Meiose: Ablauf, Phasen und biologische Bedeutung

Ablauf der Meiose

Übersicht der Meiose. Die Interphase umfasst die Duplikation des genetischen Materials und das Phänomen der Rekombination (durch rote und blaue Chromosomen dargestellt). In Meiose I werden die homologen Chromosomen auf zwei Tochterzellen verteilt. In Meiose II wandert, wie bei der Mitose, jedes Chromatid zu einem Pol. Das Ergebnis sind 4 haploide Tochterzellen (n).

Die vorbereitenden Schritte, die zur Meiose führen, sind in ihrem Muster identisch mit der Interphase des mitotischen Zellzyklus. Die Interphase ist in drei Phasen unterteilt:

• G1-Phase: Charakterisiert durch erhöhte Zellgröße durch beschleunigte Herstellung von Organellen, Proteinen und anderen zellulären Materialien.
• S-Phase (Synthese): Replikation des genetischen Materials, d. h. die DNA wird verdoppelt, was zu zwei neuen Ketten führt, die durch das Zentromer verbunden sind. Chromosomen, die bis dahin nur ein Chromatid hatten, besitzen nun zwei. 98 % der DNA werden repliziert, die restlichen 2 % nicht.
• G2-Phase: Die Zelle vergrößert weiterhin ihre Biomasse.

Auf die Interphase folgen die Meiose I und II. Meiose I besteht aus der Trennung der homologen Chromosomen; die diploide Zelle teilt sich in zwei diploide Zellen, jedoch mit der Hälfte der Chromosomenanzahl. Meiose II besteht aus der Trennung der Chromatidenpaare, die zu den Polen wandern, sodass nach der Teilung vier haploide Zellen entstehen. Meiose I und II sind unterteilt in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase, analog zu den Teilphasen des mitotischen Zellzyklus. Daher umfasst die Meiose die Interphase (G1, S, G2), Meiose I (Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I) und Meiose II (Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II).

Meiose und Lebenszyklus

Die geschlechtliche Fortpflanzung ist durch die Verschmelzung zweier haploider Geschlechtszellen zu einer diploiden Zygote charakterisiert. In einem sexuellen Lebenszyklus muss die Meiose auftreten, bevor die Gameten repliziert werden können.

Bei Tieren und einigen anderen Organismen geht die Meiose unmittelbar der Bildung von Keimzellen voraus. Somatische Zellen des Körpers eines Organismus vermehren sich durch Mitose und sind diploid; die einzigen haploiden Zellen sind die Gameten. Diese bilden sich, wenn Zellen der Keimbahn die Meiose durchlaufen. Die Entstehung von Keimzellen heißt Gametogenese:

• Spermatogenese (männlich): Führt zur Bildung von vier haploiden Spermien pro Zelle, die in die Meiose eintritt.
• Oogenese (weiblich): Produziert eine Eizelle pro Zelle, die in die Meiose eintritt. Dabei wird fast das gesamte Zytoplasma einem der beiden Kerne in jeder meiotischen Teilung zugeordnet. Am Ende der ersten meiotischen Teilung bleibt ein Kern erhalten, der andere wird als erster Polkörper aus der Zelle ausgeschlossen und degeneriert. Im Allgemeinen überlebt nach der zweiten Teilung nur ein Kern. So wird ein haploider Kern zum Empfänger des Zytoplasmas und der Nährstoffe der ursprünglichen Zelle.

Die Meiose erfolgt nicht immer unmittelbar vor der Entstehung von Keimzellen. Viele einfache Eukaryoten (einschließlich einiger Pilze und Algen) bleiben den größten Teil ihres Lebens haploid (ihre Zellen teilen sich durch Mitose) und können einzellig oder mehrzellig sein. Zwei haploide Gameten (durch Mitose entstanden) verschmelzen zu einer diploiden Zygote, die die Meiose durchläuft, um den haploiden Zustand wiederherzustellen.

Komplexere Lebenszyklen finden sich bei Pflanzen und einigen Algen. Diese Zyklen, die durch einen Generationswechsel gekennzeichnet sind, bestehen aus einer vielzelligen diploiden Stufe, der Sporophyt-Generation, und einer vielzelligen haploiden Stufe, der Gametophyt-Generation. Sporentragende Pflanzen durchlaufen mit diploiden Zellen die Meiose, um haploide Sporen zu bilden, aus denen durch mitotische Teilung ein vielzelliger haploider Gametophyt entsteht. Die Gametophyten produzieren Gameten durch Mitose. Die männlichen und weiblichen Gameten (Ei- und Samenzellen) verschmelzen dann zu einer diploiden Zygote, die sich mitotisch zu einem vielzelligen diploiden Sporophyten entwickelt.