Meiose
Die Meiose ist eine besondere Art der Zellteilung. Anders als bei der Mitose, der Art und Weise, wie sich normale Körperzellen teilen, entstehen bei der Meiose Zellen, die nur die Hälfte der üblichen Anzahl von Chromosomen haben, eines von jedem Paar. Aus diesem Grund wird die Meiose oft als Reduktionsteilung bezeichnet. Langfristig erhöht die Meiose die genetische Variation in einer Weise, die später erklärt werden soll.
Sexuelle Fortpflanzung findet statt, wenn ein Spermium eine Eizelle befruchtet. Die Eizellen und Spermien sind spezielle Zellen, die Gameten oder Geschlechtszellen genannt werden. Geschlechtszellen sind haploid; sie haben nur halb so viele Chromosomen wie eine normale Körperzelle (somatische Zelle genannt). Durch die Befruchtung wird die diploide Anzahl der Chromosomen in Körperzellen wiederhergestellt.
Die Grundzahl der Chromosomen in den Körperzellen einer Spezies wird als somatische Zahl bezeichnet und mit 2n bezeichnet. Beim Menschen 2n = 46: Wir haben 46 Chromosomen. In den Geschlechtszellen ist die Chromosomenzahl n (beim Menschen: n = 23). Bei normalen diploiden Organismen liegen die Chromosomen also in zwei Kopien vor, eine von jedem Elternteil (23x2=46). Die einzige Ausnahme bilden die Geschlechtschromosomen. Bei Säugetieren hat das Weibchen zwei X-Chromosomen und das Männchen ein X- und ein Y-Chromosom.
Ein Karyotyp ist die charakteristische Chromosomenzahl einer Eukaryotenart. Die Präparation und Untersuchung von Karyotypen ist Teil der Zytogenetik, der Genetik der Zellen.
Alle Eukaryonten, die sich sexuell fortpflanzen, verwenden Meiose. Dazu gehören auch viele Einzeller. Die Meiose kommt nicht bei Archaeen oder Bakterien vor, die sich durch asexuelle Prozesse wie die binäre Spaltung fortpflanzen.
Das Crossing over findet zwischen den Chromatiden homologer Chromosomen statt
Meiose als Teil der sexuellen Fortpflanzung
Die Bedeutung der Befruchtung
Der Nachwuchs erhält von jedem Elternteil einen Chromosomensatz, so dass insgesamt die Hälfte seiner Vererbung von jedem Elternteil stammt. Aber die beiden Chromosomensätze sind nicht identisch mit den elterlichen Chromosomen. Das liegt daran, dass sie während der Reduktionsteilung durch einen Prozess verändert werden, der Crossing-Over genannt wird.
Die Bedeutung der Meiose
Dies ist eine doppelte Aufgabe:
1. Erstens, die Chromosomen in jeder Eizelle oder jedem Spermium auf nur einen Satz zu reduzieren.
Die beiden Chromosomen eines Paares sind nicht identisch, da an einem bestimmten Locus auf den Chromosomen unterschiedliche Allele (Formen des Gens) auf den beiden Chromosomen vorhanden sein können. Denken Sie an jedes Chromosomenpaar, einen Satz von jedem Elternteil. Von jedem Paar geht nur einer in jede Gametta. Die Gameten unterscheiden sich also in erster Linie deshalb, weil jedes Paar der Gameten das Chromosom des Vaters oder der Mutter haben kann. Dies wird als "unabhängiges Sortiment" bezeichnet.
2. Ermöglichung des Crossing-Over zwischen jedem elterlichen Chromosomenpaar. Crossing-over-Änderungen, welche Allele auf einem bestimmten Chromosom sitzen.
Obwohl sie als "Mutter"- und "Vater"-Chromosom bezeichnet werden, sind die Gametenchromosomen in der Praxis nicht alle gleich wie die Chromosomen der Eltern. Das liegt daran, dass Teile der Chromosomen im Zuge der Meiose ausgetauscht wurden.
Obwohl die Geschlechtszellen nur einen einzigen Chromosomensatz haben, ist dieser Satz eine durcheinandergewürfelte Mischung aus dem genetischen Material beider Elternteile. Jede einzelne Ei- oder Samenzelle kann eine andere Auswahl an Allelen als die elterlichen Chromosomen aufweisen.
