Bei Einzellern hat die Mitose die Funktion der Vermehrung. Bei

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Bei Einzellern hat die Mitose die Funktion der Vermehrung. Bei jeder Teilung entstehen aus
einer Zelle (einem Einzeller) zwei neue Zellen (zwei Lebewesen).
Bei allen vielzelligen Lebewesen hat die Mitose mehrere Funktionen: Vielzeller entwickeln
sich aus einer einzigen Zelle, durch eine Vielzahl von Zellteilungen findet Wachstum statt, im
ausgewachsenen Zustand dient die Zellteilung der Erneuerung und Regeneration von Geweben
und Organen.
Das Foto zeigt Zellen in den unterschiedlichsten Mitosestadien. Durch Ziffern wurden
einige typische Stadien gekennzeichnet.
0: Interphasezelle. Die Zelle befindet sich in
ihrer „Arbeitsphase“, sie ist stoffwechselaktiv, am Ende der Interphase wird die
Erbinformation verdoppelt.
1: Zelle in der Prophase. Die Erbinformation
ist bereits verdoppelt, der Zellkern wirkt
deutlich größer, Kernhülle und Nucleoli
haben sich aufgelöst, das Chromatingerüst
verdichtet sich, sodass schließlich fadenförmige Strukturen entstehen, die Chromosomen. (In der Prophase sind sie allerdings
noch nicht erkennbar.)
2: Zelle in der Prometaphase. Die Chromosomen treten erstmals deutlicher heraus, die
Centromere werden zur Zellmitte hin verlagert.
3: Metaphasezelle. Die Chromosomen sind in der Zellmitte in einer Ebene, der Äquatorialplatte
oder Metaphaseplatte, angeordnet, die Chromatiden haben ihre maximale Verkürzung/Dichte
erreicht.
4: Anaphase. In diesem Stadium lösen sich durch ein Signal gleichzeitig bei allen (Zweichromatid-)Chromosomen die Verbindungen zu den Schwesterchromatiden und die Chromatiden
(Einchromatidchromosomen) bewegen sich auf die entgegengesetzten Pole der Zelle zu.
5: Zelle in der Telophase. In dieser letzten Phase der Mitose sind die Chromatiden (Einchromatidchromosomen) an den Zellpolen angekommen, sie entspiralisieren sich wieder und gehen
in die lichtmikroskopisch nicht näher aufzulösende Struktur des Chromatingerüsts über. Die
Kernmembranen bilden sich neu und die Nucleoli werden wieder sichtbar. Auf der Höhe der
ursprünglichen Metaphaseplatte bildet sich eine neue Zellmembran aus. Im Lauf der Cytokinese wird die Zellwand gebildet. Die Zellteilung ist damit abgeschlossen.
Die Abschnitte A, E und I in der Grafik entsprechen der G1-Phase der Interphase. Ihre
Dauer beträgt jeweils etwa 20 Stunden. Die G1-Phase stellt die eigentliche Arbeitsphase der
Zellen dar. Die Erbinformation ist doppelt vorhanden.
Die Abschnitte B und F entsprechen der S-Phase der Interphase. Ihre Dauer beträgt etwa
8 Stunden. Während der S-Phase findet die identische Replikation der DNA statt.
Die Abschnitte C und G entsprechen der G2-Phase der Interphase. Ihre Dauer beträgt etwa
2 Stunden. Die G2-Phase ist eine Ruhephase zwischen dem Ende der Replikation und dem
Beginn der Mitose.
Die Abschnitte D und H entsprechen der Mitosephase. Ihre Dauer beträgt etwa eine Stunde.
In ihr findet die Mitose (Kernteilung) und die Cytokinese (eigentliche Zellteilung) statt.
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Nach Dauer des Gesamtzyklus (Phase A bis D bzw. E bis H, je etwa 30 Stunden) wie auch
nach der Dauer der einzelnen Phasen muss es um eine Dickdarmzelle handeln (siehe Tabelle
auf Seite 24 im Lehrbuch).
