Meiose (Basiswissen)
Meiose ist eine spezielle Form der Zellteilung, bei der eine Zelle mit doppeltem Chromosomensatz in vier Zellen mit einfachem Chromosomensatz aufgeteilt wird. Dieser Prozess sorgt für genetische Vielfalt und ist wichtig für die Bildung von Keimzellen. Aber wie unterscheidet sich die Meiose von der Meiose? Lerne alles, was du wissen musst, mit sofatutor!
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Grundlagen zum Thema Meiose (Basiswissen)
Meiose – Definition
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.
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-Moleküle. Die DNA ist in dieser Form also besonders transportabel. Im Gegensatz dazu gibt es auch den Zustand von nicht kondensierter DNA – das Chromatin. Dieser Zustand ermöglicht das Ablesen von Genen sowie die Verdopplung der Erbinformationen.
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 Zentromer. Während der Mitose werden die Zwei-Chromatid-Chromosomen am Zentromer getrennt. Am Ende enthält jeder neu gebildete Zellkern 46 Ein-Chromatid-Chromosomen.
Hier noch einmal zwei kurze Definitionen zu Chromosomen und Chromosomensatz:
- Chromosomen sind Strukturen aus kondensierter DNA, die die Gene enthalten und sich im Zellkern jeder Zelle befinden.
- Der Chromosomensatz beschreibt die Gesamtheit aller Chromosomen einer Zelle eines Individuums. Der einfache Chromosomensatz wird mit n bezeichnet (Haploidie) und der doppelte mit 2n (Diploidie).
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 Schritten (Reifeteilungen): der Meiose I und der Meiose II.
Jede Teilung kann man analog zur Mitose wiederum in vier 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.
Fehleralarm
Häufig wird angenommen, dass die Meiose kontinuierlich abläuft. Tatsächlich passiert sie jedoch nur zu bestimmten Zeiten im Lebenszyklus eines Organismus.
Meiose I – Ablauf
In der ersten Reifeteilung findet die Rekombination und die Aufteilung der homologen Chromosomen statt. Unter homologen Chromosomen versteht man ein Paar von Chromosomen, das sich in Form und Genabfolge gleicht. In unserem Chromosomensatz setzt sich ein homologes Chromosomenpaar aus einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom zusammen.
- Prophase I: Nachdem sich das Chromatin in der Prophase I so weit 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.
- Metaphase I: In der Metaphase I versammeln sich die gepaarten Chromosomen in der Äquatorialebene, die Spindelfasern lagern sich an den Zentromeren der Chromosomen an.
- Anaphase I: 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.
- Telophase I: 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: Die neu gebildeten Kerne besitzen 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 II – Ablauf
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.
Wusstest du schon?
Das Wort „Meiose“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet „Verminderung“. Das passt, denn bei diesem Prozess wird die Chromosomenzahl in den Zellen halbiert. So wird sichergestellt, dass du von jedem Elternteil genau die Hälfte deiner Gene bekommst!
Meiose – Funktion
Die Meiose ist von großer Bedeutung für die Bildung der männlichen Keimzellen und der Eizellen der Frau. 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. Die Meiose spielt übrigens eine wichtige Rolle für die genetische Vielfalt. Mütterliche und väterliche Chromosomen werden während der Meiose nämlich zufällig auf die entstehenden Keimzellen verteilt und somit alle möglichen Varianten rekombiniert.
Kennst du das?
Hast du auch schon einmal bei einem Familientreffen festgestellt, dass du und deine Geschwister ganz unterschiedlich aussehen, obwohl ihr dieselben Eltern habt? Das liegt daran, dass du und deine Geschwister durch verschiedene Kombinationen von Chromosomen entstanden seid, die bei der Meiose in den Keimzellen deiner Eltern gebildet wurden. Diese Zufallsverteilung der Chromosomen macht euch einzigartig.
Mitose und Meiose – Unterschied
| Kriterium | Mitose | Meiose |
|---|---|---|
| Bedeutung/Funktion | Vermehrung von Körperzellen bei: Wachstum, Regeneration, ungeschlechtliche Fortpflanzung → Ort: überall dort, wo Zellen erneuert werden oder für Wachstum entstehen |
Bildung von Geschlechtszellen → Ort: in den Keimdrüsen (Männer: Hoden, Frauen: Eierstöcke) |
| Phasen/Ablauf | Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase | Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I, Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II |
| Ergebnis | zwei genetisch identische Tochterzellen mit doppeltem (diploidem) Chromosomensatz | vier Tochterzellen mit einfachem (haploidem) Chromosomensatz, die genetisch nicht identisch sind |
Ausblick – das lernst du nach Meiose (Basiswissen)
Vertiefe dein Wissen mit dem Thema Mitose und erlange einen ganzheitlichen Überblick über die Zellteilung. Die Lektionen Genetik und DNA-Replikation komplettieren dein Verständnis des Informationsflusses in der Zelle.
