Geschlechtliche Fortpflanzung

Grundprinzip der geschlechtlichen Fortpflanzung

Geschlechtliche oder sexuelle Fortpflanzung ist eine Fortpflanzungsform der Eukaryoten, also von Lebewesen mit Zellkern. Kennzeichnend ist ein Wechsel zweier Vorgänge: Bei der Karyogamie verschmelzen Zellkerne, wodurch sich der Ploidiegrad, also die Anzahl der Chromosomensätze im Zellkern, verdoppelt. Bei der Meiose oder Reduktionsteilung wird die Chromosomenzahl wieder halbiert. Der Wechsel zwischen haploider Phase mit einfachem und diploider Phase mit doppeltem Chromosomensatz heißt Kernphasenwechsel.

Meist bilden Eukaryoten Gameten, also Geschlechtszellen. Bei der Befruchtung verschmelzen diese zu einer Zygote; in ihr findet die Karyogamie statt. Beim Menschen und den meisten anderen Eukaryoten gibt es weibliche und männliche Gameten. Bei vielen Algen sehen die Gameten äußerlich gleich aus. Dort spricht man statt von Geschlechtern von Paarungstypen; es kann mehr als zwei davon geben. Pilze bilden keine Gameten: Bei ihnen können Hyphen an ihren Spitzen verschmelzen oder spezielle vielkernige Geschlechtsorgane, Gametangien, daran beteiligt sein.

Geschlechter können auf verschiedene Individuen verteilt sein oder zugleich in einem Individuum vorkommen. Das gleichzeitige Vorkommen heißt Hermaphroditismus und ist bei den meisten Pflanzen sowie vielen wirbellosen Tieren gegeben. Neben der zweigeschlechtlichen beziehungsweise bisexuellen Fortpflanzung gibt es bei vielen Eukaryoten eine eingeschlechtliche oder unisexuelle Form: Aus weiblichen Geschlechtszellen entstehen ohne Befruchtung neue Individuen, bei Tieren als Parthenogenese und bei Pflanzen als Apomixis. Davon unterscheidet sich ungeschlechtliche oder asexuelle Vermehrung, bei der der Ploidiegrad unverändert bleibt.

Geschlechtliche Fortpflanzung tritt bei den meisten Eukaryoten zumindest gelegentlich auf. Durch Rekombination, also die Neukombination von Erbanlagen oder Genen, erhöht sie die genetische Vielfalt einer Population. Sie ist fast immer, aber nicht zwingend, mit einer Zunahme der Individuenzahl verbunden. Das Reproduktions- oder Fortpflanzungssystem umfasst alle anatomischen Organe, die an der geschlechtlichen Fortpflanzung beteiligt sind.

Bedeutung der Rekombination

Bei der Meiose werden Chromosomen zufällig aufgeteilt. Deshalb werden die Gene der Eltern in neuen Kombinationen an Nachkommen weitergegeben. Diese Vielfalt an Genkombinationen kann nach der Evolutionstheorie zu neu angepassten Individuen führen. Eine schnellere Anpassungsrate ist besonders unter widrigen Umweltbedingungen mit hohem Selektionsdruck vorteilhaft.

Als weiterer möglicher Vorteil gilt, dass ein Individuum zwei Allele, also zwei Gene desselben Typs, tragen kann. Eine nachteilige Mutation in einem Gen muss sich dann nicht unbedingt auswirken, weil das andere Gen dessen Funktion ersetzen kann. Trisomien beim Menschen zeigen jedoch, dass ein zusätzlicher Chromosomensatz nicht immer Vorteile bringt.

Sexuelle Fortpflanzung und Rekombination verringern außerdem die Wahrscheinlichkeit für Muller’s ratchet: die Anhäufung schädlicher Mutationen über die Zeit bei asexueller Reproduktion. Befunde bei Wasserflöhen, die sich geschlechtlich und ungeschlechtlich fortpflanzen können, stützen dies. Zudem wird der Wettbewerb zwischen vorteilhaften Allelen auf unterschiedlichen Genen reduziert. Zwei unabhängig entstandene nützliche Mutationen können sich durch Rekombination in einem Individuum vereinigen; bei ungeschlechtlicher Vermehrung würde eine von beiden zwangsläufig verdrängt („Clonal Interference“).

Kosten und Risiken

Warum sich sexuelle Fortpflanzung in der Natur entwickelt hat, ist nicht genau bekannt. Asexuelle Fortpflanzung ist deutlich weniger energieaufwändig: Es wird kein zweites, männliches Geschlecht benötigt, keine großen Keimzellen müssen erzeugt werden, und hinsichtlich der Vermehrung ist sie der sexuellen Fortpflanzung überlegen. John Maynard Smith zeigte, dass ein Weibchen nach vier Generationen der Parthenogenese fast viermal mehr Nachwuchs produziert haben wird als ein sich sexuell fortpflanzendes Paar.

Ungeschlechtliche Vermehrung und Selbstbefruchtung funktionieren auch bei sehr geringer Populationsdichte. Fehlen fremde Gameten, etwa wegen fehlender Bestäubung oder geringer Populationsdichte, wechseln manche Tier- und Pflanzenarten daher zu diesen Formen der Vermehrung. Bei Arten mit obligatorischer Xenogamie, also Fremdbefruchtung, kann eine Populationsdichte unter einer bestimmten Grenze dagegen zum Risiko führen, dass die Art ausstirbt.