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Was ist Befruchtung?
Befruchtung ist der Prozess, bei dem männliche und weibliche Gameten miteinander verschmelzen und die Entwicklung eines neuen Organismus einleiten.
Die männliche Gamete oder „Sperma“ und die weibliche Gamete „Ei“ oder „Eizelle“ sind spezialisierte Geschlechtszellen, die miteinander verschmelzen, um während eines Prozesses, der als sexuelle Fortpflanzung bezeichnet wird, die Bildung einer Zygote zu beginnen.
Der Befruchtungsprozess bei Tieren kann entweder intern oder extern erfolgen, ein Unterschied, der weitgehend durch die Geburtsmethode bestimmt wird. Der Mensch ist ein Beispiel für die innere Befruchtung, während die Fortpflanzung von Seepferdchen ein Beispiel für die äußere Befruchtung ist.
Äußere Befruchtung
Die äußere Befruchtung findet normalerweise in aquatischen Umgebungen statt, wo sowohl Eier als auch Spermien ins Wasser abgegeben werden. Nachdem die Spermien die Eizelle erreicht haben, findet die Befruchtung statt.
Die meiste äußere Befruchtung findet während des Laichprozesses statt, bei dem ein oder mehrere Weibchen ihre Eier und das/die Männchen gleichzeitig Spermien im selben Bereich freisetzen. Die Freisetzung des Fortpflanzungsmaterials kann durch die Wassertemperatur oder die Länge des Tageslichts ausgelöst werden. Fast alle Fische laichen, ebenso Krebstiere (wie Krabben und Garnelen), Weichtiere (wie Austern), Tintenfische und Stachelhäuter (wie Seeigel und Seegurken).
Fischpaare, die keine Broadcast-Spawner sind, können Balzverhalten zeigen. Dies ermöglicht dem Weibchen, ein bestimmtes Männchen auszuwählen. Der Auslöser für die Freisetzung von Ei und Sperma (Laichen) bewirkt, dass Ei und Sperma in einem kleinen Bereich platziert werden, wodurch die Möglichkeit der Befruchtung erhöht wird.
Die äußere Befruchtung im Wasser schützt die Eier vor dem Austrocknen. Das Broadcast-Laichen kann zu einer größeren Mischung der Gene innerhalb einer Gruppe führen, was zu einer höheren genetischen Vielfalt und einer größeren Überlebenschance der Arten in einer feindlichen Umgebung führt. Für ortsfeste aquatische Organismen wie Schwämme ist Broadcast Laichen der einzige Mechanismus zur Befruchtung und Besiedlung neuer Umgebungen. Das Vorhandensein der befruchteten Eier und der sich entwickelnden Jungen im Wasser bietet Möglichkeiten für Raubtiere, die zu einem Verlust von Nachkommen führen. Daher müssen Millionen von Eiern von Einzelpersonen produziert werden, und die durch diese Methode erzeugten Nachkommen müssen schnell reifen. Die Überlebensrate von Eiern, die durch Broadcast-Laich erzeugt werden, ist gering.
Innere Befruchtung
Innere Befruchtung tritt am häufigsten bei Landtieren auf, obwohl einige Wassertiere diese Methode auch anwenden. Es gibt drei Möglichkeiten, wie Nachkommen nach einer inneren Befruchtung produziert werden.
Die innere Befruchtung hat den Vorteil, dass die befruchtete Eizelle an Land vor Austrocknung geschützt wird. Der Embryo ist innerhalb des Weibchens isoliert, was die Raubtiere auf die Jungen einschränkt. Die innere Befruchtung verstärkt die Befruchtung der Eier durch ein bestimmtes Männchen. Durch diese Methode werden weniger Nachkommen produziert, aber ihre Überlebensrate ist höher als bei der externen Befruchtung.
| Äußere Befruchtung | Innere Befruchtung |
| Die Verschmelzung von männlichem Gameten (Sperma) und weiblichem Gameten (Ovum) findet außerhalb des Körpers statt | Die Verschmelzung von Gameten findet im Körper statt |
| Beide Individuen entladen ihre Gameten außerhalb des Körpers | Nur das Männchen gibt Spermien in den weiblichen Genitaltrakt ab |
| Entwicklung findet außerhalb des Körpers statt | Die Entwicklung findet im Körper statt |
| Die Überlebenschancen der Nachkommen sind geringer. Daher wird eine große Anzahl von Eiern produziert | Die Überlebenschancen der Nachkommen sind größer. Daher wird eine kleine Anzahl von Eiern produziert |
| Zum Beispiel Frosch, Fisch | Zum Beispiel Menschen, Vögel, Kuh, Henne |
Die Befruchtung bei Pflanzen erfolgt nach Bestäubung und Keimung. Die Bestäubung erfolgt durch die Übertragung von Pollen – das sind die männlichen Mikrogameten von Samenpflanzen, die das Sperma produzieren – von einer Pflanze auf die Narbe (das weibliche Fortpflanzungsorgan) einer anderen. Das Pollenkorn nimmt Wasser auf und es kommt zur Keimung.