Meiose – Zusammenfassung
- Die Meiose ist eine Form der Kernteilung, bei der vier genetisch unterschiedliche Tochterzellen mit haploidem Chromosomensatz entstehen.
- Die Meiose läuft in zwei Reifeteilungen ab: der Meiose I und der Meiose II. Die Reifeteilungen gliedern sich jeweils in Prophase I/II, Anaphase I/II, Metaphase I/II und Telophase I/II.
- Die Meiose läuft zur Bildung der Keimzellen ab und spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung genetischer Vielfalt.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Meiose
Transkript Meiose (Basiswissen)
Wir Menschen haben alle einen doppelten Chromosomensatz, die Hälfte der Chromosomen kommen von der Mutti, die Hälfte vom Vati. Ach wie süß, jaaa, das Lachen ist ganz sicher von Daddy Donald. Hast du dich auch schon mal gefragt, wieso wir dieselbe Anzahl an Chromosomen haben wie unsere Eltern, obwohl beide doch ihren Teil beigetragen haben bzw. bei der Befruchtung zwei Keimzellen verschmolzen sind? Schwierig, da ist auch schon das nachdenkliche Schmollgesicht von Mami Madlin. Wir sollten dringend mal einen Blick auf die "Meiose" werfen, also bleib dran. Mhhh, die Frage nach der Anzahl der Chromosomen, welche komischerweise mit jeder Generation gleich bleibt, drängt sich wirklich auf. Die Antwort liegt in einer Besonderheit der Geschlechtszellenbildung: der MEIOSE. Die Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung, denn hierbei wird die Chromosomenanzahl halbiert. Reife Geschlechtszellen enthalten dann einen HAPLOIDEN Chromosomensatz. Kurze Wiederholung: der Mensch besitzt normalerweise sechsundvierzig Chromosomen beziehungsweise dreiundzwanzig Chromosomenpaare. Der Chromosomensatz ist doppelt, man nennt ihn daher DIploid. HAploid – wie zuvor erwähnt – bezeichnet einen einfachen Chromosomensatz. Hier vereinfacht durch ein Chromosom dargestellt WIE reife Geschlechtszellen einen haploiden Chromosomensatz erhalten beziehungsweise wie die Meiose abläuft, schauen wir uns nun an. Die Meiose gliedert sich in die erste und zweite Reifeteilung. Es kann hilfreich sein, wenn du dich noch einmal mit der Mitose auseinandersetzt beziehungsweise den Ablauf der Mitose wiederholst – da gibt es viele Gemeinsamkeiten. Zur Vereinfachung sind im Folgenden nur sechs der sechsundvierzig Chromosomen dargestellt. Los geht's: Betrachten wir den Ablauf der ersten Reifeteilung, auch Meiose eins. Vor der Meiose eins hat in der Interphase bereits eine Verdopplung des genetischen Materials stattgefunden, sodass Zwei-Chromatid-Chromosomen entstehen. Kommt es zur Meiose, verdichten sich die Chromosomen in der Prophase eins, sodass man sie unter einem Mikroskop sehen kann. Die homologen Chromosomen ordnen sich hier parallel zueinander an und bilden ein sogenanntes BIVALENT. Durch Überkreuzungen – im Fachbegriff "Chiasmata" – werden kleine chromosomale Bruchstücke ausgetauscht. Dieser Vorgang heißt CROSSING OVER. In der Metaphase eins ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene an. Die Spindelfasern des Spindelapparates bilden Verknüpfungen zu jedem Centromer und trennen die homologen Chromosomen in der anschließenden ANAPHASE eins voneinander. Der einst diploide Chromosomensatz wird dadurch auf einen HAPLOIDEN reduziert. Das ist der zentrale Unterschied zur Mitose, bei der sich nicht die homologen Chromosomen, sondern die Schwesterchromatiden trennen. Daher spricht man bei der Meiose von einer Reduktionsteilung. Die Aufteilung der homologen Chromosomen ist willkürlich. So führen deren zufällige Verteilung sowie die Crossing-Over-Vorgänge während der "Prophase eins" zu neuen Kombinationen eines Chromosomensatzes. In der Biologie nennen wir das Phänomen "REKOMBINATION". In der Telophase eins erfolgt die Bildung von zwei Kernhüllen. Anschließend liegen also