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EINLEITUNG
Befruchtung und Entwicklung der Morula
Befruchtung und Entwicklung der Morula
Diese Animation zeigt die ersten Phasen der Entstehung eines Embryos: von der Befruchtung bis zur Entwicklung der vielzelligen Morula.
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Sexualität (Biologie) oder Geschlechtlichkeit, Oberbegriff für alle mit dem Geschlechtstrieb zusammenhängenden physiologischen Vorgänge; zu psychosozialen Aspekten siehe Sexualität (Psychologie). Sexualität basiert auf Unterschieden hinsichtlich Körperbau, Physiologie und Verhalten, in denen Lebewesen je nach ihrer geschlechtsspezifischen Funktion bei der Fortpflanzung voneinander abweichen. Durch diese Unterschiede zwischen männlich und weiblich kann die genetische Information einer Spezies ständig neu gemischt werden, so dass genetisch verschiedene Nachkommen entstehen, von denen einige unter Umständen besser an ihre sich wandelnde Umwelt angepasst sind.
Von den Viren abgesehen kommen Geschlechter auf allen biologischen Organisationsebenen vor. Auf der untersten Ebene steht die Konjugation (Verschmelzung) der Bakterien: Die „männliche” Donorzelle gibt ein Stück ihres einzigen Chromosoms an die „weibliche” Rezipientenzelle weiter. Auf der komplexeren Ebene der vielzelligen Lebewesen gibt es besondere Organe (die Geschlechtsdrüsen oder Gonaden), die spezialisierte Geschlechtszellen (Gameten) produzieren. Bei der Befruchtung gelangt die genetische Information der kleinen, beweglichen Samenzellen (der männlichen Gameten) in die viel größeren weiblichen Geschlechtszellen (die Eizellen). Viele Lebewesen, darunter die meisten Pflanzen, viele Protozoen und Wirbellose sowie manche Fische, besitzen männliche und weibliche Geschlechtsdrüsen und werden deshalb als Zwitter oder Hermaphroditen bezeichnet (siehe Hermaphroditismus). Allerdings befruchten sich nur die wenigsten Hermaphroditen selbst: Meist reifen die männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorgane zu unterschiedlichen Zeiten heran, so dass es zur Fremdbefruchtung kommt.
2. ANPASSUNGSVORTEILE DER SEXUALITÄT
Meiose
Meiose
Die Meiose oder Reduktionsteilung ist eine besondere Form der Zellteilung, bei der die Chromosomenzahl auf die Hälfte reduziert wird. Diese Chromosomenreduktion ist zur Bildung von Keimzellen unerlässlich, weil sich die Zahl der Chromosomen anderenfalls bei jeder Befruchtung verdoppeln würde.
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Viele Lebewesen pflanzen sich asexuell fort, d. h., sie vermehren sich ohne vorherige Vereinigung. Das gilt z. B. für die Bakterien und Protozoen, die sich durch Mitose verdoppeln (siehe Zelle). Manche Pflanzen sowie Polypen pflanzen sich asexuell durch Knospung fort. Viele andere Arten, darunter Pflanzen, der Wasserfloh Daphnia und manche Wespen, vermehren sich durch Parthenogenese, d. h., aus der Eizelle geht ohne Befruchtung ein erwachsenes Tier hervor. Diese Art der asexuellen Fortpflanzung hat den Vorteil, dass in sehr kurzer Zeit eine große Population entsteht. Daphnia und Wespen gehen sogar von sexueller Fortpflanzung zur Parthenogenese über, um in der kurzen warmen Jahreszeit schnell ihren Lebensraum bevölkern zu können. Solche Populationen bestehen aber aus genauen genetischen Kopien des Ausgangstieres – wenn widrige Umweltbedingungen auftreten, läuft die gesamte Population oder sogar die ganze Spezies Gefahr auszusterben.
Sexuell entstandene Nachkommen sind nie das genaue Abbild ihrer Eltern
Sexuelle Fortpflanzung ist langsamer und weniger direkt, aber sie hat einen erheblichen Vorteil: Sie lässt eine große Vielfalt unterschiedlicher Individuen entstehen, die jeweils eine etwas andere genetische Ausstattung besitzen. Wenn sich in der Meiose (Zellteilung) die Geschlechtszellen bilden, wird der doppelte (diploide) Chromosomensatz, der in jeder Körperzelle des erwachsenen Lebewesens vorliegt, nach dem Zufallsprinzip zum einfachen (haploiden) Chromosomensatz der Gamete reduziert. Vereinigt sich dieser einfache Chromosomensatz bei der Befruchtung mit dem der anderen Gamete, werden die Gene neu gemischt. Deshalb sind sexuell entstandene Nachkommen nie das genaue Abbild ihrer Eltern. Solange die Umwelt sich nicht verändert, können diejenigen Nachkommen, die den Eltern am meisten ähneln, sich am leichtesten anpassen und fortpflanzen. Kommt es jedoch in der Umwelt zu größeren Wandlungen, sind unter Umständen manche Nachkommen begünstigt, die stärker von den Eltern abweichen. Die ständige Neukombination elterlicher Gene durch die Sexualität ist ein grundlegender Mechanismus der Evolution, durch den die natürliche Selektion ständig neues Material erhält. Er entstand wahrscheinlich schon lang bevor die ersten vielzelligen Lebewesen auftauchten.
