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Meiose (Basiswissen)
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Grundlagen zum Thema Meiose (Basiswissen)

Meiose – Biologie

Wir Menschen besitzen einen diploiden Chromosomensatz (2n). Wir haben 46 Chromosomen, wobei eine Hälfte von der Mutter, die andere vom Vater stammt. Aber wieso haben wir die gleiche Anzahl an Chromosomen wie unsere Eltern, wenn doch bei der Befruchtung zwei Keimzellen (Ei- und Samenzelle) miteinander verschmelzen? Die Antwort liegt in einem wichtigen Schritt während der Bildung der Keimzellen, der Meiose.

Was ist die Meiose? – Definition

Die Meiose ist eine besondere Form der Kernteilung. Sie bildet die Grundlage dafür, dass aus einer Zelle mit diploidem Chromosomensatz vier genetisch unterschiedliche Tochterzellen mit haploidem Chromosomensatz entstehen. Die Meiose findet bei der Bildung der Keimzellen statt.

Chromosomen und Chromosomensatz
Bevor wir uns die Meiose genauer anschauen, sollten wir uns einige Begriffe zu den Chromosomen (Bau und Funktion) in Erinnerung rufen. Chromosomen sind kondensierte, also stark verkürzte, DNA. So ist diese besonders transportabel. Im Gegensatz dazu gibt es auch den Zustand von nichtkondensierter DNA – das Chromatin. Dieser Zustand ermöglicht das Ablesen von Genen sowie das Verdoppeln der DNA.
Typischerweise wird ein Chromosom als Zwei-Chromatid-Chromosom dargestellt. Es besteht aus zwei Chromatiden, auch Schwesterchromatiden genannt. Diese entstehen durch Verdopplung der DNA und sind daher genetisch identisch. Zusammengehalten werden sie am Centromer. Während der Mitose werden die Zwei-Chromatid-Chromosomen am Centromer getrennt. Am Ende enthält jeder neu gebildete Zellkern 46 Ein-Chromatid-Chromosomen. Schauen wir uns im Folgenden an, was mit den Chromosomen während der Meiose passiert.

Wie läuft die Meiose ab – Phasen

Anders als die Mitose verläuft die Meiose in zwei Phasen (Reifeteilungen): der Meiose I und der Meiose II. Jede Teilung kann man analog zur Mitose wiederum in Phasen unterteilen: Die Meiose I gliedert sich in Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I. Entsprechend dazu gliedert sich die Meiose II in Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II.

Ablauf der Meiose I

In der ersten Reifeteilung findet die Rekombination und die Aufteilung der homologen Chromosomen statt. Unter homologen Chromosomen versteht man ein Paar von Chromosomen, welches sich in Form und Genabfolge gleicht. In unserem Chromosomensatz setzt sich ein homologes Chromosomenpaar aus einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom zusammen.

Nachdem sich das Chromatin in der Prophase I so weit verdichtet hat, dass Chromosomen sichtbar werden, ordnen sich die homologen Chromosomen parallel zueinander an. Sie bilden ein sogenanntes Bivalent, wobei durch Überkreuzung (Chiasmata) von Chromatiden kleine chromosomale Bruchstücke ausgetauscht werden können. Dieser Vorgang wird Crossing‑over genannt.
In der Metaphase I versammeln sich die gepaarten Chromosomen in der Äquatorialebene, die Spindelfasern lagern sich an den Centromeren der Chromosomen an. In der anschließenden Anaphase I erfolgt die Trennung der homologen Chromosomen und nicht, wie in der Mitose, die Trennung der Schwesterchromatiden eines Chromosoms. Dadurch wird der einst diploide Chromosomensatz auf einen haploiden reduziert. Die Aufteilung von väterlichen und mütterlichen Chromosomen ist völlig willkürlich. Die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen und die Crossing‑over‑Vorgänge führen zu neuen Kombinationen eines Chromosomensatzes. In der Biologie bezeichnet man das als Rekombination. In der anschließenden Telophase I erfolgt die Bildung von zwei neuen Kernhüllen und die Chromosomen dekondensieren. Die DNA liegt wieder als Chromatin vor.