Aus dem gekeimten Pollenkörner sprießt ein Pollenschlauch, der wächst und durch eine als Mikropyle bezeichnete Pore in die Eizelle (die Eistruktur der Pflanze) eindringt. Das Sperma wird dann durch den Pollenschlauch aus dem Pollen übertragen.
Bei blühenden Pflanzen findet ein sekundäres Befruchtungsereignis statt. Aus jedem Pollenkörner werden zwei Spermien übertragen, von denen eines die Eizelle befruchtet und eine diploide Zygote bildet. Der Kern der zweiten Samenzelle verschmilzt mit zwei haploiden Kernen, die in einem zweiten weiblichen Gameten, der sogenannten Zentralzelle, enthalten sind. Diese zweite Befruchtung bildet eine triploide Zelle, die anschließend anschwillt und einen Fruchtkörper entwickelt.
Der Befruchtungsprozess, der die Kreuzbefruchtung zwischen Gameten von zwei verschiedenen Individuen, männlich und weiblich, beinhaltet, wird Allogamie genannt. Autogamie, auch bekannt als Selbstbefruchtung, tritt auf, wenn zwei Gameten einer einzelnen Person verschmelzen; Dies tritt bei Zwittern wie Plattwürmern und bestimmten Pflanzen auf.
Pflanzendüngung
Die Verschmelzung zweier unterschiedlicher geschlechtlicher Fortpflanzungseinheiten (Gameten) wird als Befruchtung bezeichnet. Dieser Prozess wurde von Strasburger (1884) entdeckt.
1. KEIMUNG
Keimung des Pollenkörners auf der Narbe und Wachstum des Pollenschlauches: Pollenkörner erreichen durch Bestäubung die rezeptive Narbe des Fruchtblattes. Pollenkörner nehmen, nachdem sie sich an die Narbe angeheftet haben, Wasser auf und schwellen an. Nach der gegenseitigen Anerkennung und Akzeptanz von Pollenkörnern keimt das Pollenkörnchen (in vivo) , um einen Pollenschlauch zu erzeugen, der in Richtung der Eierstockhöhle zu einer Narbe heranwächst.
GB Amici (1824) entdeckte den Pollenschlauch in Portulaca oleracea. In der Regel wird von einem Pollenkorn nur ein Pollenschlauch produziert (monosiphon). Aber einige Pflanzen wie Mitglieder der Cucurbitaceae produzieren viele Pollenschläuche ( polysiphonous ). Der Pollenschlauch enthält einen vegetativen Kern oder Röhrenkern und zwei männliche Gameten. Später degeneriert die vegetative Zelle. Der Pollenschlauch erreicht nun nach Durchlaufen des Griffels die Samenanlage.
2. EINTRITT DER POLLENRÖHRE IN DAS OVULE
Nach Erreichen des Eierstocks tritt der Pollenschlauch in die Eizelle ein. Der Pollenschlauch kann auf einem der folgenden Wege in die Eizelle gelangen:
a. Porogamie - Wenn der Pollenschlauch durch die Mikropyle in die Eizelle eintritt, spricht man von Porogamie . Es ist der häufigste Typ, zB Lily
b. Chalazogamie - Der Eintritt des Pollenschlauchs in die Samenanlage aus der Chalazal-Region ist als Chalazogamie bekannt. Chalazogamie ist weniger verbreitet, zB Casuarina, Juglans, Betula, etc.
c. Mesogamie – Der Pollenschlauch dringt in die Samenanlage durch seinen mittleren Teil ein, dh durch die Haut (z. B. Cucurbita, Populus ) oder durch den Pollenschlauch (z. B. Pistacia ).
