Aufgabensammlung: Ablauf der Meiose
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BIOLOGIE AUFGABENSAMMLUNG Ablauf der Meiose Lösungen Vor der Meiose besitzt die Zelle einen doppelten Chromosomensatz. Das bedeutet, je zwei Chromosomen sind in Form und Größe gleich (homologe Chromosomen). Jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Strängen, den Chromatiden. Diese Schwesterchromatiden hängen nur an einer einzigen Stelle zusammen, dem Centromer. Mit der Prophase I beginnt die 1. Reifeteilung der Meiose. Die weibliche Meiose setzt in den Ei-Mutterzellen bereits im Fetus ein, wird dann aber bis zur Pubertät unterbrochen. Die männliche Meiose setzt ab Beginn der Pubertät in den Spermien-Mutterzellen ein. Die Chromosomen verkürzen sich durch Verschraubung ihrer Chromatiden. Während dieses Vorgangs legen sich die homologen Chromosomen paarweise zusammen. Im Mikroskop erscheinen daher Komplexe aus je vier Chromatiden, die Chromatidentetraden, in denen sich die Chromatiden an vielen Stellen umwinden. Die Kernhülle löst sich auf und eine Kernteilungsspindel bildet sich aus. Sie besteht aus Mikrotubuli, die als Spindelfasern bezeichnet werden. Metaphase I Ab der Pubertät setzt Monat für Monat eine Ei-Mutterzelle die weibliche Meiose fort. Die Centromere der Chromosomen werden mit je einer Spindelfaser verknüpft. Damit werden die Chromatidentetraden in die Äquatorialebene der Zelle gezogen. Anaphase I Die Chromosomenpaare trennen sich, indem die homologen Chromosomen jeweils zum entgegengesetzten Pol befördert werden. Telophase I An jedem Pol befindet sich ein haploider Chromosomensatz und die Zelle teilt sich. Bei der ersten Reifeteilung werden also homologe Chromosomen auf Tochterzellen verteilt. Hierbei bleibt es dem Zufall überlassen, welches der beiden homologen Chromosomen in welche Tochterzelle gelangt. Aus einer diploiden Zelle sind zwei haploide Zellen entstanden (in der Animation mit drei Chromosomen, in der menschlichen Zelle mit 23 Chromosomen). Bei der Spermienbildung entstehen zwei gleich große Zellen. Die Eimutterzelle teilt sich bei der 1. Reifeteilung asymmetrisch. Es entstehen eine große plasmareiche und eine sehr kleine Zelle. Die kleine plasmaarme Zelle heißt Polkörperchen (oder Richtungskörperchen). Gegen Ende der Telophase I hat sich der Spindelapparat aufgelöst und die Kernhülle ausgebildet. Prophase II In der Regel schließt sich unmittelbar die zweite Reifeteilung an; sie verläuft ähnlich einer Mitose. Zunächst löst sich die Kernhülle auf und eine Kernteilungsspindel wird ausgebildet. Metaphase II In der Metaphase II ordnen sich in jeder der beiden Tochterzellen die Chromosomen in der Äquatorialebene an. Anaphase II Die Chromosomen werden in ihre beiden Chromatiden getrennt, die jeweils zu entgegengesetzten Polen befördert werden. Telophase II Die Chromatiden entschrauben sich; es bilden sich vier Kerne mit Kernmembran und die Zellen teilen sich. Bei der Spermienbildung wird das Zellmaterial gleichmäßig auf die Keimzellen verteilt. Weil sich in der 2. Reifeteilung der Eizellenbildung der asymmetrische Teilungsvorgang wiederholt, entstehen eine große Eizelle und drei Polkörperchen. In der Animation besitzt jede der gebildeten Zellen drei Chromosomen. Der Chromosomensatz ist haploid: Es kann eine Befruchtung stattfinden. © 2006 Schroedel, Braunschweig Prophase I Meiose Beschreiben Sie ausführlich die einzelnen Phasen der Meiose!