Crossing over in der Meiose?

1 Antwort

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Moin,

klar, aber das wird etwas Zeit deinerseits erfordern...

Unter Meiose versteht man die sogenannte "Reife-" oder "Reduktionsteilung". Dabei entstehen in zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen aus einer Urkeimzelle vier Keimzellen. Beim Menschen zum Beispiel sind das bei Männern vier Spermien, bei Frauen eine Eizelle (plus drei sogenannte Barr-Körperchen).

Die Meiose dient einerseits der Halbierung des diploiden Chromosomensatzes. Wenn das nämlich nicht erfolgte, würden bei jeder Verschmelzung von Keimzellen (Spermium trifft Eizelle und bildet eine befruchtete Eizelle, auch Zygote genannt) eine Vervielfachung der Chromosomenanzahl stattfinden. Stell dir vor, dass eine Keimzelle mit 23 Chromosomen mit einer Keimzelle verschmelzen würde, die ebenfalls 23 Chromosomen hätte, dann besäße die Zygote bereits 46 Chromosomen. Wenn dieser Organismus dann später mit einem anderen Organismus Kinder kriegen würde, der auch 46 Chromsomen hätte, dann besäßen deren Nachkommen schon 92 Chromosomen (usw.)...

Deshalb wird bei der Meiose der Chromosomensatz halbiert, damit die Nachkommen auf die gleiche (diploide) Chromosomenanzahl kommen, wie sie schon die Eltern hatten. Der Mensch zum Beispiel hat im diploiden Chromosomensatz 46 Chromosomen. Die Keinzellen des Menschen haben folglich 23 Chromosomen (halbierter diploider Satz = haploider Chromosomensatz). Wenn dann Eizelle und Spermium zu einer Zygote verschmelzen, haben die Nachkommen wieder 46 Chromosomen (= diploider Chromosomensatz), verstehst du?!

Die zweite große Aufgabe der Meiose ist die Durchmischung des Erbgutes. Dies erfolgt auf zwei Arten: einerseits werden die Chromosomen, die ursprünglich von Mutter und Vater stammen, zufällig auf die neu zu bildenden Keimzellen verteilt. Das heißt, es kann sein, dass in einer deiner Keimzellen zufällig 12 Chromosomen deines Vaters landen (und dann 11 deiner Mutter, um auf die 23 Chromosomen des haploiden Chromosomensatzes zu kommen). Es ist aber genauso gut möglich, dass nur vier (ursprünglich von deinem Vater stammende) Chromosomen und dann 19 (ursprünglich) mütterliche Chromosomen in der Keimzelle landen. Oder 1:22 oder 8:15 oder, oder, oder... Damit erreichst du, dass die Variationen der genetischen Ausstattung deiner Keimzellen sehr groß wird. Das bedeutet dann auch, dass deine Nachkommen genetisch nicht identisch sind, so dass eine große genetische Variabilität gegeben ist. Das ist gut, um auf sich verändernde Umweltbedingungen oder Krankheiten chancenreicher (im Sinne des Überlebens) reagieren zu können.

Die zweite Möglichkeit, das Erbgut noch mehr zu durchmischen, ist eben das sogenannte "Crossing-over". Aber um das gut verstehen zu können, sollten wir uns erst einmal den (typischen) Ablauf einer meiotischen Teilung anschauen:

Zunächst einmal besteht die Meiose aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen. Die eine nennt man Meiose I, die andere Meiose II.
Beide lassen sich ihrerseits (wie vielleicht schon von der Mitose her bekannt) jeweils grob in vier Phasen unterteilen: die Prophase der Meiose I (oder kurz Prophase I), die Metaphase der Meiose I (Metaphase I), die Anaphase der Meiose I (Anaphase I) und die Telophase der Meiose I (Telophase I).
In der Prophase I kann man noch weitere Stadien unterscheiden (Leptotän, Zygotän...), aber das lassen wir jetzt mal weg, weil es für das Verstehen der grundsätzlichen Schritte unerheblich ist.
Dann folgt eine sogenannte Interphase. Und dann geht es von vorne los mit der Prophase der Meiose II (Prophase II), der Metaphase (Metaphase II), der Anaphase (Anaphase II) und der Telophase (Telophase II).

