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Es gibt verschiedene Theorien, wie Geschlechtsdimorphismus entstehen kann.
Geschlechtsdimorphismus scheint umso deutlicher zu sein, je unterschiedlicher die „Investitionen“ beider Geschlechter bei der elterlichen Fürsorge um Nachwuchs sind. Der Zusammenhang zwischen dem Unterschied der Geschlechter in die „Investition“ in die Nachkommen und der Ausgeprägtheit des Geschlechtsdimorphismus wird durch den folgenden Mechanismus erklärt: (Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Männchen das auffällige oder größere Geschlecht ist, es kann jedoch auch umgekehrt sein.) Wenn Männchen mit sexueller Fortpflanzung deutlich mehr Nachkommen zeugen können als Weibchen, wird angenommen, dass Weibchen bei der Partnerwahl wählerischer sind. Es ist dann für Weibchen zur Erhöhung ihrer biologischen Fitness strategisch sinnvoller, auf die Qualität des Männchens zu achten. Dies wiederum führt dazu, dass vorwiegend Männchen gewählt werden, welche Merkmale guter Qualität tragen, entweder in Form guter Gene (Good-genes Theorie) oder der vorherrschenden Mode (Fischers Theorie). Wenn diese vererbbar sind, entsteht ein Selektionsdruck auf das jeweilige Merkmal. Ist es für Weibchen aufgrund von äußeren Faktoren noch zusätzlich vorteilhaft, eher klein und unauffällig zu wirken, wird die Selektion für den Geschlechtsdimorphismus noch verstärkt. Somit kann Sexualdimorphismus auch ein Anzeichen für den Grad der Polygamie sein (siehe auch Sexuelle Selektion).
Es gibt jedoch eine Reihe von Arten, bei denen die Weibchen größer sind als die Männchen, und trotzdem mehr in Nachkommen „investieren“, wie z. B. Watvögel, Spinnen oder viele Insektenarten. Man nimmt an, dass es für eierlegende Weibchen von Vorteil ist, groß zu sein, weil dies die Anzahl der Eier erhöht.
In wieder anderen Arten scheint Geschlechtsdimorphismus dafür zu sorgen, dass Männchen und Weibchen nicht um dieselben Ressourcen konkurrieren müssen, weil sie an eine jeweils (marginal) andere Umwelt angepasst sind.
Während bei den geschlechtsdimorphen Arten die Geschlechtsbestimmung recht einfach ist, gibt es eine Reihe von Arten, bei denen es keinerlei sichtbare äußere Merkmale für die Geschlechtsbestimmung gibt. Für diese Arten kann man z. B.
* geschlechtsspezifische Chromosomen bestimmen
* endoskopisch oder laparoskopisch die Gonaden untersuchen.
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