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Die Meiose

 (meiosis, griech.: Verminderung)

 

Während durch die Mitose Körperzellen für Wachstum und Gewebeteilung reproduziert werden, ist die Meiose für die Produktion von Gameten (Geschlechtszellen) verantwortlich. Bei der Meiose finden im Gegensatz zur mitotischen Teilung zwei Zellteilungen statt und es entstehen vier Zellen (statt zwei wie bei der Mitose).

Die Meiose gliedert sich in zwei Reifeteilungen:

in der 1. Reifeteilung werden die homologen (gleichartig strukturierten) Chromosomen separiert,
in der 2. Reifeteilung werden die Chromatiden getrennt (mitotische Teilung).

1. Reifeteilung

Es finden jeweils in der 1. und 2. Reifeteilung 4 verschiedene Phasen statt.

 

Prophase I

Bilder der Prophase I



Abb. aus Campbell, S. 254

Die Prophase I ist die längste Phase innerhalb der Meiose.

Während der Prophase liegt in der Zelle eine diploide Chromosomenanzahl von 46 (2n = 46) vor, d.h., in der Zelle befindet sich ein diploider Chromosomensatz (jeweils ein einfacher (haploider Chromosomensatz von der Mutter und vom Vater stammend).

Die Zwei-Chromatiden-Chromosomen kondensieren innerhalb der Urgeschlechtszelle, d.h., die Chromosomen verkürzen sich und werden sichtbar als lange, dünne Fäden. Aus den Chromosomenpaaren der Zygote gehen jeweils zwei homologe Chromosomenpaare hervor. Die Chromatiden eines solchen Chromosoms nennt man Schwesterchromatiden.

Die homologen Chromosomen legen sich dann parallel aneinander, Centromer an Centromer (Paarung der homologen Chromosomen). Jedes Chromosomenpaar besteht nun aus 4 parallel angeordneten Chromatiden, Tetrade genannt.

Es kann vorkommen, dass sich Nicht-Schwesterchromatiden überkreuzen und dadurch Bruchstücke des einen Chromatids mit dem anderen Nicht-Schwesterchromatid ausgetauscht werden; dies nennt man dann Chiasma ( Überkreuzung), der Vorgang heißt crossing-over. Diese Chiasmata entstehen zufällig und durch diesen Vorgang wird genetisches Material innerhalb der Chromatiden ausgetauscht (intrachromosomale Rekombination).

Die Zelle bereitet sich auf die Kernteilung vor; die Centriolenpaare bewegen sich von einander fort, die Spindelfasern bilden sich aus, die Kernhülle und das Kernkörperchen lösen sich auf.

Metaphase I

Bilder der Metaphase I


Abb. aus Campbell, S. 254

 

In der Metaphase I ordnen sich die Chromosomenpaare beiderseitig in der Mitte der Zelle (Äquatorialebene, Metaphasenebene) zwischen den beiden Polen des Spindelapparates an. Spindelfasern der Pole verbinden sich mit dem jeweils näher gelegenen Centromer der homologen Chromosomenpaare.

Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich zufällig an der Äquatorialebene an.

Anaphase I

Bilder der Anaphase I


Abb. aus Campbell, S. 254

Die Anaphase I dient hauptsächlich zur Trennung der homologen Chromosomenpaare.

Während die Schwesterchromatiden zusammenverbunden bleiben, werden die homologen Chromosomenpaare zu den Polen hingezogen und dadurch getrennt. Auf jeder Pol-Seite ist also ein haploider Chromosomensatz.

Aufgrund der zufälligen Anordnung und Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen  ist dieser  Vorgang die Ursache für die interchromosomale Rekombination.

Telophase I

Bilder der Telophase


Abb. aus Campbell, S. 255

 

Wenn die Chromosomen die Pole erreicht haben, wird die Zellteilung eingeleitet. Die Chromosomen verschrauben sich wieder, so dass sie nicht mehr sichtbar sind. Das Zellplasma teilt sich (Cytokinese) und jedes Chromosom hat nun seine beiden Chromatiden (im Gegensatz zur Mitose!). Es existieren nun zwei Zellen.

Bereits in der Telophase I unterscheiden sich die Spermatocyten (männliche Zellen) und die Oocyten (weibliche Zellen). Während die Spermatocyte (1. Ordnung) beginnt, sich in zwei gleich große Zellen zu trennen, ist bei der Oocyte nur eine Zelle komplett ausgebildet und eine verkleinerte Zelle, die mit der großen Eizelle zusammenhängt.

Es schließt sich dann ohne Interphase  fließend die Prophase II an.

