Erfindung Sex
Erfindung des Sex
Evolutionsbiologie
Die sexuelle Reproduktion existiert wahrscheinlich nur, weil sie im Zuge der Evolution Fitnessvorteile gebracht hat. Da Sex Kosten von 50 % gegenüber der ungeschlechtlichen Vermehrung mit sich bringt (weil nur 50 % statt 100 % des eigenen Erbmaterials an die Nachkommen weitergegeben werden), wird davon ausgegangen, dass ein sexuell erzeugter Nachkomme im Durchschnitt doppelt so hohe Fitness besitzt wie ein asexuell produzierter. Als wahrscheinlichste Mechanismen der Fitnessvorteile der sexuellen Reproduktion gelten die Reduktion des Risikos nachteiliger Mutationen sowie die Reduktion der Anfälligkeit für Infektionskrankheiten. Diese zwei Theorien sind nicht notwendigerweise inkonsistent und beide Mechanismen könnten eine Rolle spielen. Daneben existieren weitere Hypothesen. Festzuhalten ist, dass die Existenz von Sex bisher von der Evolutionsbiologie unzureichend erklärt ist und ein Rätsel bleibt.
Geschlechtliche Fortpflanzung
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Als geschlechtliche oder sexuelle Fortpflanzung bezeichnet man die Erzeugung eigenständiger Nachkommen, wenn diese mit der Ausbildung von Geschlechtern verbunden ist. Im Regelfall erfolgt sie über Bildung weiblicher und männlicher Keimzellen (Geschlechtszellen), die dann miteinander zu einer Zygote verschmelzen (Befruchtung). Neben dieser zweigeschlechtlichen oder bisexuellen Fortpflanzung findet bei vielen Organismen auch eine eingeschlechtliche oder unisexuelle Fortpflanzung statt, indem aus weiblichen Geschlechtszellen ohne Befruchtung oder aus mehrzelligen Fortpflanzungskörpern neue Individuen hervorgehen. Von diesen beiden Formen der geschlechtlichen Fortpflanzung wird die ungeschlechtliche oder asexuelle Fortpflanzung unterschieden, bei der keine Differenzierung in verschiedene Geschlechter erfolgt.
Geschlechtliche Fortpflanzung kommt bei den weitaus meisten Organismen zumindest gelegentlich vor. Indem es dabei von Generation zu Generation zu einer Rekombination von Erbanlagen (Genen) kommt, erhöht sie die genetische Vielfalt innerhalb der Population.
Geschlechtliche wie auch ungeschlechtliche Fortpflanzung ist fast immer, jedoch nicht zwingend, mit einer Vermehrung (Zunahme der Individuenzahl) verbunden.
Typen der geschlechtlichen Fortpflanzung
Rolle im Zellzyklus
Im Zellzyklus folgen die drei für die Fortpflanzung wichtigen Stadien in der folgenden Reihenfolge aufeinander:
(1) Verschmelzung von zwei haploiden Gameten zu einer diploiden Zelle mit zwei Zellkernen. (Plasmogamie)
- (A) nach der Plasmogamie und vor der Karyogamie, können weitere Mitosen stattfinden (diploid)
(2) Verschmelzung der beiden Gameten-Zellkerne (Karyogamie), es entsteht eine diploide Zygote.
Bei verschiedenen Lebewesen können, je nach Art und Generationswechsel, zwischen den drei Hauptpunkten dieses Zyklus an bestimmten Stellen Mitosen dazwischengeschaltet sein. So dass sich entweder die Anzahl der Einzelzellen vermehrt, oder ein mehrzelliger Organismus entsteht. Die Kernphase ist diploid, wenn nach der Verschmelzung der Gameten und vor der Meiose, Mitosen erfolgen. Die Kernphase von Zellen die mitotisch, nach der Meiose und vor der Verschmelzung der Gameten entstehen, ist haploid.
- Flagellaten haben in der Phase (C) viele Mitosen zwischengeschaltet (Haplonten)
- Schlauchpilze haben in der Phase (C) und (A) viele Mitosen zwischengeschaltet. (Diplohaplont mit Dikaryophase)
- Wirbeltiere haben in der Phase (B) Mitosen zwischengeschaltet. (Diplonten)
- Gefäßpflanzen haben in der Phase (B) und (C) Mitosen zwischengeschaltet. (Diplohaplonten)
Vorteile
Da die Aufteilung der Chromosomen bei der Meiose zufällig geschieht, werden bei der geschlechtlichen Fortpflanzung die Gene der Eltern an die Nachkommen vermischt weitergegeben. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Genkombinationen in den Nachkommen, die im Sinne der Evolutionstheorie neu angepasste Individuen sein können.
