Meiose ist ein Prozess der Zellteilung, der ausschließlich in Geschlechtszellen (oder Keimzellen) bei sich sexuell fortpflanzenden Organismen stattfindet. Dieser Prozess führt zur Bildung von Geschlechtszellen (Ei- und Samenzellen).
Die Bedeutung der Meiose
Im Gegensatz zur Mitiose, bei der Zellen entstehen, die mit der Mutterzelle identisch sind, entstehen bei der Meiose Zellen mit der halben Anzahl von Chromosomen, die sich von der Mutterzelle unterscheiden. Dieser Prozess ist wichtig für:
- Um die Anzahl der Geschlechtschromosomen in künftigen Generationen konstant zu halten. Die Bildung der Zygote erfolgt nach der Verschmelzung von zwei Keimzellen.
- Genetische Variabilität zwischen Organismen erzeugen. Dieser zweite Punkt wird durch den Prozess der Rekombination ermöglicht (siehe Abschnitt "Genetische Rekombination").
Phasen der Meiose
Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen, die Meiose I und Meiose II genannt werden und zur Bildung von vier haploiden Zellen führen. Diese haploiden Zellen können bei der Befruchtung mit einer anderen haploiden Zelle des anderen Geschlechts verschmelzen und eine Zygote bilden, die sich zu einem neuen Organismus entwickelt.
Meiose I
Die Meiose I ist eine reduktive Teilung, bei der sich die homologen Chromosomen trennen und die Anzahl der Chromosomen in jeder Tochterzelle halbiert wird. Der Prozess besteht aus vier Phasen:
- Prophase I: Die Zelle bereitet sich auf die Teilung vor, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Mitose. Die Chromosomen kondensieren und werden unter dem Mikroskop sichtbar. Die homologen Chromosomen paaren sich und es bildet sich eine Struktur, die als zweiwertig oder Tetrade bezeichnet wird. Während dieser Paarung kann eine genetische Rekombination durch Vernetzung stattfinden (ein Prozess, der im Abschnitt "Genetische Rekombination" näher beschrieben wird). Dieser Prozess ist lebenswichtig und unterscheidet die Prophase der Mitose von der Meiose. Außerdem beginnt sich die Kernhülle aufzulösen.
- Metaphase I: Die Bivalente richten sich an der Äquatorialebene der Zelle aus, wo die Mikrotubuli der mitotischen Spindel an den Zentromeren der Chromosomen ansetzen.
- Anaphase I: Homologe Chromosomen trennen sich und werden von den Mikrotubuli der Spindel in Richtung der gegenüberliegenden Pole der Zelle gezogen. Die Trennung der homologen Chromosomen ist von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellt, dass jede Tochterzelle nur ein Chromosom von jedem Paar erhält. Fehler in diesem Prozess führen zu Anomalien, die als Aneuploidien. Eine der häufigsten Aneuploidien ist das Down-Syndrom, das zu der Gruppe der Trisomien.
- Telophase I: Die Chromosomen kommen an den entgegengesetzten Polen der Zelle an und dekondensieren. Eine neue Kernhülle bildet sich um jeden Chromosomensatz und die Zelle teilt sich durch Zytokinese, wobei zwei haploide Tochterzellen entstehen.
Meiose II
Die Meiose II ähnelt einer herkömmlichen mitotischen Teilung, aber sie findet in haploiden Zellen statt in diploiden Zellen statt. Das Endergebnis der Meiose II ist die Bildung von vier haploiden Zellen, jede mit einer einzigartigen Kombination von Chromosomen und Allelen. Diese Zellen werden als Gameten (Eier oder Spermien) bezeichnet und sind an der sexuellen Fortpflanzung beteiligt.
- Prophase II: Die in der Meiose I gebildeten Tochterzellen treten in die Prophase II ein. In diesem Stadium kondensieren die Chromosomen erneut und die Kernhüllen verschwinden wieder.
- Metaphase II: Die Chromosomen reihen sich in der Äquatorialebene jeder Tochterzelle auf. Die Mikrotubuli der mitotischen Spindel setzen an den Zentromeren der Chromosomen an.
- Aymphase II: Die Zentromere teilen sich und die Schwesterchromatiden trennen sich, indem sie von den Mikrotubuli der Spindel zu den entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen werden. Fehler in diesem Stadium können für die spätere Aneuploidie verantwortlich sein.
- Telophase II: Die Chromosomen treffen an den entgegengesetzten Polen jeder Tochterzelle ein. Neue Kernhüllen bilden sich um die Chromosomensätze und die Chromosomen dekondensieren. Die Tochterzellen teilen sich durch Zytokinese, was zur Bildung von vier haploiden Zellen führt, die jeweils die Hälfte der Chromosomenzahl der ursprünglichen Zelle aufweisen.
Genetische Rekombination
Die Rekombination, auch bekannt als genetische Vernetzung, ist ein Schlüsselprozess, der während der Meiose stattfindet. Während der Meiose I paaren sich homologe Chromosomen (Paare ähnlicher Chromosomen, die von den Eltern geerbt wurden) und bilden Strukturen, die Bivalente oder Tetraden genannt werden. Bei dieser Paarung kommt es zu einem Austausch von DNA-Abschnitten zwischen den homologen Chromosomen. Dieser Austausch wird als Crossover bezeichnet und führt zu einer genetischen Rekombination, da sich Allele und Gene zwischen den homologen Chromosomen vermischen.
Die genetische Rekombination ist lebenswichtig, weil sie die genetische Variabilität in den Geschlechtszellen erzeugt. Das bedeutet, dass die entstehenden Keimzellen einzigartige Kombinationen von Allelen aufweisen, was die genetische Vielfalt in den Nachkommen erhöht. Die Rekombination trägt auch dazu bei, genetische Verbindungen zwischen Genen aufzubrechen, was eine Neuverteilung der Allele in der Population ermöglicht und die Evolution fördert, ein Prozess, der für die Anpassung der Arten unerlässlich ist.
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