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Meiose (Basiswissen)

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Bio-Team
Meiose (Basiswissen)
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Beschreibung Meiose (Basiswissen)

Meiose – Biologie

Wir Menschen besitzen einen diploiden Chromosomensatz (2n). Wir haben 46 Chromosomen, wobei eine Hälfte von der Mutter, die andere vom Vater stammt. Aber wieso haben wir die gleiche Anzahl an Chromosomen wie unsere Eltern, wenn doch bei der Befruchtung zwei Keimzellen (Ei- und Samenzelle) miteinander verschmelzen? Die Antwort liegt in einem wichtigen Schritt während der Bildung der Keimzellen, der Meiose.

Meiose – Definition
Die Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung. Sie bildet die Grundlage dafür, dass aus einer Zelle mit diploidem Chromosomensatz vier genetisch unterschiedliche Tochterzellen mit haploidem Chromosomensatz entstehen. Die Meiose findet bei der Bildung der Keimzellen statt.

Chromosomen und Chromosomensatz
Bevor wir uns die Meiose genauer anschauen, sollten wir uns einige Begriffe zu den Chromosomen (Bau und Funktion) in Erinnerung rufen. Chromosomen sind kondensierte, also stark verkürzte DNA. So ist diese besonders transportabel. Im Gegensatz dazu gibt es auch den Zustand von nicht‑kondensierter DNA – das Chromatin. Dieser Zustand ermöglicht das Ablesen von Genen sowie das Verdoppeln der DNA.
Typischerweise wird ein Chromosom als Zwei-Chromatid-Chromosom dargestellt. Es besteht aus zwei Chromatiden, auch Schwesterchromatiden genannt. Diese entstehen durch Verdopplung der DNA und sind daher genetisch identisch. Zusammengehalten werden sie am Centromer. Während der Mitose werden die Zwei-Chromatid-Chromsomen am Centromer getrennt. Am Ende enthält jeder neugebildete Zellkern 46 Ein-Chromatid-Chromosomen. Schauen wir uns im Folgenden an, was mit den Chromosomen während der Meiose passiert.

Meiose – Phasen

Anders als die Mitose verläuft die Meiose in zwei Phasen (Reifeteilungen): der Meiose I und der Meiose II. Jede Teilung kann man analog zur Mitose wiederum in Phasen unterteilen: Die Meiose I gliedert sich in Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I. Entsprechend dazu gliedert sich die Meiose II in Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II.

Meiose I

In der ersten Reifeteilung findet die Rekombination und die Aufteilung der homologen Chromosomen statt. Unter homologen Chromosomen versteht mein ein Paar von Chromosomen, welches sich in Form und Genabfolge gleicht. In unserem Chromosomensatz setzt sich ein homologes Chromosomenpaar aus einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom zusammen.
Nachdem sich das Chromatin in der Prophase I soweit verdichtet hat, dass Chromosomen sichtbar werden, ordnen sich die homologen Chromosomen parallel zueinander an. Sie bilden ein sogenanntes Bivalent, wobei durch Überkreuzung (Chiasmata) von Chromatiden kleine chromosomale Bruchstücke ausgetauscht werden können. Dieser Vorgang wird Crossing‑Over genannt.
In der Metaphase I versammeln sich die gepaarten Chromosomen in der Äquatorialebene, die Spindelfasern lagern sich an den Centromeren der Chromosomen an. In der anschließenden Anaphase I erfolgt die Trennung der homologen Chromosomen und nicht, wie in der Mitose, die Trennung der Schwesterchromatiden eines Chromosoms. Dadurch wird der einst diploide Chromosomensatz auf einen haploiden reduziert. Die Aufteilung von väterlichen und mütterlichen Chromosomen ist völlig willkürlich. Die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen und die Crossing‑Over‑Vorgänge führen zu neuen Kombinationen eines Chromosomensatzes. In der Biologie bezeichnet man das als Rekombination. In der anschließenden Telophase I erfolgt die Bildung von zwei neuen Kernhüllen und die Chromosomen dekondensieren. Die DNA liegt wieder als Chromatin vor.
Um noch einmal den Unterschied zur Mitose hervorzuheben, besitzen die neu gebildeten Kerne einen haploiden Chromosomensatz, also nur noch eine mütterliche oder väterliche Variante eines bestimmten Chromosoms. Die einzelnen Chromosomen hingegen besitzen noch beide Schwesterchromatiden, die aufgrund der Crossing-over Prozesse aber nicht mehr identisch sein müssen.

