Parthenogenese: Definition, Arten, Beispiele bei Tieren und Pflanzen und Grenzen beim Menschen

Die Parthenogenese, auf Deutsch auch Jungfernzeugung genannt, ist eine Form der Fortpflanzung, bei der sich ein Embryo aus einer unbefruchteten Eizelle entwickelt. Ein Spermium ist dabei nicht beteiligt, das Weibchen ist der einzige Elternteil. Blattläuse, Bienen, Stabschrecken, Eidechsen, Haie und sogar Komodowarane nutzen diesen Weg. Bei Cannabis, einer zweihäusigen Pflanze mit Fremdbestäubung, stellt sich die Frage ebenfalls, und die Antwort überrascht viele Hobbygärtner, die mit regulären Hanfsamen von Vater- und Mutterpflanze arbeiten.

Dieser Ratgeber erklärt die Parthenogenese in der Biologie. Dazu gehören ihre genaue Definition, die genetischen Mechanismen, die verschiedenen Arten, betroffene Tiere und Pflanzen, die Frage nach einer Parthenogenese beim Menschen und die Rolle des Phänomens im Pflanzenreich. Das Wichtigste vorab:

1. Parthenogenese ist Fortpflanzung ohne Befruchtung und wird zur eingeschlechtlichen Fortpflanzung gezählt.
2. Je nach Art entstehen nur Männchen, nur Weibchen oder beide Geschlechter.
3. Bei Säugetieren, also auch beim Menschen, ist sie in der Natur wegen der genomischen Prägung nicht möglich.
4. Bei Pflanzen heißt das vergleichbare Phänomen Apomixis.

Was ist Parthenogenese?

Der Begriff stammt aus dem Griechischen: parthenos bedeutet „Jungfrau“, genesis „Entstehung“. Parthenogenese heißt also wörtlich „Jungfernzeugung“: Eine Eizelle entwickelt sich zu einem lebensfähigen Embryo, ohne je auf eine männliche Keimzelle getroffen zu sein. Als Erster bewies das der Genfer Naturforscher Charles Bonnet im Jahr 1740. Er hielt Blattlausweibchen isoliert, die trotzdem Generation für Generation Nachwuchs hervorbrachten.

Biologisch wird die Parthenogenese zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung gezählt, denn es findet keine Befruchtung statt. Trotzdem bleibt eine Verbindung zur Sexualität: Sie nutzt eine Eizelle, also eine Zelle, die eigentlich für die geschlechtliche Fortpflanzung gedacht ist. Fachleute sprechen deshalb oft von eingeschlechtlicher Fortpflanzung. Eine Art, die sich so vermehrt, nennt man parthenogenetisch.

Über die Ähnlichkeit zwischen Mutter und Nachwuchs sagt die Definition nichts aus. Je nach Zellmechanismus sind die Jungtiere echte Klone oder tragen einen Anteil genetischer Rekombination. Dieser Unterschied ist wichtig, denn genetische Vielfalt erlaubt einer Population, sich anzupassen. Auch die Pflanzenzüchtung und jede Sammlung mit großer genetischer Bandbreite beruhen genau auf dieser Durchmischung, die bei der Jungfernzeugung fehlt oder stark reduziert ist.

Wie funktioniert Parthenogenese genetisch?

Bei der klassischen Fortpflanzung bringen Eizelle und Spermium jeweils nur einen Chromosomensatz mit, sie sind haploid. Ihre Verschmelzung stellt eine diploide Zelle mit zwei Sätzen wieder her. Ohne Befruchtung fehlt das Spermium: Der Embryo muss mit einem Satz auskommen oder den zweiten auf anderem Weg zurückgewinnen.

Die Forschung unterscheidet mehrere Wege. Sie erklären, warum der Nachwuchs der Mutter mehr oder weniger gleicht:

• Apomiktische Parthenogenese: Die Eizelle entsteht ohne Meiose durch einfache Zellteilung. Die Jungen sind Klone der Mutter, wie bei Blattläusen im Sommer.
• Automixis: Die Meiose findet statt, danach verschmelzen zwei ihrer Produkte, oft die Eizelle und ein Polkörperchen. Beschrieben ist das bei einigen Haien und bei Hausputen.
• Endoduplikation: Die Chromosomen werden vor der Meiose ein weiteres Mal kopiert, sodass der doppelte Satz erhalten bleibt. Parthenogenetische Eidechsen nutzen diesen Weg.
• Haploide Parthenogenese: Das Ei entwickelt sich mit nur einem Chromosomensatz. So entstehen die männlichen Honigbienen, die Drohnen.