zwei HAPLOIDE Zellen vor. Es folgt eine kurze Interphase, in der das genetische Material NICHT verdoppelt werden muss, da ja bereits Zwei-Chromatid-Chromosomen vorliegen. Daran schließt die zweite Reifeteilung, auch Meiose zwei, an. Sie ähnelt einer normalen Mitose, deren Ablauf du sicher schon kennst, da hier die Trennung der Schwesterchromatiden geschieht. Es ergeben sich ebenfalls die Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Da wir uns in der zweiten Reifeteilung befinden, setzen wir nun überall eine Zwei dahinter. Die Trennung der Chromatiden erfolgt, wie in der Mitose, in der Anaphase. Hier siehst du noch einmal eine Übersicht der zweiten Reifeteilung – drücke gern kurz auf Pause und schau sie dir in Ruhe an. Das Ergebnis beider Reifeteilungen der Meiose sind dann VIER HAPLOIDE Zellen, die aus einer ursprünglich diploiden Zelle hervorgegangen sind. Zwei haploide Keimzellen verschmelzen letztlich bei der Befruchtung miteinander und so entsteht die diploide Zygote. Na gut, so erklärt sich also, wie es dazu kommt, dass sich der Chromosomensatz eben NICHT mit jeder Generation verdoppelt, sondern in der Regel die gleiche Anzahl an Chromosomen aufweist. Fassen wir zusammen. Die Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung, bei der haploide Keimzellen entstehen. Sie gliedert sich in die erste und zweite Reifeteilung. Die erste Reifeteilung ist eine Reduktionsteilung – die entstandenen Tochterzellen haben einen haploiden Chromosomensatz. Zudem kommt es zur Rekombination, unter anderem durch das Crossing-Over. Bei der zweiten Reifeteilung werden die Schwesterchromatiden getrennt und es entstehen vier haploide Tochterzellen. Na gut, alles gecheckt? Na da ist das Lachen auch schon wieder.
Meiose (Basiswissen) Übung
-
Benenne die Phasen der Reduktionsteilung.
TippsIn der Prophase 1 finden Crossing-over-Vorgänge statt.
LösungVor der Reduktionsteilung hat in der Interphase bereits eine Verdopplung des genetischen Materials stattgefunden, sodass Zwei-Chromatid-Chromosomen vorhanden sind.
In der Prophase 1 verdichten sich die Chromosomen. Die homologen Chromosomen ordnen sich parallel zueinander an. Es kommt zum sogenannten Crossing-over, also zum Austausch kleiner chromosomaler Bruchstücke.
Die Chromosomen ordnen sich anschließend in der folgenden Metaphase 1 in der Äquatorialebene an.
In der Anaphase 1 kommt es zur Trennung der homologen Chromosomen. Diese Aufteilung ist willkürlich.
In der Telophase 1 erfolgt die Bildung von zwei Kernhüllen. Anschließend liegen zwei haploide Tochterzellen vor. -
Erkläre den Ablauf der ersten Reifeteilung.
TippsZwei Antwortmöglichkeiten sind falsch und bleiben somit übrig.
LösungVor der Meiose 1 hat in der Interphase bereits eine Verdopplung des genetischen Materials stattgefunden, sodass Zwei-Chromatid-Chromosomen vorhanden sind.
In der Prophase 1 verdichten sich die Chromosomen, sodass man sie unter einem Mikroskop sehen kann. Die homologen Chromosomen ordnen sich hier parallel zueinander an. Es kommt an dieser Stelle zu Rekombinationen durch Crossing-over-Vorgänge.In der Metaphase 1 ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene an. Die Spindelfasern des Spindelapparates bilden Verknüpfungen zu jedem Centromer und es kommt in der anschließenden Anaphase 1 zur Trennung der homologen Chromosomen voneinander. Die erste Reifeteilung wird daher auch als Reduktionsteilung bezeichnet.
Die Aufteilung der homologen Chromosomen ist willkürlich. Diese zufällige Verteilung der Chromosomen sowie die Crossing-over-Vorgänge in der Prophase 1 führen zu neuen Kombinationen eines Chromosomensatzes. In der Biologie nennen wir dieses Phänomen Rekombination.In der Telophase 1 erfolgt die Bildung von zwei Kernhüllen. Anschließend liegen also zwei haploide Tochterzellen vor.
