Die asexuelle Peitschenschwanzart Cnemidophorus neomexicanus (Mitte) besteht ausschließlich aus Weibchen, die sich über Parthenogenese vermehren. C. neomexicanus wird von den sexuell reproduzierenden Arten flankiert, die hybridisiert wurden, um es zu erzeugen: C. inornatus (links) und C. tigris (rechts).

Parthenogenese ist eine Form der asexuellen Fortpflanzung, bei der sich Nachkommen aus unbefruchteten Eiern entwickeln. Eine gemeinsame Art der Fortpflanzung bei Arthropoden, wie Insekten und Spinnentieren, Parthenogenese tritt auch bei einigen Arten von Fischen, Amphibien und Reptilien auf.

Die Parthenogenese ist Teil der großen Vielfalt von Anpassungen in der Natur, die den Fortbestand der Abstammungslinie von Organismen sichern. Die Fortpflanzung sichert nicht nur den individuellen Zweck des Überlebens der Art, sondern liefert auch Organismen für Nahrungsketten. Die meisten Tiere, die sich an der Parthenogenese beteiligen, nutzen auch sexuelle Fortpflanzung oder sexuelles Verhalten, was die nahezu universelle Art dieser Form der Fortpflanzung unter Eukaryoten widerspiegelt.

Überblick

Die Parthenogenese (abgeleitet von den griechischen Wörtern für „Jungfrau“ und „Schöpfung“) ist effizienter als die sexuelle Fortpflanzung, da sie nicht immer Paarungsverhalten beinhaltet, das Energie erfordert und normalerweise Risiken birgt. Darüber hinaus sind alle Mitglieder einer asexuellen Population fortpflanzungsfähig. Der Nachteil ist jedoch, dass die asexuelle Fortpflanzung im Gegensatz zu ihrem sexuellen Gegenstück keine genotypische Vielfalt erzeugt, was für die Anpassung an abiotische und biotische Umweltveränderungen wichtig ist.

Angesichts der Nachteile der asexuellen Fortpflanzung für das langfristige Überleben der Art sind die meisten Arten, die sich an der Parthenogenese beteiligen, auch an der sexuellen Fortpflanzung oder am sexuellen Verhalten beteiligt. Parthenogenese dient somit typischerweise als eine verfügbare Reproduktionsstrategie, oft eine Reaktion auf Umwelt- oder saisonale Bedingungen, wie die Menge der verfügbaren Ressourcen. Blattläuse zum Beispiel sind im Frühjahr und Sommer parthenogen und vermehren sich bei günstigen Bedingungen schnell; In den Wintermonaten paaren sie sich und die Weibchen schlüpfen befruchtete Eier. In seltenen Fällen tritt die Parthenogenese jedoch nicht in Kombination mit sexueller Fortpflanzung oder Verhaltensweisen auf: Der bdelloide Rotifer Philodina roseola beispielsweise vermehrt sich ausschließlich durch Parthenogenese, und es wird angenommen, dass die Art die sexuelle Fortpflanzung seit 85 Millionen Jahren vermieden hat (Judson 2002).Zusätzlich zu ihrer reproduktiven Rolle fungiert die Parthenogenese als Teil eines Mechanismus zur Bestimmung des Geschlechts bei einigen Arten. Bei Ameisen und den meisten Bienen- und Wespenarten entwickeln sich Weibchen aus unbefruchteten Eiern und werden als haploid (mit einem Chromosomensatz) bezeichnet, während sich Männchen aus befruchteten Eiern entwickeln und daher diploid sind (mit zwei Chromosomensätzen, einem von jedem Elternteil). So kann die Parthenogenese bei Arten, die auch zur sexuellen Fortpflanzung fähig sind, dazu beitragen, die relative Anzahl von Männern und Frauen in einer Population zu regulieren.

Sexualverhalten

Bei einigen Arten erfordert die Parthenogenese einen sexuellen Akt, um die Entwicklung des Eies auszulösen, obwohl dieses Verhalten das Ei nicht befruchtet. Bei parthenogenen Zecken und Milben zum Beispiel entwickeln sich die Eier erst nach der Paarung der Tiere, aber die Eier bleiben unbefruchtet. Einige Käferarten, die keine Männchen haben, benötigen Spermien, um die Entwicklung auszulösen; Diese Käfer paaren sich mit Männchen eng verwandter Arten. Das Sperma trägt jedoch kein genetisches Material bei.

Bei anderen parthenogenen Arten ohne Männchen stimulieren sich die Weibchen gegenseitig, um die neuroendokrinen Mechanismen zu aktivieren, die für die Eizellreifung notwendig sind. Dieses Phänomen wurde ausführlich am New Mexico Whiptail (Gattung Cnemidophorus) untersucht, von dem sich 15 Arten ausschließlich durch Parthenogenese vermehren. Ein Weibchen spielt die Rolle des Männchens bei eng verwandten Arten und besteigt das Weibchen, das gerade Eier legt. Dieses Verhalten ist auf die hormonellen Zyklen der Weibchen zurückzuführen, die dazu führen, dass sie sich kurz nach dem Eierlegen, wenn der Progesteronspiegel hoch ist, wie Männchen verhalten und die weibliche Rolle bei der Paarung vor dem Eierlegen übernehmen, wenn Östrogen dominiert. Eidechsen, die das Balzritual ausführen, haben aufgrund des mit der Montage einhergehenden Anstiegs der Hormone eine größere Fruchtbarkeit als isoliert gehaltene Eidechsen. Obwohl den Populationen Männer fehlen, benötigen sie dennoch sexuelle Reize für maximalen Fortpflanzungserfolg.

