Befruchtung, Samenbildung & Meiose: Lebenszyklen erklärt

Befruchtung und Samenbildung

Der Prozess der Befruchtung

Nach der Befruchtung entwickeln sich die Eizellen in Früchten und Samen. Der Befruchtungsprozess umfasst mehrere Schritte:

• Vereinigung des Pollenkorns im Stigma: Ein Pollenkorn landet auf dem Stigma.
• Bildung des Pollenschlauchs: Der Pollenschlauch wächst zum Fruchtknoten hin.
• Doppelte Befruchtung:
  • Eine männliche Keimzelle (aus den Spermakernen) verschmilzt mit der Eizelle (Oosphäre) und bildet eine diploide Zygote. Aus dieser Zygote entwickelt sich der Embryo des Samens, der eine Keimwurzel (Radicula), Keimblätter und zwei Keimblätter (bei Mono- und Dikotyledonen Pflanzen) enthält.
  • Die andere männliche Keimzelle verschmilzt mit dem sekundären Embryosackkern und bildet das triploide Endosperm, welches als Nährstoffreserve für den Samen dient.

Entwicklung von Embryo und Samen

Der Embryo und das Endosperm sind von der Samenschale umgeben. Der gesamte Prozess findet innerhalb des Embryosacks im Fruchtknoten statt, der sich später zur Frucht entwickelt.

Lebenszyklen und Meiose

Arten von Lebenszyklen

Die Lebenszyklen aller Organismen, die sich geschlechtlich fortpflanzen, beinhalten an einem bestimmten Punkt den Prozess der Meiose. Je nachdem, wann die Meiose stattfindet, unterscheiden wir drei Arten von Zyklen:

• Diplontische Lebenszyklen

  Nur die Gameten sind haploid. Dies ist typisch für Tiere.

• Haplontische Lebenszyklen

  Nur die Zygote ist diploid. Dies findet sich bei vielen Pilzen.

• Diplohaplontische Lebenszyklen

  Der adulte Organismus hat sowohl eine diploide Phase (Sporophyt) als auch eine haploide Phase (Gametophyt). Pflanzen, Moose und Farne sind diplohaplontisch.

Lebenszyklus der Samenpflanzen

Im Lebenszyklus der Samenpflanzen gibt es zwei Hauptphasen:

• Gametophyt: Repräsentiert durch die Pollenkörner und den Embryosack der Samenanlage.
• Sporophyt: Die adulte Pflanze selbst.

Meiose: Oogenese und Spermatogenese

Die Meiose ist ein entscheidender Prozess bei der Bildung von Keimzellen. Es gibt deutliche Unterschiede zwischen der Eizellbildung (Oogenese) und der Spermienbildung (Spermatogenese):

Oogenese (Eizellbildung)

• Beginnt in einer endlichen Population von Zellen vor der Geburt.
• Oogonien verharren in der ersten Phase der Meiose (Prophase I) und warten auf die Reifung.
• In jedem Zyklus reift eine Gruppe von Oogonien weiter.
• Nur eine vollständige Meiose findet zum Zeitpunkt der Befruchtung statt.
• Die Differenzierung der diploiden Gameten tritt kontinuierlich auf, wenn sie noch in der ersten meiotischen Prophase sind.
• Alle Chromosomen zeigen Transkription und Rekombination während der meiotischen Prophase.

Spermatogenese (Spermienbildung)

• Meiose findet kontinuierlich in einer Population von Keimzellen statt, die sich durch Mitose teilen, um Keimzellen für die Meiose zu produzieren.
• Produziert bis zu vier Gameten pro Meiose.
• Die Meiose wird kontinuierlich innerhalb von Tagen oder Wochen abgeschlossen.
• Spermatogonien sind inaktiv, bis das männliche Geschlechtsorgan die Reife erreicht. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Produktion von Spermien.
• Es gibt keine Arretierung des Zellzyklus.
• Meiose und Differenzierung beginnen mit der Aktivierung in der Pubertät.
• Die Differenzierung tritt auf, wenn die Keimzellen haploid sind, nach dem Ende der Meiose.
• Die Geschlechtschromosomen sind von den Prozessen der Transkription und Rekombination während der meiotischen Prophase ausgeschlossen.

Vergleich der Meiose-Prozesse

Die Differenzierung und Reifung von Keimzellen beinhaltet bei der Oogenese Stopps im Zellzyklus, während bei der Spermatogenese keine solche Arretierung des Zellzyklus auftritt. Bei der Oogenese findet die Differenzierung der diploiden Gameten kontinuierlich statt, bereits in der ersten meiotischen Prophase. Im Gegensatz dazu erfolgt die Differenzierung bei der Spermatogenese erst, wenn die Keimzellen nach Abschluss der Meiose haploid sind. Hinsichtlich der Chromosomenaktivität zeigen bei der Oogenese alle Chromosomen Transkription und Rekombination während der meiotischen Prophase, während bei der Spermatogenese die Geschlechtschromosomen von diesen Prozessen ausgeschlossen sind.