3. EINTRITT DER POLLENRÖHRE IN DEN EMBRYOSAAL
Der Pollenschlauch tritt unabhängig von seiner Eintrittsart in die Samenanlage nur vom Ende der Mikropyle in den Embryosack ein. Der Pollenschlauch verläuft entweder zwischen einem Synergid und den Eizellen oder tritt durch den Filiformapparat in einen der Synergid ein. Die Synergiden lenken das Wachstum des Pollenschlauchs, indem sie einige chemische Substanzen absondern ( chemotrope Sekretion ). Die Spitze des Pollenschlauchs tritt in einen Synergid ein. Der eingedrungene Synergid beginnt zu degenerieren. Nach dem Eindringen vergrößert sich die Spitze des Pollenschlauchs und reißt, wodurch der größte Teil seines Inhalts, einschließlich der beiden männlichen Gameten und des vegetativen Kerns, in den Synergid freigesetzt wird.
4. DOPPELTE BEFRUCHTUNG
Die Kerne beider männlicher Gameten werden im Embryosack freigesetzt. Ein männlicher Gamet verschmilzt mit dem Ei zur diploiden Zygote. Der Vorgang wird Syngamie oder generative Befruchtung genannt.
Aus der diploiden Zygote entwickelt sich schließlich ein Embryo. Der andere männliche Gamete verschmilzt mit den beiden polaren Kernen (oder sekundären Kernen), um den triploiden primären Endospermkern zu bilden. Der Vorgang wird Dreifachfusion oder vegetative Befruchtung genannt. Diese beiden Befruchtungsakte bilden den Vorgang der doppelten Befruchtung. Eine doppelte Befruchtung tritt nur bei Angiospermen auf.
Befruchtungsprozess bei Tieren
Befruchtung ist der Prozess, bei dem ein einzelnes haploides Spermium mit einem einzelnen haploiden Ei zu einer Zygote verschmilzt. Die Spermien und Eizellen besitzen jeweils spezifische Eigenschaften, die diesen Prozess ermöglichen.
Das Ei ist die größte Zelle, die in den meisten Tierarten produziert wird. Eine menschliche Eizelle ist etwa 16 Mal größer als eine menschliche Samenzelle. Die Eier verschiedener Arten enthalten unterschiedliche Mengen an Eigelb , Nährstoffe, um das Wachstum des sich entwickelnden Embryos zu unterstützen. Das Ei ist von einer Geleeschicht umgeben, die aus Glykoproteinen (Proteinen, an denen Zucker haftet) besteht und artspezifische chemische Lockstoffe (chemische Attraktoren) freisetzt, die die Spermien zum Ei leiten. Bei Säugetieren wird diese Schicht Zona pellucida genannt. Bei Plazentasäugern umgibt eine Schicht Follikelzellen die Zona pellucida. Die Zona pellucida/Geleeschicht ist vom Ei durch eine Membran getrennt, die als Dotterhülle bezeichnet wird und sich außerhalb der Plasmamembran der Zelle befindet. Direkt unter der Plasmamembran des Eies befinden sich kortikale Körnchen, Vesikel, die Enzyme enthalten, die die Proteine abbauen, die die Dotterhülle um die Plasmamembran halten, wenn die Befruchtung stattfindet.
Das Sperma ist eine der kleinsten Zellen, die in den meisten Tierarten produziert wird. Das Sperma besteht aus einem Kopf mit dicht gepackter DNA, einem Flagellenschwanz zum Schwimmen und vielen Mitochondrien, die die Energie für die Spermienbewegung liefern. Die Plasmamembran der Spermien enthält Proteine namens Bindin, bei denen es sich um artspezifische Proteine handelt, die Rezeptoren auf der Plasmamembran der Eizelle erkennen und daran binden. Zusätzlich zum Kern enthält der Spermienkopf auch eine Organelle namens Akrosom, die Verdauungsenzyme enthält, die die Geleeschicht/Zona pellucida abbauen, damit die Spermien die Plasmamembran der Eizelle erreichen können.
Damit die Nachkommen nur einen vollständigen diploiden Chromosomensatz haben, kann nur ein Spermium mit einer Eizelle verschmelzen. Die Verschmelzung von mehr als einem Spermium mit einem Ei oder Polyspermie ist genetisch mit dem Leben unvereinbar und führt zum Tod der Zygote. Es gibt zwei Mechanismen, die Polyspermie verhindern: die „schnelle Blockierung“ der Polyspermie und die „langsame Blockierung“ der Polyspermie.
Die oben genannten und die anderen Schritte der Befruchtung werden im Folgenden besprochen:
