Zellteilung und Fortpflanzung: Meiose, Mitose und Zyklen

Grundlagen der Fortpflanzung

Es gibt zwei Arten der Vervielfältigung. Bei der sexuellen Fortpflanzung sind die Nachkommen genetisch sehr unterschiedlich (z. B. beim Menschen durch die Vereinigung der Gameten).

Individuelle Unterschiede entstehen, weil die besonderen haploiden Zellen der sexuellen Fortpflanzung (Meiosporen und Gameten) durch die Meiose entstehen. Im Gegensatz dazu ist die asexuelle Zellteilung, bei der Nachkommen genetisch identisch sind (abgesehen von Mutationen), wie bei der Vermehrung von Rosenstecklingen. Neue Individuen entstehen hier durch Mitose aus der Vorläuferzelle.

Meiosporen und Gameten

Unterschied zwischen Meiosporen und Gameten: Gameten unterschiedlichen Geschlechts vereinigen sich zu einer Zelle (Zygote), die sich teilen kann. Dies ist bei Meiosporen nicht der Fall.

Biologische Zyklen

Die biologischen Zyklen sind typisch für die Art:

• Haploider Zyklus: Adulte Individuen sind haploid. Die diploide Zygote existiert nur kurz.
• Diploider Zyklus: Generiert adulte diploide Individuen (z. B. Tiere). Die Meiose findet nach der Befruchtung (Gametogenese) statt. Die Gameten sind haploid.
• Diplohaploider Zyklus: Erzeugt einen Generationswechsel (z. B. Pflanzen und Pilze), bei dem zwei Typen adulter Individuen existieren: diploide und haploide. Die Meiose findet während der Sporogenese statt.

Vorteile der geschlechtlichen Fortpflanzung

Die asexuelle Fortpflanzung basiert auf Mitose, während die sexuelle Fortpflanzung die Meiose erfordert. Die sexuelle und asexuelle Fortpflanzung generieren Individuen, die unterschiedlich sind, was für die Art von Vorteil ist.

Wichtigkeit der Variabilität der Nachkommen

Die Variabilität der Nachkommen entsteht durch:

1. Rekombination (Crossing-over): Austausch von Genabschnitten zwischen zwei homologen Chromosomen.
2. Zufällige Verteilung der Chromosomen: Jede Zelle erhält zufällig ein Chromosom von jedem Elternteil.
3. Einfluss der Befruchtung: Das Individuum wird aus zwei getrennten Gameten gebildet.

Meiose: Der Prozess der Reduktionsteilung

Dieser Prozess, der die Hälfte der Chromosomenzahl generiert, wird als Meiose bezeichnet und umfasst zwei Teilungen: die erste und die zweite.

Meiose I (Reduktionsteilung)

Die erste Teilung umfasst vier Phasen:

1. Prophase I:
   • Leptotän: Die DNA-Filamente kondensieren zu Chromosomen (die bereits aus 2 Chromatiden bestehen).
   • Zygotän: Homologe Chromosomen erkennen sich und paaren sich (Synapsis), ermöglicht durch den synaptonemalen Komplex.
   • Pachytän: Die Chromosomen bilden Bivalente. Es kommt zum Crossing-over (Rekombination) zwischen den Chromatiden.
   • Diplotän: Die Chromosomen trennen sich, bleiben aber an den Chiasmata verbunden.
   • Diakinese: Die Chromosomen kondensieren weiter. Die Kernhülle und der Nukleolus verschwinden.
2. Metaphase I: Die Bivalente ordnen sich in der Äquatorialebene an.
3. Anaphase I: Die beiden homologen Chromosomen, die das Bivalent bilden, trennen sich und wandern zu entgegengesetzten Polen.
4. Telophase I: Bei einigen Arten entspiralisieren sich die Chromosomen und bilden eine Kernhülle. Bei anderen Arten wird direkt die Meiose II eingeleitet.

Meiose II (Äquationsteilung)

Die zweite meiotische Teilung folgt. In der Interkinese wird die DNA nicht dupliziert. Sie gliedert sich in:

1. Prophase II und Metaphase II: Die Kernhülle bricht auf. Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialregion an.
2. Anaphase II: Die Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu den neuen Polen.
3. Telophase II: Die Chromosomen entspiralisieren sich, und die Kernhülle bildet sich neu. Es entstehen vier haploide Kerne. Es folgt die Teilung des Zytoplasmas (Zytokinese).

Fortpflanzung bei Mehrzellern und Definitionen

Auch mehrzellige Organismen nutzen asexuelle und sexuelle Fortpflanzung.

Die Nachkommen der sexuellen Fortpflanzung sind unterschiedlich, da sie aus der Vereinigung von zwei verschiedenen Gameten entstehen und jeder Nachkomme aus einer einzigen haploiden Zelle (Zygote) hervorgeht.

Reproduktion ist die Erzeugung neuer Individuen. Sexualität ist die Weitergabe und der Empfang von genetischem Material. Asexuelle Fortpflanzung findet ohne Sexualität statt.

Arten der asexuellen Reproduktion

• Knospung (Budding): Neue Individuen bilden mehrzellige Propagula, die den Körper des Vorläufers verlassen.
• Exzision (Spaltung): Besteht aus der Längs- oder Querteilung des Körpers in zwei oder mehr Fragmente.
• Fragmentierung: Generierung neuer Individuen aus auseinandergerissenen Fragmenten. Am aktivsten sind Rhizome, Knollen, Zwiebeln und Ausläufer.
• Sporulation: Eine einzelne Zelle, die durch Mitose gebildet wird (agametische Spore), trennt sich.
• Polyembryonie: Trennung der Zygote in den ersten Zellteilungen.

Arten der geschlechtlichen Fortpflanzung

• Somatogamie: Vereinigung von zwei somatischen Zellen (Plasmogamie, gefolgt von Karyogamie).
• Gametangiogamie: Fusion von vielkernigen Gametangien, abhängig davon, ob die männlichen und weiblichen Gameten gleich oder unterschiedlich sind.
• Gametogamie: Bildung neuer Individuen aus Gameten. Präsentiert zwei Varianten: Amphigonie und Parthenogenese.