Hintergrundwissen

Hintergrundwissen
Die enorme Artenvielfalt in der Natur hat sich im Verlaufe der Evolution durch zwei
Prozesse entwickelt, die in subtiler Wechselwirkung zueinander stehen:


durch die natürliche Selektion, d.h. je besser sich eine Art der Umwelt anpassen
kann, desto besser kann sie sich vermehren;
durch die sexuelle Selektion, d.h. die Tatsache, dass es zwei Geschlechter gibt
und der Nachwuchs eine einzigartige Kombination der elterlichen Gene
bekommt. So werden neue Merkmale für eine bessere Anpassung an die
Umwelt effizienter von einer Generation an die nächste weiter gegeben.
Bis vor 600 Millionen Jahren hat es keine Männchen und Weibchen gegeben. Die
Lebewesen haben sich asexuell durch Zellteilung fortgepflanzt. Neue Merkmale
entstehen bei asexuellen Fortpflanzungsprozessen sozusagen als "Fehler" (Mutation)
und eher zufällig. Erst mit der "Erfindung" von zwei Geschlechtern – Männchen und
Weibchen – wird dieser Zufall zum Regelfall: die Verbreitung neuer Merkmale kann
jedes Mal, bei jeder Zeugung von Nachkommen geschehen, weil sich die Hälfte der
männlichen und die Hälfte der weiblichen Gene neu koppeln und kombinieren. Die
sexuelle Fortpflanzung ist deshalb in der Geschichte der Evolution ein wesentlicher
Sprung in der Entwicklung der Biodiversität.
Die Kuhfelle, das erste Exponat der Ausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle
Hechte" im Foyer des Naturama, illustrieren dies sehr schön. Fellfarben und
Fellstruktur verändern sich von der ersten zur zweiten zur dritten Generation. Sie
zeigen eindrücklich die dritte Mendelsche Regel*, welche vom Augustiner Mönch
Gregor
Mendel
1860
veröffentlicht
wurden
(*Unabhängigkeitsund
Neukombinationsregel).
Die Ausstellung zeigt, welche Rollen und Strategien Männchen und Weibchen
entwickelten, um dem Nachwuchs die besten Voraussetzungen, d.h. die besten Gene,
weiter zu geben. Sie umfasst sechs Themenbereiche, die mit Tierexponaten und kurzen
Texten illustriert sind:
Thema Vermehrung
1.
Sex ist innovativ
<D>
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
(Kuhfell-Installation im Naturama-Foyer und Exponat der männlichen und weiblichen
Keimzelle im Sonderausstellungsraum)
Jedes Kind ist anders: bei Tierarten mit zwei Geschlechtern wird nur die Hälfte der
Eigenschaften des Weibchens und die Hälfte der Eigenschaften des Männchens an die
nächste Generation weiter gegeben, und die elterlichen Eigenschaften werden neu
gemischt. So kann die nächste Generation besser auf Änderungen in ihrer Umwelt
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 1 reagieren. Das ist wirksamer und effizienter als der Zufall. Aber der Preis dafür ist eine
aufwändige Partnersuche. Nur den Besten und Innovativsten gelingt sie.
Das männliche Geschlecht entstand erst vor rund 600 Millionen Jahren bei den
Vorfahren der heutigen Quallen. Das trieb die Entwicklung der Artenvielfalt voran: Sex
ist innovativ. Schub gegeben haben dieser Entwicklung die totale Verschiedenheit
männlicher und weiblicher Keimzellen. Während die Eizelle gross, unbeweglich, "rar"
und daher "kostbar" ist, sind die Spermien im Vergleich klein, beweglich, "häufig" und
daher "billig". Seit den 1960er Jahren gibt es in der Biologie die Hypothese der
"Weibchenwahl" (female choice), die sich zur biologischen Faustregel entwickelte.
Diese Faustregel besagt, dass jenes Geschlecht seinen Partner wählt, das am meisten
in den Nachwuchs investiert (im Tierreich etwa zu 70% das Weibchen), und jenes
Geschlecht, das weniger in den Nachwuchs investiert, seine Energien in das Gewählt
werden investiert, i.d.R. die Männchen. Mit dieser Faustregel kann man die Vielfalt von
Balz- und Paarungsritualen erklären.