* * Diese Lösung entspricht den Erläuterungstexten von der CD-ROM. Die Schülerinnen und Schüler sollten eigenständig formulierte BIOLOGIE AUFGABENSAMMLUNG Ablauf der Meiose Lösungen Meiose Ort jedes teilungsaktive Gewebe nur Geschlechtsdrüsen Dauer wenige Minuten bis zu einigen Stunden bis zu mehreren Wochen Replikation der DNA vor Mitose und Meiose ja ja Anzahl der Kernteilungen eine zwei Anzahl der Reduktionsteilungen keine eine (1. Reifeteilung) Paarung homologer Chromosomen (Chromatiden­ tetrade) nein ja Crossing-over nein ja Rekombination nein ja (inter- und intrachromosomal) Anzahl der Tochterzellen zwei, mit Ausgangszelle genetisch identisch vier, weder mit Ausgangszelle noch untereinander genetisch identisch Größe der Tochterzellen ähnlich Meiose im männlichen Organismus: vier ähnlich große Spermien Meiose im weiblichen Organismus: eine große Eizelle, drei degenerierte Polkörperchen durch asymmetrische Zellteilung Chromosomensatz der Tochterzellen diploid haploid Bedeutung für Lebewesen Wachstum, Regeneration Bildung haploider Geschlechtszellen zur Aufrechterhaltung der artspezifischen Chromosomenanzahl, Rekombination © 2006 Schroedel, Braunschweig Mitose Meiose Vergleichen Sie Mitose und Meiose tabellarisch miteinander. Erläutern Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Mitose und Meiose. BIOLOGIE AUFGABENSAMMLUNG Ablauf der Meiose Lösungen Erläutern Sie, wie viele Geschlechtszellen aus einer Ei- beziehungsweise Spermien-Mutterzelle entstehen und wie viele bezüglich der Chromosomenausstattung verschiedene Geschlechtszellen theoretisch möglich sind. Bei der Eizellenbildung entstehen durch asymmetrische Zellteilung aus einer Ei-Mutterzelle eine große Eizelle und drei degenerierte Polkörperchen. Bei der Spermienbildung wird das Zellmaterial gleichmäßig auf die Keimzellen verteilt. Es entstehen vier gleich große Spermien. Es gibt abhängig von der Anzahl n der homologen Paare 2n Möglichkeiten der Kombination. Für die 23 Chromosomenpaare des Menschen ergeben sich so über 8 Millionen (223 = 8388608) theoretisch mögliche „mütterliche“ beziehungsweise „väterliche“ Gametensorten. Einige Kulturpflanzenarten sind durch Polyploidierung (Vervielfältigung der Chromosomensätze) entstanden. Erläutern Sie diesen Vorgang anhand der Animation „Ablauf der Meiose". Führen Sie aus, welche Bedeutung der Vorgang für die landwirtschaftliche Nutzung so gewonnener Pflanzen hat. © 2006 Schroedel, Braunschweig Meiose Unter Polyploidie versteht man eine Vervielfachung des Chromosomensatzes im Zellkern, wobei Bezeichnungen wie „Tri-“ (dreifach), „Tetra-“ (vierfach) oder „Hexaploid“ (sechsfach) die Anzahl der Chromosomen­ sätze angeben. Während der Anaphase I oder II kann dies durch Nondisjunction auftreten. Dabei bleiben alle gepaarten Chromosomen (Chromatidentetraden) während der Anaphase I beziehungsweise die beiden Chromosomen aller Chromosomen während der Anaphase II zusammen und werden gemeinsam auf eine der beiden Tochterzellen übertragen. Die Geschlechtszellen, die aus dieser Fehlverteilung resultieren, sind diploid. Die Verschmelzung einer solchen Geschlechtszelle mit einer normalen, haploiden Geschlechtszelle führt zu einer triploiden Zygote. Verschmelzen zwei diploide Geschlechtszellen entsteht eine tetraploide Zygote. Triploide Pflanzen sind normalerweise steril, da eine ordnungsgemäße Paarung und Verteilung zur Bildung der Geschlechtszellen nicht möglich ist. Sind aber beide Eltern diploid, so gibt es für jedes Chromosom einen homologen Partner. Dadurch lassen sich auch artverschiedene Pflanzen gezielt oder zufällig in der Natur fruchtbar miteinander kreuzen, und es entstehen neue Arten mit spezifischen Eigenschaften wie zum Beispiel die Kulturpflanze Weizen. Polyploide Pflanzen haben meist größere Zellen, größere Früchte, einen erhöhten Ertrag und üppigeren Wuchs (bei Rosen gibt es Rassen mit 16fachem Chromosomensatz). Auch ist ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen häufig verbessert.