Ein Sonderfall beschäftigt die Biologie besonders: Jungfernzeugung, die von einem Bakterium ausgelöst wird. Bei kleinen Schlupfwespen der Gattung Trichogramma bringt eine Infektion mit Wolbachia die Weibchen dazu, unbefruchtete Eier zu legen, aus denen nur Töchter schlüpfen. Das Bakterium wird über das Ei weitergegeben und fördert so seine eigene Verbreitung.

Welche Arten der Parthenogenese gibt es?

Zunächst wird die Parthenogenese nach dem Geschlecht der Nachkommen eingeteilt. Drei Fachbegriffe tauchen in jedem Zoologie-Lehrbuch auf, und sie sind einfacher, als sie klingen:

Bei den Hautflüglern dient die Arrhenotokie der Geschlechtsbestimmung. Eine Bienenkönigin entscheidet bei jedem Ei, ob sie es befruchtet. Aus befruchteten Eiern werden Arbeiterinnen oder Königinnen mit 32 Chromosomen, aus unbefruchteten Eiern Drohnen mit 16 Chromosomen. Thripse funktionieren oft nach demselben Prinzip, was ihre explosionsartige Vermehrung im Garten erklärt.

Eine zweite Einteilung betrifft die Häufigkeit. Obligat ist die Parthenogenese, wenn eine Art keine Männchen mehr hat, wie manche Stabschrecken. Fakultativ ist sie, wenn ein Weibchen mangels Partner darauf zurückgreift, wie der Komodowaran. Zyklisch ist sie, wenn sie im Lauf der Jahreszeiten mit einer geschlechtlichen Generation abwechselt, so wie bei Blattläusen und Wasserflöhen.

Welche Tiere betreiben Parthenogenese?

Parthenogenese ist vor allem bei Wirbellosen verbreitet. Genetische Studien zeigen aber, dass sie auch bei Wirbeltieren keineswegs selten ist. Bei über 80 Wirbeltierarten wurde sie bereits nachgewiesen, vor allem bei Fischen und Reptilien. Diese Beispiele werden am häufigsten genannt, wenn es darum geht, welche Tiere sich ohne Männchen fortpflanzen:

• Blattläuse: Im Frühjahr und Sommer bringen die Weibchen fertig entwickelte Larven zur Welt, die manchmal schon selbst einen Embryo tragen. Eine einzige Stammmutter kann so Tausende Klone erzeugen.
• Schildläuse: Mehrere Arten kommen völlig ohne Männchen aus. Ein einziges Tier genügt, um eine Pflanze zu besiedeln.
• Stabschrecken: Viele im Terrarium gehaltene Arten sind thelytok, ein isoliertes Weibchen legt fruchtbare Eier.
• Rennechsen der Gattung Aspidoscelis: Diese Arten hybriden Ursprungs bestehen nur aus Weibchen, die eine Paarung nachahmen, um die Eiablage anzuregen.
• Komodowaran: 2006 legte das Weibchen Flora im Zoo von Chester in England lebensfähige Eier, ohne je Kontakt zu einem Männchen gehabt zu haben.
• Haie und Rochen: Schaufelnasen-Hammerhai, Zebrahai, Glatthai und Leopard-Stechrochen haben im Aquarium Nachwuchs bekommen, teils nach Jahren ohne Männchen.

Auch Vögel sind betroffen. Bei der Hauspute ist das Phänomen seit Jahrzehnten bekannt. 2021 identifizierten Forschende des Zoos von San Diego zwei Kalifornische Kondore ohne Vater, obwohl ihre Mütter Zugang zu Männchen hatten. Solche Funde legen nahe, dass fakultative Parthenogenese in der Natur oft unbemerkt bleibt, weil systematische DNA-Analysen fehlen.

Ist Parthenogenese beim Menschen möglich?