Thema Partnersuche
2.
Die Konkurrenz
< E>
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
Aufwändige Konkurrenzkämpfe gibt es v.a. bei jenem Geschlecht, das weniger in den
Nachwuchs investiert, häufig die Männchen.
Der Platzhirsch hält mit ritualisierten Kämpfen den Herausforderer von seinen Kühen
fern. Die beiden gezeigten Tiere in der Ausstellung sind in dieser Kampfstellung
gestorben. Sie hatten sich während des Kampfes in einen Zaun verheddert. Ein Jäger
im Rheintal (Lichtenstein) musste sie schiessen. Man konnte sie nicht betäuben. So
wären sie an einem Herzinfarkt gestorben, weil ihr Körper so voller Adrenalin war.
Rothirsche fressen während der Brunft nicht, deshalb ist eines der ausgestellten Tiere
sehr abgemagert. Man sieht seine Rippen.
Die Hirschkäfer-Männchen bilden – sobald sie paarungsreif sind – grosse
Mundwerkzeuge aus, die sie nur noch für den Konkurrenzkampf benützen können und
nicht mehr für ihren ursprünglichen Zweck, nämlich das Aufknacken der Baumrinde,
um den süssen Saft des Holzes zu trinken. Der Vergleich mit den Mundwerkzeugen des
Weibchens neben den beiden kämpfenden Männchen macht dies deutlich. Das
Hirschkäfermännchen verteidigt den besten Totholzstamm, damit das Weibchen hier
seine Eier legen, und das Männchen diese befruchten kann. Die Larven leben dann ca.
7 Jahre im Totholz, bevor die Jungkäfer schlüpfen. Geht das Männchen siegreich aus
dem Konkurrenzkampf hervor, paart es sich mit dem Weibchen, und das Weibchen
lässt ihn vom süssen Baumsaft trinken. Das unterlegene Männchen verhungert, wenn
es kein anderes Weibchen findet, denn es kann sich nicht mehr selber ernähren.
Bei den Buntbarschen scheint Grösse ein Vorteil zu sein, aber es kommt auf die
Strategie darauf an, denn auch kleine Männchen haben ihre Chance. Das grosse
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 2 Buntbarschmännchen beschafft und verteidigt das Schneckenhäuschen, damit das
Weibchen seine Eier darin ablegen kann. Je grösser das Männchen desto besser die
Verteidigung des Laichplatzes. Aber die kleinen, wendigen Männchen nutzen ihre
Chance, denn sie können unbemerkt in das Schneckenhäuschen schlüpfen und die Eier
mit ihren Spermien befruchten.
Je lauter der Laubfrosch quakt, desto grösser die Chance, dass die Konkurrenz fern
bleibt und Weibchen angelockt werden. Der kleine Laubfrosch gehört zu den lautesten,
einheimischen Amphibien.
3.
Der Geschlechterkampf
<F>
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
(Star, Pirol, Birkhuhn, Quezal, grosses Heupferd, Darlington's Pfauenspinne, gemeine
Skorpionsfliege)
Weibchen investieren, wie oben ausgeführt, tendenziell mehr in den Nachwuchs, als
Männchen. Weibchen "wählen". Die Männchen investieren ihre Energie, um
auserwählt zu werden. Es ist mitunter ein wahrer Kampf der Geschlechter, sich zu
finden, zu paaren und damit die besten Gene an den Nachwuchs weiter zu geben. Es
gibt ein grosses Spektrum an (männlichem) Balzverhalten mit Gesängen, prächtigem
Federschmuck, Geschenken und Tanzeinlagen.
Es steckt Sinn hinter langen Federn und aufwändigem Tanz, denn es sind
Überzeugungskünste der Männchen für die Weibchen. Sind die Schmuckfedern sehr
lang, wie beim Quezal, kann der Träger weniger gut vor Feinden flüchten und braucht
mehr Futter wegen des zusätzlichen Körpergewichts. Das überleben nur die Stärksten.