Es folgt eine kurze Interphase, in der es jedoch nicht zu einer Verdopplung (Replikation) der DNA kommt, da die Chromosomen noch beide Schwesterchromatiden besitzen. Es handelt sich hierbei also noch um Zwei-Chromatid-Chromosomen.

Meiose schematische Erklärung

Meiose II

Die zweite Reifeteilung entspricht der Mitose, jedoch auf Grundlage eines halben Chromosomensatzes. Es erfolgt die Trennung der Schwesterchromatiden:

  • Prophase II: Die DNA kondensiert abermals und Chromosomen werden sichtbar.
  • Metaphase II: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
  • Anaphase II: Die Schwesterchromatiden eines Chromosoms werden durch den Spindelapparat getrennt.
  • Telophase II: Es bilden sich zwei neue Zellkerne und die Cytokinese (Zellteilung) wird eingeleitet.

Das Ergebnis einer Zellteilung mit meiotischer Kernteilung sind vier Zellen mit haploidem Chromosomensatz, die aus einer Zelle mit diploidem Chromosomensatz hervorgegangen sind.

Meiose – Bedeutung

Die Meiose ist von großer Bedeutung für die Bildung der Keimzellen – also der Eizellen der Frau und der Samenzellen des Mannes. Was würde passieren, wenn es keine Meiose gäbe? Dann würde sich bei jeder geschlechtlichen Fortpflanzung, also bei jeder neuen Generation, die Anzahl der Chromosomen erneut verdoppeln. Der artspezifische Chromosomensatz würde verloren gehen und damit die Überlebenschance der Art. Damit das nicht passiert, wird während der Keimzellenentwicklung der Chromosomensatz halbiert. Beim Menschen besitzen die Keimzellen dann nur jeweils 23 Chromosomen. Nach der Befruchtung ergeben die Chromosomen von Vater und Mutter in der entstandenen Zygote den vollständigen, diploiden Chromosomensatz. Beim Menschen sind das 46 Chromosomen.

Dieses Video

Was ist die Meiose? Wo findet sie statt? Wie ist der Ablauf der Meiose? In diesem Video wird dir die Meiose einfach erklärt. Zum besseren Verständnis solltest du bereits Kenntnisse über die Mitose haben. Zudem sollten dir Chromosomen sowie die Begriffe haploid und diploid bekannt sein.

Im Anschluss an das Video kannst du dein Wissen zum Thema Meiose mit interaktiven Übungen und einem Arbeitsblatt testen.

Transkript Meiose (Basiswissen)

Die Meiose

Hallo! Bestimmt ist dir schonmal aufgefallen, dass du Merkmale von deiner Mutter und von deinem Vater geerbt hast, oder? Aber wie soll das gehen?

Wenn bei jeder Befruchtung einfach die Chromosomen von Mutter und Vater zusammengefasst würden, müsste ja die Anzahl der Chromosomen in jeder Zelle mit jeder Generation steigen. Aber ich kann dich beruhigen, denn du hast mit Sicherheit die gleiche Anzahl von Chromosomen wie deine Eltern.

Das besondere bei der Bildung der Keimzellen, also der weiblichen Eizellen und der männlichen Spermien, ist nämlich, dass dort der Chromosomensatz vor der Befruchtung halbiert wird. Das passiert in der Meiose, die ich dir jetzt erklären möchte.

Der Mensch besitzt einen diploiden Chromosomensatz, der auch als 2n bezeichnet wird. Das bedeutet, dass der Mensch von jedem Chromosom sozusagen zwei Ausfertigungen hat; eine stammt dabei von der Mutter, die andere vom Vater des jeweiligen Menschen.

Man spricht bei diesen beiden sich entsprechenden Chromosomen, die in Länge und Genzusammensetzung gleich sind, von homologen Chromosomen. Insgesamt besteht der Chromosomensatz des Menschen aus 46 Chromosomen.

Während der Keimzellenentwicklung wird dieser Chromosomensatz jedoch halbiert, so dass die Keimzellen dann nur jeweils 23 Chromosomen besitzen, man spricht von einem haploiden Chromosomensatz n. Nach der Befruchtung ergeben die Chromosomen von Vater und Mutter in der entstandenen Zygote den diploiden Chromosomensatz von 46 Chromosomen.