 

2. Reifeteilung

Es finden in der 2. Reifeteilung ebenfalls 4 verschiedene Phasen statt. Sie ähneln jetzt der mitotischen Zellteilung.

 

Prophase II

Bilder der Prophase II


Abb. aus Campbell, S. 255

 

In der Prophase II schrauben sich wieder die Chromosome auf und es wird ein neuer Spindelapparat gebildet, der die Chromosomen wieder zur Äquatorialebene zieht. Die Kernhülle und das Nucleoli zerfallen wieder.

Metaphase II

Bilder der Metaphase


Abb. aus Campbell, S. 255

 

Die Chromosomen ordnen sich mit ihren Centromeren direkt in der Äquatorialebene an.

Anaphase II

Fotos der Anaphase


Abb. aus Campbell, S. 255

 

Die Schwester-Chromatiden in beiden Zellen werden jeweils am Centromer getrennt und die nun getrennten Chromatiden wandern dann jeweils zu den Zellpolen.

Telophase II

Fotos der Telophase


Abb. aus Campbell, S. 255

 

Die Chromatiden befinden sich an den Polen und die Kerne bilden sich. Die Cytokinese beginnt und durch die Teilung der zwei Zellen entstehen 4 Zellen mit jeweils einen haploiden Chromosomensatz.

Bei den Spermatocyten entstehen vier gleich große Zellen (Spermatiden), die später zu Spermien werden. Bei der Oocyte entsteht eine (große) Eizelle und drei kleine und unfruchtbare Richtungskörperchen, die aber keine Funktion haben.

Die Chromosomen dekondensieren langsam wieder. Es sind nun vier genetisch nicht identische Zellen mit jeweils haploidem Chromosomensatz und Ein-Chromatid-Chromosomen entstanden. Bei der nächsten Interphase werden diese dann wieder zu Zwei-Chromatiden-Chromosomen.

 

 

Hauptunterschiede zwischen Meiose und Mitose in Bezug auf das Ergebnis

 

Meiose

Mitose

Funktion

Bildung von Geschlechtszellen Vermehrung von Körperzellen

Erbinformationen

erbungleiche Teilung; Gene werden neu kombiniert; vier gentisch verschiedene Zellen. erbgleiche Teilung; jede Tochterzelle hat die gleiche Erbinformation wie die Mutterzelle.

Chromosomensatz

4 Zellen mit haploidem Satz 2 Zellen mit diploidem Satz
 

Genetische Variabilität

Unter der genetischen Variabilität versteht man die Möglichkeit der Unterschiedlichkeit der Erbinformationen. Während der Meiose gibt es verschiedene Möglichkeiten, die diese Erbinformationen neukombinieren:

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Interchromosomale Rekombination
In der Metaphase I ordnen sich die homologen Chromosomen zufällig in der Äquatorialebene an, so dass hier bereits eine willkürliche Verteilung von mütterlichen und väterlichen Erbinformationen stattfindet. Die Möglichkeiten betragen 2n, wobei n die haploide Chromosomenzahl ist; das entspräche beim Menschen also 223, also etwa 8 Millionen Möglichkeiten.

 

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Intrachromosomale Rekombination
Durch mögliche Überkreuzungen (Chiasmata) zwischen zwei Nichtschwester-Chromatiden in der Prophase I bei der Paarung der homologen Chromosomen kommt es zum Austausch von Erbinformationen. 

 

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Befruchtung
Bei der Befruchtung der Eizelle haben Eizelle und Spermium jeweils eine genetische Variabilität von mindestens 8 Millionen verschiedener Kombinationsmöglichkeiten.

Kombiniert man diese 3 Faktoren miteinander, so kommt man beim Menschen auf mindestens rund 64.000.000.000.000 verschiedene Möglichkeiten (ohne die intrachromosomale Rekombination). Damit ist eine ausreichende genetische Variabilität beim Menschen gegeben.

 

Quellen:

bulletCampbell, N. A. (2000): Biologie, S. 252 ff, Spektrum-Verlag - Heidelberg
bulletHafner, L.; Hoff, P.; (2000): Genetik, 19ff, Hannover
bullethttp://manske.virtualave.net/e-bio/SS_98_99/meiose.htm am 2001-12-08
bullethttp://www.kfunigraz.ac.at/imhwww/lehre/Meiose.html am 2001-12-08
bullethttp://www.eduvinet.de/mallig/bio/Repetito/Meiose1.html am 2001-12-08
bullethttp://www.vobs.at/bio/cyt/c-meiose-i.htm am 2001-12-07

 

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    Tobias Erle, 2001,  M. W.