Was ist der Zweck der Meiose? | Albert.io

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Das Wort Meiose stammt aus dem Griechischen. Es bedeutet „abnehmen“ und bezieht sich auf die Verringerung der Anzahl der Chromosomen in der Zelle. Meiose ist der Prozess der Chromosomenreduktion in eukaryontischen Zellen (Pflanzen, Tiere und Pilze), der zur Bildung von Keimzellen (Gameten/Geschlechtszellen) führt, die für die sexuelle Fortpflanzung benötigt werden. Bei der Meiose wird ein doppelter Chromosomensatz (diploid) auf einen einzigen Chromosomensatz (haploid) reduziert, um Keimzellen oder Sporen zu erzeugen. Wenn sich diese bei der sexuellen Fortpflanzung vereinigen, ist die entstehende Zygote diploid. Auf diese Weise bleibt die Chromosomenzahl der Art durch die sexuelle Fortpflanzung erhalten.

Warum?

Es geht um die Chromosomenzahl. Wenn sich ein Mensch mit n = 46 Chromosomen oder zwei Paaren von n = 23 Chromosomen ohne Chromosomenreduktion fortpflanzen würde, hätten die Eizelle und die Samenzelle beide n = 46 Chromosomen. Wenn diese zu einer Gamete verschmelzen, hätte die Zygote (der Embryo) n = 92 Chromosomen, also doppelt so viele wie nötig! Dies würde zu genetischen Anomalien bei dem Kind führen. Stellen Sie sich weiter vor, dieses Kind würde sich mit einem anderen Kind mit n = 92 Chromosomen fortpflanzen: Das Kind hätte 184 Chromosomen! Diese Zahl würde immer weiter ansteigen. Eine Chromosomenreduktion ist also für den Fortbestand jeder Art notwendig.

Bevor die Meiose beginnt, werden die Chromosomen im Zellkern repliziert. Denn durch die Meiose entstehen vier Tochterzellen mit der Hälfte der Chromosomen der Mutterzelle, also vier haploide Zellen aus einer einzigen diploiden Zelle. Zur Erinnerung: haploid und diploid beziehen sich auf die Anzahl der Chromosomen in der Zelle: haploide Zellen enthalten einen Chromosomensatz (n), während diploide Zellen zwei vollständige Chromosomensätze (2n) enthalten. Wie Sie sehen, ist die Rechnung nicht ganz aufgegangen: Die Mutterzelle muss zunächst in eine 4n (tetraploide) Zelle umgewandelt werden, bevor die Teilung beginnt. Eine Zelle mit n = 46 Chromosomen wird also in eine Zelle mit n = 92 Chromosomen umgewandelt, die nach der Meiose vier Zellen mit n = 23 Chromosomen hervorbringt.

Die Meiose beginnt ähnlich wie die Mitose. Nach der Chromosomenreplikation trennen sich alle Chromosomen in Schwesterchromatiden (die beiden identischen Hälften eines Chromosoms). Doch hier enden die Ähnlichkeiten. Bei der Meiose findet ein weiterer Prozess statt: die Rekombination oder das Crossing Over. Bei der Rekombination reihen sich die Chromosomenpaare aneinander und verbinden sich neu, so dass jedes Chromosom ein Stück des anderen enthält. Auf diese Weise wird die genetische Vielfalt gewährleistet.

Die Meiose nutzt also die Rekombination, um vier haploide Tochterzellen zu erzeugen, die weder mit ihrer diploiden Mutterzelle noch untereinander identisch sind.

Die Phasen der Meiose

Die Meiose ist in zwei Teile oder Abteilungen unterteilt, die jeweils aus mehreren Phasen bestehen. Diese sind Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I in der Meiose I und Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II in der Meiose II. Um diese Phasen zu verstehen, braucht man einige Begriffe:

Bivalent – ein Paar homologer Chromosomen, das durch ein Chiasma zusammengehalten wird.
Chiasma – Punkt der Überkreuzung, an dem Chromosomen genetisches Material austauschen.
Zentromer – der Punkt der Einschnürung eines Chromosoms.
Dyade – die Hälfte einer Tetrade; eine Hälfte eines synaptischen Paares homologer Chromosomen.
Homologe Chromosomen – das Chromosomenpaar, das aus einem ursprünglichen Chromosom und seiner Duplikation besteht. Diese Chromosomen sind nicht identisch.
Metaphasenplatte – die Mittellinie der Zelle.
Monade – nach der Trennung bildet jedes Chromosom einer Tetrade eine Monade. Eine Dyade ohne die Synapse zu ihrem homologen Chromosom.
Kernhülle – die Doppelmembran, die den Zellkern umschließt.
Nukleolus – das Zentrum der rRNA-Produktion innerhalb des Zellkerns.
Schwesterchromatiden – die beiden identischen Chromatiden, die ein Chromosom bilden.
Spindelfasern – ein Bündel von Mikrotubuli, das von einem Pol der Zelle zum anderen verläuft und entlang dessen sich die Chromosomen bewegen.
Synapse/Synapse – der Prozess, bei dem zwei homologe Chromosomen in physischen Kontakt miteinander kommen.
Tetrad – ein Paar homologer Chromosomen, die durch ein Chiasma zusammengehalten werden.

Meiose I

Hier ist ein vollständiges Bild der Meiose I (Abbildung 1), wir werden jede Phase im Detail durchgehen. Du solltest in der Lage sein, die Bedeutung jeder Phase und den Grund für jeden Schritt zu verstehen. Wenn Sie dies verstanden haben, werden Sie auf die Beantwortung von Prüfungsfragen zur Meiose I vorbereitet sein.

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Bildquelle: Wikimedia Commons

Abbildung 1: Die vier Phasen der Meiose I mit der Prophase, die in vier Unterphasen unterteilt ist

1. Prophase I

Die Prophase I ist durch drei Hauptereignisse gekennzeichnet: die Kondensation des Chromatins zu sichtbaren Chromosomen, die Synapsis der Chromosomen in jedem homologen Paar und das Kreuzen des genetischen Materials zwischen diesen synapsierten Chromosomen. Die Prophase I wird weiter in fünf diskrete Phasen unterteilt: Leptonema, Zygonema, Pachynema, Diplonema und Diakinesis (Abbildung 2).

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Bildquelle: Wikimedia Commons

Abbildung 2: Die verschiedenen Stadien der Prophase der Meiose I

Leptonema

Auch als Leptotene-Stadium bekannt, ist diese Phase durch die Kondensation von Chromatin zu sichtbaren Chromosomen gekennzeichnet. Die Homologiesuche beginnt.

Zygonema

Dieses Stadium wird auch als Zygotene-Stadium bezeichnet. Die Homologiesuche geht weiter, wobei sich homologe Chromosomen in grober Paarung ausrichten und Bivalente bilden. Der synaptonemale Komplex beginnt sich zu bilden.

Pachynema

Auch als pachytenes Stadium bekannt, umfasst diese Phase die weitere Entwicklung des synaptonemalen Komplexes zwischen homologen Paaren von Bivalenten, was zur Synapse führt. In dieser Phase ist es klar, dass jedes Bivalent zwei Paare von Schwesterchromatiden enthält. Die Schwesterchromatiden des einen Paares sind Nonsisterchromatiden zu den Schwesterchromatiden des anderen Paares. Zusammen werden die vier Chromatiden als Tetrade bezeichnet. Es findet ein Crossing Over oder eine Rekombination des genetischen Materials zwischen den Paaren nicht-schwesterlicher Chromatiden statt.

Diplonema

Diese Phase wird auch als Diplotenstadium bezeichnet. Die Paare von Schwesterchromatiden beginnen sich zu trennen. Die Nichtschwesterchromatiden bleiben an den als Chiasmen (Singular Chiasma) bezeichneten Stellen in Kontakt, an denen der genetische Austausch während des Crossing over stattgefunden hat.

Diakinese

Die Chromosomen trennen sich weiter, sind aber immer noch durch die Chiasmen der Nichtschwesterchromatiden verbunden. Die Trennung führt dazu, dass sich die Chiasmen zu den Enden der Chromatiden bewegen, ein Prozess, der als Terminalisierung bezeichnet wird. Die Kernhülle und der Nukleolus lösen sich auf, und die Zentromere der einzelnen Chromosomen heften sich an die Spindelfasern, bevor sie sich auf der Metaphasenplatte aufreihen. Die Chromosomen liegen noch paarweise vor und bilden Tetraden.

2. Metaphase I

Diese Phase ähnelt der Metaphase der Mitose. The spindle fibers attached to the centromere of each tetrad align the chromosomes so that one half of each tetrad is oriented towards each pole.

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