Mitose und Meiose

Unterschiede im Zweck

Obwohl beide Arten der Zellteilung in vielen Tieren, Pflanzen und Pilzen vorkommen, ist die Mitose häufiger als die Meiose und hat eine größere Vielfalt an Funktionen. Die Mitose ist nicht nur für die ungeschlechtliche Fortpflanzung in einzelligen Organismen verantwortlich, sondern ermöglicht auch das Zellwachstum und die Zellreparatur in mehrzelligen Organismen wie dem Menschen. Bei der Mitose erstellt eine Zelle einen exakten Klon von sich selbst. Dieser Prozess ermöglicht das Wachstum von Kindern zu Erwachsenen, die Heilung von Schnittwunden und Prellungen und sogar das Nachwachsen von Haut, Gliedmaßen und Anhängseln bei Tieren wie Geckos und Eidechsen.

Die Meiose ist eine spezifischere Art der Zellteilung (insbesondere von Keimzellen), die zu Keimzellen führt, die entweder Eizellen oder Spermien enthalten, die die Hälfte der Chromosomen einer Elternzelle enthalten. Im Gegensatz zur Mitose mit ihren vielen Funktionen hat die Meiose einen engen, aber wichtigen Zweck: die Unterstützung der sexuellen Fortpflanzung. Es ist der Prozess, der es ermöglicht, dass Kinder miteinander verwandt sind, sich aber dennoch von ihren beiden Eltern unterscheiden.

Meiose und genetische Vielfalt

Die geschlechtliche Fortpflanzung nutzt den Prozess der Meiose, um die genetische Vielfalt zu erhöhen. Nachkommen, die durch ungeschlechtliche Fortpflanzung (Mitose) entstehen, sind genetisch identisch mit ihren Eltern, aber die Keimzellen, die während der Meiose entstehen, unterscheiden sich von ihren Elternzellen. Einige Mutationen treten häufig während der Meiose auf. Außerdem haben Keimzellen nur einen Chromosomensatz, so dass zwei Keimzellen erforderlich sind, um einen vollständigen Satz an genetischem Material für den Nachkommen zu bilden. Der Nachkomme kann daher Gene von beiden Eltern und beiden Großelternsätzen erben.

Genetische Vielfalt macht eine Population widerstandsfähiger und anpassungsfähiger an die Umwelt, was die Überlebens- und Evolutionschancen langfristig erhöht.

Mitose als Fortpflanzungsform für einzellige Organismen entstand mit dem Leben selbst, vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Man nimmt an, dass die Meiose vor etwa 1,4 Milliarden Jahren entstanden ist.

Mitose und Meiose-Stadien

Zellen verbringen etwa 90 % ihrer Existenz in einem Stadium, das als Interphase bezeichnet wird. Da Zellen effizienter und zuverlässiger funktionieren, wenn sie klein sind, führen die meisten Zellen in der Interphase reguläre Stoffwechselaufgaben aus, teilen sich oder sterben, anstatt einfach größer zu werden. Die Zellen „bereiten“ sich auf die Teilung vor, indem sie die DNA replizieren und die auf Proteinen basierenden Zentriolen duplizieren. Wenn die Zellteilung beginnt, treten die Zellen entweder in die mitotische oder die meiotische Phase ein.

Bei der Mitose sind das Endprodukt zwei Zellen: die ursprüngliche Mutterzelle und eine neue, genetisch identische Tochterzelle. Die Meiose ist komplexer und durchläuft zusätzliche Phasen, um vier genetisch unterschiedliche haploide Zellen zu schaffen, die dann das Potenzial haben, sich zu verbinden und einen neuen, genetisch vielfältigen diploiden Nachkommen zu bilden.

Stadien der Mitose

Es gibt vier mitotische Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Pflanzenzellen haben eine zusätzliche Phase, die Präprophase, die vor der Prophase stattfindet.

• Während der mitotischen Prophase löst sich die Kernmembran (manchmal auch „Hülle“ genannt) auf. Das Chromatin der Interphase rollt sich eng zusammen und kondensiert, bis es zu Chromosomen wird. Diese Chromosomen bestehen aus zwei genetisch identischen Schwesterchromatiden, die durch ein Zentromer miteinander verbunden sind. Die Zentrosomen bewegen sich in entgegengesetzter Richtung vom Zellkern weg und hinterlassen einen Spindelapparat.

• In der Metaphase helfen Motorproteine, die auf beiden Seiten der Zentromere der Chromosomen zu finden sind, dabei, die Chromosomen entsprechend der Anziehungskraft der gegenüberliegenden Zentrosomen zu bewegen und sie schließlich in einer vertikalen Linie in der Mitte der Zelle anzuordnen; dies wird manchmal als Metaphasenplatte oder Spindeläquator bezeichnet.

• Die Spindelfasern beginnen sich während der Anaphase zu verkürzen und ziehen die Schwesterchromatiden an ihren Zentromeren auseinander. Diese gespaltenen Chromosomen werden zu den Zentrosomen gezogen, die sich an den gegenüberliegenden Enden der Zelle befinden, wodurch viele der Chromatiden kurzzeitig „V“-förmig erscheinen. Die beiden geteilten Teile der Zelle werden an diesem Punkt des Zellzyklus offiziell als „Tochterchromosomen“ bezeichnet.

• Die Telophase ist die letzte Phase der mitotischen Zellteilung. Während der Telophase heften sich die Tochterchromosomen an ihre jeweiligen Enden der Mutterzelle. Die vorherigen Phasen wiederholen sich, nur in umgekehrter Reihenfolge. Der Spindelapparat löst sich auf, und es bilden sich Kernmembranen um die abgetrennten Tochterchromosomen. In diesen neu gebildeten Kernen wickeln sich die Chromosomen ab und kehren in den Zustand des Chromatins zurück.

• Ein letzter Prozess – die Zytokinese – ist erforderlich, damit die Tochterchromosomen zu Tochterzellen werden können. Die Zytokinese ist nicht Teil des Zellteilungsprozesses, aber sie markiert das Ende des Zellzyklus und ist der Prozess, durch den sich die Tochterchromosomen in zwei neue, einzigartige Zellen trennen. Dank der Mitose sind diese beiden neuen Zellen genetisch identisch zueinander und zu ihrer ursprünglichen Mutterzelle; sie treten nun in ihre eigenen individuellen Interphasen ein.

Stadien der Meiose

Es gibt zwei primäre Meiose-Stadien, in denen die Zellteilung stattfindet: Meiose 1 und Meiose 2. Beide primären Stadien haben vier eigene Phasen. Meiose 1 hat Prophase 1, Metaphase 1, Anaphase 1 und Telophase 1, während Meiose 2 Prophase 2, Metaphase 2, Anaphase 2 und Telophase 2 hat. Die Zytokinese spielt auch bei der Meiose eine Rolle, ist aber wie bei der Mitose ein von der Meiose getrennter Prozess, und die Zytokinese tritt an einem anderen Punkt der Teilung auf.

Meiose I vs. Meiose II

Für eine ausführlichere Erklärung siehe Meiose 1 vs. Meiose 2. Meiose 2.

Bei der Meiose 1 teilt sich eine Keimzelle in zwei haploide Zellen (dabei halbiert sich die Anzahl der Chromosomen), wobei der Austausch von gleichartigem genetischen Material im Vordergrund steht (z.B., ein Haargen; siehe auch Genotyp vs. Phänotyp). In der Meiose 2, die der Mitose sehr ähnlich ist, teilen sich die beiden diploiden Zellen weiter in vier haploide Zellen.

Stadien der Meiose I

• Die erste meiotische Phase ist die Prophase 1. Wie bei der Mitose löst sich die Kernmembran auf, aus dem Chromatin entwickeln sich die Chromosomen, und die Zentrosomen schieben sich auseinander, wodurch der Spindelapparat entsteht. Homologe (ähnliche) Chromosomen beider Elternteile paaren sich und tauschen ihre DNA in einem Prozess aus, der als Crossing Over bezeichnet wird. Dies führt zu einer genetischen Vielfalt. Diese gepaarten Chromosomen – zwei von jedem Elternteil – werden Tetraden genannt.

• In der Metaphase 1 setzen einige der Spindelfasern an den Zentromeren der Chromosomen an. Die Fasern ziehen die Tetraden in eine vertikale Linie entlang der Zellmitte.

• In der Anaphase 1 werden die Tetraden auseinandergezogen, wobei die Hälfte der Paare auf eine Seite der Zelle und die andere Hälfte auf die gegenüberliegende Seite geht. Es ist wichtig zu verstehen, dass sich bei diesem Prozess ganze Chromosomen bewegen, nicht Chromatiden, wie es bei der Mitose der Fall ist.

• Irgendwann zwischen dem Ende der Anaphase 1 und der Entwicklung der Telophase 1 beginnt die Zytokinese, bei der die Zelle in zwei Tochterzellen geteilt wird. In der Telophase 1 löst sich der Spindelapparat auf, und es bilden sich Kernmembranen um die Chromosomen, die sich nun auf den gegenüberliegenden Seiten der Mutterzelle / neuen Zellen befinden.

Stadien der Meiose II

• In der Prophase 2 bilden sich Zentrosomen und schieben sich in den beiden neuen Zellen auseinander. Ein Spindelapparat entwickelt sich, und die Kernmembranen der Zellen lösen sich auf.

• In der Metaphase 2 verbinden sich Spindelfasern mit den Zentromeren der Chromosomen und reihen die Chromosomen entlang des Zelläquators auf.

• Während der Anaphase 2 brechen die Zentromere der Chromosomen, und die Spindelfasern ziehen die Chromatiden auseinander. Die beiden getrennten Teile der Zellen werden zu diesem Zeitpunkt offiziell als „Schwesterchromosomen“ bezeichnet.

• Wie in der Telophase 1 wird auch die Telophase 2 durch die Zytokinese unterstützt, bei der sich beide Zellen erneut teilen, so dass vier haploide Zellen, die Gameten, entstehen. In diesen Zellen entwickeln sich Kernmembranen, die wiederum in ihre eigenen Interphasen eintreten.

• Mitose – Encyclopædia Britannica
• Meiose – Encyclopædia Britannica
• Mitose – Crashkurs Biologie – YouTube
• Meiose – Crashkurs Biologie – YouTube
• Wie sich Zellen teilen – PBS (Siehe auch interaktive Flash-Animation)
• Zellzyklus und Mitose Tutorial – Hartnell College Biologie
• Zellteilung, Mitose und Meiose – Biologie an der University of Illinois-Chicago
• Mitose und Meiose – The Biology Web
• Die selbstgemachte Schönheit der Centriole – Nautilus
• Wikipedia: Zellteilung
• Wikipedia: Meiose
• Wikipedia: Mitose