처녀생식
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1. 개요
처녀생식은 수정 없이 난자에서 바로 배아가 발달하는 무성 생식의 한 형태이다. 일부 식물, 무척추동물, 척추동물에서 자연적으로 발생하며, 일부 종은 처녀생식만으로 번식하고, 다른 종은 유성 생식과 처녀생식을 번갈아 가며 하거나, 둘 다 할 수 있다. 자손의 성별은 처녀생식의 유형과 성 결정 시스템에 따라 달라진다.
처녀생식은 자동혼성, 자성생식, 잡종생식과 유사한 현상으로 구분되며, 전기적 또는 화학적 자극을 통해 인위적으로 유도할 수 있다. 인간의 경우, 처녀생식은 기형종을 형성하거나 줄기 세포 연구에 활용되기도 하며, 성서, 신화 등에서 기적적인 탄생의 형태로 나타나기도 한다.
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| 처녀생식 |
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2. 생명 역사 유형
처녀 생식은 수정 없이 난자로부터 직접 배아가 발달하는 무성 생식의 한 형태이다.[2][3] 일부 식물, 조류, 무척추 동물(선충, 일부 완보동물, 물벼룩, 일부 전갈, 진딧물, 일부 진드기, 일부 꿀벌, 일부 대벌레, 기생벌)과 일부 척추 동물(일부 어류, 양서류, 파충류[4][5][6] 및 조류[7][32][8])에서 자연적으로 발생한다.
일부 종은 처녀 생식만으로 번식하는 반면(예: 윤충류), 다른 종은 유성 생식과 처녀 생식을 번갈아 가며 할 수 있다. 이를 임의적 처녀 생식이라고 한다(다른 용어로는 순환적 처녀 생식, 이형생식[11][12] 또는 이생식[13][14]). 이러한 종에서 성별과 처녀 생식 간의 전환은 계절(진딧물, 일부 혹벌) 또는 수컷의 부족 또는 빠른 인구 증가를 선호하는 조건(윤충류 및 ''Daphnia''와 같은 물벼룩)에 의해 유발될 수 있다. 이러한 종에서 무성 생식은 여름(진딧물)이나 조건이 좋을 때 발생한다. 이는 무성 생식에서 성공적인 유전형질이 성에 의해 수정되거나 출산하지 않을 수컷 자손에 자원을 낭비하지 않고 빠르게 퍼질 수 있기 때문이다.
일부 종은 유성 생식과 처녀 생식을 모두 할 수 있으며, 열대 도마뱀 종의 한 배에서 태어난 자손은 유성 생식으로 태어난 자손과 처녀 생식으로 태어난 자손이 섞여 있을 수 있다.[15] 캘리포니아 콘도르의 경우, 암컷이 짝짓기를 할 수 있는 수컷이 존재하고 이용 가능한 경우에도 임의적 처녀 생식이 발생할 수 있다.[16] 스트레스가 많은 시기에는 유성 생식을 통해 생산된 자손이 새로운, 아마도 유익한 유전자 조합을 갖기 때문에 더 적합할 수 있다. 또한 유성 생식은 비-자매 염색 분체 간의 감수 분열 재조합의 이점을 제공하며, 이는 스트레스 조건에 의해 유도될 수 있는 DNA 이중 가닥 절단 및 기타 DNA 손상 복구와 관련이 있다.[17]
이형생식을 하는 많은 분류군에는 성적 단계를 잃고 이제 완전히 무성인 종이 포함되어 있다. 감수 분열을 위해 염색체가 짝을 이룰 수 없는 다배체 및 잡종에서 많은 경우의 절대적 처녀 생식(또는 암생식)이 발견된다. [18]
처녀 생식에 의한 암컷 자손의 생산을 자성생식이라고 하며(예: 진딧물), 처녀 생식에 의한 수컷의 생산을 웅성생식이라고 한다(예: 꿀벌). 수정되지 않은 난자가 수컷과 암컷 모두로 발달할 때 이 현상을 중성생식이라고 한다.[19]
2. 1. 자동 혼합 (Automixis)
자동혼성은 일부가 처녀생식을 포함하는 여러 생식 메커니즘을 포함한다.[20][21]배수성은 감수 분열 전 또는 후에 세포 분열 없이 염색체를 배가하거나, 두 개의 할구 또는 감수 분열 산물의 융합에 의해 회복될 수 있다. 감수 분열 전에 염색체가 배가되는 것은 내부분열 주기이다. 염색체는 감수 분열의 후기 I에서 분리되지 않을 수 있고(복원 감수 분열), 생성된 핵이 융합될 수 있으며, 극체 중 하나가 성숙 과정 중 어떤 단계에서 난자와 융합될 수 있다.
