Asexuelle Fortpflanzung

46. Fortpflanzung der Tiere
46.1
Im
Tierreich
gibt
Fortpflanzungstrategien.
es
sexuelle
und
asexuelle
Asexuelle Fortpflanzung
- Die Nachkommenschaft besitzt das Genom des Elternteils, d.h. es findet keine
Verschmelzung zwischen Eizelle und Samenzelle statt (Genaustausch).
- basiert ausschliesslich auf mitotischen Teilungen
Knospung: Verhältnismässig kleine Individuen schnüren sich vom Elterntier ab.
Teilung : Das Elterntier teilt sich in zwei gleich grosse Individuen.
Gemmulae: Spezialisierte Zellverbände des Elternteils werden abgegeben und
wachsen zu einem neuen Individuum heran.
Fragmentierung: Das Elternteil zerfällt in mehrere Bruchstücke, wobei jedes wieder
zu einem vollständigen Organismus heranwachsen kann (Regeneration der
einzelnen Teile).
Vorteile:
- kein Geschlechtspartner nötig (vor allem für solitär lebende Organismen wichtig)
- rasche Vermehrung in kurzer Zeit
> Dann vorteilhaft, wenn stabile und günstige Umweltbedingungen herrschen, weil
erfolgreiche Genotypen fortdauern.
Sexuelle Fortpflanzung
- Das unbefruchtete Ei (weiblicher haploider Gamet) und das Spermium
(männlicher haploider Gamet) verschmelzen zu einer Zygote (diploid).
- Es findet ein Genaustausch statt.
Vorteile:
- Es wird eine phänotypische Variabilität in der Nachkommenschaft erzeugt.
> Dann vorteilhaft, wenn Pathogene oder Umweltfaktoren sich relativ rasch ändern.
Es kann eine Anpassung an die neue Lage erfolgen.
Fortpflanzungszyklen und Muster
Die meisten Tiere zeigen klare Zyklen in ihrer Fortpflanzungsaktivität, und zwar oft in
Abhängigkeit vom Wechsel der Jahreszeiten. Sie sind hormonell gesteuert, aber
auch Umweltfaktoren wie jahreszeitliche Temperatur, Niederschlagsmenge,
Tageslänge und Mondphasen wirken kontrollierend. Tiere können sich entweder nur
asexuell beziehungsweise sexuell fortpflanzen, oder sie nutzen beide
Fortpflanzungsstrategien alternativ. Zum Beispiel könne einige Tierarten je nach
Umweltbedingung zwei Eiarten produzieren. Ein durch Parthogenese entstandenes
Ei ist oft haploid und ist nicht befruchtet. Für die Produktion neuer Eizellen ist also
keine Meiose nötig. Beispielsweise wird bei einigen Tierarten das Geschlecht der
Nachkommen durch die Parthogenese bestimmt (Honigbiene: befruchtete
Eier=Weibchen, parthogenetische Eier=Männchen).
Für sessile und auch andere Tier kann es problematisch sein einen geeigneten
Geschlechtspartner zu finden. Ein Lösungsweg führt zum Hermaphroditismus, bei
dem jedes Individuum ein weibliches und ein männliches Fortpflanzungssystem
besitzt. Die Tiere müssen sich jedoch meistens trotzdem mit einem anderen Partner
paaren, wobei jedes Tier sowohl den männlichen als auch den weibliche Part spielt.
-1-
Damit ist jeder Artgenosse ein potentieller Geschlechtspartner und die Chance zur
Reproduktion ist doppelt so hoch wie bei getrenntgeschlechtlichen Arten. Tiere, die
zum gleichen Zeitpunkt männlich und weiblich sind, bezeichnet man als
Simultanzwitter. Wechseln die Tiere im Lebenszyklus das Geschlecht, bezeichnet
man sie als Konsekutivzwitter.
Die verschiedenen Fortpflanzungsmuser und –zyklen sind Anpassungen, die durch
natürliche Selektion entstanden sind.
46.2 Bei der sexuellen Fortpflanzung verschmelzen die Gameten im
externen Milieu oder im weiblichen Genitalbereich.