Vor jeder Zellteilung (egal, ob Mitose oder Meiose) findet eine Verdoppelung der Chromosomen statt. Oder besser gesagt: die Chromosomen liegen zuvor in einem sogenannten Ein-Chromatid-Stadium vor. In der Synthesephase (S-Phase) erfolgt nun die identische Replikation der Chromosomen, die dadurch in einem Zwei-Chromatid-Stadium vorliegen. Beide Chromatiden eines Chromosoms sind über ein Centromer miteinander verknüpft. Dadurch erhalten sie ihre typische X-Gestalt.

In der Prophase I wickeln sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen nun auf (Kondensation). Dadurch werden sie kompakter und können besser hin und her bewegt werden (Transportform). Außerdem - und das ist anders im Vergleich mit einer einfachen Kernteilung (Mitose) - lagern sich auch noch die homologen Chromosomen aneinander. Im diploiden Chromosomensatz hast du ja jeweils zwei Chromosomen, welche die gleichen Gene tragen. Eines vom Vater und eines von der Mutter. Diese Chromosomen, die die gleichen Gene tragen, bezeichnet man als zueinander homolog. Und gerade diese homologen Zwei-Chromatid-Chromosomen lagern sich nun zusammen. Da diese Zusammenlagerung dazu führt, dass am Ende vier Chromatid-Arme beieinander liegen (zwei vom Zwei-Chromatid-Chromosom des Vaters und zwei des entsprechenden Zwei-Chromatid-Chromosoms der Mutter) erhältst du ein Gebilde, das man als Tetrade bezeichnet (tetra = vier, von vier Chromatid-Armen). Und jetzt kommt's: Da die vier Chromatid-Arme bei der Homologenpaarung dicht nebeneinander liegen, kann es zu Überkreuzungen der Arme kommen. Das nennt man dann ein Chiasma (wenn es mehrere sind Chiasmata). Die Überkreuzung allein bedeutet noch nichts, aber nach einer Überkreuzung kann es zusätzlich noch zu einem sogenannten Stückaustausch kommen. Dabei brechen die Chromatiden an der Überkreuzungsstelle auseinander und binden sich an das jeweils "falsche" Chromatid wieder an. Das führt dazu, das jetzt das Ende eines Chromatids, das ursprünglich zum Chromosom des Vaters gehörte, nun das Ende des ursprünglich mütterlichen Chromosoms bildet (und umgekehrt). Die Chiasmatabildung mit einem einhergehenden Stückaustausch bezeichnet man dann als "Crossing-over". Auch ein Crossing-over kann zu einer (zusätzlichen) Durchmischung der Erbinformationen führen, weil dadurch neue Genkombinationen entstehen können, die es so vorher nicht gab. Um das besser verstehen zu können, beschreibe ich dir einmal ein (vereinfachtes) Beispiel:

Stell' dir vor, auf einem Chromosom gibt es ein Gen, das die Augenfarbe bestimmt. Außerdem gibt es auf diesem Chromosom ein Gen, das regelt, ob du angewachsene oder freie Ohrläppchen hast. Von jedem Gen (Augenfarbe & Ohrläppchen) gibt es zwei verschiedene Ausführungsvorschriften (Allele): wenn es um die Augenfarbe geht heißt das eine Allel "mache braune Augen", das andere "mache blaue Augen". Beim Ohrläppchen gibt es die Allele "mache freie Ohrläppchen" und "mache angewachsene Ohrläppchen".