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Wenn die Regulationsmechanismen entfallen, kommt es zu permanenten Teilungen von
Körperzellen. Es entstehen Zellwucherungen. Ziel der Krebstherapie ist es, die Teilungsfähigkeit der Krebszellen zu hemmen. Hypothese: Medikamente wie Vinblastin, die auf den Aufbau
der Mikrotubuli wirken, stören vermutlich die Funktion des Spindelapparats. Die Schwesterchromatiden werden daher nicht getrennt, die Zellteilung unterbleibt. Der Tumor kann nicht
weiterwachsen. Die Hypothese wird gestützt durch die beobachteten ausgeprägten Nebenwirkungen solcher Medikamente, die ja auch auf die gesunden Körperzellen wirken: Vor allem
schnell wachsende Zellen wie Schleimhautzellen des Darms und Haarzellen sind betroffen.
(siehe Grafik)
Funktion der lichtmikroskopisch sichtbaren Strukturen:
Der Großkern steuert den Zellstoffwechsel.
Der Kleinkern ist für Speicherung und Neukombination der genetischen Information
(bei der Konjugation) zuständig.
Wimpern (Cilien) sorgen für die Fortbewegung, die des Mundfelds strudeln Nahrung
herbei.
Der Zellmund nimmt Nahrung (Bakterien)
durch Phagocytose auf.
In Nahrungsvakuolen wird die Nahrung
enzymatisch abgebaut.
Am Zellafter werden unverdauliche Nahrungsbestandteile durch Exocytose ausgeschieden.
Über pulsierende Vakuolen wird überschüssiges Wasser nach außen abgegeben
und so das Zellinnere auf einem konstanten
osmotischen Wert gehalten (Osmoregulation).
Trichocysten dienen vermutlich der
Feindabwehr.
Die Zellmembran grenzt die Zelle nach
außen ab, der im Lichtmikroskop auffälligere darunter liegende Cortex (äußere
Cytoplasmaschicht) enthält Festigungselemente und stabilisiert die äußere Form
des Pantoffeltiers.
Für Chlamydomonas gilt wie für alle Einzeller, dass sämtliche Lebensvorgänge innerhalb
der einen Zelle stattfinden. Bei den meisten Einzellern teilt sich nach Erreichen einer bestimmten Größe der Zellkern, anschließend schnürt sich der Zellleib durch (ungeschlechtliche Vermehrung; geschlechtliche Vermehrung ist bei Einzellern die Ausnahme). Teilt sich Chlamydomonas also mitotisch, geht die Zelle in den beiden identischen Tochterzellen auf. Da sich die
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Tochterzellen wiederum mitotisch teilen, ist der Einzeller Chlamydomonas potenziell unsterblich.
Bei Volvox handelt es sich um einen Vielzeller, dessen Zellen sich in Körperzellen mit beschränkter Lebensdauer und teilungsfähige Fortpflanzungszellen einteilen lassen. Innerhalb
des Organismus entstehen durch wiederholte Teilungen der Fortpflanzungszellen Tochterindividuen. Sie werden beim Tod des Organismus frei. Nur die Fortpflanzungszellen kann
man (vergleichbar den Keimzellen der Tiere) als potenziell unsterblich ansehen.
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Weitere Unterschiede zwischen Einzelzellen eines Organismus und Einzellern: Zwischen
den Einzelzellen (Körperzellen) eines Organismus besteht Arbeitsteilung. Sie sind fast immer
so stark auf eine bestimmte Funktion hin differenziert, dass sie nicht wie Einzeller allein überleben können. Bei Einzellern bestehen Spezialisierungen dagegen innerhalb der Zelle. Sie kann
daher besondere Strukturen (Cortex, Groß- und Kleinkern bei Wimpertieren, Augenfleck bei
Euglenen und einzelligen Grünalgen usw.) aufweisen. Innerhalb eines Organismus ist der
Stoffaustausch und die Kommunikation zwischen den Zellen wichtig, sodass dafür geeignete
Strukturen vorhanden sein müssen (Beispiel: Plasmodesmen bei Volvox).
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