Zahlavi

Unique reproductive strategy confirmed in another frog species in Moravia

28. 03. 2024

Only male edible frogs live in the Poodří region, with no females present. Even so, these frogs still reproduce with the help of partners from another frog species. This remarkable reproductive strategy that avoids mixing genetic information from both parents has now been confirmed by scientists from the Institute of Animal Physiology and Genetics of the CAS in another species of frog found in France and Spain. The researchers described the phenomenon in the journal Genome Biology and Evolution.

The edible frog (Pelophylax esculentus) is a hybrid species that evolved from the hybridisation of the pool frog (Pelophylax lessonae) and the marsh frog (Pelophylax ridibundus). “Edible frogs are something like half-clones. They always carry one set of chromosomes of the parental species and need to acquire the second set during mating,” Lukáš Choleva from the Institute of Animal Physiology and Genetics of the Czech Academy of Sciences (CAS) explained for the CAS magazine, A / Věda a výzkum.

Around the end of April and beginning of May, when frog courtship typically begins and croaking resounds all over the banks of ponds and pools, male edible frogs attract the females of marsh frogs. Such mating results in small male edible frogs and female marsh frogs. The scientific term for this type of reproduction is hybridogenesis.

French frogs have it similar
A very similar type of reproduction has now been confirmed by researchers from Lukáš Choleva’s team in their study of populations of Graf’s hybrid frog (Pelophylax grafi), which can be found in France and Spain. Like the edible frog, Graf’s hybrid frog is a hybrid species. It evolved via the crossing of the marsh frog (Pelophylax ridibundus) and the Iberian water frog (Pelophylax perezi).

Scientists examined details about the reproduction of Graf’s hybrid frog on the basis of genome research, in which they labelled and colour-differentiated the chromosomes of both presumed parental species. “The results of whole-genomic in situ hybridisation on the chromosomes of Graf’s hybrid frog clearly differentiated the chromosome set of one parental species from the other,” Choleva explains. “The karyotype of this southern European frog looks as if we were looking at the first generation of hybridisation between both parental species. However, we know that it has been crossbreeding with its parental species in populations for at least hundreds or thousands of years,” the researcher adds.

If genetic information from the mother and father were exchanged normally as in the case of most other vertebrates, including humans, then individual chromosomes would put together a colourful mosaic of both parental species. “It is therefore clear that Graf’s hybrid frog is indeed another example of a European amphibian that reproduces via a form of clonal reproduction, during which it has the ability to pass on the genome of only one parent – either the father or the mother – but never both parents, as is the case with humans,” Choleva adds.

Skokan Grafův
Graf’s hybrid frog, male. (Photo: Veronika Labajová)

Endangered species
The discovery suggests that clonal reproduction is likely a more widespread phenomenon than previously thought. And not only among frogs, but among other species with hybrid origins as well.

The research results will help better understand the biology and diversity of amphibians, which play an indispensable role in our planet’s ecosystems. According to Choleva, it is ironic that we are learning about the evolution of unique reproductive strategies from amphibians – one of the most endangered groups of animals in the world.

We recently shot a photo story during our field research on the edible frog. Check out the photos below.


Prepared by: Leona Matušková, External Relations Division, CAO of the CAS, drawing on the CAS press release
Translated by: Tereza Novická, External Relations Division, CAO of the CAS
Photo: Jana Plavec, External Relations Division, CAO of the CAS; Veronika Labajová, Institute of Animal Physiology and Genetics of the CAS

Začátkem května jsou obvykle žabí námluvy v plném proudu a na březích rybníků či tůní se konají hotové koncerty místních obojživelných obyvatel. Letošní chladné jaro ovšem žáby nechalo ještě odpočívat.

Začátkem května jsou obvykle žabí námluvy v plném proudu a na březích rybníků či tůní se konají hotové koncerty místních obojživelných obyvatel. Letošní chladné jaro ovšem žáby nechalo ještě odpočívat.

Žáby se schovávaly v kalužích na loukách a vědci vybavení holinkami a podběráky je museli v trávě hledat. Skokani zelení díky své barvě opravdu umějí splynout s okolím, a když o tom, kde jsou, ani nenapovídají skřehotáním, je lov o to složitější.

Žáby se schovávaly v kalužích na loukách a vědci vybavení holinkami a podběráky je museli v trávě hledat. Skokani zelení díky své barvě opravdu umějí splynout s okolím, a když o tom, kde jsou, ani nenapovídají skřehotáním, je lov o to složitější.

Nakonec se podařilo několik obojživelníků objevit. Nejprve to však byla kuňka obecná. Když skákala pryč z našeho dosahu, odhalila pestré oranžové kresby na spodku svého těla.

Nakonec se podařilo několik obojživelníků objevit. Nejprve to však byla kuňka obecná. Když skákala pryč z našeho dosahu, odhalila pestré oranžové kresby na spodku svého těla.

My jsme však měli políčeno na skokana zeleného, který mezi žábami vyniká svými rozmnožovacími strategiemi. Láká k páření samičky jiného druhu – skokanů skřehotavých. Výsledek jejich milostných pletek je dvojího typu – potomci mužského pohlaví jsou opět skokani zelení, kdežto samičky zdědí taxonomickou příslušnost po matce.

My jsme však měli políčeno na skokana zeleného, který mezi žábami vyniká svými rozmnožovacími strategiemi. Láká k páření samičky jiného druhu – skokanů skřehotavých. Výsledek jejich milostných pletek je dvojího typu – potomci mužského pohlaví jsou opět skokani zelení, kdežto samičky zdědí taxonomickou příslušnost po matce.

Sám skokan zelený je přitom křížencem. Vyvinul se ze spojení skokanů krátkonohého a skřehotavého (na obrázku), jemuž současně „krade“ vajíčka pro vlastní rozmnožování.

Sám skokan zelený je přitom křížencem. Vyvinul se ze spojení skokanů krátkonohého a skřehotavého (na obrázku), jemuž současně „krade“ vajíčka pro vlastní rozmnožování.

„Skokani zelení jsou jakýmisi poloklony. Přenášejí si vždy jednu sadu chromozomů rodičovského druhu a během páření potřebují získat sadu druhou,“ říká Lukáš Choleva. Takzvanou hybridogenezi využívají také některé druhy kaprovitých ryb ve Španělsku či Portugalsku.

„Skokani zelení jsou jakýmisi poloklony. Přenášejí si vždy jednu sadu chromozomů rodičovského druhu a během páření potřebují získat sadu druhou,“ říká Lukáš Choleva. Takzvanou hybridogenezi využívají také některé druhy kaprovitých ryb ve Španělsku či Portugalsku.

Vědci si pochvalují spolupráci s rybníkářem Janem Stehlíkem a vyzdvihují příkladný přístup k hospodářskému chovu ryb, který může fungovat v harmonii se zdejším rozmanitým a unikátním ekosystémem.

Vědci si pochvalují spolupráci s rybníkářem Janem Stehlíkem a vyzdvihují příkladný přístup k hospodářskému chovu ryb, který může fungovat v harmonii se zdejším rozmanitým a unikátním ekosystémem.

Síť rybníků okolo Jistebníku je rájem vodního ptactva, na ostrovech mezi jednotlivými nádržemi hnízdí volavky popelavé i bílé. Žije tu nespočet kachen či labutí a místo u jednoho z odtokových kanálů si oblíbila bobří rodinka, kde si postavila hráz.

Síť rybníků okolo Jistebníku je rájem vodního ptactva, na ostrovech mezi jednotlivými nádržemi hnízdí volavky popelavé i bílé. Žije tu nespočet kachen či labutí a místo u jednoho z odtokových kanálů si oblíbila bobří rodinka, kde si postavila hráz.

Žáby hledáme i mezi rákosím u rybníka. Ze břehu ale není nic vidět. Vědcům nezbývá než obléct vysoké gumové kalhoty a vlézt přímo do vody.

Žáby hledáme i mezi rákosím u rybníka. Ze břehu ale není nic vidět. Vědcům nezbývá než obléct vysoké gumové kalhoty a vlézt přímo do vody.

Mělký břeh je plný vodních rostlin, mezi jejich stonky a listy je skokanům zeleným příjemně.

Mělký břeh je plný vodních rostlin, mezi jejich stonky a listy je skokanům zeleným příjemně.

Tentokrát nás zajímá jiný druh obojživelníka, ale když v síťce podběráku uvázne i čolek obecný, potěší nás to.

Tentokrát nás zajímá jiný druh obojživelníka, ale když v síťce podběráku uvázne i čolek obecný, potěší nás to.

Nakonec se podařilo odchytit i skokana zeleného. Vlevo je dospělý jedinec, vpravo juvenil, tedy několik měsíců stará žába. Dorůstat může velikosti až deset centimetrů.

Nakonec se podařilo odchytit i skokana zeleného. Vlevo je dospělý jedinec, vpravo juvenil, tedy několik měsíců stará žába. Dorůstat může velikosti až deset centimetrů.

Přemísťujeme se do laboratoří Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity, se kterou badatelé z Akademie věd ČR dlouhodobě spolupracují.

Přemísťujeme se do laboratoří Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity, se kterou badatelé z Akademie věd ČR dlouhodobě spolupracují.

V laboratořích vědci porovnávají vzorky DNA žab odchycených přímo v terénu. Zjistili z nich, že všichni skokani zelení v Poodří jsou příbuzní a nesou stejnou genetickou informaci prapůvodního skokaního otce.

V laboratořích vědci porovnávají vzorky DNA žab odchycených přímo v terénu. Zjistili z nich, že všichni skokani zelení v Poodří jsou příbuzní a nesou stejnou genetickou informaci prapůvodního skokaního otce.

Vzorky DNA skokanů zelených se odebírají neinvazivními metodami, například stěrem slin z ústní dutiny, případně se využívají částečky blanek mezi prsty.

Vzorky DNA skokanů zelených se odebírají neinvazivními metodami, například stěrem slin z ústní dutiny, případně se využívají částečky blanek mezi prsty.

„Pokud pochopíme mechanismy, jakými dochází k eliminaci mateřské DNA u žab, mohli bychom nalézt i alternativní cestu k cílené eliminaci nežádoucích genů otce či matky,“ vysvětluje Marie Kaštánková.

„Pokud pochopíme mechanismy, jakými dochází k eliminaci mateřské DNA u žab, mohli bychom nalézt i alternativní cestu k cílené eliminaci nežádoucích genů otce či matky,“ vysvětluje Marie Kaštánková.

Jak vědkyně podotýká, využít by se to pak dalo například v medicíně. Jednou bychom tak skokanům mohli vděčit třeba i za klonování částí lidského těla.

Jak vědkyně podotýká, využít by se to pak dalo například v medicíně. Jednou bychom tak skokanům mohli vděčit třeba i za klonování částí lidského těla.

Když se setmí, vracejí se vědci opět do terénu. Během období námluv jsou totiž žáby aktivnější právě v noci.

Když se setmí, vracejí se vědci opět do terénu. Během období námluv jsou totiž žáby aktivnější právě v noci.

The Czech Academy of Sciences (the CAS)

The mission of the CAS

The primary mission of the CAS is to conduct research in a broad spectrum of natural, technical and social sciences as well as humanities. This research aims to advance progress of scientific knowledge at the international level, considering, however, the specific needs of the Czech society and the national culture.

President of the CAS

Prof. Eva Zažímalová has started her second term of office in May 2021. She is a respected scientist, and a Professor of Plant Anatomy and Physiology.

She is also a part of GCSA of the EU.