Und diese Eigenschaften wollen an die nächste Generation weiter geben werden.
Mit dem Balztanz bekundet das Männchen Interesse an einer Paarung und will von
seinen Qualitäten überzeugen. Vor allem Vögel und Säugetiere beherrschen komplexe
Balzrituale. Aber auch bei Insekten und Spinnen findet man ähnliche Verhaltensweisen.
4.
Alle Möglichkeiten ausgereizt < G >
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
(Stabheuschrecke, Tigerschnegel, Rotmeer-Anemonenfisch)
Wenn Geschlechtspartner rar sind (oder es auch darum geht, sich in kürzester Zeit
massenhaft zu reproduzieren) kennt das Tierreich weitere Fortpflanzungsstrategien:
<Jungfernzeugung (Parthenogenese, unisexuelle Fortpflanzung), z.B. bei der
Stabheuschrecke: Die Weibchen legen unbefruchtete Eier, aus denen wieder Weibchen
schlüpfen. Auch die Stabheuschrecke braucht geschlechtliche Fortpflanzung, also
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 3 Männchen. Sie sind beflügelt und stellen den Genaustausch zwischen den
Populationen sicher.
< gegenseitige Befruchtung , z.B. bei den Tigerschnegeln: Zwitter sind gleichzeitig
Männchen und Weibchen. Bei der Paarung stülpen die Tigerschnegel ihre langen
Penisse aus und tauschen ihre Spermien aus, die sie dann für die Befruchtung ihrer
eigenen Eizellen zurück in ihre Körper bringen. Während der Paarung fluoreszieren die
Penisse hellblau. Warum das so ist, ist bis heute ein Rätsel. Die Biologie spricht von
"Simultanzwitter": Individuen sind zur gleichen Zeit sowohl männlich wie weiblich.
< Geschlechterwechsel ist eine weitere Form von Zwitter, aber relativ selten und vor
allem bei Anemonenfischen anzutreffen. Die Biologie spricht von "Konsekutivzwitter":
hier können Individuen in ihrem Lebenszyklus das Geschlecht wechseln. Mangelt es
z.B. bei den Rotmeer Anemonenfischen an Weibchen, wandeln sich die
wohlgenährtesten und grössten Männchen in Weibchen um. Die grossen Tiere haben
mehr Energie für die "teure" und aufwändige Eierproduktion. Deshalb sind (bzw.
werden) bei Anemonenfisch die grossen Tiere weiblich. Die Kleinen bleiben männlich
und produzieren weiter viele, "billige" Spermien. Bei den Anemonenfischen können
nur die kleineren Männchen zu Weibchen werden, indem sie wachsen und Eier
produzieren. Weibchen können nicht zu Männchen werden.
Thema Paarung
5.
Die Paarung
<H>
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
(z.B. Schwan, Feldhase, Braunbär, Seesaibling, Gottesanbeterin, Apollofalter im
Sonderausstellungsraum des Naturama Aargau)
Das erfolgreiche Zusammentreffen von willigen Partnern ist nur die halbe Miete. Die
männlichen Keimzellen (Spermien) müssen dann noch auf die weibliche Keimzelle (Ei)
treffen, um sie zu befruchten. Für diese Übertragung gibt es verschiedene Methoden:
-
a) die häufigste Variante ist die innere Befruchtung: Spermien und Eizellen
treffen direkt im Körper des Weibchens aufeinander. Die einfachste Form der
Spermienübertragung ist die Kopulation.
-
b) äussere Befruchtung: männliche und weibliche Geschlechtszellen werden
einfach ins Wasser entlassen; Ei- und Spermienzelle finden sich ausserhalb
der Körper. Das ist bei Wassertieren wie Fische, Kröten und Fröschen der
Fall. Die zeitliche Abstimmung des Laichens ist eine wichtige Voraussetzung,
damit reife Spermien auf reife Eizellen treffen.