Wie beim Mischen eines Kartenspiels können viele verschiedene Kombinationen von Genen hergestellt werden, ohne dass es zu einer Veränderung (Mutation) in einem einzelnen Gen kommt. Es treten jedoch Mutationen auf, und es können Allele hinzukommen, die vorher nicht in der Population vorhanden waren. Auf jeden Fall erhöht das Mischen die Vielfalt der Nachkommenschaft, und die Vielfalt gibt zumindest einem Teil der Nachkommen eine bessere Chance, in schwierigen Zeiten zu überleben. Das Mischen der Allele, das bei der Meiose stattfindet, kann der Grund dafür sein, dass sexuelle Fortpflanzung überhaupt existiert.
"Es ist nicht schwer, sich Gründe auszudenken, warum sexuelle Bevölkerungsgruppen langfristig Vorteile gegenüber asexuellen haben sollten. Sie können sich schneller entwickeln, um den sich ändernden Umständen gerecht zu werden..."
Besondere Fälle
Zyklische Parthenogenese
Mehrere recht große Taxa (Gruppen von Organismen) nutzen die zyklische Parthenogenese. Dabei werden mehrere Generationen durch Jungfrauengeburt geboren, und dann kommt es zu einer Generation mit normaler sexueller Fortpflanzung. Beispiele hierfür sind Blattläuse und Cladocerane (kleine Krebstiere, die als Wasserflöhe bezeichnet werden). Blattläuse funktionieren in der Regel wie folgt: Wenn das Wetter gut ist und ihre Pflanzenwirte am besten sind, nutzen sie die Parthenogenese. Am Ende der Saison, wenn das Wetter schlechter wird, nutzen sie die sexuelle Fortpflanzung. Dieses System der Fortpflanzung wird Apogamie genannt.
Bei der Parthenogenese enthalten die Eizellen nur das genetische Material der Mutter, und sie werden nicht befruchtet. Die Eizellen können entweder durch Meiose oder Mitose erzeugt werden. Wenn die Meiose eintritt, entsteht durch die Kreuzung ein genetischer Fingerabdruck, der sich etwas von dem der Mutter unterscheidet. Die parthenogenetischen Nachkommen der Grünen Fliege sind also nicht identisch und weisen eine gewisse genetische Variation auf: Einige Chromosomenabschnitte unterscheiden sich aufgrund der Meiose. Eine Mitose würde identische Nachkommen produzieren.
Unter diesen parthenogenetischen Taxa befinden sich eine Reihe von Arten, die ihr Geschlecht völlig aufgegeben haben.
Verlust von Sexualität
Einige wenige eukaryotische Organismen haben die Fähigkeit zur sexuellen Fortpflanzung vollständig verloren, so dass sie keine Meiose haben. Dazu gehören die bdelloidenRädertierchen, die sich nur durch Parthenogenese fortpflanzen.
Einzelheiten zur Meiose
Die Meiose kann in Meiose I und Meiose II unterteilt werden.
Meiose I
Die Funktion der ersten Abteilung besteht darin, den Übergang zu ermöglichen. Genau wie die Mitose umfasst die Meiose Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.
Prophase I
Die Chromosomen werden sichtbar, die Kernhülle verschwindet und die Zentriolen (am oberen und unteren Ende des Kerns) beginnen Spindelfasern zu bilden, die die Chromosomen umhüllen.
In diesem Stadium wird jedes Chromosom in zwei Schwesterchromatiden gespalten, die von den Zentromeren zusammengehalten werden. Die gepaarten Chromosomen haben nun vier Chromatiden (2 Sätze von 'Schwestern') zusammengepresst. Die Kreuzung findet zwischen zwei der Nicht-Schwester-Chromatiden statt; die beiden anderen bleiben ungekreuzt. Das Crossover führt zum Austausch von Segmenten jeder der beteiligten Chromatiden, der DNA und des assoziierten Chromatinproteins. Genetisch nennt man diesen Vorgang Rekombination.
Metaphase I
Die Chromosomen reihen sich entlang der Äquatorialen (der Zentrallinie) der Spindelfasern in homologen Paaren auf.
Anaphase I
Die Chromosomen sind so geteilt, dass auf beiden Seiten der Zelle gleiche Mengen vorhanden sind. Da es 46 Chromosomen in einer menschlichen Zelle gibt, befinden sich 23 auf jeder Seite.
(Es findet die Zytokinese statt, die Teilung von Zellen in zwei: Die Zelle teilt sich).
