Fortpflanzung

Grundidee und Entwicklung der Forschung

Fortpflanzung oder Reproduktion ist die Erzeugung neuer, eigenständiger Nachkommen eines Lebewesens. Meist steigt dadurch die Zahl der Exemplare; eine Ausnahme bilden manche Einzeller. Grundsätzlich gibt es geschlechtliche Fortpflanzung mit Paarung und ungeschlechtliche Fortpflanzung ohne Paarung.

Die heutige Vorstellung entstand erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts. Zuvor galt die „Zeugung“ als Schöpfungsakt. Man unterschied die Samenzeugung bei Menschen und höheren Tieren von der angenommenen Spontanzeugung: Niedere Tiere wie Schlangen oder Fliegen schienen aus fauliger oder schlammiger Materie zu entstehen.

Im 17. Jahrhundert verbreitete sich die Präformationslehre. Danach seien Menschen und höhere Tiere schon vollständig vorgeformt und müssten sich nur noch „auswickeln“. Antoni van Leeuwenhoek und andere fanden im Sperma Spermien, die damals als „Samentierchen“ bezeichnet wurden; manche glaubten darin winzige Menschen, sogenannte homunculi, zu erkennen. Francesco Redis Versuche zeigten dagegen, dass Fliegen aus faulendem Fleisch nicht spontan entstehen, sondern aus winzigen Eiern. Charles Bonnet entdeckte 1740 die Parthenogenese bei Blattläusen: Weibchen können sich ohne Männchen fortpflanzen.

Beobachtungen wie Maultiere oder Kreuzungen verschiedener Tabak-Arten, die Joseph Gottlieb Kölreuter 1761 beschrieb, zeigten, dass Nachkommen Merkmale beider Eltern haben können. Caspar Friedrich Wolff untersuchte 1759 die schrittweise Entwicklung eines Kükens aus zunächst formloser Dottermasse; dies wird Epigenese genannt. Johann Friedrich Blumenbach postulierte 1781 einen „Bildungstrieb“ als Ursache von „Generation, Nutrition und Reproduction“. Karl Ernst von Baer entdeckte 1827 das menschliche Ei im Ovarialfollikel.

Oscar Hertwig beschrieb 1876–1878 bei Seeigeln die Befruchtung als Vereinigung von Eizelle und Spermium. Er beobachtete, dass ein Spermium in die Eizelle eintritt und sich die Kerne beider Zellen vereinigen. Die Mitose, eine Kernteilung mit gleichmäßiger Verteilung der Chromosomen auf zwei Tochterzellen, hatte Friedrich Anton Schneider bereits 1873 beschrieben.

Gregor Mendel veröffentlichte 1866 seine Vererbungsregeln, die jedoch erst 1900 durch Hugo de Vries, Carl Correns und Erich Tschermak wieder aufgegriffen wurden. Walter Sutton verband 1902 das paarweise Auftreten von Chromosomen mit Mendels paarweise vorhandenen Merkmalen. Theodor Boveri formulierte 1904 daraus die Chromosomentheorie der Vererbung. Thomas Hunt Morgan und Hermann Joseph Muller entwickelten in den 1920er Jahren Genkarten: Gene liegen demnach auf Chromosomen. Barbara McClintock und Harriet B. Creighton klärten 1930/31 das Crossing-over auf, den Austausch von Chromosomenabschnitten. 1953 machte das Doppelhelix-Modell von James Watson und Francis Crick deutlich, dass DNA eine komplexe Struktur besitzt und Erbinformation tragen kann.

Geschlechtliche Fortpflanzung

Geschlechtliche oder sexuelle Fortpflanzung beruht auf einem Wechsel von Kernverschmelzung und besonderer Kernteilung. Bei der Karyogamie verschmelzen Zellkerne; die Chromosomenzahl verdoppelt sich zur Diploidie. Bei der Meiose wird die Chromosomenzahl wieder halbiert; dieser Zustand heißt Haploidie.

Durch diesen Kernphasenwechsel werden Chromosomen und die darauf liegenden Gene neu kombiniert. Diese Rekombination entsteht unter anderem, weil homologe Chromosomen bei der Meiose zufällig auf die Tochterkerne verteilt werden. Beim Menschen, allen vielzelligen Tieren und den meisten Pilzen geschieht dies von Generation zu Generation. Bei höher organisierten Pflanzen, den Landpflanzen oder Embryophyta, wechseln diploide und haploide Generationen einander ab.

Die meisten Eukaryoten, also Lebewesen mit Zellkernen, pflanzen sich wenigstens gelegentlich sexuell fort. Beim Menschen und höher organisierten Tieren ist dies die einzige Fortpflanzungsform. Häufig gibt es zwei Geschlechter, die unterschiedliche Geschlechtszellen, Gameten, bilden. Bei der Befruchtung vereinigen sich diese Gameten.

Besitzt ein Lebewesen Geschlechtsorgane beider Geschlechter, heißt dies Hermaphroditismus. Davon ist Intersexualität zu unterscheiden: Dabei sind Merkmale beider Geschlechter ausgeprägt; dies ist meist mit Unfruchtbarkeit verbunden. Haben Pilze oder viele Algen keine Geschlechtsunterschiede, spricht man von Paarungstypen. Es können mehr als zwei Paarungstypen vorkommen.

Eine Sonderform ist die eingeschlechtliche oder unisexuelle Fortpflanzung: Nachkommen entstehen aus unbefruchteten Eizellen. Bei Tieren heißt sie Parthenogenese, bei Pflanzen Apomixis. Sie kann sich mit zweigeschlechtlicher Fortpflanzung abwechseln, etwa bei Blattläusen, oder die einzige Fortpflanzungsform sein, wie bei den meisten Löwenzahn-Arten.

Ungeschlechtliche Fortpflanzung

Bei der ungeschlechtlichen oder asexuellen Fortpflanzung finden weder Karyogamie noch Meiose statt. Der Ploidiegrad, also die Anzahl der Chromosomensätze, bleibt unverändert. Daher kommt es nicht zu der für die geschlechtliche Fortpflanzung typischen Neukombination von Chromosomen und Genen.

Diese Fortpflanzungsweise ist bei Pflanzen, Algen, Pilzen und Einzellern sehr häufig. Bei diesen Organismen ist sie oft die wichtigste Form der Vermehrung, beispielsweise durch Sporen. Im Tierreich tritt sie nur bei relativ einfach organisierten Gruppen auf, etwa bei Würmern, Polypen und Manteltieren.