Fortpflanzung
Asexuell
Mark Leaver und andere von der Universität in Newcastle berichten in der Zeitschrift Nature folgende Beobachtung. Bei Bakterien vom Typ Bacillus subtilis, denen aufgrund einer genetischen Mutation die stabilisierende Zellwand fehlte, beobachteten die Forscher einen Mechanismus der Vermehrung ohne Zellteilung: Mehrere kleine Blasen pulsierten an einer Zelle oder wanderten die Zelloberfläche entlang, bis sie sich plötzlich loslösten. Diese Blasen wuchsen und vermehrten sich später weiter. Es handelte sich also um lebendige Nachkommen. Die Zellen schieden Nachkommen aus, anstatt sich in zwei Kopien zu teilen. Dieser Vorgang setzt natürlich ein stabiles Milieu zur Ernährung aller Zellen voraus.
Die häufigste Methode zur Vermehrung der Bakterien erfolgt asexuell durch Querteilung der Zelle bei ausreichendem Wachstum der Zelle.
Der Prozess der Sporenbildung bei Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen wird Sporulation genannt. Bei Einzeller sind vor allem Nährstoffmangel und Zelldichte Sporulation-auslösende Faktoren. Stoffwechselaktivitäten sind bei solchen Sporen nicht messbar, und sie sind bemerkenswert resistent gegenüber Hitze (\textrangle100\textdegree C), Trockenheit, UV und Röntgenstrahlung, organischen Lösemitteln und lytischen Enzymen und können mehrere 1000 Jahre überdauern und bei verbessertem Nährstoffangebot wieder auskeimen.
Der Prozess der Sporulation ist bis heute noch immer nicht exakt verstanden. Viele verschiedene Bedingungen können zur Sporulation führen, dazu zählen Versorgungsmangel oder auch die Mediumzusammensetzung. Zum Beispiel fördert Mangan im Medium die Sporenbildung.
Bei Bakterien bezeichnet Knospung eine ungleiche Zellteilung, die sich durch lokales Wachstum vollzieht. Die Tochterzelle (Knospe) ist dabei meist kleiner als die Mutterzelle, im Gegensatz zur Spaltung. Zu den knospenden Bakterien gehören einige Wasser- und Bodenbakterien.
Bei einzelligen Sprosshefen (Hefen) und mehrzelligen Pilzen tritt einer der beiden zuvor durch Zellteilung gebildeten Zellen aus einem Porus der gemeinsamen Zellwand aus und bildet für sich eine neue Zellwand, während die andere Zellen in der alten Zellwand verbleibt und nur den Porus zu verschließen braucht. Die Poren erkennt man bei den Eltern an den so genannten Narben.
Sexuell
Schon bei Einzeller wurde das Prinzip des Gentransfers ausprobiert.
Bei einer Konjugation können Bakterien mit Hilfe sogenannter Sexpili (Proteinröhren) DNS untereinander austauschen. Mittels der Sexpili können sich die Zellen annähern und dann über eine Plasmabrücke DNS von einer Zelle zur anderen übertragen. Da die Pili nicht direkt an der DNS-Übertragung beteiligt sind, kann diese auch ohne Pili erfolgen, wenn zwei Bakterienzellen eng aneinander liegen. Dieser Gentransfer wird vor allem von Gram-negativen Bakterien praktiziert.
Bei Gram-positiven Bakterien herrscht vor allem der Mechanismus der Transduktion vor. Hierbei werden Bakteriophagen (spezialisierte Viren) als Überbringer benutzt, die DNS oder Teile davon zu anderen Bakterien überbringen.
Die direkte Aufnahme von nackter DNS ist dagegen kaum verbreitet (Transformation).
Zur fortschrittlichen sexuellen Vermehrung gehört ein doppelter Chromosomensatz, der normalerweise zwei gleiche Sätze aller Gene enthält. Bei der sexuellen Vermehrung wird ein Chromosomensatz der abgebenden Zelle mit einem Chromosomensatz der aufnehmenden Zelle vereint. Da dies in der Regel nur bei gleichartigen Zellen geschieht, macht diese Methode bei Einzeller nur Sinn, wenn lokale Erfahrungen der einen Zelle unterschiedlich Gene aktiviert, die dann bei der aufnehmende Zelle ihren Genpool verändern, um auf diese Weise von den Erfahrungen einer anderen Zelle zu profitieren.
Kieselalgen haben zum Beispiel einen doppelten Chromosomensatz und vermehren sich ungeschlechtlich durch Zellteilung, so dass zwei komplette Zellen entstehen. Die Tochterzellen erhalten jeweils einen Schalenteil und bildet den anderen Teil neu. Der neue Schalenteil ist stets kleiner, so dass im Generationenverlauf die Zellgröße fast aller Nachkommen fortlaufend schwindet, nur die Tochterzelllinie der Ausgangszelle behält die ursprüngliche maximale Größe bei.
Wird eine Minimalgröße unterschritten, stirbt das Individuum. Bevor eine Minimalgröße erreicht wird, können jedoch Sexualvorgänge stattfinden. Aus den Zellen bilden sich durch Reifeteilung Keimzellen, die nur einen halbierten Chromosomensatz enthalten. Dies ist Voraussetzung für eine geschlechtliche Fortpflanzung.
Bei zentrischen Kieselalgen wurde auch Eibefruchtung nachgewiesen: Die Keimzellen werden frei, nach Verschmelzen einer weiblichen mit einer männlichen Keimzelle bildet sich aus der Zygote (befruchtete Eizelle) unter Größenwachstum eine Spore.
Bei einigen Kieselalgen wurde Konjugation beobachtet: Zwei Partner legen sich aneinander und bilden einen gemeinsamen Konjugationskanal, in den dann jeweils ein halber Chomosomensatz und ein Chloroplast (Organelle zur Photosynthese mit eigener DNS) der beiden Partner einwandern. Aus der so gebildeten Zygote (befruchtete Zelle) bildet sich eine Spore, in der die Chromosomensätze zusammengeführt werden. Aus der Spore der Kieselalge wird jeweils eine neue Kieselalge mit einer neuen zweiteiligen Schale gebildet.