일부 학자들은 재조합을 포함하므로 모든 형태의 자동혼성을 유성 생식으로 간주한다. 그러나 다른 많은 학자들은 내부 분열 변종을 무성 생식으로 분류하고 결과 배아를 처녀생식으로 간주한다. 이 학자들 사이에서 자동혼성을 유성 생식 과정으로 분류하는 기준은 후기 I 또는 후기 II의 산물이 언제 결합되는지에 달려 있다. 유성 생식의 기준은 모든 경우의 복원 감수 분열[22]에서 핵이 융합되는 경우 또는 배우자가 융합 시기에 성숙된 경우로 다양하다.[21] 유성 생식으로 분류되는 자동혼성의 경우, 그 메커니즘과 결과가 자가 수분과 비교된다.
자손의 유전적 구성은 어떤 유형의 자동혼성이 발생하는지에 따라 달라진다.
감수 분열 전에 내부 분열이 발생하거나[23][24] '''중앙 융합'''이 발생하면(후기 I의 복원 감수 분열 또는 그 산물의 융합), 자손은 어미의 유전 물질의 전부[23][25] 또는 절반 이상을 얻고 이형접합성은 대부분 유지된다[26](어미가 한 유전자좌에 대해 두 개의 대립 유전자를 가지고 있다면, 자손이 둘 다 얻을 가능성이 높다). 이는 후기 I에서 상동 염색체가 분리되기 때문이다. 중앙 융합에서 교차가 발생하면 이형접합성이 완전히 보존되지 않는다.[27] 감수 분열 전 배수의 경우, 재조합이 발생하면 동일한 자매 염색분체 사이에서 일어난다.[23]
'''말단 융합'''(영어: terminal fusion)은 후기 II의 복원 감수 분열 또는 그 산물의 융합이다.[28] 말단 융합으로 태어난 자손은 어미의 유전 물질의 절반 이상을 가지며 대부분 동형접합성을 보인다.[28] 이는 후기 II에서 자매 염색분체가 분리되고, 존재하는 모든 이형접합성은 교차로 인한 것이기 때문이다.
단위생식은 접합 없이 새로운 개체가 만들어지므로, 암컷(모체) 측의 유전자만을 물려받게 된다. 난자가 그대로 발생을 시작하면 다른 개체는 복상인데 단상의 개체가 생기게 되는데, 평소에 단위생식을 하는 생물에서는, 이를 위해 난자 등 감수 분열로 만들어져야 할 생식세포를 감수 분열 없이 만들거나, 감수 분열을 거친 핵이 다시 융합하여 복상으로 돌아가는 경우가 있다. 후자의 경우 유전자 조합의 변경이 일어나므로, 부모와 완전히 같은 개체가 되지 않으며(클론이 아님), 클론 개체와 근친 교배를 한 것과 같은 결과가 된다.
2. 1. 1. 중앙 융합
자동혼성은 일부가 처녀생식을 포함하는 여러 생식 메커니즘을 포함한다.[20][21]
배수성은 감수 분열이 시작되기 전 또는 감수 분열이 완료된 후 세포 분열 없이 염색체를 배가함으로써 회복될 수 있다. 이것은 내부 분열 주기이다. 배수성은 또한 처음 두 개의 할구의 융합 또는 감수 분열 산물의 융합에 의해 회복될 수 있다. 염색체는 두 개의 후기 I 중 하나에서 분리되지 않을 수 있고(복원 감수 분열), 생성된 핵이 융합될 수 있으며, 극체 중 하나가 성숙 과정 중 어떤 단계에서 난자와 융합될 수 있다.
일부 저자는 재조합을 포함하므로 모든 형태의 자동혼성을 유성 생식으로 간주한다. 다른 많은 저자는 내부 분열 변종을 무성 생식으로 분류하고 결과 배아를 처녀생식으로 간주한다. 이 저자들 사이에서 자동혼성을 유성 생식 과정으로 분류하는 기준은 후기 I 또는 후기 II의 산물이 언제 결합되는지에 달려 있다. 유성 생식의 기준은 모든 경우의 복원 감수 분열[22]에서 핵이 융합되는 경우 또는 배우자가 융합 시기에 성숙된 경우로 다양하다.[21] 유성 생식으로 분류되는 자동혼성의 경우, 그 메커니즘과 결과가 자가 수분과 비교된다.
