PARTHENOGENESE: WORAUS ES BESTEHT, TYPEN, ORGANISMEN - BIOLOGIE - 2025

Die Parthenogenese ist die Produktion eines Embryos aus einem weiblichen Gameten ohne genetischen Beitrag eines männlichen Gameten mit oder ohne eventuelle Entwicklung zu einem Erwachsenen. In den meisten Fällen ist der männliche Gamete nicht am Fortpflanzungsprozess beteiligt.

Es gibt jedoch einen besonderen Fall der Parthenogenese, die als Gymnogenese bezeichnet wird und an dem ihre Teilnahme erforderlich ist. In diesem Fall gelangt das Sperma in die Eizelle und aktiviert sie, um die Entwicklung eines neuen Organismus zu starten.

Poeciliopsis gracilis, eine Fischart aus Mittelamerika mit parthenogenetischer Reproduktion. Foto von Coletti, T. Aufgenommen und bearbeitet von fishbase.de

Parthenogenese ist ein sehr häufiges Phänomen bei Pflanzen und Tieren. Es gibt Schätzungen, dass es bei bis zu 1% der Gesamtzahl bekannter Arten vorkommen kann.

Es ist eine Fortpflanzungsart, die in praktisch allen großen Gruppen von Tieren und Pflanzen auftreten kann. Die Ausnahme bilden möglicherweise die weiterentwickelten Taxa wie Gymnospermen und Säugetiere, bei denen es keine verlässlichen Aufzeichnungen über ihr Auftreten gibt.

Was ist Parthenogenese?

Das einfachste Konzept der Parthenogenese zeigt, dass es sich um die Entwicklung der Eizelle bei einem neuen Individuum handelt, ohne dass eine Befruchtung stattfindet. Bei vielen Tieren leiden die ohne Befruchtung produzierten Embryonen jedoch unter einer hohen Mortalität.

In einigen anderen Fällen ist das Zusammentreffen eines männlichen Gameten nur erforderlich, um die Entwicklung zu aktivieren. Daher kann gesagt werden, dass Parthenogenese aus "der Produktion eines Embryos aus einem weiblichen Gameten ohne genetischen Beitrag eines männlichen Gameten mit oder ohne eventuelle Entwicklung bei einem Erwachsenen" besteht.

Typen

Abhängig von den beteiligten zytologischen Mechanismen kann die Parthenogenese von verschiedenen Arten sein, einschließlich:

-Ticoparthenogenese

Auch fakultative Parthenogenese genannt, wird es auf diese Weise genannt, wenn die Entwicklung unbefruchteter Eier gelegentlich und spontan erfolgt. Diese Art der Parthenogenese ist bei Tieren sehr häufig.

Nach Ansicht einiger Autoren ist dies die einzige wirkliche Art der Parthenogenese. Die Gametenbildung bei der Aticoparthenogenese kann meiotische Teilungen beinhalten oder auch nicht. Abhängig vom Vorhandensein oder Fehlen einer Meiose kann diese Parthenogenese wiederum unterteilt werden in:

Apomiktische Parthenogenese

Auch ameiotisch oder diploid genannt. Darin liegt eine Unterdrückung der Meiose. Die Nachkommen entwickeln sich aus unbefruchteten Eiern durch mitotische Teilung.

Es entstehen Organismen, die genetisch mit der Mutter identisch sind. Diese Art der Parthenogenese tritt normalerweise bei Rotiferen und den meisten Gruppen von Arthropoden auf.

Automatische Parthenogenese

Auch meiotisch oder haploide genannt. In diesem Prozess bleibt die Meiose erhalten. Die Wiederherstellung des diploiden Zustands erfolgt durch Vervielfältigung oder Fusion der von der Mutter produzierten Gameten. Diese Art der Parthenogenese tritt sehr häufig bei Insekten auf.

-Ginogenese

Die Gynogenese ist eine besondere Art der sexuellen Fortpflanzung. Dabei muss das Sperma in die Eizelle eindringen, um die Embryonalentwicklung zu aktivieren.

Im Gegensatz zur normalen Befruchtung findet jedoch keine Fusion der männlichen und weiblichen Kerne statt. Nach der Fusion von Gameten degenerieren die Spermienchromosomen im Zytoplasma der Eizelle oder können aus der Zygote ausgestoßen werden.

Der gynogenetische Embryo entwickelt sich nur auf Kosten des Eizellkerns. Aus diesem Grund sind gynogenetische Welpen alle mit der Mutter identisch.

Diese Art der Fortpflanzung kann auftreten, wenn sich gynogenetische Frauen mit bisexuellen Männern derselben oder verwandter Arten paaren. Einige Autoren halten es nicht für eine richtige Parthenogenese.

-Hybridgenese

Es ist eine "hemiklonale" Art der Reproduktion. Dabei paaren sich Eltern verschiedener Arten und produzieren Hybriden. Die Hälfte des Genoms wird sexuell übertragen, während die andere Hälfte "klonal" ist.

Spermien verschmelzen im Zellkern und väterliche Gene werden in somatischen Geweben exprimiert, aber systematisch von der Keimbahn ausgeschlossen. Nur die Mutter wird das Genom an die nächste Generation weitergeben.