Spermatogenese und Oogenese
Spermatogenese und Oogenese
Während der Bildung männlicher (Spermatogenese) und weiblicher (Oogenese) Keimzellen finden meiotische Teilungen statt. Primäre Spermatozyten (Spermienmutterzellen) und Oozyten (Eimutterzellen) verfügen über Paare homologer Chromosomen (doppelter Chromosomensatz), jedes Chromosom besteht aus zwei Hälften (Chromatiden). Während der ersten meiotischen Teilung spaltet sich die Mutterzelle in zwei Tochterzellen auf. Jede Tochterzelle erhält eines der homologen Chromosomen und hat nur einen einfachen Chromosomensatz. Bei der zweiten meiotischen Teilung verdoppeln sich die Tochterzellen, jede erhält eine Chromatide. Im Fall der Spermatogenese werden die vier entstandenen Zellen zu vier Spermatozoen. Bei der Oogenese entsteht nur eine Keimzelle, weil die übrigen Zellen als Polkörperchen zugrunde gehen.
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Im Wissenschaftsjournal Nature berichteten amerikanische Forscher 1997 allerdings, Sexualität könne dazu auch dienen, eine bereits bestehende Anpassung zu optimieren. Bei einem Vergleich von Hefepilzen, die sich sowohl sexuell als auch asexuell fortpflanzen, stellten die Biologen fest, dass sich asexuelle Stämme genauso schnell an verschlechterte Nahrungsbedingungen anpassten wie sexuelle. Sexuell aktive Hefen zeigten bei gleich bleibenden Bedingungen allerdings ein schnelleres Wachstum. Die Neukombination von Genen könne daher die Aufgabe haben, eine bereits bestehende optimale Anpassung zu erhalten: Defekte Gene hätten durch den Austausch keine Möglichkeit, sich anzuhäufen.
3. GESCHLECHTSMERKMALE
Argusfasan
Argusfasan
Der Argusfasan zeigt auffallenden Sexualdimorphismus: Männchen sind viel größer als Weibchen. Zudem ist das Gefieder der Männchen farbenprächtiger.
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Tom McHugh/Photo Researchers, Inc./Library of Natural Sounds, Cornell Laboratory of Ornithology. Alle Rechte vorbehalten.
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Bei Tieren wird das Geschlecht in der Regel bei der Befruchtung der Eizelle festgelegt. Trägt die befruchtende Samenzelle ein X-Chromosom, entsteht ein weibliches Individuum (XX). Bringt die Samenzelle ein Y-Chromosom mit, wird der Nachkomme männlich. Bei manchen Tieren sind die Verhältnisse umgekehrt (siehe Genetik). Als primäre Geschlechtsmerkmale bezeichnet man alle körperlichen Merkmale, die unmittelbar der Fortpflanzung dienen, wie Hoden, Penis, Eierstöcke oder Gebärmutter. Sekundäre Geschlechtsmerkmale haben dagegen nur indirekt mit der Fortpflanzung zu tun, wie bei Menschen z. B. die Körperbehaarung des Mannes oder die Brüste der Frau. Sekundäre Geschlechtsmerkmale aus dem Tierreich sind u. a. das farbenprächtige Gefieder männlicher Vögel und auch Verhaltensmerkmale wie die Balz.
Im Allgemeinen sind die Geschlechtsmerkmale umso komplexer, je höher eine Art entwickelt ist. Wenn die Eizellen des Seesterns reif sind, entlässt das Männchen einfach eine große Menge von Samenzellen ins Meerwasser: Nur ein sehr kleiner, aber ausreichender Bruchteil von ihnen findet die weit entfernten Eizellen und dringt in sie ein. Frösche und Kröten ziehen ihre Paarungspartner mit Rufen an und laichen im Wasser; die Kloaken von Männchen und Weibchen berühren sich, und beide stoßen gleichzeitig die Ei- und Samenzellen aus. Höher entwickelte landlebende Tiere wie Säugetiere, in deren Umwelt sich Samenzellen anders als im Wasser nicht allein fortbewegen können, besitzen stärker spezialisierte Geschlechtsorgane wie einen erektionsfähigen Penis, Eileiter und eine Gebärmutter, so dass die Eizellen im Körperinneren befruchtet werden und zu Nachkommen heranwachsen.
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