Was versteht man unter dem Begriff "Generationswechsel"?
Als Generationswechsel bezeichnet man die Abfolge von sexueller und asexueller Vermehrung. Dabei müssen sich die beiden Fortpflanzungsformen nicht unbedingt regelmäßig abwechseln. Es kann eine Reihe der einen oder anderen Fortpflanzungsform durchgeführt werden, bis der Wechsel eintritt.
Erklären Sie die Begriffe Metagenese und Heterogonie und geben Sie jeweils ein Beispiel?
Der Wechsel zwischen vegetativer und sexueller Vermehrung ist als Metagenese (Beispiel: Hydra) bekannt. Wechseln sich eingeschlechtliche und sexuelle Vermehrung ab, wird dies als Heterogonie bezeichnet (Beispiel: häufig bei Blattläusen).
Wodurch unterscheiden sich eingeschlechtliche und vegetative Vermehrung?
Bei der eingeschlechtlichen Vermehrung entsteht die neue Generation aus Keimzellen. Dies sind in der Regel unbefruchtete Eier und man spricht auch von "Parthenogenese" oder "Jungfernzeugung". Die vegetative Vermehrung geht von somatischen Zellen aus.
Welche Formen der vegetativen Vermehrung kennen Sie? Geben Sie jeweils ein Beispiel!
Sprossung findet sich bei Nesseltieren (z.B. Hydra). Bei der Regeneration, häufig bei Schwämmen, Seeigeln und Anneliden, kann sich aus einem abgetrennten Körperteil ein neuer Organismus bilden. Bei Polyembryonie entstehen bei der aus einer auf sexuellem Weg gebildeten Zygote durch asexuelle Teilungen in der frühen Embryogenese mehrere Embryonen, die zu adulten, genetisch identischen Tieren heranwachsen. Eineiige Zwillinge beim Menschen können als Beispiel dienen
Welche Formen der Gametie kennen Sie?
In der Regel entstehen bei sexueller Fortpflanzung in den beiden Geschlechtern zwei morphologisch verschiedene Gameten: Dies wird als Anisogametie bezeichnet. Sind die beiden Gameten stark differenziert – dies ist bei Ei und Spermium gegeben – wird dies als Oogametie bezeichnet. Daneben kommt die ursprünglichere Form der Isogametie vor, bei der zwei gleichartige Gameten gebildet werden.
Wie lässt sich die Evolution der Oogametie erklären?
Die Ansätze zur Erklärung der Evolution der sexuellen Reproduktion und darin insbesondere der Oogametie gehen von zwei konkurrierenden Faktoren aus. Zum einen sind voluminöse Gameten grundsätzlich vorteilhaft für den sich entwickelnden Embryo, da auf diesem Weg ein großzügiges Nahrungsangebot für die ersten Entwicklungsschritte zur Verfügung steht. Andererseits sichert aber nur eine große Anzahl Gameten eine erfolgreiche Befruchtung. Sind Ressourcen begrenzt, scheint ein Kompromiss die beste Lösung zu sein. In einem Geschlecht wird eine geringe Anzahl großer Gameten (Eier) gebildet. Dem steht eine große Anzahl relativ kleiner Gameten (Spermien) im anderen Geschlecht gegenüber. Bislang dominiert die Ansicht, dass Spermien keine große Investition für Organismen darstellen und deshalb leicht in großer Zahl produziert werden können.
Erklären Sie den Begriff Polyspermie und wodurch wird sie verhindert?
Unter Polyspermie versteht man die Befruchtung eines Eis durch mehrere Spermien. Verhindert wird dies bei Säugetieren und Fischen durch die Zona pellucida und den Inhalt der Corticalgranula. Bei Fröschen und Seeigeln fehlt eine ausgeprägte extrazelluläre Matrix vor der Befruchtung und die Corticalreaktion liefert den Hauptanteil der mechanischen Barriere gegen Polyspermie (Befruchtungsmembran), die ausgebildet wird, nachdem ein Spermium in Kontakt mit der Plasmamembran des Eis gekommen ist.
Besitzt das weibliche Geschlecht bei allen Tieren einen homomorphen Karyotyp?
Nein. Bei einem homomorphen Karyotyp liegen zwei weitgehend identische (homologe) Geschlechtschromosomen in einem Geschlecht vor. Dies ist zwar bei weiblichen Säugetieren gegeben, nicht aber bei Vögeln und Schmetterlingen.
Wodurch unterscheiden sich primäre und sekundäre Geschlechtsorgane und erklären Sie den Begriff Geschlechtsdimorphismus?