Innere Befruchtung
Die Spermien vom Männchen werden am oder im Genitalbereich des Weibchens
deponiert uns so vereinigen sich Spermium und Ei im inneren des Körpers. Die
innere Befruchtung erfordert koorperatives Verhalten mit dem Ziel der Kopulation
(Balz). Weiter erfordert sie komplexe innere und äussere Geschlechtsorgane, um
die
zuverlässige
Übertragung
der
Spermien
zu
gewährleisten.
Als
Schutzmechanismus der Eier werden zum Beispiel Schalen aus Kalk gebildet,
welche vor Austrocknung schützen. Deshalb können die Eier auch in einem
trockenen Milieu überleben.
Äussere Befruchtung
Die meisten Fische und Amphibien mit ausserer Befruchtung zeigen ein ausgefeiltes
Webungsverhalten. Dieses Ritual ist der gegenseitige Auslöser für die Freisetzung
der Gameten. Weiter wird dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Befruchtung
erhöht und es erfolgt eine Partnerwahl. Äussere Befruchtung führt zu einer
immensen Anzahl an Zygoten, von denen jedoch nur eine kleiner Teil überlebt und
sich entwickelt. Meistens sind die Eier lediglich von einer gelatinösen Hülle
umgeben und darum ist ein feuchtes Milieu lebensnotwendig (sonst trocknen die
Eier aus).
Die Brutpflege allgemein hat sich je nach Tierart der Evolution angepasst, jedoch
verfolgen alle das gleiche Ziel: Möglichst viele Nachkommen sollen überleben!
46.3
Im
Tierreich
haben
Geschlechtsapparate entwickelt.
sich
zahlreiche
alternative
Geschlechtsapparate der Wirbellosen
Gonaden sind Organe, die Gameten produzieren.
- Eines der einfachsten Systeme befindet sich bei den Polychaeten. Sie sind
meistens getrenntgeschlechtlich, es sind jedoch keine erkennbaren Gonaden
vorhanden. Je nach Art können die Eier über Geschlechtsöffnungen ins Freie
entlassen werden oder die schwellende Masse der Eier sprengt die Körperwand
des Elternteil, was zugleich seinen Tod bedeutet.
- Insekten
sind
getrenntgeschlechtlich
und
besitzen
komplizierte
Geschlechtsapparate. Das Männchen produziert in paarigen Hoden die Spermien
und ejakuliert diese während der Paarung in den weibliche Genitaltrakt. Bei vielen
Arten besitzen die Weibchen ein Receptaculum seminis, eine Blase, in der die
Spermien ein Jahr und länger gelagert werden können.
-2-
-
Die meisten Plattwürmer sind zwittrig und besitzen einen der kompliziertesten
Geschlechtsapparate im Tierreich. Jedes Individuum besitzt sowohl männliche
wie auch weibliche Geschlechtsteile. Die Kopulation erfolgt normalerweise, indem
sich die Partner gegenseitig begatten. Die Begattungsmethoden reichen von der
Einführung des Cirrus (kanülartiger Penis) in die Vagina bis zur Injektion der
Spermien mithilfe des Cirrus unter die Haut, von wo aus sie durch die
Körpergewebe zum weiblichen Teil des Genitaltraktes wandern.
Geschlechtsapparate der Wirbeltiere
Der Grundaufbau des Geschlechtsapparates ist sich bei allem Wirbeltieren recht
ähnlich, jedoch gibt es verschiedene Varianten. Ausser bei den Säugern mündet bei
den meisten Wirbeltieren das Verdauungs-, Exkretions- und Fortpflanzugssystem
über eine gemeinsame Öffnung nach aussen, die Kloake.
Männliche Gesschlechtsapparate unterscheiden sich vorwiegend in den
Kopulationsorganen. Nicht-Säuger besitzen keinen gut entwickelten Penis und
stülpen zum Teil zur Begattung die Kloake aus. Säuger besitzen separate Öffnungen
für den Ausgang des Verdauungssystems, bei den Weibchen ist auch der Ausgang
für das Exkretions- und das Fortpflanzungssystem getrennt.