Diese Art der Parthenogenese tritt normalerweise bei Fischarten der Gattung Poeciliopsis auf und wurde auch bei der Wüstenameise Cataglyphis hispanica beobachtet.

Andere Arten

Einige Autoren bevorzugen eine zweckmäßigere Klassifizierung dieser Art der Reproduktion, wobei die Parthenogenese in zwei andere Arten unterschieden wird:

-Geographische Parthenogenese

Es ist gekennzeichnet durch die Koexistenz einer bisexuellen Form und einer parthenogenetischen Form bei einer einzelnen Art oder bei Arten, die phylogenetisch nahe beieinander liegen, jedoch eine unterschiedliche geografische Verteilung aufweisen.

Parthenogenetische Organismen neigen dazu, andere Bereiche als ihre nahen Verwandten zu besetzen, die sich sexuell fortpflanzen. Asexuelle Organismen neigen dazu, in Breiten- oder Höhenlagen, auf Inseln, in xerophilen Umgebungen oder in gestörten Lebensräumen höhere Verteilungen zu haben.

Diese Art der Parthenogenese wurde bei einigen Arten von Pflanzen, Würmern, Krebstieren, Insekten und Eidechsen beobachtet.

-Cyclische Parthenogenese

Organismen können sich sowohl sexuell als auch parthenogenetisch vermehren. In einigen Jahreszeiten werden nur Frauen durch Parthenogenese produziert.

In anderen Zeiträumen produzieren die Weibchen jedoch sowohl Weibchen als auch Männchen, die sich sexuell fortpflanzen.

Ursprung parthenogenetischer Linien

Bei bisexuellen Arten, bei denen Nachkommen durch Parthenogenese erzeugt werden, produzieren sie im Allgemeinen parthenogenetische Weibchen. Diese entstehenden unisexuellen Linien können sich phänotypisch und genotypisch stark von ihren bisexuellen Kongeneren unterscheiden. Es gibt verschiedene Mechanismen, die zu diesen parthenogenetischen Linien führen können.

Spontan

Der Verlust der sexuellen Interaktion tritt durch Mutationen in Genen auf, die die Meiose unterdrücken, die Induktion des Geschlechts durch Umweltbedingungen modifizieren und die hormonelle Expression regulieren.

In extremen Fällen könnte die Mutation durch „Reparieren“ des Genotyps einer streng parthenogenetischen Linie wirken, die parthenogenetische Männer und Frauen hervorbringen könnte.

Durch Hybridisierung

Die Hybridisierung ist die häufigste Methode zur Erzeugung parthenogenetischer Abstammungslinien bei Tieren und kann bei Schnecken, Insekten, Krebstieren und den meisten unisexuellen Wirbeltieren beobachtet werden.

Sie stammen aus der Kreuzung zweier bisexueller Arten mit hoher Heterozygotie und typischen Allelen elterlicher Arten. In diesen Fällen kann Meiose ein Hindernis sein, das zum Verlust der Sexualität führt.

Ansteckender Ursprung

Es tritt durch Hybridisierung zwischen parthenogenetischen Weibchen und Männchen derselben oder eng verwandter Spezies auf. Es wird angenommen, dass es die Hauptursache für Polyploidie bei unisexuellen Organismen ist.

Der Genfluss zwischen sexuellen und parthenogenetischen Linien ermöglicht die ansteckende Verbreitung von Genen. Aus diesem Grund können Sexualorganismen wiederum entstehen oder eine neue parthenogenetische Linie bilden.

Infektiöser Ursprung

Wolbachia pipientis ist eine Bakterienart der Phylum Proteobacteria, die etwa 20% aller Insektenarten trägt.

Es ist verantwortlich für reproduktive Manipulationen in seinen Wirten, wie zytoplasmatische Inkompatibilität, Feminisierung genetischer Männer, männlicher Tod und Parthenogenese. Es infiziert Arthropoden und Nematoden.

Es wird elterlich übertragen. Dieses Bakterium kann bei Parasitoidwespen der Gattung Trichogramma sowie bei Milben und anderen Arthropoden eine Parthenogenese induzieren.

Andererseits beeinflusst Xiphinematobacter, ein anderes Bakterium, Dorylaimida-Nematoden und verursacht auch Parthenogenese.

Multikausaler Ursprung

Bei vielen Arten werden parthenogenetische Linien durch einen einzigen Mechanismus erzeugt. Bei anderen Arten können sie jedoch durch verschiedene Mechanismen entstehen. Beispielsweise haben die parthenogenetischen Linien von Ostrakoden häufig einen doppelten Ursprung.

Diploide Klone entstehen durch spontanen Verlust der Sexualität, während polyploide Klone durch Hybridisierung zwischen parthenogenetischen Männern und Frauen derselben oder verwandter Spezies entstehen.

Ein weiteres Beispiel ist der Fall der Blattlaus Rhopalosiphum padi. Bei dieser Art können parthenogenetische Linien aus drei verschiedenen Ursprüngen stammen: spontan, hybride oder ansteckende.