Gonaden, Leitungswege und Begattungsorgane gehören zu den primären Geschlechtsorganen. Darüber hinaus unterscheiden sich Männchen und Weibchen einer Art häufig in Bau und Körpergröße. Dafür ist der Begriff Geschlechtsdimorphismus üblich. Bei den sekundären Geschlechtsorganen lassen sich vier Kategorien unterscheiden:
Klammerorgane der Männchen zum Festhalten an den Weibchen bei der Kopulation.
Organe für die Brutpflege wie Milchdrüsen.
Signalstrukturen zum Anlocken und der Stimulation von Paarungspartnern wie das Gefieder mancher Vögel.
Waffen und Imponierstrukturen in Form von Zähnen, Geweihen und Zangen.
Nennen Sie drei Elemente, die oft in der Eischale von wirbellosen Tieren anzutreffen sind!
Die Mikropylen sind Öffnungen im Chorion der meist mächtigen äußeren Schicht der Eischale, die das Eindringen der Spermien vermitteln. Aeropylen sind Poren im Chorion, die den Gasaustausch des sich entwickelnden Embryos übernehmen. Ein Operculum ist vom Rest der Eischale durch eine präformierte Bruchlinie abgetrennt. Dort öffnet sich die Eischale beim Schlüpfen des Tieres.
Beschreiben Sie den Grundbauplan eines Spermiums!
Trotz der unterschiedlichen Gestalt und Größe der Spermien in verschiedenen Organismen lässt sich ein Grundbauplan bestehend aus Kopf und Schwanz erkennen. Der kernhaltige Kopf wird wiederum in die akrosomale und die post-akrosomale Region unterteilt. Im längenmäßig größeren Schwanz sitzt das Flagellum, und dieser Abschnitt wird in Mittel-, Haupt- und Endstück unterteilt. Im Mittelstück sind typischerweise Mitochondrien um das Flagellum herum angeordnet und sorgen für die Anlieferung energiereicher Phosphatverbindungen für die Bewegungen des Spermiums. Im Hauptstück fehlen die Mitochondrien, aber es finden sich neun peripher gelegene dichte Fasern und eine Art Hülle, die für die elastischen Eigenschaften des Spermienschwanzes verantwortlich sind. Im Endstück findet sich nur das Axonem.
Beschreiben Sie den Ablauf der Spermatogenese!
Die Spermatogenese lässt sich in drei Stadien – spermatogoniale Teilungen, Meiose und Spermiogenese – unterteilen. Ausgehend von den Urkeimzellen wird anfangs durch Mitose ein Pool von Spermatogonien aufgebaut. Die Cytoplasmabrücken zwischen den Tochterzellen bleiben in der Regel erhalten und führen zu mehr oder weniger großen Zellverbänden, die sich synchron weiterentwickeln und in die Meiose eintreten. In diesem Abschnitt findet Rekombination zwischen den väterlichen und mütterlichen Chromosomen statt und die Reduktion auf den haploiden Chromosomensatz. Die abschließende Spermiogenese ist durch eine dramatische Umstrukturierung des Cytoplasmas und der Kerne gekennzeichnet. Unter anderem bilden sich ein Flagellum und ein Akrosom, die Histone werden durch andere chromosomale Proteine, die Protamine, ersetzt, und ein Großteil des Cytoplasmas wird eliminiert.
Beschreiben Sie die wichtigsten Schritte der Befruchtung bei Tieren!
Der erste Schritt einer erfolgreichen Befruchtung liegt in der Erkennung und ersten Verbindung zwischen Spermium und Ei. Bei Säugetieren spielen dabei Zuckerreste an einem filamentösen Protein (ZP3, 83kDa) der Zona pellucida (Glashaut) eine wichtige Rolle. Das ZP3-Molekül löst im Spermium auch die Akrosomenreaktion, die Fusion der Plasmamembran und der Membran des Akrosoms, aus. Auf diese Weise werden unter anderem eine Hyaluronidase und ein Trypsin-ähnliches Enzym, Acrosin genannt, freigesetzt, die es dem Spermium erlauben die Zona pellucida zu durchdringen. Gefördert wird dies durch Bewegungen des Spermienschwanzes. Dann nimmt das Spermium auf der Höhe seines Zellkerns mit der Plasmamembran Kontakt auf, und die Rinden- oder Corticalreaktion, wird induziert. Dabei verschmelzen im Ei die auf der cytoplasmatischen Seite der Plasmamembran liegenden Rindengranula mit der Plasmamembran, entlassen ihren Inhalt und gleichzeitig wird das Spermium in das Cytoplasma des Eis aufgenommen (Plasmogamie). Die entstehende extrazelluläre Hülle um das Ei wird Befruchtungsmembran genannt. Im letzten Schritt bewegen sich der männliche und der weibliche Vorkern aufeinander zu und verschmelzen miteinander (Karyogamie).