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 4 Exponate zu a) innere Befruchtung:
Braunbär und Penisknochen: die meisten Raubtiere haben Penisknochen, um die
Standfestigkeit bei der Kopulation zu erhöhen. Der Penisknochen entstand bei vielen
Säugetieren vor rund 160 Millionen Jahren als Verknöcherung des Schwellkörpers. Der
Penis ist so schneller funktionsfähig und ermöglicht es, ohne Vorspiel schnell
kopulieren zu können. Bei einigen Arten können Weibchen die Spermien auf dem Weg
zur Eizelle speichern oder bei Nichtgefallen wieder ausscheiden. Bei der Kopulation
werden nämlich nicht nur Körperflüssigkeiten, sondern auch viele Informationen
ausgetauscht. Erkennt das Weibchen Schwächen oder die Chance auf ein Männchen
mit besseren Genen, bricht es die Paarung ab oder hindert die Spermien an der
Befruchtung ihrer Eizelle.
Apollofalter: nach der Paarung versiegeln die Männchen das Genital des Weibchens
mit einem festen, schwarzen "Keuschheitsgürtel" (Paarungspfropf), um Konkurrenz
fern zu halten. "Keuschheitsgürtel" sind eine Erfindung der Männchen, um die
Weibchen daran zu hindern, sich mit weiteren Männchen zu paaren. Das wiederum
versuchen die Weibchen zu verhindern, das Apollofalter-Weibchen z.B., indem es
diesen Verschluss an seinen Genitalien abstreift. (Varianten von "Keuschheitsgürteln":
Maulwürfe hinterlassen einen harzigen Pfropfen; Kugelspinnenmännchen trennen ihr
Genital ab und lassen es im weiblichen Genitaltrakt; Libellenmännchen halten das
Weibchen bis zur Eiablage umklammert und legen dann ihre Spermien als Paket ab.)
Der Grund dieser "Keuschheitsgürtel"-Strategie der Männchen ist die Tatsache, dass
die Weibchen, insbesondere bei Insekten, Spermien von verschiedenen Männchen
aufnehmen und nach der Paarung "entscheiden" können, welche Spermien ihre Eier
befruchten.
Feldhase: Häsinnen bestimmen, ob gerammelt wird. Sie boxt den Rammler, damit sie
für den Akt bereit ist. Kopuliert wird nur für 10 Sekunden, dafür aber sehr häufig.
Gottesanbeterin: Wenn das Weibchen vor oder während der Paarung viel gefressen
hat, dann werden seine Eier grösser. Fressangebote sind im Lebensraum der
Gottesanbeterinnen (Wüstenbüsche im Oman) Mangelware. Wegen dieser Tatsache
und zum Vorteil des Nachwuchses kann es also vorkommen, dass die Gottesanbeterin
während der Paarung das Männchen langsam auffrisst. Das Männchen "entscheidet" in
der ersten Stunde der Paarung, ob es sich auffressen lassen, oder flüchten will. Der
"Entscheid" des Männchens ist instinktgesteuert und abhängig von der Möglichkeit,
weitere Weibchen für eine Paarung zu finden. Wenn weitere Paarungschancen gering
sind, lässt sich das Männchen während des 20 bis 24 stündigen Paarungsaktes
langsam auffressen. Damit ist für alle "gesorgt": für das Weibchen, das mit einer
Proteinbombe im Bauch mehr und grössere Eier legen kann; für das Männchen, das
diese Eier mit seinen Spermien befruchtet und somit "sicher" sein kann, dass es seine
Gene weiter gibt; und für den Nachwuchs, der dadurch beste Startchancen ins Leben
bekommt.
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 5 Exponat zu b) äussere Befruchtung:
Die meisten Wasserbewohner werden Eltern, ohne je den Partner berührt zu haben.
Weibchen legen ihre Eier auf seichten Boden oder entlassen sie direkt in die Strömung.
Die Männchen tun das mit ihren Spermien ebenso. Je grösser die Anzahl der reifen
weiblichen und männlichen Keimzellen im Wasser, desto grösser die Chance auf
Befruchtung.
Seesaibling: Männchen legen Laichgruben im Wasser an. Gefällt die Grube einem
Weibchen, legt sie Eier darin ab. Das Männchen gibt seine Spermien darüber ab.