자손의 유전적 구성은 어떤 유형의 자동혼성이 발생하는지에 따라 달라진다. 감수 분열 전에 내부 분열이 발생하거나[23][24] '''중앙 융합'''이 발생하면(후기 I의 복원 감수 분열 또는 그 산물의 융합), 자손은 어미의 유전 물질의 전부[23][25] 또는 절반 이상을 얻고 이형접합성은 대부분 유지된다[26](어미가 한 유전자좌에 대해 두 개의 대립 유전자를 가지고 있다면, 자손이 둘 다 얻을 가능성이 높다). 이는 후기 I에서 상동 염색체가 분리되기 때문이다. 중앙 융합에서 교차가 발생하면 이형접합성이 완전히 보존되지 않는다.[27] 감수 분열 전 배수의 경우, 재조합이 발생하면 동일한 자매 염색분체 사이에서 일어난다.[23]
2. 1. 2. 말단 융합
말단 융합(영어: terminal fusion)은 후기 II의 복원 감수 분열 또는 그 산물의 융합이다.[28] 말단 융합으로 태어난 자손은 어미의 유전 물질의 절반 이상을 가지며 대부분 동형접합성을 보인다.[28] 이는 후기 II에서 자매 염색분체가 분리되고, 존재하는 모든 이형접합성은 교차로 인한 것이기 때문이다.
단위생식은 접합 없이 새로운 개체가 만들어지므로, 암컷(모체) 측의 유전자만을 물려받게 된다. 난자가 그대로 발생을 시작하면 다른 개체는 복상인데 단상의 개체가 생기게 되는데, 평소에 단위생식을 하는 생물에서는, 이를 위해 난자 등 감수 분열로 만들어져야 할 생식세포를 감수 분열 없이 만들거나, 감수 분열을 거친 핵이 다시 융합하여 복상으로 돌아가는 경우가 있다. 후자의 경우 유전자 조합의 변경이 일어나므로, 부모와 완전히 같은 개체가 되지 않으며(클론이 아님), 클론 개체와 근친 교배를 한 것과 같은 결과가 된다.
2. 2. 자손의 성별
무성생식적 처녀생식의 경우, 자손은 어미의 복제이므로 (진딧물을 제외하고) 일반적으로 암컷이다. 진딧물의 경우, 처녀생식으로 생산된 수컷과 암컷은 수컷이 X 염색체 중 하나(XO)가 없다는 점을 제외하고는 어미의 복제이다.[29] 감수 분열이 관여하는 경우, 자손의 성별은 성 결정 시스템의 유형과 무성생식의 유형에 따라 달라진다. XY 성 결정 시스템을 사용하는 종에서 처녀생식 자손은 두 개의 X 염색체를 가지며 암컷이다. ZW 성 결정 시스템을 사용하는 종에서 자손의 유전자형은 ZW(암컷)[25][26], ZZ(수컷), 또는 WW(대부분의 종에서는 생존 불가)[28] 중 하나일 수 있지만, 소수의 경우(보아류) 생식 능력이 있는 암컷이 있다.[28] 채찍꼬리 도마뱀과 같은 다배체 의무적 처녀생식의 경우, 모든 자손은 암컷이다.[24]꿀벌과 같은 많은 벌목 곤충에서, 암컷 알은 수컷 아버지의 정자를 사용하여 유성적으로 생산되는 반면, 추가적인 수컷(수벌)의 생산은 여왕벌(그리고 가끔 일벌)이 수정되지 않은 알을 생산하는 것에 달려 있다. 이것은 암컷(일벌과 여왕벌)이 항상 이배체이고, 수컷(수벌)은 항상 반수체이며 처녀생식으로 생산됨을 의미한다.
물벼룩의 경우, 적합한 조건에서는 암컷이 처녀생식을 통해 암컷만을 계속 낳는다. 이를 통해 개체수는 매우 빠르게 증가할 수 있다. 개체군 밀도가 상승하면 수컷이 태어나 암수 교접을 거쳐 수정란이 만들어진다. 이 난은 두꺼운 껍질을 가지고 휴면에 들어간다. 이 난은 건조에 견디며, 새로운 조건이 좋아졌을 때 부화하므로 '''내구란'''이라고 불린다. 조건이 좋은 동안에는 처녀생식을, 일종의 무성생식 방법으로 사용하여 빠르게 수를 늘리고, 조건이 악화되면 진정한 유성생식을 하여 휴면에 들어가는 방식은 진딧물이나 깍지벌레 등에서도 나타난다.
처녀생식에서는 수컷만을 생산하는 예도 존재한다.
- 벌류: 여왕벌에 의한 암수 낳기 분화(※수정란은 암컷이 되고, 미수정란은 수컷이 된다) 방법으로 사용된다.
- 점박이응애·파총채벌레·귤총채벌레 등: 성의 비용(유성생식의 비용)을 필요 최소한으로 하기 위한 것이라고 여겨진다. 즉, 번식에 직접 관여하지 않는 수컷을 가능한 줄이고 싶지만, 개체군의 유전적 변이 폭을 유지하는 데에는 유성생식을 유지하고 싶다. 이때, 필요 최소한 이상의 수컷이 있는 한 암컷이 생산되지만, 수컷이 부족하여 미수정이 생산되면 수컷이 생산된다.
기생충의 흡충 등, 중간 숙주를 가지는 것에서는, 유생이 무성적으로 수를 늘리는 예가 많다. 이는, 숙주에서 숙주로의 이동이 반드시 확률이 높지 않다는 것에 대한 적응으로 보인다. 그러한 것에서는, 유생이 분열 등의 방법으로 늘어나는 경우도 있지만, 유생의 체내에, 다수의 유생이 생겨 수를 늘리는 구조가 있는 것이 있다. 이때, 유생의 체내에서는, 몸이 유생인 채로 생식 세포가 발달하여, 그것이 처녀생식적으로 유생이 되는 것이 알려져 있다. 이러한 예는 다배 형성이라고 한다.
2. 3. 선택적 단성생식
선택적 처녀생식은 암컷이 유성 생식 또는 무성 생식을 통해 자손을 생산할 수 있을 때 발생한다.[30] 자연계에서 극히 드물며, 일반적으로 생존 가능한 수컷의 부재에 대한 반응으로 여겨진다.[30] 그러나 캘리포니아 콘도르와 열대 도마뱀 ''Lepidophyma smithii''는 수컷이 있는 상태에서도 처녀생식 자손을 생산할 수 있다.[15][32]진딧물에서 수컷과 암컷에 의해 유성 생식된 세대는 암컷만을 생산하는데, 이는 염색체의 비무작위 분리와 성 염색체 'X'와 'O'가 정자 형성 동안 일어나는 현상 때문이다.[33] 상어, 일부 뱀, 코모도왕도마뱀 및 다양한 가축 조류에서 발생하는 자연 처녀생식 사례는 선택적 처녀생식으로 여겨진다.[35] 이러한 무성 생식된 난자가 유성 생식 동물에서 발생하는 것은 자동 혼합을 통해 난자가 생성되는 감수 분열 오류로 설명할 수 있다.[34][36]
물벼룩의 경우, 적합한 조건에서는 암컷이 처녀생식을 통해 암컷만을 계속 낳아 개체수를 빠르게 증가시킬 수 있다. 개체군 밀도가 상승하면 수컷이 태어나 암수 교접을 거쳐 수정란이 만들어지는데, 이 난은 두꺼운 껍질을 가지고 휴면에 들어가며 건조에 견디고 새로운 조건이 좋아졌을 때 부화하는 '''내구란'''이라고 불린다. 진딧물이나 깍지벌레 등에서도 조건이 좋은 동안에는 처녀생식을, 조건이 악화되면 진정한 유성생식을 하여 휴면에 들어가는 방식이 나타난다.
처녀생식에서는 수컷만을 생산하는 예도 존재한다. 벌류는 여왕벌에 의한 암수 낳기 분화(수정란은 암컷, 미수정란은 수컷) 방법으로 사용된다. 점박이응애·파총채벌레·귤총채벌레 등은 성의 비용(유성생식의 비용)을 최소화하기 위한 것으로, 수컷이 부족하여 미수정이 생산되면 수컷이 생산된다.
기생충의 흡충 등, 중간 숙주를 가지는 것에서는 유생이 무성적으로 수를 늘리는 경우가 많다. 유생의 체내에서 몸이 유생인 채로 생식 세포가 발달하여 처녀생식적으로 유생이 되는 것은 다배 형성이라고 한다.
한국에서 앵무새의 단성생식이 보고되었는데, 일반적인 경우와 달리 5~6개월간 생존하였다.[71]
2. 4. 의무적 단성생식
의무적 처녀생식은 생물이 무성생식을 통해서만 번식하는 과정이다.[37] 많은 종들이 진화적 시간을 거치면서 의무적 처녀생식으로 전환되었으며, 이는 다양한 메커니즘을 통해 수많은 후생동물 분류군에서 잘 기록되어 있다. 이러한 전환은 종종 대규모 개체군 내에서 근친 교배 또는 돌연변이의 결과로 발생한다.[38]특히 도롱뇽과 도마뱀붙이와 같이 의무적 처녀생식을 주요 번식 방법으로 사용하는 종들이 기록되어 있다. 자연계에는 수컷이 번식 과정에 더 이상 관여하지 않는 80종 이상의 단성 생식 파충류(대부분 도마뱀이지만 뱀 한 종 포함), 양서류 및 어류가 존재한다.[39] 암컷은 어미로부터 제공되는 완전한 유전자 세트(두 세트의 유전자)를 가진 난자를 생산하며, 수컷의 정자를 통한 수정은 필요하지 않다. 이러한 형태의 무성생식은 유전자 변이 부족과 잠재적인 자손의 적합성 감소로 인해 생물 다양성에 심각한 위협이 될 수 있다.[37]
고유 지역에서 (부분적인) 유성 생식을 하는 일부 무척추동물 종은 침입종으로 도입된 지역에서 처녀생식만으로 번식하는 것으로 나타났다.[40][41] 처녀생식에만 의존하는 것은 침입종에게 매우 희소한 초기 개체군에서 짝을 찾을 필요가 없다는 점과, 오직 암컷만 존재하는 성비는 개체군이 더 빠르게 번식하고 침입할 수 있도록 돕는다(잠재적으로 두 배 빠름). 예를 들어, 여러 진딧물 종[40]과 버드나무 잎벌인 ''Nematus oligospilus''은 고유 서식지인 홀극구에서는 유성생식을 하지만, 남반구에 도입된 곳에서는 처녀생식을 한다.[41]
물벼룩의 경우, 적합한 조건에서는 암컷이 처녀생식을 통해 암컷만을 계속 낳아 개체수를 매우 빠르게 증가시킬 수 있다. 개체군 밀도가 상승하면 수컷이 태어나 암수 교접을 거쳐 수정란이 만들어진다. 이 난은 두꺼운 껍질을 가지고 휴면에 들어가며, 건조에 견디고 새로운 조건이 좋아졌을 때 부화하는 '''내구란'''이라고 불린다. 진딧물이나 깍지벌레 등에서도 조건이 좋은 동안에는 처녀생식(일종의 무성생식)을 통해 빠르게 수를 늘리고, 조건이 악화되면 진정한 유성생식을 하여 휴면에 들어가는 방식이 나타난다.
처녀생식에서 수컷만을 생산하는 예도 존재한다. 벌류는 여왕벌에 의한 암수 낳기 분화(수정란은 암컷, 미수정란은 수컷) 방법으로 사용된다. 점박이응애, 파총채벌레, 귤총채벌레 등은 성의 비용(유성생식의 비용)을 최소화하기 위한 것으로 여겨진다. 즉, 번식에 직접 관여하지 않는 수컷을 가능한 줄이고 싶지만, 개체군의 유전적 변이 폭 유지를 위해 유성생식을 유지한다. 필요 최소한 이상의 수컷이 있는 한 암컷이 생산되지만, 수컷이 부족하여 미수정이 생산되면 수컷이 생산된다. 전형적인 r 전략가인 응애나 총채벌레는 환경 변화에 대한 적응성을 유지하면서 증식률을 높인다. 원예상 가장 방제가 어려운(인간에 의한 빈번한 농약 개발과 농약 종류 변경에 대응할 수 있는) 강한 해충은 거의 모두 산웅형 처녀생식을 한다.
기생충의 흡충 등 중간 숙주를 가지는 것에서는, 유생이 무성적으로 수를 늘리는 예가 많다. 이는 숙주에서 숙주로의 이동이 확률이 높지 않다는 것에 대한 적응으로 보인다. 유생이 분열 등의 방법으로 늘어나는 경우도 있지만, 유생의 체내에 다수의 유생이 생겨 수를 늘리는 구조가 있다. 이때, 유생의 체내에서는 몸이 유생인 채로 생식 세포가 발달하여 처녀생식적으로 유생이 되는 것이 알려져 있으며, 이러한 예는 다배 형성이라고 한다.
3. 자연 발생
처녀생식은 등배우자생식 종에는 적용되지 않는다.[42] 처녀생식은 진딧물, ''물벼룩'', 윤충류, 선충을 비롯한 일부 무척추동물과 많은 식물에서 자연적으로 발생한다. 척추동물 중에서는 엄격한 처녀생식이 도마뱀, 뱀,[43] 조류,[44] 상어에서만 발생하는 것으로 알려져 있다.[45] 물고기, 양서류, 파충류는 다양한 형태의 자성생식과 잡종생식을 활용한다(처녀생식의 불완전한 형태).[47] 1932년 물고기 ''포에킬리아 포르모사''에서 최초의 완전 여성(단성) 생식이 보고되었다.[46] 그 이후로 최소 50종의 단성 척추동물이 보고되었으며, 여기에는 최소 20종의 물고기, 25종의 도마뱀, 단일 뱀 종, 개구리 및 도롱뇽이 포함된다.[47]
물벼룩의 경우, 적합한 조건에서는 암컷이 처녀생식을 통해 암컷만을 계속 낳아 개체수를 빠르게 증가시킬 수 있다. 개체군 밀도가 상승하면 수컷이 태어나 암수 교접을 거쳐 수정란이 만들어지는데, 이 알은 두꺼운 껍질을 가지고 휴면에 들어가며 건조에 견디고 새로운 조건이 좋아졌을 때 부화하는 '''내구란'''이다. 진딧물이나 깍지벌레 등에서도 이와 같이 조건이 좋을 때는 처녀생식으로 빠르게 번식하고, 조건이 악화되면 유성생식을 통해 휴면에 들어가는 방식이 나타난다.