Das ist eine der meistgesuchten Fragen zum Thema. Die kurze Antwort lautet nein: Eine Geburt durch Parthenogenese beim Menschen wurde nie nachgewiesen. Das Haupthindernis ist die genomische Prägung. Bei Säugetieren sind bestimmte Gene nur aktiv, wenn sie vom Vater stammen, andere nur, wenn sie von der Mutter kommen. Einem Embryo aus zwei mütterlichen Genomen fehlen deshalb unverzichtbare Gene, vor allem jene, die die Entwicklung der Plazenta steuern.

Bei der Maus hat die Wissenschaft dieses Hindernis dennoch umgangen. 2004 erzeugte ein japanisches Team Kaguya, eine Maus aus zwei mütterlichen Genomen. 2022 veränderten Forschende der Jiao-Tong-Universität in Shanghai sieben geprägte Regionen in Eizellen: Eine so entstandene vaterlose Maus wurde erwachsen und pflanzte sich später normal fort. Das bleibt ein Laborerfolg mit sehr geringer Erfolgsquote.

Bei Frauen gibt es nur rudimentäre Formen. Manche Teratome des Eierstocks, gutartige Tumoren, die mitunter Zähne oder Haare enthalten, entstehen aus einer Eizelle, die sich von selbst zu teilen beginnt. 1995 wurde zudem bei einem kleinen Jungen eine Chimäre beschrieben, die teilweise aus einer unbefruchteten Eizelle hervorging. Schon 1956 schilderte der Biologe Jean Rostand solche Spekulationen am Beispiel eines englischen Mädchens, das die Presse als vaterlos geboren darstellte. Bestätigt wurde der Fall nie.

Gibt es Parthenogenese bei Pflanzen?

Ja, allerdings verwenden Botaniker einen anderen Begriff. Man spricht von Apomixis, wenn eine Pflanze Samen ohne Befruchtung bildet. Parthenogenese im engeren Sinn bezeichnet dabei einen bestimmten Schritt: die Entwicklung der Eizelle im Embryosack zu einem Embryo ohne Pollen. Der Samen trägt dann einen Embryo, der mit der Mutterpflanze genetisch identisch ist.

Das bekannteste Beispiel ist der Löwenzahn. Die meisten Löwenzahnpflanzen auf unseren Wiesen sind triploid und bilden ihre Samen ohne Bestäubung, was ihre rasante Ausbreitung erklärt. Auch Habichtskräuter, Frauenmantel, Brombeeren und mehrere Gräser zeigen das Phänomen. Unter den Samen von Wild- und Zierblumen bilden solche apomiktischen Arten sehr einheitliche Bestände, fast schon klonale Linien.

Eine weitere Form der Apomixis betrifft Obstbäume. Bei Zitrusfrüchten und manchen Mangos kann ein Samen mehrere Embryonen enthalten: Nur einer stammt aus der Befruchtung, die anderen wachsen aus dem Gewebe der Mutter. Diese Polyembryonie fasziniert alle, die tropische Obstbäume aus Samen ziehen, denn die Sämlinge aus mütterlichen Embryonen geben die Eigenschaften der Mutterpflanze getreu weiter. Kurios: Gregor Mendel scheiterte an der Apomixis. Seine Kreuzungen mit Habichtskraut folgten nicht den Regeln, die er an der Erbse gefunden hatte, weil gar keine echte Befruchtung stattfand.

Was unterscheidet Parthenogenese von Parthenokarpie?

Die beiden Wörter klingen ähnlich und werden oft verwechselt. Die Parthenogenese erzeugt einen Embryo ohne Befruchtung. Die Parthenokarpie erzeugt eine Frucht ohne Samen, weil der Fruchtknoten der Blüte wächst, ohne befruchtet worden zu sein. Im ersten Fall entsteht Nachwuchs, im zweiten eine Frucht, aber keine neue Generation.

Die Supermarktbanane zeigt die Parthenokarpie besonders gut: Die winzigen schwarzen Punkte sind verkümmerte Samenanlagen, keine Samen. Auch manche Gemüsesorten mit fleischigen Früchten, etwa bestimmte Gurken oder Tomaten, wurden gezielt auf diese Eigenschaft gezüchtet. Solche Pflanzen werden auf anderem Weg vermehrt, da ihre Früchte nichts weitergeben. Mit Jungfernzeugung hat die Parthenokarpie also nichts zu tun: Es geht um die Frucht, nicht um den Embryo.

