Fortpflanzung und Entwicklung bei Tieren: Strategien, Befruchtung und Embryonalentwicklung

Lebenszyklus der Tiere: Strategien zur Fortpflanzung und Entwicklung

Der Lebenszyklus der Tiere umfasst Strategien zur Fortpflanzung sowie die Entwicklung vom Embryo bis zum erwachsenen Tier.

Paarung

Viele Tiere, insbesondere wassergebundene Arten, geben ihre Spermien direkt in das Wasser ab. Andere Arten bilden eine Hülle, die sogenannte Spermatophore, die bei der Paarung verwendet wird. Wieder andere besitzen Kopulationsorgane und übertragen die Spermien direkt in die weiblichen Genitalien.

Befruchtung

Bei der Befruchtung verschmelzen Ei- und Samenzelle. Die daraus entstehende Zygote entwickelt sich zu einem neuen, eigenständigen Lebewesen.

Embryonale Entwicklung

Die embryonale Entwicklung ist ein komplexer Prozess, der mit der Zygote beginnt und mit dem Schlüpfen aus dem Ei oder der Geburt endet.

Postembryonale Entwicklung

Bei der direkten Entwicklung ähnelt das neue Lebewesen bereits den Erwachsenen und erlangt nach dem Schlupf die Fähigkeit zur Fortpflanzung. Bei der indirekten Entwicklung schlüpft zunächst eine Larve, die sich vom Erwachsenen unterscheidet. Durch die Metamorphose verwandelt sich die Larve in das erwachsene Tier. Diese Veränderungen können einfach oder komplex sein.

Ungeschlechtliche Fortpflanzung

Bei der asexuellen Fortpflanzung sind keine Gameten beteiligt, und es werden keine spezialisierten Geschlechtsorgane oder Keimzellen benötigt. Formen davon sind:

• Knospung: Am Körper des Elterntiers bilden sich Ausstülpungen oder Knospen, die sich zu neuen Individuen entwickeln.
• Gemmulation: Es entsteht ein neues Individuum aus sogenannten Gemmulae, die von einer schützenden Hülle umgeben sind.
• Fragmentierung: Das Tier teilt sich in zwei oder mehr Teile, von denen jeder fähig ist, das ganze Tier neu aufzubauen.
• Polyembryonie: Eine besondere Form der Fragmentierung, bei der sich der Keim in der frühen Entwicklungsphase in mehrere Fragmente teilt, aus denen jeweils ein neues Individuum hervorgeht.

Geschlechtliche Fortpflanzung

Die sexuelle Fortpflanzung beruht auf den grundlegenden Prozessen der Meiose, bei der haploide Gameten entstehen, und der Befruchtung, bei der die typische diploide Chromosomenzahl der Zygote wiederhergestellt wird. Dadurch werden genetische Eigenschaften der Eltern kombiniert, sodass das neue Individuum genetisch einzigartig ist.

Zweihäusige Arten

Bei zweihäusigen Arten gibt es getrennte Geschlechter: Männchen produzieren Spermien, Weibchen bilden Eizellen. Oft zeigt sich der Geschlechtsdimorphismus in Unterschieden bei Größe, Farbe und Struktur.

Monözische Arten (Hermaphroditen)

Bei monözischen Arten produzieren Individuen beide Arten von Gameten, entweder in den Keimdrüsen oder in einem einzigen Organ, den sogenannten Ovotestes. Der Vorteil: Jedes Individuum kann Nachkommen erzeugen, während bei getrenntgeschlechtlichen Arten nur die Weibchen Eier produzieren.

Geschlechtsorgane der Tiere

Die Geschlechtsorgane bestehen aus zwei Typen:

• Primäre Organe: Keimdrüsen, also Hoden und Eierstöcke, die die Gameten bilden. Manche Tiergruppen besitzen keine eigenen Geschlechtsorgane.
• Akzessorische Organe: Sie unterstützen die Bildung und Freisetzung der Gameten sowie deren Aufnahme und den Schutz des Embryos. Beim Männchen gehören dazu Penis, Drüsen und Ausführgänge; beim Weibchen Eileiter, Uterus, akzessorische Drüsen und Vagina.

Fortpflanzungsorgane bei Wirbellosen und Wirbeltieren

Weibliche Fortpflanzungsorgane

Die weiblichen Organe sind unabhängig vom Harnsystem gebaut und umfassen:

• Eierstöcke: Hier befinden sich Follikel, die aus einer Eizelle und umgebenden Follikelzellen bestehen.
• Eileiter: Sie transportieren die reifen Eizellen von den Eierstöcken zum Uterus.
• Uterus (Gebärmutter): Bei manchen Tieren werden die Eier bis zur Eiablage zurückgehalten. Bei Säugetieren nistet sich der Embryo in das Endometrium ein; daraus bildet sich die Plazenta, die den Embryo während der Entwicklung ernährt.
• Vagina: Der muskulöse Schlauch verbindet den Gebärmutterhals mit der Außenwelt, nimmt den Penis auf und dient bei der Geburt als Geburtskanal.
• Vulva: Die äußeren Geschlechtsorgane mit Schamlippen, Vorhof und Klitoris. Drüsen sondern Flüssigkeiten ab, die die Scheide und die Klitoris bei der Kopulation befeuchten. Die Klitoris enthält sensible Nervenendigungen für die sexuelle Erregung.