처녀생식에서 수컷만을 생산하는 예도 존재한다. 벌류의 여왕벌은 수정란에서는 암컷이, 미수정란에서는 수컷이 되는 암수 낳기 분화 방법을 사용한다. 점박이응애, 파총채벌레, 귤총채벌레 등은 성의 비용(유성생식의 비용)을 최소화하기 위해 이러한 방식을 사용하는 것으로 여겨진다. 즉, 번식에 직접 관여하지 않는 수컷을 가능한 줄이면서도 개체군의 유전적 변이 폭을 유지하기 위해 유성생식을 유지하는 것이다. 필요 최소한 이상의 수컷이 있으면 암컷이 생산되지만, 수컷이 부족하면 미수정란에서 수컷이 생산된다. 이는 전형적인 r 전략가인 응애나 총채벌레가 유성생식을 통해 환경 변화에 적응하면서 증식률을 높이는 방법으로 여겨진다. 실제로 원예상 가장 방제가 어려운 강한 해충은 거의 모두 산웅형 처녀생식을 한다.
기생충의 흡충과 같이 중간 숙주를 가지는 경우, 유생이 무성적으로 수를 늘리는 경우가 많다. 이는 숙주 간 이동 확률이 낮다는 것에 대한 적응으로 보인다. 유생이 분열 등으로 늘어나거나, 유생 체내에 다수의 유생이 생겨 수를 늘리는 구조가 있을 수 있다. 이때 유생의 체내에서 몸은 유생인 채로 생식 세포가 발달하여 처녀생식적으로 유생이 되는 현상을 다배 형성이라고 한다.
최근에는 코스타리카의 동물원에서 16년간 홀로 살았던 암컷 미국악어가 수컷 없이 알을 낳은 사례가 보고되었는데, 이는 악어에게서 처음 발견된 단성생식 사례이다.[70] 한국에서는 앵무새의 단성생식이 보고되었으며, 이 경우 자식이 5~6개월간 생존하여 일반적인 단성생식에서 자식이 빨리 죽는 것과 차이를 보였다.[71]
4. 인위적 유도
전기적 또는 화학적 자극을 사용하면 처녀생식의 시작을 유도할 수 있다.[48] 난모세포 발달 동안, 높은 분열 촉진 인자(MPF) 활성은 포유류 난모세포가 정자에 의한 수정이 이루어질 때까지 중기 II 단계에서 정지하도록 한다. 수정 과정은 세포 내 칼슘 진동을 유발하고, MPF의 조절 서브유닛인 사이클린 B의 표적 분해를 유발하여, MII 단계에서 정지된 난모세포가 감수 분열을 진행하도록 한다.[50][49]
돼지 난모세포의 경우, 칼슘 이온 운반체 처리, 칼슘 이온의 미세 주입 또는 전기 자극과 같이 정자 진입을 모방하는 인공 활성화를 유도하는 다양한 방법이 존재한다. 비특이적 단백질 합성 억제제인 사이클로헥시미드 처리는 MPF/사이클린 B의 지속적인 억제를 통해 돼지에서 수정되지 않은 난자의 발달을 향상시킨다.[49] 감수 분열이 진행됨에 따라, 두 번째 극체의 방출은 시토칼라신 B에 노출됨으로써 차단된다. 이러한 처리는 2배체(2개의 모성 유전자체) 처녀생식을 유발한다.[50] 결과적으로 생성된 배아는 추가적인 발달을 위해 수용 난관에 외과적으로 이식될 수 있지만, 임신 약 30일 후에 발달 부전으로 사망하게 된다. 이러한 경우 돼지 태반은 종종 혈관이 부족해 보인다.[50]
생쥐와 원숭이에서 이러한 유형의 유도된 처녀생식은 비정상적인 발달을 초래한다. 이는 포유류가 유전체 각인된 유전자 영역을 가지고 있기 때문인데, 여기서 정상적인 발달을 진행하기 위해 모성 또는 부성 염색체 중 하나가 자손에서 비활성화된다. 처녀생식으로부터 발달하는 포유류는 모계 각인 유전자의 두 배 용량을 가지며 부계 각인 유전자가 부족하여 발달 이상을 초래한다. 돼지 처녀생식체의 유산 발달의 한 가지 원인으로 태반의 접힘 또는 상호 관여의 결함이 제시되었다.[50]
결과적으로, 인간의 수정되지 않은 난자의 유도 발달에 대한 연구는 생식 전략이 아닌 의료 치료에 사용하기 위한 배아 줄기 세포의 생산에 초점을 맞추고 있다.
