Geschlechtliche Fortpflanzung

Die geschlechtliche oder auch sexuelle Fortpflanzung beschreibt eine Form der Reproduktion, bei der die Nachkommen aus einer befruchteten Eizelle entstehen.

Erklärung Geschlechtliche Fortpflanzung

Während der Befruchtung verschmelzen die Zellkerne der Ei- und Samenzellen zu einer Zygote, wodurch es zu einer Rekombination der genetischen Anlagen kommt. Dies verursacht eine genetische Vielfalt, was die Evolution von Arten begünstigt.

Arten der geschlechtlichen Fortpflanzung

Die geschlechtliche Interaktion läuft auf verschiedene Arten ab. Die Befruchtung, also die Übertragung der männlichen Gameten, wird dabei grob in Begattung und Bestäubung differenziert.

Befruchtung bei höheren Tieren und Menschen

Bei höheren Tieren und Menschen erfolgt die Fertilisation durch die Begattung des weiblichen Lebewesens durch dessen männlichen Gegenpart. Dabei werden die männlichen Spermien über die primären Geschlechtsorgane auf den weiblichen Organismus übertragen, in welchem die Zygote gebildet wird.

Befruchtung bei Amphibien und Fischen

Bei Amphibien und Fischen läuft die Übertragung der männlichen Geschlechtszellen außerhalb des Körpers des Weibchens ab. Die Spermien werden in das Wasser abgeben, wo die davor abgegebenen Eier fertilisiert und zur Zygote werden. Dies wird als äußere Befruchtung bezeichnet.

Arten der Befruchtung bei Pflanzen

Die Befruchtung von Pflanzen, welche sich geschlechtlich fortpflanzen, erfolgt durch die Bestäubung. Dabei wird der Blütenstaub der männlichen Pflanze auf das weibliche Exemplar übertragen und mit dessen Eizelle zur Zygote verschmolzen.

Die Bestäubung kann auf vier verschiedene Weisen ablaufen:

Selbstbestäubung

Viele Blüten haben die physiologische Eigenheit, sowohl über Staubblätter (männlich) als auch Fruchtblätter (weiblich) zu verfügen. Daher sind einige Pflanzen dazu fähig, sich selbst zu bestäuben.

Fremdbestäubung

Die meisten Pflanzen jedoch neigen dazu, sich nicht selbst zu bestäuben. Diese werden als Fremdbestäuber bezeichnet. Dabei müssen Blütenstaub und Fruchtknoten von unterschiedlichen Pflanzen einer Art entstammen. Nur so wird die Bildung einer Zygote und damit die geschlechtliche Fortpflanzung möglich. Durch den ständigen genetischen Austausch wird eine hohe Diversität garantiert. Die Übertragung der Pollen kann durch Wind- oder Insektenbestäubung ablaufen.

Windbestäubung

Bei der Windbestäubung werden die Blütenpollen durch den Wind von Blüte zu Blüte getragen. Pflanzen, die diese Art der Bestäubung nutzen, haben oft sogenannte Kätzchen, welche den Blütenstaub beinhalten.

Insektenbestäubung

Bei der Insektenbestäubung werden die Blütenpollen durch Insekten wie Bienen, Schmetterlinge oder Hummeln an andere Pflanzen der gleichen Art übertragen, wo dann die Befruchtung abläuft. Die Blüten dieser Gewächse haben sehr bunte Blütenblätter oder duften sehr stark, wodurch Insekten angelockt werden. Landen diese in den Blüten, bleibt der Pollen an ihnen kleben und gelangt an der nächsten Blüte an die Narbe, was den geschlechtlichen Fortpflanzungsprozess einleitet.

Ablauf der geschlechtlichen Fortpflanzung

Die Verschmelzung der Zellkerne zweier Gameten ist der wichtigste Teil der Fortpflanzung aller Organismen, die sich geschlechtlich vermehren. Der Prozess läuft, je nach Organismus, auf unterschiedliche Arten ab.

Ablauf der inneren Befruchtung bei höheren Tieren und Menschen

Voraussetzung für die Fortpflanzung ist das Vorhandensein von Geschlechtszellen, den sogenannten Gameten. Männliche Organismen verfügen über Spermien und weibliche besitzen Eizellen. Diese entstehen durch einen Zellteilungsvorgang, welcher Meiose genannt wird. Bei der Meiose entstehen je vier Gameten, vier Spermien oder eine Eizelle sowie drei kleinere Zellen, welche Polkörperchen genannt werden. Diese dienen nicht zur Fortpflanzung, da sie zu gering entwickelt sind.

Die menschlichen Gameten haben jeweils 23 Chromosomen, was genau der Hälfte des humanen Chromosomensatzes entspricht. Das werden als haploid bezeichnet. Bei der Verschmelzung der Zellkerne von männlichen und weiblichen Gameten entsteht so eine Zelle, welche über 46 Chromosomen verfügt. Diese Zelle wird als diploid bezeichnet. Folgend kann aus dieser Zygote ein menschlicher Organismus mit einem vollständigen Chromosomensatz entstehen.

