Meiose und Rekombination

Meiose

Kenntnisse der Meiose werden in einigen Genetik-Aufgaben verlangt, aber nicht in allen. Leider weiß man ja nie, was genau drankommt im nächsten Abitur. Daher sollte man sich zumindest mit den Grundlagen der Meiose beschäftigen.

Hier nur das Wesentliche; Einzelheiten finden Sie auf der weiter unten verlinkten Lexikonseite zur Meiose.

Die Meiose, vereinfachte Darstellung
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: Public domain

Dieses Bild zeigt eine einfache Darstellung der Meiose.

1. In der Interphase sehen wie vier Chromosomen, die aus je zwei Chromatiden bestehen - man spricht hier auch von 2-Chromatid-Chromosomen. Der Chromosomensatz ist 2n = 2. Die von der Mutter stammenden Chromosomen haben in dem Bild eine rötliche Farbe, die vom Vater stammenden sind blau gefärbt.
2. In der Metaphase ordnen sich die homologen Chromosomen in der Äquatorialebene an. Verursacht wird dieses Anordnen durch die Spindelfasern, die an den Chromosomen ansetzen. Achten Sie darauf, dass sich zwar die homologen Chromosomen paaren (die beiden kleinen Chromosomen legen sich zusammen, und die beiden großen auch), dass es aber dem Zufall überlassen ist, ob sich das väterliche Chromosom auf der einen Seite befindet oder auf der anderen. Diese zufällige Anordnung der väterlichen und mütterlichen Chromosomen ist die Hauptursache für den Rekombinationsprozess während der Meiose.
3. In der Anaphase werden die homologen 2-Chromatid-Chromosomen getrennt. Ein paar wandert zum einen Pol der Zelle, das andere Paar zum anderen Pol.
4. Hier sehen wir die erste meiotische Zellteilung. Jede Tochterzelle hat nun zwei 2-Chromatid-Chromosomen, von jeder Sorte eins.
5. Die zweite meiotische Teilung ist eine normale Mitose. Hier sehen wir den Zustand nach der Anaphase dieser zweiten Teilung. Die 2-Chromatid-Chromosomen haben sich geteilt, es liegen in jeder Tochterzelle jetzt vier 1-Chromatid-Chromosomen vor.
6. Dies ist der Endzustand nach der zweiten meiotischen Teilung (nach der zweiten Reifeteilung). Jede der vier Tochterzellen besitzt nun zwei 1-Chromatid-Chromosomen.

Rekombinationsprozesse

Unter dem Begriff "Rekombination" versteht man in der Genetik (und in der Evolutionsbiologie) all die Prozesse, die dazu führen, dass das Erbgut bei der Weitergabe an die Nachkommen nach dem Zufallsprinzip "vermischt" wird. Diese Rekombinationsprozesse sind eine der Hauptursachen für die genetische Variabilität.

Bei der sexuellen Fortpflanzung werden die Gene der Eltern neu gemischt, und zwar auf vier verschiedenen Ebenen.

Mögliche Anordnungen von sechs Chromosomen bei 2n = 6.
Autor: Ulrich Helmich 2024, Lizenz: Public domain

1. Erstens findet bei der Meiose die Paarung der homologen Chromosomen statt. Das vom Vater stammende Chromosom Nr. 1 legt sich mit dem mütterlichen Chromosom Nr. 1 zusammen, das väterliche Chromosom Nr. 2 paart sich mit dem mütterlichen Chromosom Nr. 2 und so weiter. In der Metaphase der ersten Reifeteilung der Meiose ordnen sich die Chromosomenpaare in der Äquatorialebene der Zelle an. Dabei ist es jeweils dem Zufall überlassen, ob das väterliche Chromosom auf der einen Seite der Äquatorialebene liegt oder das mütterliche Chromosom. Bei 2n = 4 gibt es bereits vier verschiedene Keimzellen, die sich bei der Meiose bilden können, bei 2n = 6 sogar acht verschiedene Keimzellen (siehe Bild oben). Bei 2n = 23 (Chromosomensatz des Menschen) können 2²³ verschiedene Keimzellen entstehen.
2. Durch Crossing-Over, dem Austausch von Chromosomenbruchstücken während der Paarung der homologen Chromosomen in der ersten meiotischen Teilung, wird diese Rekombination noch verstärkt. Gene des väterlichen Chromosoms Nr. 3 werden auf das mütterliche Chromosom Nr. 3 übertragen und umgekehrt. Welche Gene hierbei übertragen werden, hängt wieder vom Zufall ab.
3. Bei der Befruchtung schließlich hängt es vom Zufall ab, welche der vielen Samenzellen sich mit der Eizelle vereinigt. Ein Mann kann 2²³ verschiedene Samenzellen bilden, eine Frau entsprechend 2²³ verschiedene Eizellen. Somit gibt es für eine Befruchtung beim Menschen 2⁴⁶ verschiedene Kombinationsmöglichkeiten.
4. Bei manchen Arten kommt eine vierte Ebene der Rekombination hinzu, nämlich die Wahl des Fortpflanzungspartners. Auch hier kann der Zufall eine entscheidende Rolle dabei spielen, welche Gene miteinander vermischt werden.