Es folgt eine kurze Interphase, in der das genetische Material nicht verdoppelt werden muss, weil logischerweise bereits Zwei-Chromatid-Chromosomen vorliegen. -
Beschreibe Meiose 1 und Meiose 2 in Stichpunkten.
TippsIn der ersten Reifeteilung werden die homologen Chromosomen getrennt.
Jeder Phase müssen vier Begriffe zugeordnet werden.
LösungDie Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung, denn hierbei wird die Chromosomenanzahl halbiert. Reife Geschlechtszellen enthalten dann einen haploiden Chromosomensatz.
Die Meiose gliedert sich in die erste Reifeteilung und in die zweite Reifeteilung.In der Meiose 1 bzw. ersten Reifeteilung wird der diploide Chromosomensatz auf einen haploiden reduziert. Dabei findet eine Trennung der homologen Chromosomen statt. Das ist der zentrale Unterschied zur Mitose, bei der sich die Schwesterchromatiden trennen. Man spricht daher bei der ersten Reifeteilung auch von einer Reduktionsteilung. Am Ende der ersten Reifeteilung liegen zwei haploide Tochterzellen vor.
Die sich anschließende Meiose 2 bzw. zweite Reifeteilung ähnelt einer Mitose. Hier kommt es zur Trennung der Schwesterchromatiden. Das Ergebnis beider Reifeteilungen der Meiose sind dann vier haploide Keimzellen, die aus einer ursprünglich diploiden Zelle hervorgegangen sind.
Zwei haploide Keimzellen verschmelzen letztlich bei der Befruchtung miteinander: So entsteht die diploide Zygote.
Das erklärt also, warum sich der Chromosomensatz nicht mit jeder Generation verdoppelt. Er weist also die gleiche Anzahl an Chromosomen auf. -
Stelle die Unterschiede von Mitose und Meiose tabellarisch gegenüber.
TippsZwei Antwortmöglichkeiten sind falsch und bleiben somit übrig.
LösungDie Mitose ist eine einfache Kernteilung. Sie findet beim Menschen in wachsenden Zellen statt und dient der Vermehrung von Zellen. Es kommt dabei zu keinem Crossing-over. Somit sind die Tochterzellen genetisch identisch mit der Mutterzelle. Es entstehen zwei diploide Zellen.
Die Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung und dient der Bildung von Keimzellen in den Keimdrüsen. Während der Meiose finden Crossing-over-Vorgänge in der Prophase 1 statt. Das Erbgut der Tochterzellen unterscheidet sich vom Erbgut der Mutterzelle. Es entstehen vier haploide Keimzellen.
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Ordne die Phasen der Meiose 1.
TippsIm ersten Schritt der Reduktionsteilung kommt es zum Crossing-over.
Am Ende der ersten Reifeteilung entstehen zwei haploide Tochterzellen.
LösungDie erste Reifeteilung gliedert sich in vier Schritte:
Im ersten Schritt, der Prophase 1, kommt es zur Verdichtung des genetischen Materials und die homologen Chromosomen ordnen sich nebeneinander an. Es laufen Crossing-over-Vorgänge ab.
Im zweiten Schritt, der Metaphase 1, ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene an.
Im dritten Schritt der Meiose 1, der Anaphase 1, kommt es zur Trennung der homologen Chromosomen.
Im vierten Schritt, der Telophase 1, erfolgt die Bildung von zwei Kernhüllen. Abschließend liegen zwei haploide Tochterzellen vor.
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Zeige die Besonderheiten der Reduktionsteilung auf.
TippsDrei Auswahlmöglichkeiten sind korrekt.
LösungWährend der Reduktionsteilung wird der diploide Chromosomensatz auf einen haploiden Chromosomensatz reduziert. Dabei kommt es zur Neukombination der Erbinformation.
Nach der Verdopplung des genetischen Materials in der Interphase verdichten sich die Chromosomen.
Die homologen Chromosomen ordnen sich in der Prophase 1 parallel zueinander an und bilden ein sogenanntes Bivalent. Durch Überkreuzungen – Fachbegriff: Chiasmata – werden kleine chromosomale Bruchstücke ausgetauscht. Dieser Vorgang heißt Crossing-over.
Die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen sowie die Crossing-over-Vorgänge führen zu neuen Kombinationen eines Chromosomensatzes. In der Biologie heißt dieses Phänomen Rekombination.
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