Die meisten Fische und Amphibien zeigen ein ausgefeiltes Werbungsverhalten. Dieses
Ritual ist der gegenseitige Auslöser für die zeitgleiche Freisetzung von männlichen und
weiblichen Keimzellen ins Wasser. Das Werbeverhalten hat zwei Effekte: einerseits die
Wahl des Partners und andererseits die grösstmögliche Chance für eine Befruchtung
der Eier.
Thema Nachwuchspflege
6.
Der Nachwuchs
<B>
(Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
(Im Naturama Sonderausstellungsraum und im Obergeschoss links)
Brutpflege ist teuer, aber die Kraft der Eltern begrenzt. Es gibt deshalb zwei Strategien,
um den Nachwuchs erfolgreich gross zu ziehen:
-
Prinzip Qualität: die Eltern ermöglichen wenigen Kindern den bestmöglichen
Start ins Leben.
Prinzip Quantität: die Eltern setzen so viele Nachkommen in die Welt, wie
irgend möglich.
Das Prinzip Qualität verfolgen Säugetiere und Vögel mit der aufwändigen Pflege von
wenigem Nachwuchs. Weissstörche bebrüten und füttern ihre Jungen zu zweit auf
dem Horst. Das Wolfsjunge wird von der ganzen Familie – ältere Geschwister mit
eingeschlossen – mit Hochgewürgtem gefüttert.
Das Prinzip Quantität verfolgen Insekten, Krebse, Spinnen, Würmer, Schnecken und
bestimmte Amphibien: möglichst viel Nachwuchs zeugen, der dann sich selber
überlassen wird. Die Wespenspinne z.B. spinnt einen schützenden Kokon um ca. 400
befruchtete Eier und stirbt dann. Das Grasfrosch-Weibchen legt Laichballen mit über
3000 Eiern ab.
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 6 Bezüge zur Naturama-Dauerausstellung und zum Naturama-Garten
Folgende Tiere der Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte"
sind auch in der Naturama-Dauerausstellung (EG) im Kontext ihres Lebensraums
ausgestellt:
-
Grasfrosch (<2>)
Laubfrosch (Lebensraum Kiesgrube/Auenwald)
Wildschwein mit Frischlingen (Lebensraum Auenwald)
Pirol (<3>)
Dachs (Lebensraum Wald)
Feldhase (<5>)
Igel (Lebensraum Hecke im Winter)
grosses Heupferd (Lebensraum Wiese)
Stabheuschrecke (<4>)
(Die Zahlen vom Grundriss auf dem roten Faden "Familiengeschichten")
Das Objekt "Biene auf Blume" in der Sonderausstellung wird lebendig mit dem grossen
Wildbienen-Guckkasten und der naturnahen Umgebungsgestaltung im NaturamaGarten und auf der Dachterrasse.
Fachbegriffe im Ausstellungsführer bzw. in den Ausstellungstexten
Sexualdimorphismus ist der Unterschied im Erscheinungsbild von Männchen und
Weibchen einer Tierart; Bsp: prächtig farbiges Männchen und tarnfarbig unscheinbares
Weibchen.
Hermaphroditen sind Zwitter. Man unterscheidet zwittrige Arten, die zu jedem
Zeitpunkt beide Geschlechter in sich tragen (Simultanzwitter, z.B. Schnecken) und
zwittrige Arten, die im Verlauf ihres Lebens das Geschlecht wechseln können
(Konsekutivzwitter, z.B. Anemonenfische).
Parthenogenese: Jungfernzeugung, unisexuelle Fortpflanzung
Kopulation: (Paarung, Begattung, "Sex") die einfachste Form der Spermienübertragung
direkt in den Körper des Weibchens
weibliche Geschlechtszelle: die Eizelle ist eine relativ grosse, unbewegliche Zelle
männliche Geschlechtszelle: das Spermium ist eine kleine, bewegliche Zelle
"Keuschheitsgürtel": Das Verschliessen des weiblichen Genitals ist eine Strategie des
Männchens, um sicher zu stellen, dass nur seine Spermien die Eizelle befruchten.
Naturama Aargau Bildung Sonderausstellung "Sexperten – flotte Bienen und tolle Hechte" (1.5.15‐13.3.16) 7

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