Thế giới động vật muôn màu luôn khiến chúng ta đi từ bất ngờ này đến bất ngờ khác, trong đó có việc nhiều loài động vật có thể sinh sản ra các thế hệ sau mà không cần đến tinh trùng của con đực.
Rồng Komodo có thể sinh con mà không cần đến con đực.
Một con rồng nước châu Á nở ra từ một quả trứng tại Vườn thú Quốc gia Smithsonian khiến nhiều người cảm thấy bị sốc. Mặc dù con cái chưa bao giờ quan hệ với một con rồng nước đực nào khác. Qua kiểm tra di truyền, các nhà khoa học tại vườn thú phát hiện ra con cái mới nở được sinh thông qua phương thức sinh sản gọi là parthenogenesis (trinh sản).
Parthenogenesis là một từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "trinh sản" và nó đề cập đến sinh sản vô tính của giống cái. Mặc dù nhiều người cho rằng hành vi sinh sản này liên quan đến khoa học viễn tưởng hoặc tôn giáo nhưng quá trình sinh sản lại phổ biến một cách đáng ngạc nhiên ở nhiều loài sinh vật, bao gồm thực vật, côn trùng, cá, bò sát và thậm chí cả chim. Bởi vì động vật có vú, bao gồm cả con người, đòi hỏi một số gen nhất định của tinh trùng thì mới có thể hình thành nên con. Động vật có vú đặc biệt không có khả năng trinh sản.
Tạo ra con không cần tinh trùng
Sinh sản hữu tính bao gồm một con cái và một con đực, mỗi con đóng góp vật chất di truyền dưới dạng trứng hoặc tinh trùng, để tạo ra một thế hệ con cái duy nhất. Phần lớn các loài động vật sinh sản hữu tính nhưng một số loài có thể tạo ra những quả trứng chứa tất cả các vật chất di truyền cần thiết cho sinh sản.
Con của những loài này, bao gồm một số loài ong bắp cày, động vật giáp xác và thằn lằn chỉ sinh sản thông qua quá trình trinh sản và được gọi là sinh vật trinh sản bắt buộc.
Một lượng lớn các loài trải qua quá trình trinh sản tự phát được ghi nhận ở các loài động vật nuôi trong môi trường vườn thú, ví dụ như rồng nước châu Á ở vườn thú quốc gia Mỹ hoặc cá mập đầu đen ở Thủy cung Virginia.
Các nhà khoa học đã biết quá trình trinh sản tự phát có thể là một đặc điểm di truyền, có nghĩa là những con cái trải qua quá trình trinh sản thì nhiều khả năng con cái của chúng sau này cũng có thể làm được như vậy.
Làm thế nào con cái có thể tự thụ tinh với trứng của chúng?
Để quá trình trinh sản xảy ra, một chuỗi các sự kiện tế bào phải diễn ra thành công. Đầu tiên, con cái phải có khả năng tạo ra tế bào trứng (oogenesis) mà không cần kích thích từ tinh trùng hoặc qua hoạt động giao phối. Thứ hai, trứng do con cái sinh ra cần bắt đầu tự phát triển, hình thành phôi giai đoạn đầu. Cuối cùng, trứng phải nở thành công.
Trong một số trường hợp, trinh sản có thể cho phép con cái tạo ra bạn tình của riêng mình.
Mỗi bước của quá trình này có một tỷ lệ thất bại nhất định, đặc biệt là bước hai đòi hỏi các nhiễm sắc thể bên trong trứng phải nhân đôi, đảm bảo bổ sung đầy đủ các gen cho thế hệ con đang phát triển. Ngoài ra, trứng có thể được "thụ tinh giả" bởi các tế bào còn sót lại từ quá trình sản xuất trứng được gọi là thể cực. Bất kỳ phương pháp nào khởi động sự phát triển của phôi thai sẽ xác định mức độ giống nhau về mặt di truyền giữa mẹ và con của nó.
Các sự kiện kích hoạt quá trình trinh sản vẫn chưa được hiểu đầy đủ nhưng dường như nó bao gồm cả sự thay đổi môi trường. Ở những loài có khả năng sinh sản hữu tính và trinh sản, chẳng hạn như rệp, các tác nhân gây căng thẳng như đông đúc và săn mồi có thể khiến con cái chuyển từ sinh sản đơn tính sang sinh sản hữu tính.Ở một loại sinh vật phù du nước ngọt, độ mặn cao có thể nguyên nhân kích hoạt quá trình chuyển đổi này.
Ưu điểm của tự sinh sản
Mặc dù quá trình trinh sản tự phát dường như hiếm gặp nhưng nó mang lại một số lợi ích cho con cái. Trong một số trường hợp, nó có thể cho phép con cái tạo ra bạn tình của riêng mình.
Giới tính của thế hệ con lai được xác định bằng phương pháp tương tự, giới tính được xác định trong chính loài đó. Đối với các sinh vật mà giới tính được xác định bởi nhiễm sắc thể, như nhiễm sắc thể nữ XX và nam XY ở một số côn trùng, cá và bò sát, một con cái có thể tạo ra con cái khác chỉ với các nhiễm sắc thể giới tính hiện có, cụ thể con cái đó sẽ luôn sinh ra con cái với nhiễm sắc thể XX. Nhưng đối với các sinh vật mà con cái có nhiễm sắc thể giới tính ZW (chẳng hạn như ở rắn và chim), tất cả các con sinh ra sẽ mang nhiễm sắc thể là ZZ, tức là con đực là chủ yếu và hiếm hơn là WW là con cái.
Trong khoảng thời gian từ năm 1997 đến năm 1999, một con rắn nịt tất nuôi tại vườn thú Phoenix đã sinh ra hai con đực cuối cùng và chúng hiện vẫn sống tới tuổi trưởng thành. Nếu một con cái giao phối với con đực được tạo ra từ quá trình trinh sản, nó sẽ trở thành giao phối cận huyết và dẫn đến một loạt các vấn đề di truyền. Nhưng xét về khía cạnh tiến hóa thì cách này tốt hơn là không còn con cái nào để cho giao phối. Khả năng con cái có thể sinh ra một con đực thông qua quá trình trinh sản cho thấy, sinh sản vô tính trong tự nhiên có thể phổ biến hơn nhiều so với tưởng tượng của các nhà khoa học trước đây.
Giới tính của thế hệ con lai được xác định bằng phương pháp tương tự.
Trong một thời gian dài, các nhà sinh vật học đã quan sát thấy, các loài trinh sản bắt buộc thường chết vì bệnh tật, ký sinh trùng hoặc do thay đổi môi trường sống. Giao phối cận huyết vốn ở các loài sinh vật dị hợp dường như góp phần vào quá trình tiến hóa ngắn của chúng.
Nghiên cứu về quá trình trinh sản nhằm tìm hiểu lý do tại sao một số loài có thể vừa giao phối và trinh sản để tồn tại và duy trì nòi giống. Ngoài ra còn để trả lời cho câu hỏi liệu sinh sản hữu tính không thường xuyên có đủ để một loài tồn tại hay không.