Meiose

Die Meiose ist ein über die bloße Zellteilung hinausgehender Prozess, der die Bildung von Keimzellen zum Ziel hat. Dabei ist die Meiose Lebewesen mit Chromosomen vorbehalten. Sie ist zuständig dafür, Zellen zu erzeugen, die für die Vermehrung genutzt werden können. Die Meiose hat dabei einen erheblichen Anteil an der späteren genetischen Ausstattung des Nachwuchses. Dementsprechend vital und störungsempfindlich ist dieser Prozess.


Was ist die Meiose?

Um die Meiose zu begreifen, sind ein paar andere Begriffe vorerst zu klären:

  • Mitose: Zellteilung und Verdopplung des Erbguts
  • Diploid: Zweifach vorhandener Chromosomensatz (2n)
  • Haploid: Einfach vorhandener Chromosomensatz (1n)
  • Keimzelle: Spermien und Eizelle (bei Tieren)
  • Chromosomen: Form, in der Erbgut während Zellteilungsprozessen im Zellkern vorliegt
  • Chromosomensatz: Gesamtheit der einzigartigen Chromosomen

Die Meiose ist ein Prozess, der aus den Urkeimzellen, die bereits seit der Geburt angelegt sind, durch Teilungs- und Reduktionsprozesse Keimzellen erzeugt.
Sie beginnt mit einer Zelle, die einen für das Lebewesen normalen Chromosomensatz (beim Menschen 2n) beinhaltet. Einer ersten Zellteilung geht eine Verdopplung des Erbguts voraus. Alle Chromosomen werden verdoppelt, und je eine Hälfte wandert an ein Ende der Zelle. Dann teilt sich diese.
Diese Tochterzellen, die nun über 2n verfügen, teilen sich direkt nochmals. Nun verfügt man über vier Tochterzellen mit je einem einfachen Chromosomensatz. Beim Menschen entspricht dies im Regelfall einem Satz aus 23 Chromosomen.
Bei wenigen Tierarten und einigen Pflanzenarten ist dies nicht so streng reglementiert. Je nach Art der Keimzelle können unterschiedlich viele Chromosomensätze vorliegen und auch bei der Vermehrung können unterschiedliche Keimzellen mit unterschiedlich vielen Chromosomensätzen zur Anwendung kommen. Beim Menschen (und auch bei allen Menschenaffen) ist die zweifache Teilung, ausgehend von einer Keimzelle (2n) hin zu vier Tochterzellen (1n) der Regelfall.
Dabei unterscheiden sich die Meiose von Frau und Mann geringfügig voneinander.

Meiose bei der Frau

Da es sich bei den Keimzellen der Frau um besonders große Zellen handelt – Eizellen sind riesig im Vergleich zu Spermien – muss die Meiose auch genau diese Zellen hervorbringen.
Hier ist es so, dass bei der ersten Teilung zwei unterschiedlich große Zellen entstehen. Eine erhält dabei fast das gesamte Zellplasma (und damit den Großteil der notwendigen Zellapparate wie Mitochondrien, Golgi-Apparat, usw.) und die andere bleibt sehr klein.
Anschließend erfolgt die zweite Teilung. Die größere Zelle teilt sich hierbei wieder entsprechend asymmetrisch – heraus kommen eine große Eizelle, die überlebensfähig ist und als Keimzelle verwendet wird und drei kleine sogenannte Polkörperchen, die vom Körper abgebaut werden.
Dies ist Evolutionär bedingt und hängt unter anderem damit zusammen, dass die ersten Zellteilungen eines neu gezeugten Lebens sich innerhalb der Frau abspielen. Die Eizelle bringt die nötigen Ressourcen für die ersten Teilungen mit. Da sie den weiblichen Körper nicht verlassen muss, muss sie auch nicht so klein und beweglich sein wie die Spermien.

Meiose beim Mann

Die Meiose beim Mann erzeugt tatsächlich vier funktionale Keimzellen, die alle leicht unterschiedliche genetische Ausstattungen aufweisen. Alle vier haben aber in der Regel einen einzigen völlig intakten Chromosomensatz.
Die Spermien sind um einiges beweglicher und kleiner als die Eizellen. Zudem werden sie ein Leben lang und auch in größeren Mengen gebildet als Eizellen.