Wir werden uns nun anschauen, was bei der Meiose genau passiert. Einige Sachen werden dir sicher aus der Mitose, der Zellteilung, bekannt vorkommen. Zur Vereinfachung sind nur 2 der 46 Chromosomen dargestellt.

In der ersten Reifeteilung erfolgt bereits die Reduktion des Chromosomensatzes auf den haploiden Chromosomensatz. Dazu verdichten sich die Chromosomen in der Prophase I, so dass man sie im Lichtmikroskop sehen kann.

Die homologen Chromosomen ordnen sich hier parallel zueinander an, sie bilden ein Bivalent und tauschen Kleine chromosomale Brüchstücke über Chiasmata aus. Dieser Vorgang wird Crossing-over genannt.

In der Metaphase I versammeln sich die gepaarten Chromosomen in der Äquatorialebene, die Spindelfasern lagern sich an den Centromeren der Chromosomen an.

In der anschließenden Anaphase I werden dann die kompletten Chromosomen zu den beiden Zellpolen gezogen und nicht, wie in der Mitose, die Schwesterchromatiden voneinander getrennt. Die Aufteilung der ursprünglich mütterlichen und väterlichen Chromosomen auf die Tochterzellen erfolgt dabei vollkommen zufällig. Durch diese zufällige Verteilung der homologen Chromosomen und durch die Crossing-over-Vorgänge, erhalten wir neue Rekombinatonen.

In diesem Schritt erfolgt also die Reduktion des Chromosomensatzes von diploid zu haploid, so dass sich dann an jedem Zellpol ein halber Chromosomensatz befinden.

In der anschließenden Telophase I erfolgt die Bildung von zwei neuen Kernhüllen. Im Vergleich zu Mitose haben die Chromosomen hier also beide Schwesterchromatiden. Es liegen nun zwei haploide Zellen vor.

Auf eine kurze Interphase, in der die Chromatiden der Chromosomen nicht verdoppelt werden müssen, da ja schon Chromosomen mit zwei Chromatiden vorliegen, folgt die zweite Reifeteilung, in der die Trennung der beiden Schwesterchromatiden der Chromosomen geschieht. Diese ähnelt nun einer normalen Mitose und lässt sich ebenfalls in Pro-, Meta-, Ana- und Telophase einteilen. Da wir uns in der zweiten Reifeteilung befinden, spricht man auch von Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II.

Die Trennung der Chromatiden erfolgt wie in der Mitose in der Anaphase. Das Ergebnis beider Reifeteilungen der Meiose sind dann also vier haploide Zellen, die aus einer diploiden Zelle hervorgegangen sind.

Du weißt jetzt, wie es dazu kommt, dass du Merkmale von deiner Mutter und von deinem Vater hast: Bei der Keimzellenentwicklung läuft nämlich eine Reduktion des Chromosomensatzes, eine Meiose, ab. Bei dieser werden sowohl die mütterlichen und väterlichen Chromosomen zufällig aufgeteilt und zwischen den homologen Chromosomen kann es zu Rekombinationen kommen. Verschmelzen die beiden haploiden Chromosomen miteinander, erhalten wir wieder eine diploide Zelle, mit mütterlichen und väterlichen Merkmalen.

Die Meiose läuft in zwei Reifeteilungen ab: in der ersten findet die Rekombination und die Aufteilung der homologen Chromosomen statt. Die zweite läuft wie eine Mitose ab und es erfolgt die Trennung der beiden Chromatiden der Chromosomen. Aus der Meiose gehen also aus einer diploiden vier haploide Zellen hervor.

Tschüss!

25 Kommentare

25 Kommentare
  1. Das Video hat mir sehr gut geholfen, danke!

    Von S Ucan, vor mehr als 2 Jahren
  2. Hallo Sonja,
    super, da hast du schon ganz viel richtig verstanden! Du musst nur mit der Formulierung aufpassen. Die Meiose findet in den Keimdrüsen (Eierstock und Hoden) statt und ihr Ergebnis sind die haploiden Keimzellen (Eizellen und Spermien). Der Rest deiner Beschreibung ist korrekt: Ei- und Samenzelle verschmelzen bei der Befruchtung miteinander zu einer diploiden Zygote.
    Beste Grüße aus der Biologie Redaktion und viel Spaß weiterhin beim Schauen unserer Videos!

    Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
  3. Hallo liebes Sofatutor Team,
    verstehe ich das richtig? Die Meiose findet einmal in der Eizelle und einmal in den Spermien statt, bevor sich die Spermien auf dem Weg zur Befruchtung in die Eizelle machen? Dort finden dann jeweils die haploiden Zellen des Mannes und der Frau zusammen?

    Von Deleted User 613699, vor fast 3 Jahren
  4. Sorry nicht Mitose sondern natürlich Meiose

    Von Marco Vettiger, vor etwa 3 Jahren
  5. ich habe noch nicht ganz verstanden für was man eine Mitose macht und was am Schluss das Endprodukt ist. Kann mir jemand helfen?

    Von Marco Vettiger, vor etwa 3 Jahren
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Meiose (Basiswissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Meiose (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Ordne den Bildern die entsprechenden Phasen der Meiose zu.

    Tipps

    Die Vorsilbe „telo“ ist griechisch und bedeutet „Ende“.

    Die Spindelfasern bilden sich in der Metaphase aus.

    Lösung

    In der Prophase I kommt es zur Verdichtung der Chromosomen. Die homologen Chromosomen ordnen sich parallel zueinander an. Sie bilden ein Bivalent, das bedeutet „Zweiwertigkeit“. In dieser Phase tauschen die Chromosomen kleine Bruchstücke über die sogenannten Chiasmata aus. Man nennt das auch Crossing-over. Du erkennst diese Phase daran, dass sich zwei Chromosomen in einer Zelle befinden, die noch keine Spindelfasern ausgebildet haben.

    In der Metaphase I ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene an. Außerdem werden Spindelfasern ausgebildet, die die Centromere der Chromosomen mit den Polen verbinden. Du erkennst diese Phase einerseits an den Spindelfasern und andererseits an der Anordnung der Chromosomen in der Mitte der Zelle.**

    In der Anaphase I werden die Chromosomen von den Spindelfasern an die Pole gezogen. Hier kommt es zur Aufteilung der väterlichen und mütterlichen Chromosomen auf die späteren Tochterzellen. Das bedeutet, der vorher diploide Chromosomensatz (2n) wird auf jeweils einen haploiden Chromosomensatz (n) reduziert. Du erkennst diese Phase daran, dass sich die beiden Chromosomen wieder voneinander entfernen.**

    In der Telophase I teilt sich das Zellplasma, so dass zwei Tochterzellen mit je einem haploiden Chromosomensatz existieren. Du erkennst diese Phase je nach Abbildung entweder daran, dass es bereits zwei Zellen mit je einem haploiden Chromosomensatz gibt, oder daran, dass die Zelle größer erscheint und sich gerade in der Teilung befindet.

    An diese erste Reifeteilung schließt sich die zweite Reifeteilung an.

  • Beschreibe die Unterschiede der ersten und der zweiten Reifeteilung der Meiose.

    Tipps

    Die zweite Reifeteilung ähnelt der Mitose.

    Überlege, welche Endprodukte jeweils entstehen.

    Lösung

    Sowohl die erste als auch die zweite Reifeteilung besteht aus einer Prophase, einer Metaphase, einer Anaphase und einer Telophase. In beiden Prophasen kondensieren die Chromosomen. In beiden Metaphasen ordnen sich die Chromosomen an der Äquatorialebene an und die Spindelfasern lagern sich an die Centromere an.

    In beiden Anaphasen werden die Chromosomen auseinandergezogen. In der Anaphase I werden die 46 Chromosomen auf zwei Tochterzellen mit je 23 Chromosomen verteilt. In der Telophase I entstehen also aus einer diploiden Zelle zwei haploide Tochterzellen mit doppeltem Chromosomensatz.

    In der Anaphase II hingegen werden die Schwesterchromatiden dieser 23 Chromosomen auf die Tochterzellen verteilt. Aus den zwei haploiden Tochterzellen mit doppeltem Chromosomensatz der ersten Reifeteilung entstehen in der Telophase II vier haploide Tochterzellen mit einfachem Chromosomensatz.

  • Erkläre den Vorgang der Rekombination während der Meiose.

    Tipps

    Bei der Rekombination gibt es immer eine Neuanordnung beziehungsweise einen Austausch.