46.4 Zur menschlichen Fortpflanzung gehören ein aufwendiger
Geschlechtsapparat und komplexe Verhaltensweisen.
Aufbau des männlichen Geschlechtsapparates
Äussere Geschlechtsorgane: Hodensack (Scrotum) und Penis
Innere Geschlechtsorgane: -männl. Gonaden, die Gameten und Hormone
produzieren
-akzessorische
Drüsen,
deren
Sekrete
die
Beweglichkeit der Spermien ermöglichen
-verschiedene Gänge, die die Spermien und Sekrete
ableiten
Männliche Hoden (Testes)
Hodenkanälchen
viele gewundene
Kanälchen
Interstitielle Zellen
einzelne verstreute Zellen
Nebenhoden
gewundenes Gangsystem
(beim Menschen ca. 6m
lang)
Hodensack (Scrotum)
Während der Ejakulation (Samenerguss)
Samenleiter
muskulöser Kanal
Ductus ejaculatoris
Kanal
Harnröhre
Kanal
-3-
produzieren Spermien
produzieren Testosteron
und andere Androgene
Spermien werden
beweglich und
befruchtungsfähig
hält die Hoden ausserhalb
des Körpers, da die
Spermienproduktion tiefere
Temperaturen als die
Bauchhöhle benötigt
treibt Spermien hinaus
Verbindung zur Harnröhre
führt die Spermien hinaus
Drei akzessorische Drüsen fügen den Spermien Sekrete bei, die dann zusammen
als Sperma (Semen) austreten.
2 Samenbläschen
Schleim
gerinnendes Enzym
Sperma gerinnt am Anfang
Fructose
Energie für Spermien
Prostaglandine
verfl. Schleim im Uterus
basisch
neutralisiert Säure in
Vagina
Prostata (gross)
dünnflüssig
Citrat
Energie für Spermien
gerinnungslsende Enzyme Sperma wird flüssig im
Uterus
2 bulburethale Drüsen
basisch
neutralisieren vor
Ejakulation die sauren
Urinreste im Harnleiter
Der Penis enthält Schwellkörper, die von Blutgefässen durchzogen sind. Bei
sexueller Erregung wird viel Blut durch die Arterien hineingepumpt. Der Druck des
Blutes verschliesst die abführenden Venen und lässt die Schwellkörper anschwellen
und damit den Penis erigieren. Nagetiere und andere Säuger besitzen einen
Penisknochen, der die Versteifung unterstützt.
Die Eichel (glans penis) ist sehr empfindlich und von einer Vorhaut bedeckt, die bei
der religiösen Beschneidung weggeschnitten wird.
Aufbau des weiblichen Geschlechtsapparates
Äussere Geschlechtsorgane: Klitoris und zwei Schamlippenpaare
Innere Geschlechtsorgane: -weibliche Gonaden, die Gameten und Hormone
prouzieren
-verschiedene Gänge, die die Gameten transportieren
-Kammern, die den Embryo und Fötus beherbergen
Weibliche Eierstöcke (Ovarien)
Follikel
Eizelle, umgeben von
Schichten aus
Follikelzellen
Ovulation (Eisprung)
Follikel bricht auf
Gelbkörper
Follikelzellen wachsen zu
einer Drüse
Reifung der Eizelle und
Produktion von Östrogen
Freiwerden der Eizelle
Sekretion von Östrogen
und Progesteron
Die Gelbkörper werden wieder abgebaut, falls keine Schwangerschaft eintritt.