2022년, 연구자들은 "7개의 각인 조절 영역의 표적 DNA 메틸화 재작성"을 통해 생쥐에서 수정되지 않은 난자에서 태어난 생존 가능한 자손을 생산했다고 보고했다.[10] 2004년에 독립행정법인농업·생물계 특정산업기술연구기구생물계 특정산업기술연구지원센터와 도쿄 농업대학(응용생물과학부·가와노 도모히로 교수)의 공동 연구를 통해 특정 유전자가 결손된 마우스의 미성숙한 난모세포의 세포핵을 난자에 이식하여, 세계 최초로 암컷 게놈만으로 구성된 단성생식 마우스 "Kaguya"의 탄생에 성공했다[67][68]。
또한, 가와노 교수가 2007년에 발표한 논문에서는 하나의 난자에서 태어나는 단성생식과의 구별을 명확히 하기 위해 "이모성 마우스 (bi-maternal mice)"라는 용어가 사용되었다[69]。
5. 인간의 단성생식
1955년, 헬렌 스퍼웨이는 인간에게서도 처녀생식이 발생하여 "처녀 출산"으로 이어질 수 있다고 주장했다.[51] 수정 없이 배아가 분열을 시작할 수는 있지만, 완전히 발달할 수는 없으며 기형종이 될 수 있다.[52] 자발적인 난소 활성화는 드물지 않으며, 19세기부터 알려져 왔다. 일부 기형종은 불완전한 머리, 사지 등을 가진 원시 태아(태아형 기형종)가 될 수도 있지만 생존할 수는 없다.
1995년에는 인간의 부분적인 처녀생식 사례가 보고되었다. 한 소년에게서 백혈구 등 일부 세포에 아버지의 유전 물질이 없는 것으로 밝혀졌다. 과학자들은 수정되지 않은 난자가 자체 분열을 시작했지만, 이후 정자 세포에 의해 일부 세포가 수정된 것으로 보고 있다. 이 소년은 비대칭적인 얼굴 특징과 학습 장애를 보였지만, 다른 건강 문제는 없었다. 이는 그를 처녀생식 키메라로 만든다.[53] 이후 유사한 사례가 12건 이상 보고되었지만, 키메라가 아니고 임상적으로 건강한 인간 처녀생식체에 대한 과학적으로 확인된 보고는 없었다.[52]
2007년, International Stem Cell Corporation은 엘레나 레바조바가 처녀생식을 사용하여 수정되지 않은 인간 난자로부터 인간 줄기 세포를 만들었다고 발표했다. 이 줄기 세포는 HLA 동형접합 HLA 영역을 지녀, 면역 거부 없이 이식할 수 있는 가능성을 제시했다.[54][55]
황우석 한국 과학자는 논란이 있지만, 처녀생식의 결과로 최초의 인간 배아를 생산했을 가능성이 제기되었다. 황우석은 복제된 인간 배아에서 줄기 세포를 추출했다고 주장했지만, 이는 조작된 것으로 밝혀졌다. 그러나 이 세포들의 염색체 검사 결과, 처녀생식의 지표가 나타났다.[56]
기독교의 신약성서에 따르면, 예수 그리스도는 성모 마리아로부터 처녀 잉태로 탄생했다고 한다. 포유류는 게놈 임프린팅 때문에 웅성 게놈과 자성 게놈이 모두 필요하며, 어느 한쪽 게놈만으로는 단성생식이 어려운 것으로 보인다. 여성의 난소에서 기형종이 생겨, 피부, 모발, 치아, 뼈 조각 등의 덩어리가 적출되는 경우가 드물지 않으며, 거의 완전한 인체 형태를 가진 태아형 기형종의 보고도 있지만 매우 드물다.[66]
6. 유사 현상
6. 1. 자성생식 (Gynogenesis)
자성생식은 처녀생식과 관련된 무성생식의 한 형태이다. 자성생식에서는 처녀생식과 동일한 메커니즘으로 자손이 생산되지만, 난자가 발달하기 위해서는 정자의 "존재"에 의해 자극을 받아야 한다. 그러나 정자 세포는 자손에게 어떠한 유전 물질도 제공하지 않는다.[57] 자성생식 종은 모두 암컷이기 때문에, 난자를 활성화시키려면 필요한 자극을 위해 근연종의 수컷과의 교미가 필요하다. ''Ambystoma'' 속의 일부 도롱뇽은 자성생식을 하며, 백만 년 이상 그렇게 해 온 것으로 보인다. 이 도롱뇽들의 성공은 수컷에 의한 드문 수정으로 기인할 수 있는데, 이는 유전자 풀에 새로운 물질을 도입하며, 백만 번의 교미 중 한 번만 일어날 수도 있다. 또한, 아마존 몰리도 자성생식으로 번식하는 것으로 알려져 있다.[57]6. 2. 잡종생식 (Hybridogenesis)
