính sang vô tính tùy thuộc vào điều kiện môi trường.

Di truyền chức năng sinh sản vô tính ở sinh vật hữu tính

Ở loài luân trùng Brachionus calyciflorus, khả năng sinh sản vô tính (trinh sản) có thể được di truyền qua gien lặn (recessive allel), dẫn đến mất khả năng sinh sản hữu tính ở cơ thể con đồng hợp tử. Sự di truyền sinh sản vô tính qua gien lặn cũng được ghi nhận ở loài ong bắp cày ký sinh Lysiphlebus fabarum.

Ví dụ

Trinh sản đã được quan sát ở cá mập đầu búa và cá mập đầu đen. Trong cả hai trường hợp, cá mập trưởng thành sinh dục trong điều kiện nuôi nhốt không có cá đực, và thế hệ con sinh ra đều có di truyền hoàn toàn giống cá thể mẹ.

Ở loài bò sát, hệ thống xác định giới tính ZW được sử dụng, trong đó cá thể đực có nhiễm sắc thể ZZ và cá thể cái có nhiễm sắc thể ZW hoặc WW. Trước năm 2010, người ta cho rằng bò sát với nhiễm sắc thể ZW không thể sinh ra con cái với nhiễm sắc thể WW. Tuy nhiên, một con rắn Boa constrictor cái (ZW) đã được phát hiện sinh ra những con rắn con (cái) với nhiễm sắc thể WW. Con rắn cái này có thể đã giao phối, nhưng trong trường hợp này, nó đã sinh sản vô tính và tạo ra 22 con rắn con (cái) với nhiễm sắc thể WW.

Hiện tượng nhiều phôi là một hình thức sinh sản vô tính phổ biến trong thế giới động vật, khi trứng đã thụ tinh hoặc đang ở giai đoạn phát triển phôi tách ra để tạo ra những bản sao di truyền giống hệt nhau. Trong thế giới động vật, hiện tượng này đã được nghiên cứu ở loài ký sinh Bộ Cánh màng (Hymenoptera). Ở loài Tatu chín đai, quá trình này là bắt buộc và thường tạo ra một lứa gồm bốn con giống hệt nhau. Trong các loài động vật có vú khác, hiện tượng sinh đôi không có cơ sở di truyền rõ ràng, dù nó rất phổ biến. Hiện nay, có ít nhất 10 triệu cặp sinh đôi và sinh ba giống hệt nhau trên toàn thế giới.

Loài luân trùng Bdelloidea chỉ sinh sản vô tính, và tất cả cá thể trong quần thể đều là con cái. Sinh sản vô tính đã tiến hóa ở những loài động vật này từ hàng triệu năm trước và vẫn tiếp tục tồn tại. Có bằng chứng cho thấy sinh sản vô tính giúp động vật phát triển các protein mới qua hiện tượng Meselson, giúp chúng tồn tại tốt hơn trong điều kiện khô hạn.

Bằng chứng phân tử cho thấy ít nhất hai loài bọ que thuộc chi Timema đã chỉ thực hiện sinh sản vô tính (trinh sản) trong khoảng thời gian một triệu năm, là khoảng thời gian dài nhất được ghi nhận ở côn trùng.

Chú thích

• Sinh sản hữu tính
• Trinh sản

Xem thêm

• Graham, L., J. Graham, & L. Wilcox. 2003. Plant Biology. Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, N.J.: trang 258–259.
• Raven, P.H., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. 2005. Biology of Plants, ấn bản lần thứ 7. W.H. Freeman and Company Publishers, NY.
• Avise, J. 2008. Clonality: The Genetics, Ecology, and Evolution of Sexual Abstinence in Vertebrate Animals. Oxford University Press

Liên kết bên ngoài

• Sinh sản vô tính Lưu trữ 2005-07-08 tại Wayback Machine
• Protozoa đường ruột