Eileiter (Oviduct)
Uterus (Gebärmutter)
becherartig um das Ovar
Cilien auf der Innenwand
muskulöse, dehnbare
Wand
gut durchblutet
Endometrium
(Schleimhaut)
Cervix (Gebärmutterhals) öffnet sich in die Vagina
Vagina (Scheide)
dünnwandig
Hymen (beim Menschen)
dünnes Häutchen
-4-
fängt die Eizelle auf
befördert Ei in den Uterus
enthält den Fötus
Embryo nistet sich ein
Geburtskanal, Aufnahme
der Spermien
Scheidenvorhof
Harnröhre und Vagina
münden darin
dünn
dicker
enthält Schwellkörper,
runder Kopf
gibt bei Erregung Schleim
ab
Kleine Schamlippen
Grosse Schamlippen
Klitoris
Bartholin-Drüsen
Die weiblichen Brüste
Milchdrüsen
Schutz
empfindlich für sexuelle
Stimulation
erleichtert den
Geschlechtsverkehr
Drüsengewebe gibt Milch
Ernährung des
ab, die durch Drüsengänge Nachwuchses
in die Brustwarze fliesst
Der sexuelle Reaktionszyklus beim Menschen
Er ist durch zwei physiologische Vorgänge geprägt. Einerseits füllen sich bestimmte
Gewebe durch zuführende Arterien verstärkt mit Blut (Vasokongestion).
Andererseits erhöht sich der Muskeltonus (Myotonie). Der Reaktionszyklus ist in 4
Phasen unterteilt:
1. Erregungsphase = Vorbereitung auf den Coitus
- Erektion von Klitoris und Penis (Vasokongestion)
- Vergrösserung von Hoden, Schamlippen und Brüsten
- Anfeuchten der Vagina
2. Plateauphase = weitere Vorbereitung
- erster Drittel der Brustwarzen zieht sich zusammen (Myotonie)
- Uterus vergrössert sich
- Atem- und Herzfrequenz erhöhen sich
3. Orgasmusphase = Höhepunkt
- Mann: Der Fortpflanzungstrakt kontrahiert und der Samen gelangt in die
Harnröhre (Emmision). Auch die Harnröhre kontrahier und der Samen wird
ausgeschleudert (Ejakulation).
- Frau: Der Uterus und die äussere Vagina kontrahieren
4. Rückbildungsphase = Normalisieren der Zustände
- Vasokongestion und Myotonie werden rückgängig gemacht
46.5 Spermatogenese und Oogenese erfolgen beide durch Meiose,
unterscheiden sich aber in drei grundlegenden Aspekten.
Spermatogenese (Bildung reifer
Samenzellen)
Urkeimzelle
Oogenese (Bildung reifer Eizellen)
Spermatogonium
Oogonium
Spermatocyte I
Oocyte I
Spermatocyte II
Sperm.
Sperm.
Urkeimzelle
Spermatocyte II
Sperm.
Sperm.
-5-
Oocyte II
Eizelle
Polkörperchen
Polkörperchen
Unterschiede Spermatogenese und Oogenese
- Die männlichen Urkeimzellen teilen sich ständig und ermöglichen so die Bildung
einer unbegrenzten Anzahl von Spermien, während alle Oogonien der Frau schon
bei der Geburt vorhanden sind (Anzahl also begrenzt).
- Spermien wandern während der Entwicklung von der Aussenwand des
Hodenkanälchens in die Mitte, von wo sie dann zur Beweglichkeitsbildung in die
Nebenhoden gelangen, während die Eizellen mit ihren Follikeln immer am
gleichen Ort im Ovar bleiben.
- Die Meiose ist bei Spermatocyten gleichmässig (am Ende 4 Spermien), bei
Oocyten bekommt jeweils eine Zelle alles Cytoplasma und überlebt als einzige
(am Ende 1 Eizelle).
- Die Oogenese ist geprägt von langen Pausen (Zyklus der Frau), während die
Spermatogenese immer abläuft.
Aufbau eines Spermiums
- ovaler Kopf mit Akrosom (enthält Enzym zum Auflösen von Membranen) und
Zellkern
- länglicher Mittelteil mit spiralförmigem Mitochondrium (zur Energiegewinnung)
- langer Schwanz als Geissel (zur Fortbewegung)
46.6 Eine komplexe Wechselwirkung von Hormonen reguliert die
Fortpflanzung.
Diesen Textabschnitt liest man am besten gerade im Buch und schaut
sich gleichzeitig die Bilder und Diagramme an.
Einige Begriffe zum weiblichen System
Menstruationszyklus oder östrischer Zyklus: Während diesem Zyklus wird ein Ei
freigegeben.