Phasen der Meiose: Meiose I und Meiose II

Während der Meiose I werden die Chromosomen rekombiniert. Dies heißt, dass die Chromosomen beider Elternteile entsprechend ihres homologen Gegenparts durch Crossing Over zum Teil neu zusammengefügt werden. Heraus kommen formgleiche Chromosomen, die nun die Allele beider Elternteile in sich vereinen.
Dabei werden während eines gewöhnlichen Zellteilungsprozesses auch die Chromosomen an sich in ihre zwei Chromatide (die mittels des Centromers verbunden sind) zerlegt. Dies entfällt aber bei der Meiose I.
In der Meiose II werden dann die Chromosomen wieder auf der Äquatorialebene der Zelle vor der Teilung angeordnet. Sie werden hiervor nicht verdoppelt. Diesmal werden sie auch Centromer zerlegt, so dass jede Tochterzelle am Ende einen einzigen Chromosomensatz enthält.


Funktionen & Aufgaben der Meiose

Die Meiose erfüllt mehrere Aufgaben. Zum einen wird durch diese Form der Reduktionsteilung verhindert, dass sich die Chromosomensätze jede Generation verdoppelt. Dies wäre unter biologischen Gesichtspunkten nicht machbar und Nachwuchs mit einem verdoppelten Chromosomensatz ist in der Regel schon als Zygote nicht lebensfähig. Von daher ist es wichtig, dass beide Elternteile nur jeweils einen halben Chromosomensatz einbringen.
Da aber dieser halbe Chromosomensatz ohnehin alle Gene enthält, die es braucht, ist es nicht so, dass jeder Elternteil nur bestimmte Chromosomen beisteuern würde. Beide Elternteile steuern einen vollständigen Satz bei, und beide Sätze vereinigen sich in der Zygote wieder zu einem diploiden Chromosomensatz.
Zudem hat die Meiose noch einen weiteren evolutionär bedeutenden Vorteil. Da es verschiedene Varianten ein und desselben Gens gibt – man spricht von Allelen – sind die Individuen einer Population auch besser oder schlechter an ihre Umwelt angepasst. Der Prozess der Evolution wird ohnehin das Überleben von genetisch bevorteilten Individuen und das ihrer Nachkommen bevorteilen.
Eine größere Bandbreite an genetischen Varianten macht das Individuum dabei flexibler. Diese größere genetische Vielfalt wird durch das Crossing Over – das Überlappen der Chromosomen von Vater und Mutter in der Zelle und das damit einhergehende Austauschen von Teilen untereinander – während der Meiose I gewährleistet. Diese genetischen Neukombinationen bringen ein paar Vorteile mit sich, zum Beispiel:

  • Diversifizierteres Immunsystem
  • Bessere Anpassung an Knappheit von Ressourcen
  • Kombinierte optische Merkmale
  • Identifizierbarkeit anhand von Geruchsstoffen für beide Elternteile

Zudem hat der diploide Chromosomensatz den Vorteil, dass defekte und ineffizientere Bereiche im Gen durch die bessere Version überbrückt werden können. Auf diese Art können sich auch vorteilhafte Gene durch Dominanz von Generation zu Generation durchsetzen.
Zudem sind zufällige Mutationen, die in einer Keimzelle auftreten, ein Grund für das Hinzukommen von neuen genetischen Varianten. Ist die Mutation positiv – bewirkt also einen Vorteil – wird sie sich weiter vererben lassen. Ist sie unvorteilhaft, wird dies wahrscheinlich nicht geschehen.

Krankheiten, Fehlfunktionen & Beschwerden im Zusammenhang mit der Meiose

Der größte Vorteil der Meiose, nämlich das Halbieren von Chromosomensätzen und gleichzeitige Neuschaffen von genetischen Varianten, ist zugleich der größte Nachteil.
Schließlich bedeutet ein einzelner Chromosomensatz, wie er in den Keimzellen vorliegt, eine höhere Fehleranfälligkeit. Beschädigungen kann der Körper nicht mehr anhand eines homologen Chromosomensatzes beseitigen.
Das Auftreten von Mutationen kann schließlich auch dazu führen, dass Gene unbrauchbar werden. Der halbe Chromosomensatz der bei der sexuellen Fortpflanzung entstehenden Zygote ist dann beschädigt. In der Regel bedeutet dies eine Lebensunfähigkeit, sofern der Schaden zu groß ist. Gerade Geschlechtschromosomen im Mann (X und Y) sind dabei anfällig, weil sie das einzige Chromosomenpaar bilden, das nicht homolog ist. Schäden am X-Chromosom können nur bedingt vom Y-Chromosom kompensiert werden und umgekehrt.