잡종생식은 잡종의 번식 방식이다. 잡종생식성 잡종(예: AB 게놈)은 대개 암컷이며, 생식세포 형성 중에 부모 게놈 중 하나(A)를 제외하고 혼합된 재조합 부모 게놈 대신 두 번째 부모 종(B)의 유전자 재조합되지 않은 게놈을 가진 생식세포를 생성한다. 첫 번째 게놈(A)은 첫 번째 종(AA, 성적 숙주, 대개 수컷)의 생식세포와의 수정으로 복원된다. 잡종생식은 완전히 무성생식은 아니지만, 반-클론성이다: 게놈의 절반은 다음 세대로 클론 방식으로 재조합되지 않고 온전하게(B) 전달되고, 다른 절반은 유성 생식 방식으로 재조합(A)된다. 이 과정은 지속되어 각 세대는 어머니 쪽에서는 반(또는 반-) 클론성이며 아버지 쪽에서는 절반의 새로운 유전 물질을 갖게 된다.이러한 형태의 번식은 ''포에킬리옵시스'' 속의 일부 구피뿐만 아니라 일부 ''펠로필락스'' 종("녹색 개구리" 또는 "물청개구리")에서도 나타난다.
- ''P. kl. esculentus'' (식용 개구리): ''P. lessonae'' × ''P. ridibundus'',
- ''P. kl. grafi'' (그라프 잡종 개구리): ''P. perezi'' × ''P. ridibundus''
- ''P. kl. hispanicus'' (이탈리아 식용 개구리) – 기원 불명: ''P. bergeri'' × ''P. ridibundus'' 또는 ''P. kl. esculentus''
잡종생식이 번식 방식 중 하나인 다른 예로는 이베리아 꼬치고기 ''트로피도폭시넬루스 알부르노이데스'' (''스쿠알리우스 피레나이쿠스'' × ''아나에키프리스 히스파니카''와 관련된 가설적 조상), 가시납지리 ''코비티스'' hankugensis × ''C. longicorpus'', ''바실루스'' 대벌레 ''B. rossius'' × ''바실루스 그란디이 베나지이'' 등이 있다.
7. 인간 문화
처녀생식은 단일 개체(일반적으로 신)로부터의 생식 형태로, 고대 그리스 신화를 포함하여 전 세계의 신화, 종교, 민속에서 흔히 나타난다. 예를 들어, 아테나는 제우스의 머리에서 태어났다.[58] 기독교와 이슬람교에는 예수의 동정녀 탄생이 있으며, 이슬람교를 포함한 다른 종교에서도 기적적인 탄생에 대한 이야기가 있다.[59] 기독교의 성전인 신약성서에 따르면, 구세주 예수 그리스도는 성모 마리아로부터 처녀 잉태로 탄생했다고 한다. 다른 신화 등에서도 단성생식을 연상시키는 설화가 있다.
이 주제는 과학 소설에서 탐구되는 생물학적 생식의 여러 측면 중 하나이다.[60] 역사적인 사항으로, 인류가 단성생식을 했다고 주장하는 예는 다수 있지만, 사람을 포함한 포유류에는 게놈 임프린팅이 있기 때문에 웅성 게놈과 자성 게놈 양쪽 모두 필요하며, 어느 한쪽 게놈만으로는 단성생식은 어려운 것으로 보인다.
생명의 탄생에 이르지 못하는 단성 발생이라면, 여성의 난소에서도 종종 기형종이 생겨, 피부, 모발, 치아, 뼈 조각 등의 덩어리가 적출되는 경우도 드물지 않다. 거의 완전한 인체의 형태를 가진 태아형 기형종의 보고도 있지만, 매우 드물다[66]。
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