So, und nun soll das väterliche Chromosom zum Beispiel die Allele "mache blaue Augen" und "mache angewachsene Ohrläppchen" haben.
Beim homologen mütterlichen Chromosom steht an entsprechender Stelle zum Beispiel "mache braune Augen" und "mache freie Ohrläppchen".
Da braune Augen über blaue Augen und freie Ohrläppchen über angewachsene Ohrläppchen dominant sind, hat dieser Mensch mit dieser Kombination aus väterlichen und mütterlichen Erbinformationen selbst braune Augen und freie Ohrläppchen. Vererben kann er aber zunächst einmal entweder die Kombination blaue Augen & angewachsene Ohrläppchen (= ursprünglich väterliches Chromosom) ODER braune Augen & freies Ohrläppchen (vom ursprünglich mütterlichen Chromosom). Das bliebe so, wenn es nur die zufällige Verteilung der Erbinformationen bei der Meiose gäbe (= Rekombination). Aber durch die Möglichkeit des Crossing-overs kann nun noch folgendes passieren: Es erfolgt ein Chiasma zwischen den beiden Genabschnitten der homologen Chromosomen und es kommt zum Stückaustausch (= Crossing-over). Und plötzlich gibt es auch noch die Merkmalskombinationen blaue Augen & freie Ohrläppchen sowie braune Augen & angewachsene Ohrläppchen, die es so weder auf dem väterlichen noch auf dem mütterlichen Chromosom zuvor gegeben hatte. Mit anderen Worten: das Crossing-over sorgt (manchmal) für eine weitere Neuverteilung von Erbanlagen und vergrößert auf diese Weise zusätzlich die Variationsmöglichkeiten der genetischen Ausstattung.

In der Metaphase I ordnen sich dann die Tetraden entlang der Äquatorialebene der (Urkeim-)Zelle an. Dabei ist die Ausrichtung von väterlichem und mütterlichem Chromosom zu den Polen der (Urkeim-)Zelle zufällig. Soll heißen, dass einmal das väterliche Chromosom zum linken Pol zeigt, bei einem anderen Chromosomenpaar dagegen das mütterliche usw.

In der Anaphase I werden dann die homologen Chromosomen zu den Zellpolen gezogen. Durch die zuvor erfolgte zufällige Ausrichtung landen dann mehr oder weniger viele (ursprünglich) väterliche und (ursprünglich) mütterliche Chromosomen an den Zellpolen (Rekombination des Erbgutes).

In der Telophase I entstehen so zwei Keimzellen, die nur noch einen haploiden Chromosomensatz haben (wobei jedes Chromosom im Zwei-Chromatid-Stadium vorliegt). Diese erste Teilung führt also zu Zellen mit haploiden Chromosomensatz und wird deshalb auch Reduktionsteilung genannt.

In der anschließenden Meiose II erfolgt in beiden Tochterzellen in der Metaphase II die Anordnung der Zwei-Chromatid-Chromosomen entlang der neuen Äquatorialebenen.

In der Anaphase II werden jeweils die Chromatid-Arme der Zwei-Chromatid-Chromosomen zu den Polen auseinander gezogen.

In der Telophase II entstehen so aus den zwei Tochterzellen am Ende vier Keimzellen, die jeweils einen haploiden Chromosomensatz mit Ein-Chromatid-Chromosomen besitzen.

Bei männlichen Organismen werden daraus vier Spermien (in der sogenannten Spermiogenese).
Bei weiblichen Organismen erfolgen die beiden meiotischen Teilungen nicht gleichmäßig, sondern jeweils zum Teil inadäquat. Das heißt, dass am Ende der ersten meiotischen Teilung eine größere und eine kleinere Tochterzelle entstehen. In der zweiten meiotischen Teilung werden aus der kleineren Tochterzelle zwei kleine Tochterzellen. Aus der größeren Tochterzelle werden wieder eine größere und eine kleinere Tochterzelle. Die drei kleineren Tochterzellen werden zu sogenannten Barr-Körperchen, während die größere Tochterzelle zu einer Eizelle heranreift.