Krankheiten, die während der Meiose entstehen können

Da die Meiose so anfällig ist, können hier einige Krankheiten begründet liegen oder während des Prozesses entstehen.
Dazu gehören zum Beispiel:

Das Down-Syndrom stellt dabei wohl den bekanntesten Vertreter dar. Betroffene leiden unter Verformungen um Kopfbereich, Organschäden und verminderter Intelligenz. Ihre Lebenserwartung ist niedriger als bei gesunden Menschen.
Das Down-Syndrom tritt auf, wenn sich ein zusätzliches Chromosom (das 21.) im Erbgut befindet.
Auch andere Trisomien führen zu schwerwiegenden Komplikationen bei der Geburt. Sie alle eint, dass sie die Entwicklung des Menschen enorm beeinträchtigen. Die meisten Trisomien sind allerdings so gravierend, dass ein Lebewesen mit ihnen nicht lebensfähig ist.
Davon abzugrenzen sind noch partielle Trisomien. Bei ihnen liegen Teile eines überschüssigen Chromosoms vor. Hier kann dies verschiedene Auswirkungen haben, je nachdem, was die Gene dieser Chromosomen codieren. Stoffwechselstörungen, Wachstumsstörungen und schwerwiegende Auswirkungen sind möglich.
Überschüssige Geschlechtschromosomen sind hingegen gar nicht mal so selten. Sie werden häufig nicht festgestellt, weil sie oftmals keine schwerwiegenden Komplikationen auslösen.
Betroffene (vor allem Männer) haben oftmals einen etwas auffälligeren Körperwuchs, eine leicht verminderte Intelligenz oder eine andere Ausprägung der Geschlechtsorgane.
Bei Frauen kann zudem auch ein Geschlechtschromosom gänzlich fehlen. Betroffene leiden unter dem Ullrich-Turner-Syndrom. Sie sind kleiner im Wuchs, die weiblichen Geschlechtsorgane sind unterentwickelt und sie sind meist unfruchtbar.
Umgekehrt gibt es noch das Triplo-X-Syndrom. Es wird häufig nicht erkannt. Die einzigen Auswirken können verminderte Intelligenz und Fruchtbarkeit sein.
Eine Reihe weiterer, mit Geschlechtschromsomen assozierter, Krankheiten sei hier genannt:

  • Klinefelter-Syndrom (ein oder mehrere zusätzliche X-Chromosomen beim Mann)
  • XYY-Syndrom (Kaum Auswirkungen)
  • Mehr als ein zusätzliches Y-Chromosom (Unfruchtbarkeit, Intelligenzminderung, selten Organschäden)

Partiell falsch liegende Gene, fehlende Stück oder überflüssige Stücke, die sich während der Meiose fälschlich angelagert haben, können unterschiedliches bewirken. Da Gene in der Regel Proteine codieren, können also Wachstum und Stoffwechsel vor allem geschädigt werden. Es gibt hierbei viele Möglichkeiten. Auch hier werden die Betroffenen häufig nichts davon erfahren.


Fragen & Antworten zur Meiose

Betreiben alle Lebewesen Meiose?

Nein. Meiose kommt bei allen Lebewesen, die über eine sexuelle Fortpflanzung verfügen, vor. Klonvorgänge, wie zum Beispiel die Knospung oder die Teilung von Bakterien, erfordern keine Meiose. Auch verfügen Bakterien – die zu den Prokaryoten gehören – über keine Chromosomen.

Wie ist nochmal die genaue Anzahl von Chromosomen während der Meiose beim Menschen?
Die Meiose beginnt mit einer Zelle, in der alle Chromosomen je zweimal vorliegen. Dieser Satz wird verdoppelt. Sie verfügt nun über 92 Chromosomen. In dieser Phase wird auch die Rekombination betrieben. Die erste Teilung erfolgt und man erhält zwei Tochterzellen mit je 46 Chromosomen. Eine zweite Teilung macht aus ihnen zwei Zellen mit je 23 Chromosomen.

Sind Krankheiten, die durch Fehler bei der Meiose bedingt sind, heilbar?
Nein. Denn was bei der Meiose erzeugt wird, ist ja die halbe genetische Grundausstattung eines ganzes Organismus. Aus dieser werden alle weiteren genetischen Kopien erzeugt – und damit ein Fehler immer wieder dupliziert.
Man kann Symptome lediglich behandeln.

Unser Fazit zur Meiose

Die Meiose ist der Weg für viele Lebewesen, die Rekombination von Genen und die sexuelle Fortpflanzung, die evolutionär viele Vorteile bringt, ohne Komplikationen aufgrund von überflüssigen Chromosomen stattfinden zu lassen.
Da es hierbei aber letzten Endes um einen Vorgang geht, der erhebliche Auswirkungen auf den Nachwuchs hat, sind Fehler in der Meiose besonders gravierend. Man kann mit Hilfe der Meiose auch viele andere Vorgänge aus den Bereichen der Evolution und der Erblehre besser verstehen.

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