Organismen, in denen Parthenogenese auftritt

Rotifere

Unter den Rotifera gibt es Arten, die sich nur durch weibliche apomiktische Parthenogenese vermehren, und Arten, die diese Parthenogenese mit gewöhnlicher sexueller Fortpflanzung abwechseln.

Der Übergang zwischen asexueller und sexueller Fortpflanzung wird von der Umwelt gesteuert. Der Erfolg von Rotifer-Arten, die die sexuelle Reproduktion vollständig verloren haben, ist nach Ansicht einiger Autoren auf die Anhäufung von Mutationen während Perioden exponentieller apomiktischer parthenogenetischer Reproduktion zurückzuführen.

Dies würde zusammen mit der "mitotischen" Kreuzung die Erzeugung einer ausreichenden genotypischen Vielfalt ermöglichen, um sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen. Auf diese Weise würde ein großer Vorteil der sexuellen Fortpflanzung beseitigt.

Mollusken

Parthenogenese wurde für einige Arten von Gastropodenmollusken berichtet. Zu diesen Arten gehören Potamopyrgus antipodarum, Tarebia granifera und alle Arten der Gattung Melanoides.

Alle Vertreter der letzteren Gattung mit Ausnahme der diploiden Rasse von M. tuberculata sind polyploid.

Krebstiere

Diese Art der Reproduktion wurde für zahlreiche Gruppen von Krebstieren dokumentiert, darunter Notostracos, Conchostracos, Anostracos, Cladocerans, Decapods und Ostracods.

In Cladocera ist die typische Form der Reproduktion die zyklische Parthenogenese. Frauen vermehren sich von Frühling bis Sommer parthenogenetisch.

Wenn die Umweltbedingungen ungünstig sind, vermehren sich Organismen sexuell, um Encyst-Eier zu bilden, die im Ruhezustand lange Zeiträume überleben können.

Crustacean Cladocera Daphnia longispina mit parthenogenetischen Eiern. Foto von Roland Birke / Fotobibliothek / Getty Image. Entnommen und bearbeitet vonoughtco.com

Marmorkrebse (Procambarus fallax forma virginalis) sind die einzigen bekannten Decapod-Krebstiere, die sich nur durch Parthenogenese vermehren.

Wirbeltiere

Bei knorpeligen Fischen tritt die Parthenogenese zumindest im Adlerrochen, im Zebrahai und im Hammerhai auf. Bei Knochenfischen wurde über Hybridgenese für Arten der Gattung Poecilliopsis berichtet.

Einige andere Fische können die sexuelle und parthenogenetische Fortpflanzung abwechseln. Viele Arten von Eidechsen vermehren sich durch Parthenogenese. Es wird angenommen, dass die Hybridisierung die Hauptursache für diese Art der Reproduktion in ihnen ist.

Ticoparthenogenese wurde auch bei anderen Gruppen von Reptilien berichtet, hauptsächlich bei Pythons und anderen Schlangen. Bei Vögeln wurde bei Hühnern, Truthähnen und einigen Wachtelarten eine spontane Parthenogenese beobachtet.

Bei Säugetieren sind mütterliche und väterliche Genome für eine normale Embryonalentwicklung notwendig. Aus diesem Grund findet die Parthenogenese in diesen Organismen nicht auf natürliche Weise statt.

Dies wurde experimentell im Labor erreicht. Eine induzierte Parthenogenese führt jedoch häufig zu einer abnormalen Entwicklung.

Pflanzen

Viele Pflanzenarten weisen genau definierte Muster der geografischen Parthenogenese auf, bei denen parthenogenetische Formen eher in Richtung der kalten Zonen liegen. Die sexuellen Formen sind unterdessen tropischer als ihre asexuellen Kollegen.

Verweise

1. C. Simon, F. Delmonte, C. Rispe, T. Crease (2003). Phylogenetische Beziehungen zwischen Parthenogenen und ihren sexuellen Verwandten: die möglichen Wege zur Parthenogenese bei Tieren. Biologisches Journal der Linnean Society.
2. G. Scholtz, A. Braband, L. Tolley, A. Reiman, B. Mittmann, C. Lukhaup, F. Steuerwald, G. Vogt (2003). Parthenogenese bei einem Außenseiterkrebse. Natur.
3. U. Mittwoch (1978). Parthenogenesis Übersichtsartikel. Journal of Medical Genetics.
4. NB Tcherfas (1971). Natürliche und künstliche Gynogenese von Fischen. In: FAO 1971 Seminar / Studienreise in der UdSSR zur genetischen Selektion und Hybridisierung von Kulturfischen. 19. April - 29. Mai 1968. Vorträge. Rep. FAO / UNDP (TA), wiederhergestellt von fao.org/.
5. PA Eyer, L. Leniaud, H. Darras und S. Aron (2013). Hybridogenese durch thelytoköse Parthenogenese bei zwei Cataglyphis-Wüstenameisen. Molekulare Ökologie.
6. RKK Koivisto, HR Braig (2003). Mikroorganismen und Parthenogenese. Biologisches Journal der Linnean Society.