    Es gibt eine interchromosomale (inter= zwischen) Rekombination und eine intrachromosomale Rekombination (intra=innerhalb).

    Lösung

    Bei der Rekombination geht es um einen Austausch zwischen dem väterlichen und dem mütterlichen Erbgut. Nur durch diesen Austausch wird sichergestellt, dass die Tochterzelle ein einzigartiges Erbgut besitzt.

    Man unterscheidet zwischen interchromosomaler Rekombination und intrachromosomaler Rekombination.

    Interchromosomale Rekombination ist ein Austausch der väterlichen und der mütterlichen Chromosomen und ihre Neuverteilung auf die beiden Tochterzellen während der Anaphase I.

    Intrachromosomale Rekombination* ist ein Austausch innerhalb der Chromosomen, also eine Neuverteilung von Chromosomenabschnitten. Dies geschieht beim sogenannten Crossing-over während der Prophase I.

  • Zeige auf, welche Unterschiede es zwischen Mitose und Meiose gibt.

    Tipps

    Überlege zuerst, welchen Zweck die beiden Prozesse haben.

    Bei der Mitose gibt es nur eine Reifeteilung, bei der Meiose zwei.

    Lösung

    Bei der Mitose findet nur eine Kernteilung statt. Ihr Ziel ist die Vermehrung aller wachsenden Zellen in einem Organismus. Da bei der Mitose kein Crossing-over stattfindet, bleibt das Erbgut der Tochterzellen identisch zu dem der Ausgangszelle. Aus einer diploiden Zelle mit 46 Chromosomen entstehen somit zwei ebenfalls diploide Tochterzellen.

    Das Ziel der Meiose ist die Bildung vier haploider Keimzellen aus einer diploiden Zelle. Je nachdem ob die Meiose bei einem Mann oder einer Frau stattfindet, entstehen Eizellen (Oocyten) oder Spermien. Ort der Meiose sind demnach die Keimdrüsen. Bei der Meiose werden väterliches und mütterliches Erbgut rekombiniert. Es entstehen also vier haploide Tochterzellen, die in ihrem Erbgut unterschiedlich zur Ausgangszelle sind.

  • Bringe die Stadien der Meiose in die richtige Reihenfolge.

    Tipps

    Überlege, was die Ausgangpunkte bzw. Endprodukte der ersten oder zweiten Reifeteilung sind.

    Lösung
    • Ausgangspunkt = Eine Zelle mit diploidem Chromosomensatz. Parallele Anordnung der Chromosomen und Crossing-over in der Prophase I.
    • Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene und Ausbildung der Spindelfasern in der Metaphase I.
    • Trennung der homologen Chromosomen. Spindenfasern ziehen die Chromosomen zu den Polen. Anaphase I.
    • Telophase I. Bildung von zwei neuen Kernhüllen. Endprodukt sind zwei Zellen mit haploidem Chromosomensatz.
    • Metaphase II. Anordnung der Chromosomen an der Äquatorialebene. Ausbildung der Spindelfasern.
    • Anaphase II. Schwesterchromatide werden getrennt und zu den Polen gezogen.
    • Telophase II. Bildung neuer Kernhüllen. Endprodukt: vier Keimzellen mit haploidem Chromosomensatz.
  • Stelle dar, wie es zu einer Trisomie 21 kommen kann.

    Tipps

    Überlege, was passiert, wenn es bei beiden Reifeteilungen zu einer Fehlverteilung kommt und wie viele Chromosomen dann am Ende in einer Keimzelle wären.

    Die Wahrscheinlichkeit, ein Kind mit Down-Syndrom zu bekommen, steigt mit zunehmendem Alter der Schwangeren.

    Lösung

    Es gibt mehrere mögliche Ursachen für das Entstehen einer Trisomie 21:

    1) Bei der ersten Reifeteilung kommt es zu einer Nicht-Trennung der homologen Chromosomen und somit zu einer Fehlverteilung.

    2) Bei der zweiten Reifeteilung kommt es zu einer Nicht-Trennung der Schwesterchromatiden und somit zu einer Fehlverteilung.

    Somit trägt, je nachdem ob diese Fehlverteilung bei der Frau oder beim Mann geschieht, entweder die Eizelle oder das Spermium das Chromosom 21 doppelt. Bei der Befruchtung entsteht so eine Zygote mit einem dreifachen Chromosom 21.

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