Die Mehrzahl der Tier- und Pflanzenarten pflanzt sich geschlechtlich fort. Als evolutionärer Vorteil der geschlechtlichen Fortpflanzung (im Vergleich zur ungeschlechtlichen Vermehrung) wird die hohe Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten elterlicher Gene in den Nachkommen angesehen. Daneben ist es von Vorteil, dass jedes Individuum zwei Gene desselben Typs (Allele) trägt, so dass eine nachteilige Mutation in einem Gen für das Individuum nicht immer zum Tragen kommen muss, da die Chance besteht, dass die Funktion durch das andere Gen ersetzt wird. Die Trisomien beim Menschen deuten allerdings an, dass dieses nicht immer mit Vorteilen verbunden sein muss.
Der von Populationsgenetikern Muller's ratchet genannte Mechanismus verhindert die Senkung der Anzahl schädlicher Mutationen (bei asexuell fortpflanzenden Organismen). Sexuelle Fortpflanzung und Rekombination des Erbguts machen Muller's ratchet zunichte.
Schließlich hat sie noch zum Vorteil, dass sich zwei unabhängig voneinander entwickelte nützliche Mutationen irgendwann in einem Individuum vereinen können, während bei der ungeschlechtlichen Vermehrung eine von beiden zwangsläufig verdängt wird ("Clonal Interference").
Ungeschlechtliche Vermehrung und Selbstbefruchtung haben dagegen den Vorteil, dass sie auch bei sehr geringen Populationsdichten funktionieren. Wenn fremde Gameten fehlen (fehlende Bestäubung, geringe Populationsdichte) wechseln daher manche Tier- und Pflanzenarten zu diesen Vermehrungsarten. Wenn die Dichte einer Population unter eine bestimmte Grenze fällt, besteht bei Arten, die sich obligatorisch durch Xenogamie (Fremdbefruchtung) vermehren, die Gefahr des Aussterbens der Art.
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Die sexuelle Reproduktion existiert wahrscheinlich nur, weil sie im Zuge der Evolution Fitnessvorteile gebracht hat. Da Sex Kosten von 50 % gegenüber der ungeschlechtlichen Vermehrung mit sich bringt (weil nur 50 % statt 100 % des eigenen Erbmaterials an die Nachkommen weitergegeben werden), wird davon ausgegangen, dass ein sexuell erzeugter Nachkomme im Durchschnitt doppelt so hohe Fitness besitzt wie ein asexuell produzierter. Als wahrscheinlichste Mechanismen der Fitnessvorteile der sexuellen Reproduktion gelten die Reduktion des Risikos nachteiliger Mutationen sowie die Reduktion der Anfälligkeit für Infektionskrankheiten. Diese zwei Theorien sind nicht notwendigerweise inkonsistent und beide Mechanismen könnten eine Rolle spielen. Daneben existieren weitere Hypothesen. Festzuhalten ist, dass die Existenz von Sex bisher von der Evolutionsbiologie unzureichend erklärt ist und ein Rätsel bleibt.
Geschlechtliche Fortpflanzung
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Als geschlechtliche oder sexuelle Fortpflanzung bezeichnet man die Erzeugung eigenständiger Nachkommen, wenn diese mit der Ausbildung von Geschlechtern verbunden ist. Im Regelfall erfolgt sie über Bildung weiblicher und männlicher Keimzellen (Geschlechtszellen), die dann miteinander zu einer Zygote verschmelzen (Befruchtung). Neben dieser zweigeschlechtlichen oder bisexuellen Fortpflanzung findet bei vielen Organismen auch eine eingeschlechtliche oder unisexuelle Fortpflanzung statt, indem aus weiblichen Geschlechtszellen ohne Befruchtung oder aus mehrzelligen Fortpflanzungskörpern neue Individuen hervorgehen. Von diesen beiden Formen der geschlechtlichen Fortpflanzung wird die ungeschlechtliche oder asexuelle Fortpflanzung unterschieden, bei der keine Differenzierung in verschiedene Geschlechter erfolgt.
Geschlechtliche Fortpflanzung kommt bei den weitaus meisten Organismen zumindest gelegentlich vor. Indem es dabei von Generation zu Generation zu einer Rekombination von Erbanlagen (Genen) kommt, erhöht sie die genetische Vielfalt innerhalb der Population.
Geschlechtliche wie auch ungeschlechtliche Fortpflanzung ist fast immer, jedoch nicht zwingend, mit einer Vermehrung (Zunahme der Individuenzahl) verbunden.