Menstruationsblutung: Das Endometrium wird aus dem Uterus durch Cervix und
Vagina ausgeschieden.
Östrus: Periode der sexuellen Aktivität
Menstruationsphase: Mehrere Tage, während sich das Endometrium in Form einer
Blutung abbaut.
Proliferationsphase: Die Regeneration des dünnen Restbestandes des
Endometriums, das sich innerhalb von einer bis zwei Wochen erneut verdickt.
Sekretionsphase: Dauert meistens zwei Wochen, das Endometrium verdickt sich
weiter, wird verstärkt durchblutet und entwickelt Drüsen, die ein glykogenreiches
Sekret absondern.
Ovarialzyklus: Läuft parallel zu Menstruationszyklus und beginnt mit der
Follikelphase.
Follikelphase: Im Ovar beginnt eine Kohorte von Primordialfollikeln zu wachsen.
Dabei reift und entwickelt sich nur ein dominantes Follikel (am besten auf die
hormonelle Situation eingestellt), während die anderen degenerieren.
Ovulationsphase: Die Follikelphase ist nun beendet und der Follikel und die
benachbarte Wand des Ovars reissen und die Eizelle wird freigesetzt.
Lutealphase: Das im Ovar zurückbleibende Follikelgewebe wird nach der Ovulation
zum Gelbkörper transformiert, das während der Lutealphase des Ovarialzyklus
weibliche Sexualhormone sezerniert.
-6-
46.7 Die embryonale und fötale Entwicklung des Menschen und
anderer placentaler Säuger findet im Uterus statt.
Von der Empfängnis bis zur Geburt
Die Schwangerschaft (Gestation) oder die Trächtigkeit ist ein Zustand, bei dem
sich einer oder mehrere Embryonen im Uterus befinden. Sie beginnt mit einer
Empfängnis (Conception) und endet mit der Geburt. Beim Menschen dauert sie
durchschnittlich 38 Wochen und man kann sie vereinfachend in drei Trimester von
je etwa 3 Monaten unterteilen.
1. Trimester
In diesem Teil finden die radikalsten Veränderungen für Mutter und Kind statt. Die
Befruchtung erfolgt im Eileiter und ca. 24 Stunden später beginnt sich die Zygote zu
teilen (Furchung). Beim Eintritt in in den Uterus (nach 3-4 Tagen), ist eine vielzellige
Kugel entstanden (Morula). Innerhalb einer Woche nach der Befruchtung hat sich
eine Hohlkugel entwickelt (Blastocyste). Während weiteren 5 Tagen findet die
Einnistung in das Endometrium statt. In den ersten 3 bis 4 Wochen erhält der
Embryo Nährstoffe direkt vom Endometrium, später ernährt er sich dann von der
Placenta (scheibenförmiges Organ, das sowohl embryonale wie auch matternale
Blutgefässe enthält). Das erste Trimester ist vor allem die Zeit der Organogenese
(Entwicklung der Körperorgane). Gegen Ende der achten Woche sind alle wichtigen
Körperstrukturen eines erwachsenen Menschen bereits angelegt. Von nun an nennt
man den Embryo Fötus oder Fetus.
Das erste Trimester ist auch eine Phase der Veränderung für die Mutter. So
produziert der Embryo bereits als Blastocyste Hormone, die seine Anwesenheit
signalisieren und den mütterlichen Organismus massiv beeinflussen. Eines dieser
Hormone, das humane Choriogonadotropin (HCG), wirkt wie das LH aus der
Hypophyse auf den Gelbkörper und hält ihn vital, woduch er im ersten Trimester der
Schwangerschaft fortfährt, Progesteron und Östradiol zu produzieren.
2. Trimester
Der Fötus wächst rasch auf eine Grösse von 30 Zentimeter heran und wird sehr
aktiv. Weiter sinkt der HCG-Spiegel und der Gelbkörper degeneriert. Die Placenta
produziert nun zur Aufrechterhaltung der Schwangerschaft ihr eigenes Progesteron.
