Những điều ít biết về một số động vật sinh sản mà không cần giao phối

Phần lớn động vật cần phối giống để sinh sản, nhưng một nhóm nhỏ động vật có thể có con mà không cần giao phối. Quá trình này, được gọi là sinh sản đơn tính, xuất hiện ở các sinh vật từ ong mật đến rắn đuôi chuông.

Năm 2016, một con cá mập vằn tên là Leonie, chỉ sống chung với những con cá mập cái khác tại Thủy cung Reef HQ, Úc, đã khiến cả sở thú choáng váng khi ba quả trứng của nó nở thành cá mập con.

Vài năm trước đó, tại vườn thú Louisville, Mỹ, một con trăn tên là Thelma – chưa từng gặp hay thậm chí nhìn thấy trăn đực – đã đẻ 6 quả trứng nở ra những con rắn non khỏe mạnh.

Cơ chế

Sinh sản hữu tính bao gồm hai thành phần: một tế bào trứng và một tế bào tinh trùng. Mỗi loại cung cấp một nửa thông tin di truyền cần thiết để tạo ra một cơ thể sống. Nhưng trong sinh sản đơn tính, động vật – cụ thể là con cái – tìm ra những cách độc đáo để tự bổ sung các gen thường được cung cấp bởi tinh trùng.

Buồng trứng sản xuất trứng thông qua một quá trình phức tạp được gọi là giảm phân – các tế bào tái tạo, tổ chức lại và phân tách. Trứng này chỉ chứa một nửa số nhiễm sắc thể của mẹ, và được gọi là tế bào đơn bội. Quá trình giảm phân cũng tạo ra một sản phẩm phụ: các tế bào nhỏ hơn được gọi là thể cực.

Một hình thức của sinh sản đơn tính là sinh sản tự thụ tinh: một động vật có thể hợp nhất thể cực với trứng để tạo ra con con. Ở cá mập,quá trình giảm phân và sinh sản tự thụ tinhxáo trộn một chút gen của mẹ để tạo ra những con con giống với mẹ nhưng không phải là những bản sao y hệt.

Trong một hình thức sinh sản đơn tính khác, tiếp hợp vô tính, các tế bào sinh sản sao chép thông qua nguyên phân – quá trình tế bào nhân đôi để tạo ra hai tế bào lưỡng bội, một dạng “copy and paste” di truyền. Bởi vì những tế bào này không trải qua quá trình giảm phân xáo trộn gen, con cái được tạo ra theo cách này là bản sao vô tính của bố mẹ chúng, giống hệt nhau về mặt di truyền. Hình thức sinh sản đơn tính thứ hai này phổ biến hơn ở thực vật.

Đối với hầu hết các sinh vật sinh sản đơn tính theo cách đầu tiên – tự thụ tinh – con con thường nhận được hai nhiễm sắc thể X từ mẹ của chúng và chỉ tạo ra con cái.

Nhưng trong một số trường hợp hiếm hoi, những loài động vật như rệp có thể sinh ra con đực giống hệt mẹ về mặt di truyền ngoại trừ việc thiếu nhiễm sắc thể X thứ hai. Những con đực này thường có khả năng sinh sản, nhưng vì chúng chỉ có khả năng tạo ra tinh trùng chứa nhiễm sắc thể X nên tất cả con cái của chúng về sau cũng sẽ là con cái.

Rồng Komodo là một trong số ít loài động vật có xương sống có thể sinh sản đơn tính.

Sinh vật lớn và nhỏ

Động vật đã sinh sản đơn tính trong hàng triệu năm. Kiểu sinh sản này ban đầu tiên xuất hiện ở một số sinh vật nhỏ nhất, đơn giản nhất. Đối với các loài động vật cao cấp hơn như động vật có xương sống, các nhà khoa học cho rằng khả năng sinh sản đơn tính xuất hiện như một nỗ lực chống lại các điều kiện bất lợi. Điều này lí giải tại sao quá trình sinh sản đơn tính có thể xảy ra ở rất nhiều loài sống trong môi trường hoang mạc và hải đảo.

Hầu hết các động vật sinh sản đơn tính là động vật không xương sống nhỏ như ong, ong bắp cày, kiến và rệp, và chúng có thể xen kẽ giữa sinh sản hữu tính và đơn tính.

Ngoài ra, quá trình sinh sản đơn tính đã được quan sát thấy ở hơn 80 loài động vật có xương sống, khoảng một nửa trong số đó là cá hoặc thằn lằn. Thật hiếm khi các động vật có xương sống phức tạp như cá mập, rắn và thằn lằn lớn dựa vào sinh sản vô tính, đó là lý do tại sao trường hợp cá mập vằn Leonie và những trường hợp khác khiến các nhà khoa học bối rối.

Đối với động vật có xương sống, dù là trong tự nhiên hay trong điều kiện nuôi nhốt, những lần sinh sản đơn tính là những sự kiện hiếm gặp do các điều kiện bất thường gây ra.

Không có loài động vật có vú nào được biết là có thể sinh sản theo cách này vì khác với các sinh vật đơn giản hơn, động vật có vú dựa vào một quá trình gọi là in dấu bộ gen. Quá trình này dán nhãn gen nào là của mẹ và gen nào là của bố. Có nghĩa là, đối với động vật có vú như con người, một số gen sẽ được kích hoạt hoặc vô hiệu hóa tùy thuộc vào bên đóng góp là bố hay mẹ. Nếu chỉ có một, bố hoặc mẹ, một số gen sẽ không được kích hoạt, khiến con con không thể sống sót.

Mặc dù vậy, quá trình sinh sản đơn tính đã được thực nghiệm ở một số loài động vật có vú, bao gồm cả thỏ.

Chiến lược sinh tồn một mình

Trong một số trường hợp rất hiếm, các loài động vật sẽ chỉ sinh sản thông qua sinh sản đơn tính. Một trong những loài như vậy là thằn lằn trắng đồng cỏ sa mạc, tất cả loài này đều là giống cái.

Ở một số loài côn trùng, kỳ nhông và giun dẹp, sự hiện diện của tinh trùng chỉ có tác dụng giúp kích hoạt quá trình sinh sản đơn tính. Các tế bào tinh trùng khởi động quá trình này bằng cách thâm nhập vào trứng, nhưng tinh trùng sau đó bị thoái hóa, chỉ còn lại nhiễm sắc thể của mẹ. Trong trường hợp này, tinh trùng chỉ kích thích sự phát triển của trứng, chứ không đóng góp gì về mặt di truyền.

Khả năng sinh sản vô tính cho phép động vật truyền gen của chúng mà không cần tốn năng lượng để tìm bạn đời, và do đó có thể giúp duy trì loài trong những điều kiện đầy thử thách. Ví dụ, nếu một con rồng Komodo ở trên một hòn đảo vắng bóng đồng loại, nó vẫn có thể tạo ra một quần thể thông qua quá trình sinh sản đơn tính.

Tuy nhiên, do mọi cá thể sẽ giống hệt nhau về mặt di truyền, các bà mẹ rồng Komodo và con gái của chúng sẽ dễ bị ảnh hưởng đồng loạt bởi bệnh tật và những thay đổi môi trường hơn so với một nhóm các cá thể khác nhau về mặt di truyền.