Männliche Fortpflanzungsorgane

Die männlichen Organe stehen in Verbindung mit dem Harnsystem und umfassen:

• Hoden: Zwei Organe, die aus zahlreichen Samenkanälchen bestehen, in denen Spermien gebildet werden.
• Hodensack: Die äußere Tasche, in der die Hoden hängen.
• Nebenhoden: Ein gewundener Gang, in dem die Spermien reifen und gespeichert werden.
• Samenleiter (Ductus deferens): Er verläuft aus dem Hodensack in die Bauchhöhle und transportiert die Spermien während der Ejakulation.
• Ductus ejaculatorius: Er befördert die Spermien während der Ejakulation.
• Akzessorische Drüsen: Samenblasen, Prostata und Bulbourethraldrüsen.
• Penis: Das erektile Begattungsorgan, das den Samen ausstößt und durch die Vorhaut geschützt wird.

Gametogenese

Die Gametogenese ist die Bildung der Keimzellen (Gameten).

Spermatogenese

Die Spermatogenese findet in den Samenkanälchen der Hoden statt und bildet haploide Spermien aus diploiden Vorläuferzellen. Ab der Pubertät teilen sich die Spermatogonien kontinuierlich. In der Reifephase läuft die Meiose ab. Während der Spermiogenese entwickelt sich die Zelle zu einem Spermium mit Kopf und Geißel. Anschließend wandern die Spermien durch die Samenkanälchen zum Nebenhoden. Die Spermatogenese wird durch die Hormone Testosteron und Follikel-stimulierendes Hormon (FSH) reguliert.

Oogenese

Die Oogenese findet in den Eierstöcken statt und bildet haploide Eizellen aus diploiden Zellen. Sie umfasst drei Phasen:

• Vermehrung: Die Oogonien (Urkeimzellen) teilen sich während der Embryonalentwicklung.
• Wachstum: Die Oogonien vergrößern sich, sammeln Dotter an und werden zu primären Oozyten.
• Reifung: Die primären Oozyten vollenden die Meiose und ergeben eine reife Eizelle und drei Polkörperchen.

Menstruationszyklus

Der Menstruationszyklus gliedert sich in Phasen, in denen sich die Eierstöcke und die Gebärmutter verändern.

• Follikelphase: Das FSH steigt an und stimuliert das Wachstum mehrerer primärer Follikel. Meist reift nur ein Follikel zur sprungreifen Eizelle heran. Der Follikel produziert Östrogene, die die Gebärmutterschleimhaut aufbauen und die LH-Ausschüttung auslösen.
• Ovulation (Eisprung): Ein reifer Follikel platzt, und die Eizelle wird freigesetzt. Die Meiose der sekundären Oozyte ist dabei unterbrochen und wird erst nach einer Befruchtung abgeschlossen.
• Lutealphase: Der leere Follikel bildet den Gelbkörper (Corpus luteum), der Progesteron freisetzt. Dieses Hormon bereitet die Gebärmutter auf eine mögliche Einnistung vor. Ohne Befruchtung bildet sich der Gelbkörper nach etwa einer Woche zurück.

Insemination (Besamung)

Die Insemination bezeichnet die Übertragung der Spermien auf die Eizellen:

• Externe Besamung (Wassertiere): Die Spermien gelangen außerhalb des Körpers ins Wasser und suchen dort die Eizellen.
• Interne Befruchtung: Bei Schwämmen (Porifera) werden die Spermien ins Wasser abgegeben und mit der Strömung aufgenommen.
• Externe Befruchtung: Weibchen legen Eier ins Wasser, und Männchen geben Sperma darüber ab (Fische und Amphibien).
• Interne Besamung: Das Sperma wird direkt in den Körper des Weibchens übertragen. Spinnentiere verwenden dafür Pedipalpen, Vögel bringen das Sperma über die Kloake ein, Insekten, Schnecken und Säugetiere besitzen einen Penis, der das Sperma in den Genitaltrakt überträgt.

Befruchtung

Bei der Befruchtung verschmelzen Ei- und Samenzelle zur diploiden Zygote, aus der sich ein mehrzelliges Lebewesen entwickelt. Der haploide Eikern liefert das nährstoffreiche Zytoplasma mit Mitochondrien, Ribosomen und mRNA. Das Spermium steuert den haploiden Kern und ein Zentriol bei, aus dem sich das Zentrosom der Zygote bildet. Die Karyogamie bezeichnet die Verschmelzung der beiden Gametenkerne.