Typen der geschlechtlichen Fortpflanzung
Stammen die beiden Geschlechtszellen, die zur Zygote verschmelzen von unterschiedlichen Individuen,
so spricht man von Xenogamie oder Fremdbefruchtung.
Stammen die beiden Geschlechtszellen, die zur Zygote verschmelzen vom selben Individuum,
so spricht man von Autogamie oder Selbstbefruchtung.
Rolle im Zellzyklus
Im Zellzyklus folgen die drei für die Fortpflanzung wichtigen Stadien in der folgenden Reihenfolge aufeinander:
(1) Verschmelzung von zwei haploiden Gameten zu einer diploiden Zelle mit zwei Zellkernen. (Plasmogamie)
- (A) nach der Plasmogamie und vor der Karyogamie, können weitere Mitosen stattfinden (diploid)
(2) Verschmelzung der beiden Gameten-Zellkerne (Karyogamie), es entsteht eine diploide Zygote.
- (B) nach der Bildung der Zygote und vor der Meiose, können u.u. weitere Mitosen stattfinden (diploid)
(3) Eine diploide Zygote führt Meiose (Reduktionsteilung) durch. Dabei entstehen haploide Geschlechtszellen.
- (C) nach der Meiose und vor der Bildung von Gameten, können u. U. weitere Mitosen stattfinden (haploid)Bei verschiedenen Lebewesen können, je nach Art und Generationswechsel, zwischen den drei Hauptpunkten dieses Zyklus an bestimmten Stellen Mitosen dazwischengeschaltet sein. So dass sich entweder die Anzahl der Einzelzellen vermehrt, oder ein mehrzelliger Organismus entsteht. Die Kernphase ist diploid, wenn nach der Verschmelzung der Gameten und vor der Meiose, Mitosen erfolgen. Die Kernphase von Zellen die mitotisch, nach der Meiose und vor der Verschmelzung der Gameten entstehen, ist haploid.
- Flagellaten haben in der Phase (C) viele Mitosen zwischengeschaltet (Haplonten)
- Schlauchpilze haben in der Phase (C) und (A) viele Mitosen zwischengeschaltet. (Diplohaplont mit Dikaryophase)
- Wirbeltiere haben in der Phase (B) Mitosen zwischengeschaltet. (Diplonten)
- Gefäßpflanzen haben in der Phase (B) und (C) Mitosen zwischengeschaltet. (Diplohaplonten)
Vorteile
Da die Aufteilung der Chromosomen bei der Meiose zufällig geschieht, werden bei der geschlechtlichen Fortpflanzung die Gene der Eltern an die Nachkommen vermischt weitergegeben. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Genkombinationen in den Nachkommen, die im Sinne der Evolutionstheorie neu angepasste Individuen sein können.
Die Mehrzahl der Tier- und Pflanzenarten pflanzt sich geschlechtlich fort. Als evolutionärer Vorteil der geschlechtlichen Fortpflanzung (im Vergleich zur ungeschlechtlichen Vermehrung) wird die hohe Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten elterlicher Gene in den Nachkommen angesehen. Daneben ist es von Vorteil, dass jedes Individuum zwei Gene desselben Typs (Allele) trägt, so dass eine nachteilige Mutation in einem Gen für das Individuum nicht immer zum Tragen kommen muss, da die Chance besteht, dass die Funktion durch das andere Gen ersetzt wird. Die Trisomien beim Menschen deuten allerdings an, dass dieses nicht immer mit Vorteilen verbunden sein muss.
Der von Populationsgenetikern Muller's ratchet genannte Mechanismus verhindert die Senkung der Anzahl schädlicher Mutationen (bei asexuell fortpflanzenden Organismen). Sexuelle Fortpflanzung und Rekombination des Erbguts machen Muller's ratchet zunichte.
Schließlich hat sie noch zum Vorteil, dass sich zwei unabhängig voneinander entwickelte nützliche Mutationen irgendwann in einem Individuum vereinen können, während bei der ungeschlechtlichen Vermehrung eine von beiden zwangsläufig verdängt wird ("Clonal Interference").
Nachteile
Ungeschlechtliche Vermehrung und Selbstbefruchtung haben dagegen den Vorteil, dass sie auch bei sehr geringen Populationsdichten funktionieren. Wenn fremde Gameten fehlen (fehlende Bestäubung, geringe Populationsdichte) wechseln daher manche Tier- und Pflanzenarten zu diesen Vermehrungsarten. Wenn die Dichte einer Population unter eine bestimmte Grenze fällt, besteht bei Arten, die sich obligatorisch durch Xenogamie (Fremdbefruchtung) vermehren, die Gefahr des Aussterbens der Art.
© Matthias Voß