Grundlagen der Genetik und Evolutionsbiologie

Meiose

Unter Meiose (von griechisch: meiono = vermindern, verkleinern), Reifeteilung oder Reduktionsteilung versteht man eine besondere Form der Zellkernteilung. Im Unterschied zur gewöhnlichen Kernteilung, der Mitose, wird die Anzahl der Chromosomen vom diploiden auf den haploiden Zustand reduziert. Die biologische Bedeutung der Meiose liegt in der Rekombination des Erbguts bei der sexuellen Fortpflanzung, was die genetische Vielfalt und Anpassungsfähigkeit erhöht.

Phasen der Meiose

Die Meiose läuft in zwei Teilschritten ab:

• Reduktionsteilung (Meiose I): Der Chromosomensatz der diploiden Zelle wird reduziert. Die Chromosomen werden rekombiniert, und es entstehen Zellen mit einem haploiden Chromosomensatz, wobei jedes Chromosom noch aus zwei Chromatiden besteht.
• Äquationsteilung (Meiose II): Diese Phase ähnelt einer normalen Mitose. Die Chromatiden werden voneinander getrennt, sodass nach Abschluss der Meiose vier haploide Tochterzellen vorliegen.

Mitose

Als Mitose (von griechisch mitos = Faden), auch Karyokinese genannt, bezeichnet man den Vorgang der Zellkernteilung bei eukaryotischen Lebewesen. Im Anschluss erfolgt meist die Zytokinese (Teilung des Zellleibs), sodass aus einer Zelle zwei Tochterzellen entstehen.

Phasen der Mitose

• Prophase: Die Zentrosomen wandern zu den Polen, die Mitosespindel bildet sich aus. Die Chromosomen kondensieren und werden sichtbar.
• Prometaphase: Die Kernhülle zerfällt, die Spindelfasern dringen ein und setzen an den Kinetochoren der Chromosomen an.
• Metaphase: Die Chromosomen werden in der Äquatorialebene ausgerichtet.
• Anaphase: Die Chromatiden werden zu den entgegengesetzten Polen gezogen.
• Telophase: Die Kernhülle bildet sich neu, die Chromosomen dekondensieren.
• Zytokinese: Die abschließende Zellteilung (nicht Teil der Mitose).

Chromosomen

Chromosomen sind Strukturen, die Gene und Erbinformationen enthalten. Sie bestehen aus DNA und Proteinen (Chromatin). Beim Menschen sind diese auf 2n = 46 Chromosomen verteilt.

Replikation der DNA

1. Helikase: Spaltet die DNA-Doppelhelix in zwei Einzelstränge.
2. Kontinuierliche Replikation: Erfolgt am oberen Matrizenstrang in 5' -> 3' Richtung durch DNA-Polymerasen.
3. Diskontinuierliche Replikation: Am unteren Strang erfolgt die Synthese in kurzen Abschnitten, den sogenannten Okazaki-Fragmenten.

Das Ergebnis ist eine semikonservative Replikation: Zwei identische Tochterstränge entstehen, die jeweils einen alten und einen neuen Einzelstrang enthalten.

Bedeutung der Fossilien

Fossilien sind wichtige Dokumente der Lebensgeschichte und stützen die Evolutionstheorie. Sie dienen als Zeugen vergangener Lebensräume (Paläoökologie) und ermöglichen durch die Abfolge in Gesteinsschichten eine zeitliche Einordnung der Evolution. Lebende Fossilien sind Arten, deren Körperbau sich über lange Zeiträume kaum verändert hat.

Methoden zur Altersbestimmung

1. Radiometrische Altersbestimmung
2. Stratigraphische Altersbestimmung
3. Altersbestimmung durch Leitfossilien

Evolutionsbiologische Begriffe

Divergenz

Divergenz beschreibt die Artaufspaltung, bei der sich eine Stammart in mehrere Schwesterarten aufteilt (Kladogenese). Ähnlichkeiten, die auf gemeinsamer Abstammung beruhen, nennt man Homologie.

Konvergenz

Konvergenz bezeichnet die Entwicklung ähnlicher Merkmale bei nicht verwandten Arten durch Anpassung an gleiche Umweltbedingungen. Solche Merkmale werden als Analogie oder Homoplasie bezeichnet.

Homologie

Homologie bezeichnet die Übereinstimmung von Strukturen aufgrund eines gemeinsamen evolutionären Ursprungs. Durch "Homologisieren" werden diese auf einen abstrakten Grundbauplan zurückgeführt.

Analoge Organe

Analoge Organe erfüllen ähnliche Funktionen, sind aber stammesgeschichtlich unabhängig entstanden. Sie lassen Rückschlüsse auf ähnliche ökologische Nischen zu.