Parthenogenese

Bei der Parthenogenese entwickelt sich eine unbefruchtete Eizelle vollständig zu einem neuen Individuum. Der Nachteil: Bei plötzlichen Umweltveränderungen können sich parthenogenetische Arten nur sehr begrenzt an neue Bedingungen anpassen.

Embryonale Entwicklung

Die embryonale Entwicklung ist ein kontinuierlicher Prozess von der Befruchtung bis zur Geburt. Sie umfasst die Stufen Furchung (Segmentierung), Gastrulation und Organogenese.

Fortpflanzungsformen nach Entwicklungsort

• Oviparie (eierlegende Tiere): Die Eier werden außerhalb des Muttertieres abgelegt. Beispiele: Insekten, Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Kloakentiere.
• Ovoviviparie (eierlebendgebärende Tiere): Die Eier entwickeln sich im Körper des Weibchens und werden mit Dotter ernährt. Beispiele: Anneliden, Insekten und Schnecken.
• Viviparie (lebendgebärende Tiere): Der Embryo entwickelt sich im Uterus und wird vom Muttertier versorgt. Beispiele: Säugetiere, Skorpione und Knorpelfische.

Furchung

Bei der Furchung teilt sich die Zygote in Blastomeren. Je nach Eitypus unterscheidet man:

• Isolecithale Eier: Der Dotter ist gleichmäßig im Zytoplasma verteilt (Nesseltiere, Stachelhäuter, Weichtiere und Säugetiere).
• Heterolecithale Eier: Der Dotter konzentriert sich am vegetativen Pol, der Kern liegt am animalen Pol (Weichtiere, Amphibien).
• Telolecithale Eier: Der Dotter nimmt fast das gesamte Ei ein, der Kern ist auf eine kleine Kappe beschränkt (Fische, Reptilien, Vögel).
• Centrolecithale Eier: Der Dotter liegt im Zentrum, der Kern umgibt ihn (Insekten).

Gastrulation

Bei der Gastrulation entstehen die Keimblätter Ektoderm, Entoderm und Mesoderm.

• Invagination (Einstülpung): Ein Teil der Blastulawand stülpt sich nach innen. Dabei entstehen Ektoderm, Entoderm und der Urdarm. Der Urmund wird bei Protostomiern zum Mund, bei Deuterostomiern zum After.
• Epibolie: Kleine Zellen wachsen über größere Zellen und umschließen sie.

Bildung des Mesoderms

Das Mesoderm entsteht auf zwei Wegen:

• Enterocoelie: Das Mesoderm bildet sich durch Ausstülpungen des Darms, die sich abschnüren und einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum, das Coelom, bilden.
• Schizocoelie: Zellen wandern in die Blastocöl und bilden das Mesoderm, aus dem sich das Coelom entwickelt.

Amnioten

Reptilien, Vögel und Säugetiere bilden die Gruppe der Amnioten. Sie besitzen extraembryonale Hüllen:

• Amnion: Umschließt den Embryo mit Fruchtwasser und schützt ihn.
• Allantois: Speichert Stoffwechselprodukte und dient dem Gasaustausch.
• Dottersack: Enthält Nährstoffe für den Embryo.
• Chorion: Umschließt alle Hüllen und ermöglicht den Gasaustausch mit der Umgebung. Bei höheren Säugetieren entwickelt sich aus dem Chorion gemeinsam mit dem Endometrium die Plazenta, über die der Embryo von der Mutter ernährt wird.

Die Nabelschnur verbindet den Embryo mit der Plazenta und wird aus Amnion, Allantois und Dottersack gebildet.

Organogenese

Bei der Organogenese entstehen aus den Keimblättern die Organe und Organsysteme des Körpers. Bei Wirbeltieren gilt:

• Ektoderm: Haut, Haare, Hautdrüsen, Mund- und Nasenschleimhaut, Nervensystem, Linse und Netzhaut des Auges sowie das Innenohr.
• Entoderm: Auskleidung des Verdauungs- und Atmungssystems, Leber und Bauchspeicheldrüse.
• Mesoderm: Lederhaut (Dermis), Skelettmuskulatur, Skelett (außer Schädel), Harn- und Geschlechtsorgane sowie das Blutgefäßsystem.

Entwicklungsarten nach dem Schlupf

• Direkte Entwicklung: Die Tiere schlüpfen bereits weitgehend ausgebildet und ähneln den Erwachsenen. Dies ist meist bei großen, eierlegenden Tieren mit viel Dotter der Fall.
• Indirekte Entwicklung: Die Tiere schlüpfen als Larven, die sich durch Metamorphose zum Erwachsenen entwickeln. Die Larve ernährt sich selbst, während der Embryo vom Dotter lebt.