Kann sich Cannabis durch Parthenogenese vermehren?

Nein. Cannabis ist zweihäusig (diözisch): Männliche und weibliche Blüten sitzen auf getrennten Pflanzen, und das Geschlecht wird über ein XY-Chromosomensystem bestimmt, ähnlich wie beim Menschen. Für einen Samen müssen ein Pollenkorn und eine Eizelle zusammenkommen. Anders als beim Löwenzahn ist bei dieser Pflanze keine Apomixis dokumentiert. Nur einige Nutzhanfsorten wurden auf Einhäusigkeit gezüchtet, mit beiden Geschlechtern an einer Pflanze.

Ein häufiges Missverständnis betrifft feminisierte Samen. Sie entstehen nicht ohne Vater, sondern aus der Kreuzung zweier Weibchen, von denen eines dazu gebracht wurde, männliche Blüten zu bilden. Dieser Pollen trägt nur X-Chromosomen, daher bringen feminisierte Sorten aus zwei Mutterpflanzen fast ausschließlich weibliche Pflanzen hervor. Eine Befruchtung findet also statt: Das ist keine Parthenogenese, sondern eine Geschlechtsauswahl über den Pollen.

Zwitterblüten, die an gestressten Weibchen manchmal auftauchen, folgen demselben Prinzip: Sie geben Pollen ab, der benachbarte Blüten befruchtet. Die daraus entstehenden Samen stammen aus Selbstbefruchtung, einer extremen Form der Inzucht. Für den Anbau zu Hause genügt eine Erkenntnis: Jeder Cannabis-Samen trägt ein Erbgut von zwei Elternteilen, und stabile Genetik entsteht nur durch sorgfältige Auswahl von Mutter- und Vaterpflanze.

Der Eigenanbau durch Volljährige unterliegt in Deutschland den Regelungen des Cannabisgesetzes (CanG). Informieren Sie sich über die jeweils aktuellen rechtlichen Bestimmungen in Ihrem Wohnsitzland.

Welche Vorteile und Grenzen hat die Parthenogenese?

Evolutionär wirkt die Parthenogenese wie eine Erfolgsstrategie. Eine Population ohne Männchen kann ihr Wachstum verdoppeln, weil jedes Tier Nachwuchs bekommt. Biologen nennen das die „zweifachen Kosten des Sex“. Dazu kommen weitere Vorteile. Ein einzelnes Weibchen kann allein eine neue Population gründen, was die Besiedlung von Inseln oder gestörten Lebensräumen erleichtert. Für Partnersuche, Balz oder Rivalenkämpfe wird keine Energie verbraucht. Und eine gut angepasste Genkombination geht in einer stabilen Umwelt unverändert an die nächste Generation.

Die Kehrseite ist bekannt: Ohne Durchmischung häufen sich schädliche Mutationen von Generation zu Generation an, ein Mechanismus namens „Mullers Ratsche“. Klonale Populationen passen sich zudem langsamer an Parasiten und Krankheiten an, wie die Red-Queen-Hypothese beschreibt. Deshalb sind die meisten parthenogenetischen Arten evolutionär jung. Die bdelloiden Rädertierchen, winzige Wassertiere, die seit vielen Millionen Jahren ohne Männchen leben, bilden eine Ausnahme und geben der Forschung bis heute Rätsel auf. Für die allermeisten Lebewesen bleibt die geschlechtliche Fortpflanzung die beste Absicherung gegen eine sich wandelnde Umwelt.

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Häufige Fragen zur Parthenogenese

Fazit: Parthenogenese und genetische Vielfalt

Die Parthenogenese zeigt, dass das Leben ohne Männchen auskommen kann, wenn die Umstände es verlangen. Von der Blattlaus bis zum Komodowaran bietet sie eine schnelle Lösung, um einen Lebensraum zu besiedeln, auf Kosten der genetischen Vielfalt. Bei Säugetieren macht die genomische Prägung sie ohne Laboreingriff unmöglich. Bei Cannabis als zweihäusiger Pflanze bleibt jeder Samen das Ergebnis einer Begegnung zweier Eltern. Genau deshalb sind Linien aus Vater- und Mutterpflanze für den Anbau so wertvoll: Sie bewahren die genetische Durchmischung, die bei der Jungfernzeugung verloren geht.