Die Meiose – eine besondere Zellteilung

Im Rahmen der Biologie versteht man unter der Meiose eine besondere der Zellteilung, die bei der Bildung der Keimzellen abläuft. Dabei wird der Chromosomensatz einer diploiden Zelle auf eine haploide Zelle reduziert. Diese haploiden (Keim)zellen dienen der Fortpflanzung , wobei durch die Verschmelzung zweier haploide Keimzellen eine diploide Zygote entsteht

Die Meiose – Bildung von haploiden Zellen

Bei vielen Lebewesen erfolgt die Fortpflanzung über die Vereinigung zweier haploider (Keim)zellen zu einer diploiden Zellen (Zygote). Da die Keimzellen (beispielsweise von Mann und Frau) einen diploiden Chromosomensatz aufweisen, muss der diploide Chromosomensatz in einen haploiden Chromosomensatz aufgeteilt werden (in der Meiose). Würde bei einer Vereinigung von zwei Keimzellen ein haploide Chromosomensatz vorliegen, würde sich die Chromosomenzahl bei jeder Generation verdoppeln.

Zur Bildung von haploiden Keimzellen müssen also die diploiden Zellen aufgeteilt werden. Dies geschieht durch die Meiose, eine spezielle Art der Zellteilung. Ähnlich der Mitose findet vor der Meiose auch eine Verdopplung der DNA statt. Daher hat jede Keimzelle zu Beginn der Meiose zwei Chromosomensätze, wobei jedes Chromosom aus zwei Chromatiden besteht.

Aufrgund der “Komplexität” der Meiose wird die Meiose in zwei Teilprozesse unterteilt. Der erste Teilprozess (oft als Meiose I bezeichnet) wird als erste Reifeteilung oder Reduktionsteilung bezeichnet. Der zweite Teilprozess (oft als Meiose II bezeichnet) wird als zweite Reifeteilung oder Äquationsteilung bezeichnet. Die zweite Reifeteilung bzw. Meiose II verläuft analog der Mitose. Weiterhin werden die beiden Teilprozesse (erste und zweite Reifeteilung) noch in einzelne Phasen unterteilt.

Meiose I – die Reduktionsteilung

In diesem Teilprozess werden die Chromosomen (von einer diploiden Mutterzelle) auf zwei haploiden Tochterzellen verteilt.

• Prophase I: Nachdem die DNA vor Beginn der Prophase verdoppelt wurde, beginnen sich die Chromosomen zu verdichten. Die Zwei-Chromatide-Chromosomen lagen sich dabei aneinander. Bei dieser “Paarung” entsteht eine sogenannte Tetrade aus vier Chromatiden. Anschließend löst sich der Proteinfaserkomplex (der die Tetrade zusammenhält) und zuletzt die Kernmembran und die Kernkörperchen. Nachdem diese “Auflösung der Zellorganellen” erfolgt ist, kommt es zur Ausbildung des Spindelapparats

• Metaphase I: Nachdem sich in der Prophase der Spindelapparat ausgebildet hat, werden die Chromosomenpaare (durch den Spindelapparat) in der Äquatorialebene an. Die Ordnung erfolgt dabei zufallsbedingt.

• Anaphase I: In der Anaphase werden die Chromosomenpaare getrennt und mit Hilfe des Spindelappartes zu den Zellpolen (jeweils ein Chromosom zu einem Pol) transportiert. Wie in der Prophase I kommt es auch hier zu einer Rekombination von genetischen Erbinformationen (zufällige Verteilung).

• Telophase: In der Telophase entstehen an den Zellpolen, wo sich die das Zwei-Chromatid-Chromosom befindet, sogenannte Kernhüllen. So teilt sich die Zelle teilt, wobei zwei haploide Zellen entstehen.

Meiose II – die Äquationsteilung

Die in der Meiose I gebildeten Chromatiden werden an den Centromeren getrennt und auf vier haploide Zellen verteilt.

• Prophase II: Die Zwei-Chromatid-Chromosome (aus Meiose I) verdichten sich, wobei sich oft die Kernhülle auflöst

• Metaphase II: In dieser Phase bildet sich ein Spindelapparat aus und die Zwei-Chromatid-Chromosomen in der Äquatorialebene anordnen.