Telophase I
Die beiden Tochterzellen werden vollständig geteilt, es bildet sich eine Nukleushülle und die Chromosomen werden weniger sichtbar. In jeder dieser Zellen befinden sich 23 Chromosomen.
Meiose II
Die beiden Zellen bereiten sich darauf vor, sich in einem Stadium, das als Interkinesis oder Interphase II bezeichnet wird, wieder zu teilen. Beide Zellen werden die Meiose II durchlaufen.
Prophase II
Die Chromosomen werden sichtbar, die Kernhülle verschwindet und die Zentriolen bilden die Spindelfasern.
Metaphase II
Die Chromosomen reihen sich entlang der Mittellinie auf den Spindelfasern
Anaphase II
Die Chromosomen werden in ihre zwei Chromatiden gespalten. Chromatiden sind die beiden DNA-Stränge (Desoxyribonukleinsäure), aus denen das Chromosom besteht. Sie sind durch eine Mittelwegverbindung verbunden, die als Zentromer bezeichnet wird.
(Es findet eine Zytokinese statt. Die Zelle teilt sich).
Telophase II
Die Zellen sind vollständig geteilt. Die Nukleushülle reformiert sich und es entstehen vier neue Zellen mit unterschiedlicher DNA.
Bei Männern werden alle vier Zellen zu Spermien. Bei den Frauen wird nur eine davon zu einer reifen Eizelle, während die übrigen drei wieder in den Körper aufgenommen werden.
Ereignisse mit Meiose, die ein chromosomales Crossover zeigen
Probleme
Beim Menschen gibt es bestimmte Erkrankungen, die durch eine fehlgeschlagene Meiose verursacht werden. Beispiele dafür sind:
- Down-Syndrom - Trisomie des Chromosoms 21
- Patau-Syndrom - Trisomie des Chromosoms 13
- Edwards-Syndrom - Trisomie des Chromosoms 18
- Klinefelter-Syndrom - zusätzliche X-Chromosomen bei Männern - d.h. XXY, XXXY, XXXXY
- Turner-Syndrom - Fehlen eines X-Chromosoms bei Frauen - d.h. XO
- Triple-X-Syndrom - ein zusätzliches X-Chromosom bei Frauen
- XYY-Syndrom - ein zusätzliches Y-Chromosom bei Männern
Fragen und Antworten
F: Was ist Meiose?
A: Die Meiose ist eine besondere Art der Zellteilung, bei der Zellen mit der Hälfte der üblichen Anzahl von Chromosomen entstehen, eines von jedem Paar. Sie wird auch als Reduktionsteilung bezeichnet.
Q: Wie erhöht die Meiose die genetische Variation?
A: Die Meiose erhöht die genetische Variation, indem sie neue Genkombinationen durch den Prozess der Kreuzung während der Prophase I und der zufälligen Segregation während der Anaphase I schafft.
F: Was sind Keimzellen?
A: Gameten sind spezielle Zellen, die als Geschlechtszellen oder haploide Zellen bezeichnet werden und nur die Hälfte der Chromosomenzahl einer normalen Körperzelle (somatische Zelle genannt) haben.
F: Was ist die somatische Zahl?
A: Die Grundzahl der Chromosomen in den Körperzellen einer Spezies wird als somatische Zahl bezeichnet und ist mit 2n gekennzeichnet. Beim Menschen ist 2n = 46, das heißt, wir haben 46 Chromosomen.
F: Wie viele Chromosomen haben die Geschlechtszellen?
A: Geschlechtszellen haben n Chromosomen, was beim Menschen 23 entspricht. In normalen diploiden Organismen gibt es also zwei Kopien von jedem Chromosom - eine von jedem Elternteil (23x2=46). Die einzige Ausnahme von dieser Regel sind die Geschlechtschromosomen; bei Säugetieren haben die Weibchen zwei X-Chromosomen, während die Männchen ein X- und ein Y-Chromosom haben.
F: Findet die Meiose in Archaeen oder Bakterien statt?
A: Nein, bei Archaeen und Bakterien findet keine Meiose statt; sie vermehren sich stattdessen durch einfache Zellteilung.
F: Gibt es sexuelle Fortpflanzung bei einzelligen Organismen?
A: Ja, es gibt eine sexuelle Fortpflanzung bei Einzellern, da auch sie die Meiose zur sexuellen Fortpflanzung nutzen.