In dieser (jetzt schon recht ausführlichen) Darstellung der Ereignisse wurden ein paar Einzelheiten stark vereinfacht oder weggelassen (Interphase zwischen den meiotischen Teilungen; Geschehnisse in der Prophase II; Spindelapparate; Centriolen; Abweichungen von diesem üblichen Weg...), weil das für das grundsätzliche Verstehen der Meiose nicht zwingend notwendig ist. Wenn dich das auch noch interessiert, frag nach.

Fazit:

  • Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungsprozessen
  • Sie tritt nur bei speziellen Zellen (Urkeimzellen der Keimbahn) auf
  • Sie dient erstens der Halbierung des Chromosomensatzes
  • und zweitens der Durchmischung des Erbgutes durch a) Rekombination (= zufällige Verteilung des ursprünglich väterlichen und mütterlichen Erbgutes auf die Tochterzellen der ersten Teilung)
  • und b) durch Crossing-over (= Chiasmatabildung mit anschließendem Stückaustausch einzelner Chromatidabschnitte)
  • Die Meiose führt bei Männchen zu vier gleichen Keimzellen (Spermien)
  • und beim Weibchen zu einer großen Eizelle sowie drei kleinen Barr-Körperchen.

LG von der Waterkant

Wie werden die Gene verteilt bei einem Kind?

Wie läuft eigentlich genau die Genverteilung bei einer Befruchtung ab? Also mir ist klar was Mitose und Meiose ist. Wenn zwei Keimzellen aufeinandertreffen, je 23 haploide Chromosomen von einem Gameten Spermium und je von einer Eizelle, dann entsteht eine Zelle mit 46 diploide Chromosomen (Vater und Mutter) aus der dann eine Zygote entsteht und ein Kind heranwächst. Teilt sich nun die Zygote so oft, bis sie alle ihre Zellen mittels Mitose so oft verdoppelt hat (bis sie zu ihren Milliarden Zellen kommt), indem sie die beiden homologen Chromosomen (vom Vater und von Mutter) jeweils verdoppelt ausser bei der Keimzelle?

Die Meiose (ist laut Definition die geschlechtliche Vermehrung) findet also nur in der Keimzelle (die dann wiederum eine Eizelle oder Spermium wird) statt? Aber die Meiose ist ja dafür da, damit die Gene sich zufällig mischen (crossing over) und somit jedes Kind ihre persönlichen Merkmale bekommt? Am Schluss einer Meiose, haben wir ja 4 haploide Chromatiden. Was passiert dann aus den haploiden Chromatiden weiter? Entstehen daraus nur die Keimzellen, also nicht das ganze Kind entsteht aus dem Chromatiden? Wenn es ja eine Eizelle wird, dann wir nur 1 Chromatid gebraucht und die anderen 3 verkümmern und wenn es Spermien wird, dann werden ja alle Chromariden gebraucht.

Also meine Frage ist eigentlich, wie entsteht z.B. ein Bein des Kindes? Nur aus einer Mitose oder aus einer Meiose und danach Mitose? Wenn die Zygote nämlich aus einer Meiose, also einer einzigen Chromatide entsteht, könnte man ja bei der Mitose nicht mehr sagen, dass es mütterliche und väterliche Chromosomen sind, da ja bei der Meiose 4 haploide Chromatiden entstehen und diese somit kopiert (mittels Mitose) werden müssen, damit wieder diploide Chromosomensätze entstehen? Und wenn das Bein nur aus der Mitose besteht, dann fand ja keine "crossing over" statt?

Mir geht die ganze Rechnung nicht so auf. Und das komische ist, genau die gleichen Fragen haben meine Klassenkameraden auch und wir schreiben in einer Woche die Prüfung und sehen die Klassenlehrerin leider nicht mehr um sie zu fragen.

Ich hoffe jemand versteht meine Verwirrung und kann mir erklären, was hier nicht genau stimmt? Vielen Dank für eine gute Erklärung.

 

...zur Frage

Was möchtest Du wissen?