3. Trimester
Der Fötus wächst jetzt rasch und erreicht ein Gewicht von 3-3,5 Kilogramm und eine
Länge von ca. 50 Zentimetern.
Mechanismus der Wehen
hoher Östrogenspiegel
Bildung von Oxytocin-Rezeptoren im Uterus
Oxytocin (aus der
Neurohypophyse von Mutter
und Kind)
Plazenta produziert Prostaglandine
kräftige Kontraktionen der
glatten Muskulatur des Uterus
-7-
Der psychische und physische Stress während der Geburt verstärkt zusätzlich die
Produktion von Oxytocin und Prostaglandinen.
Die Geburt wird von kräftigen Wehen eingeleitet und erfolgt vereinfacht in drei
Etappen. Zuerst öffnet sich die Cervix, dann wird das Kind aus dem Uterus in die
Vagina geboren und zum Schluss wird die Placenta (Nachgeburt) abgestossen.
Die Lactation ist eine Form der postnatalen Brutpflege, die nur bei Säugern
vorkommt. Ein sinkender Progesteronspiegel nach der Geburt erlaubt die
Prolaktinsekretion, welche die Milchproduktion stimuliert.
46.8 Kontrazeption
Schwangerschaft.
(Empfängnisverhütung)
verhindert
eine
Es gibt verschiedene Methoden zur Empfängnisverhütung.
Es wird verhindert, dass keine Gameten produziert werden:
- Antibabypille: besteht aus Östrogenen und Progestin (progesteronähnlich),
welche die GnRH-Produktion stoppen, wodurch die Ovulation unterdrückt wird
und keine Follikel heranreifen
- Minipille: besteht aus Progestin, das den Schleim im Cervix verfestigt, so dass
kein Sperma eindringen kann
Beide Pillen bieten fast 100%igen Schutz.
Es wird verhindert, dass Gameten in den Uterus bzw, Penis gelangen:
- Sterilisation bei der Frau: Abbinden der Eileiter
- Sterilisation beim Mann: Durchschneiden der Samenleiter
Diese Methode ist entgültig, dafür bietet sie einen 100%igen Schutz.
Es wird verhindert, dass Spermien und Eizelle zusammenkommen:
- Natürliche Familienplanung oder Zeitwahlmethode: Mit Aufzeichnen der
Körpertemperatur und der Schleimkonsistenz wird der Zeitpunkt der Ovulation
bestimmt. Weil das Ei bis 2 Tage und die Spermien bis 3 Tage überleben können,
sollten die Partner während mehrerer Tage vor und nach der Ovulation keinen
Geschlechtsverkehr haben (ca. 90%igen Schutz).
- Barriere-Methoden: Kondom (Schützt auch vor Geschlechtskrankheiten)
Scheidenpessar (Diaphragma) – mehr als 90% sicher
- Coitus interuptus: Herausziehen des Penis vor der Ejakulation – unsicher
Es wird verhindert, dass sich der Blastocyst im Uterus einnistet:
- Spirale (IUD): Plastik- oder Metallteil im Uterus
Es können manchmal schmerzhafte Nebenwirkungen wie Blutungen, Infektionen,
Einnisten des Embryos im Eileiter auftreten.
Es wird der Embryo aus dem Uterus entfernt:
- RU-486: blockiert Progesteronrezeptoren im Uterus, so dass Progesteron nicht
mehr andocken kann. Der Zyklus wird wieder aufgenommen und das
Endometrium mitsamt dem Embryo abgestossen und ausgeschwemmt.
- Spontanabort geschieht bei fast einem Drittel der Schwangerschaften.
- Abtreibung
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46.9 Neue Technologien helfen bei Störungen der Fortpflanzung
Ultraschall-Aufnahme: Durch hochfrequente Schallwellen wird der Fötus dargestellt
und man kann Abnormalitäten feststellen. Diese Methode ist nicht-invasiv.
Amniocentese: Man entnimmt der Fruchtblase Wasser (invasiv) und untersucht es.
Chorionzotten-Biopsie: Dem fötalen Anteil der Placenta werden kleine
Gewebeproben entnommen und untersucht (invasiv).
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