• Anaphase II: Die Chromatiden werden am Centromer getrennt und jeweils zu einem Pol der Zelle transportiert.

• Telophase II: In den Zellpolen befinden sich nun die Einchromatid-Chromosome, um diese bilden sich nun wieder Kernhüllen. Dabei löst sich die Spindelapparat auf und die Kernmembran und Kernkörperchen bilden sich aus.

Bedeutung der Meiose

Die Meiose bei Lebewesen ist aus zwei verschieden Gründen lebensnotwendig.

Zum einen würde bei jeder “Befruchtung” (ohne das durch die Meiose haploide Keimzellen gebildet wurden), ein vierfache Chromosomensatz bei einer Zygote auftreten (jeweils ein diploider Chromosomensatz eines Elternteils). Nachkommen dieser F1-Generation hätten dann bereits einen achtfachen Chromosomensatz (jeweils ein vierfacher Chromosomensatz eines Elternteils). Bei Menschen sind Zygoten mit einem mehrfachen (mind. triploider Chromosomensatz) nicht überlebensfähig.

Zum anderem kommt es während der Meiose zur “Neuverteilung” von Erbmaterial (Austausch von Chromatiden). Die Meiose hat dadurch einen erheblichen Einfluss auf die genetische Vielfalt aller Lebewesen. Wie oben beschrieben, kommt es während der Meiose zu einer Neuverteilung/ Neukombination von genetischem Material (so sind beispielsweise Überkreuzungen (auch als Crossing-over bezeichnet) oder eine Neukombination von Chromatiden kommen)

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Die Meiose – eine besondere Zellteilung – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Meiose?

Die Meiose ist ein spezieller Typ der Zellteilung, der bei der Bildung von Keimzellen (Spermien und Eizellen) auftritt. Sie besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungen, Meiose I und Meiose II, und führt zur Bildung von vier Tochterzellen, die jeweils die Hälfte der Chromosomenzahl der Mutterzelle haben.

2. Wie unterscheidet sich die Meiose von der Mitose?

Die Meiose unterscheidet sich von der Mitose in Bezug auf die Anzahl der erzeugten Tochterzellen und deren genetischer Verfassung. Während die Mitose zur Produktion von zwei genetisch identischen Tochterzellen führt, produziert die Meiose vier genetisch einzigartige Tochterzellen.

3. Was sind die Phasen der Meiose I?

Die Meiose I besteht aus vier Phasen: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I.

4. Wie unterscheidet sich die Prophase I der Meiose von der Prophase der Mitose?

Die Prophase I der Meiose unterscheidet sich von der Prophase der Mitose, da sie eine lange und komplexe Phase ist, in der homologe Chromosomen gepaart und Crossing-over stattfindet, was zur Rekombination genetischer Material führt.

5. Was passiert während des Crossing-overs?

Während des Crossing-overs tauschen homologe Chromosomen genetisches Material aus. Dies führt zu neuen Kombinationen von Genen in den Tochterzellen und erhöht die genetische Vielfalt.

6. Was passiert in der Anaphase I der Meiose?

In der Anaphase I werden die homologen Chromosomen voneinander getrennt und zu entgegengesetzten Enden der Zelle gezogen.

7. Was geschieht in der Meiose II?

In der Meiose II, die der Meiose I folgt, werden die Schwester-Chromatiden getrennt. Sie ist sehr ähnlich zur Mitose.

8. Was ist das Ergebnis der Meiose?

Das Ergebnis der Meiose ist die Bildung von vier genetisch einzigartigen Tochterzellen, mit jeweils der Hälfte der Chromosomenzahl der Mutterzelle. Sie sind bereit, bei der Fortpflanzung als Gameten zu agieren.

9. Warum ist die Meiose für die sexuelle Fortpflanzung wichtig?

Die Meiose ist für die sexuelle Fortpflanzung wichtig, da sie die Chromosomenzahl halbiert und so sicherstellt, dass bei der Befruchtung die richtige Chromosomenzahl wiederhergestellt wird.

10. Wie trägt die Meiose zur genetischen Vielfalt bei?

Die Meiose trägt zur genetischen Vielfalt bei durch den Prozess des Crossing-Overs und der unabhängigen Assortierung, die bei der ersten Teilung stattfindet. Beide Prozesse erzeugen Gameten mit einzigartigen genetischen Profilen.