Während des Geschlechtsverkehrs gelangt das Ejakulat des männlichen Geschlechtspartners in die Vagina des weiblichen Gegenparts. Die Spermien nutzen ihren geißelartigen Schweif, um über die Gebärmutter in den Eileiter zu gelangen. Befindet sich dort eine Eizelle, versuchen die Samenzellen in diese einzudringen. Dabei ist lediglich das schnellste Spermium erfolgreich. Diese Art der Übertragung männlicher Gameten wird als innere Befruchtung bezeichnet.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der inneren Befruchtung

Daraufhin erfolgt eine Verschmelzung der Zellkerne der Gameten und die Zygote entsteht. Die Zygote nistet sich in der Gebärmutter ein und entwickelt sich über einen genetisch festgelegten Zeitraum in ein Nachkommen.

Ablauf der äußeren Befruchtung bei Fischen und Amphibien

Anders als bei Säugetieren, üben Fische und Amphibien keinen Geschlechtsverkehr aus, um sich geschlechtlich fortzupflanzen. Der Transfer der Samenzellen läuft nicht im Körper des Weibchens, sondern außerhalb, also im Wasser ab.

Zur Fortpflanzung legt das weibliche Exemplar seine Ovarien am Grund des Gewässers oder an

Wasserpflanzen ab. Diese Gameten werden auch Laich genannt. Verschiedene Amphibien und Fische legen unterschiedliche Laicharten ab. Die Art der echten Frösche legt zum Beispiel große Laichballen, während Erdkröten Laichschnüre zwischen Wasserpflanzen spannen.

Nach der Laichablage verteilt das Männchen seine Samenflüssigkeit auf den Laich. Darauf folgt die eigentliche Befruchtung, bei der die Zellkerne der Gameten miteinander verschmelzen. Aus den Zygoten entwickeln sich über die nächste Zeit Larven, die dann zu fortpflanzungsfähigen Fischen oder Amphibien heranwachsen.

Abbildung 2: schematischer Ablauf der äußeren Befruchtung

Ablauf der Befruchtung bei Pflanzen

Bei der Befruchtung im Reich der Pflanzen wird zwischen zwei verschiedenen Pflanzentypen unterschieden: den Bedecktsamern und den Nacktsamern.

Befruchtung der Bedecktsamer

Nachdem ein Pollenkorn, beispielsweise durch ein Insekt, an die Narbe der Blüte gelangt ist, bildet dieses einen Pollenschlauch, welcher durch den Griffel zum Fruchtknoten führt. Daraufhin wird es einer Samenzelle ermöglicht, mit der Eizelle im Fruchtknoten zu verschmelzen. Aus der Zygote geht der Samen hervor und aus dem Fruchtknoten entwickelt sich die Frucht, unter anderem ein Apfel.

Abbildung 3: Bau der Blüte eines Bedecktsamers

Befruchtung der Nacktsamer

Nacktsamer unterscheiden sich durch ihre freiliegenden Samenanlagen von Bedecktsamern. Sie nutzen vorrangig die Windbestäubung, um ihr genetisches Material auszutauschen und sich fortzupflanzen. Nachdem das Samenkorn die Samenanlage erreicht hat, bildet es auch hier einen Pollenschlauch aus, um die Eizelle zu erreichen.

Daraufhin wird die Gamete in jeder Samenanlage zur Zygote und aus jeder dieser Zellen entsteht ein Samen.

Zu den Nacktsamern zählt zum Beispiel die Tanne. Die Tannenzapfen beinhalten die entwickelten Samen des Baumes.

Abbildung 4: Bau der "Blüte" eines Nacktsamers, Schematische Darstellung

Vergleich geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung

Wie alle biologischen Erscheinungen weist die sexuelle Fortpflanzung sowohl Vor- als auch Nachteile auf.

Vergleich asexuelle und sexuelle Fortpflanzung

Geschlechtliche/sexuelle und ungeschlechtliche/asexuelle Fortpflanzung beschreiben die beiden dominanten Fortpflanzungsarten in der Welt der Biologie. Obwohl sie das gleiche Ziel verfolgen, laufen beide Vorgänge unterschiedlich ab.

Die ungeschlechtliche Fortpflanzung beschreibt die Vermehrung eines Organismus durch die Abtrennung des Tochterorganismus mittels der Mitose.

Durch die Nutzung der Mitose zur ungeschlechtlichen Reproduktion bleibt das genetische Material immer gleich, da kein Austausch von DNA erfolgt. Mutter- und Tochterorganismus sind also genetisch identisch. Dadurch sind Zellen und Pflanzen, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen, kaum fähig, sich evolutionär an Umwelteinflüsse anzupassen. Das unterscheidet sie von Lebewesen, die die geschlechtliche Fortpflanzung nutzen.

Die meisten Pflanzenarten und einzelligen Organismen, wie Bakterien und Pilze, nutzen die ungeschlechtliche Fortpflanzung mittels Mitose, um ihr Fortbestehen zu garantieren. Darin liegt ein weiterer Unterschied zur sexuellen Fortpflanzung; diese wird eher von höheren Organismen genutzt, während sich die Lebewesen, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen, auf einer niedrigeren Evolutionsstufe befinden.

Zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung wird kein Geschlechtspartner benötigt und es gibt keine Tragezeiten. Demzufolge ist der Prozess weitaus effizienter und in kürzerer Zeit können mehr Nachkommen entstehen. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber der sexuellen Fortpflanzung.