Bestimmung des Geschlechts

Die Parthenogenese beinhaltet die Vererbung und anschließende Duplikation nur eines einzigen Geschlechtschromosoms. Das unbefruchtete Ei kann somit je nach Chromosomenschema der Art männlich oder weiblich sein:

• Wenn zwei gleiche Chromosomen das weibliche Geschlecht bestimmen (wie das XY-Geschlechtsbestimmungssystem), sind die Nachkommen weiblich.
• Wenn zwei gleiche Chromosomen das männliche Geschlecht bestimmen (wie das ZW-Geschlechtsbestimmungssystem), sind die Nachkommen männlich.

Bei eusozialen Tieren, die sich reproduktiv spezialisieren, kann die Parthenogenese ein Mittel sein, um die relative Anzahl von Weibchen und Männchen in der Gruppe zu regulieren. Ein bekanntes Beispiel ist die Honigbiene: Die meisten Frauen in der Kolonie sind sterile Arbeiter, aber einige werden fruchtbare Königinnen. Nachdem sich die Königin gepaart hat, besitzt sie einen Vorrat an Sperma, den sie kontrolliert und der es ihr ermöglicht, entweder befruchtete oder unbefruchtete Eier zu produzieren. So bestimmt die Königin, wann und wie viel der Ressourcen der Kolonie für die Produktion von Männchen (Drohnen genannt) aufgewendet werden.

Aktuelle Beispiele

• Kürzlich wurde festgestellt, dass der Komodowaran, der normalerweise sexuelle Fortpflanzung betreibt, sich über Parthenogenese asexuell vermehren kann (Highfield 2006; Watts 2006). Da die Genetik der Geschlechtsbestimmung bei Komodowaranen das WZ-System verwendet (wobei WZ weiblich, ZZ männlich und WW inviable ist), sind die Nachkommen der Parthenogenese männlich (ZZ) oder inviable (WW), ohne dass Frauen geboren werden. Es wurde postuliert, dass diese Strategie dem Komodowaran einen Vorteil bei der Besiedlung von Inseln verschaffen könnte, wo eine einzelne Frau theoretisch männliche Nachkommen asexuell haben könnte, Wechseln Sie dann zur sexuellen Fortpflanzung, um ein höheres Maß an genetischer Vielfalt aufrechtzuerhalten, als dies die asexuelle Fortpflanzung allein bewirken könnte.

• Im Jahr 2001 soll ein Bonnethead (eine Art kleiner Hammerhai) in einem Zoo in Nebraska einen Welpen in Gefangenschaft hervorgebracht haben. Der Tank enthielt drei weibliche Hammerhaie und keine Männchen. DNA-Tests zeigten, dass die DNA des Welpen nur mit einer im Tank lebenden Frau übereinstimmte und dass keine männliche DNA im Welpen vorhanden war. Der Welpe war kein Zwilling oder Klon der Mutter; Vielmehr enthielt es nur die Hälfte ihrer DNA (ein Prozess namens automictic parthenogenesis). Die ausgestellte Art der Fortpflanzung war zuvor bei Knochenfischen beobachtet worden, jedoch nie bei Knorpelfischen wie Haien (Probe 2007). Eine weitere offensichtliche parthenogene Haigeburt ereignete sich 2002, als zwei weiß gefleckte Bambushaie im Belle Isle Aquarium in Detroit geboren wurden. Die Geburt verblüffte Experten, da die Mutter ein Aquarium mit nur einem anderen weiblichen Hai teilte.

Die Auswirkungen der Selbstbefruchtung bei Haien, die die genetische Vielfalt der Nachkommen verringert, sind für Haiexperten besorgniserregend, wenn man Schutzstrategien für diese Art in Betracht zieht, insbesondere in Gebieten, in denen es aufgrund von Fischerei oder Umweltbelastungen zu einem Mangel an Männchen kommen kann. Im Gegensatz zu Komodowaranen, die ein WZ-Chromosomensystem haben und männliche (ZZ) Nachkommen durch Parthenogenese produzieren, haben Haie ein XY-Chromosomensystem, so dass sie nur weibliche (XX) Nachkommen durch Parthenogenese produzieren. Infolgedessen können Haie eine erschöpfte männliche Population nicht durch Parthenogenese wiederherstellen, so dass eine rein weibliche Population mit einem externen Mann in Kontakt kommen muss, bevor die normale sexuelle Fortpflanzung wieder aufgenommen werden kann.

Parthenogenese unterscheidet sich vom Klonen

Parthenogenese unterscheidet sich vom künstlichen Klonen von Tieren, einem Prozess, bei dem der neue Organismus mit dem Zellspender identisch ist. Parthenogenese ist wirklich ein Fortpflanzungsprozess, der aus dem natürlich vielfältigen genetischen Material, das in den Eiern der Mutter enthalten ist, ein neues Individuum oder Individuen hervorbringt. Bei Tieren mit einem XY-Chromosomensystem, bei denen parthenogene Nachkommen (Parthenogene genannt) weiblich sind, sind die Nachkommen eines Parthenogens jedoch alle genetisch miteinander und mit der Mutter identisch, da ein Parthenogen homozygot ist (zwei identische Gensätze besitzt).

Weiterführende Literatur

Alle Links abgerufen am 16.Januar 2019.

• NACHRICHTEN VON National Geographic: Jungfräuliche Geburt zu Weihnachten erwartet – Von Komodowaran.
• BBC NEWS: ‚Jungfräuliche Geburten‘ für Riesenechsen (Komodowaran).
• Weibliche Haie, die jungfräulich geboren werden können.