Um noch einmal den Unterschied zur Mitose hervorzuheben, besitzen die neu gebildeten Kerne einen haploiden Chromosomensatz, also nur noch eine mütterliche oder väterliche Variante eines bestimmten Chromosoms. Die einzelnen Chromosomen hingegen besitzen noch beide Schwesterchromatiden, die aufgrund der Crossing-over-Prozesse aber nicht mehr identisch sein müssen.

Es folgt eine kurze Interphase, in der es jedoch nicht zu einer Verdopplung (Replikation) der DNA kommt, da die Chromosomen noch beide Schwesterchromatiden besitzen. Es handelt sich hierbei also noch um Zwei-Chromatid-Chromosomen.

Wie funktioniert die Meiose? schematische Erklärung

Ablauf der Meiose II

Die zweite Reifeteilung entspricht der Mitose, jedoch auf Grundlage eines halben Chromosomensatzes. Es erfolgt die Trennung der Schwesterchromatiden:

  • Prophase II: Die DNA kondensiert abermals und Chromosomen werden sichtbar.
  • Metaphase II: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
  • Anaphase II: Die Schwesterchromatiden eines Chromosoms werden durch den Spindelapparat getrennt.
  • Telophase II: Es bilden sich zwei neue Zellkerne und die Cytokinese (Zellteilung) wird eingeleitet.

Das Ergebnis einer Zellteilung mit meiotischer Kernteilung sind vier Zellen mit haploidem Chromosomensatz, die aus einer Zelle mit diploidem Chromosomensatz hervorgegangen sind.

Meiose – Bedeutung

Die Meiose ist von großer Bedeutung für die Bildung der männlichen Keimzellen und der Eizellen der Frau. Was würde passieren, wenn es keine Meiose gäbe? Dann würde sich bei jeder geschlechtlichen Fortpflanzung, also bei jeder neuen Generation, die Anzahl der Chromosomen erneut verdoppeln. Der artspezifische Chromosomensatz würde verloren gehen und damit die Überlebenschance der Art. Damit das nicht passiert, wird während der Keimzellenentwicklung der Chromosomensatz halbiert. Beim Menschen besitzen die Keimzellen dann nur jeweils 23 Chromosomen. Nach der Befruchtung ergeben die Chromosomen von Vater und Mutter in der entstandenen Zygote den vollständigen, diploiden Chromosomensatz. Beim Menschen sind das 46 Chromosomen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Meiose

Was ist Meiose?
Vergleiche die Anaphase 1 mit der Anaphase 2.
Wenn bei der Bildung von Geschlechtszellen keine Reduktionsteilung stattfände, welche Folgen gäbe es?
Nenne die Vorgänge, in denen Chromosomen neu kombiniert werden können.
Erkläre die Bedeutung der Meiose mithilfe der Variabilität.
Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede für die Oogenese und der Spermatogenese.
Warum ist die Meiose die Voraussetzung für die sexuelle Fortpflanzung?
Bei der Meiose entstehen Zellen, welche nicht erbgleich sind. Liegt das an der ersten oder an der zweiten meiotischen Teilung?
Eine Person hat zweimal das Chromosom Nr. 7. Ist es möglich, dass eines von der Großmutter väterlicherseits und das andere von der Großmutter mütterlicherseits stammt?
Erläutere, warum es unmöglich ist, dass es zwei Menschen mit identischem Erbgut gibt – ausgenommen sind eineiige Zwillinge.
Welche Vorgänge sind für die Rekombination der Erbinformationen entscheidend?
Warum findet bei Bakterien, welche Einzeller ohne Zellkern sind, keine Meiose statt?
In welcher Phase der Meiose entscheidet es sich, ob eine Spermienzelle ein X- oder ein Y-Chromosom erhält?
Nenne die Anzahl der Chromosomen und der Chromosomensätze in den menschlichen Geschlechts- und Körperzellen.
Wann findet die Meiose statt?
Was passiert bei der Meiose?
Was entsteht bei der Meiose?
Wie lange dauert die Meiose?
Wie viele Zellen entstehen bei der Meiose?
Was ist das Ergebnis der Meiose?
Was ist der Unterschied zwischen Mitose und Meiose?
Wie viele Phasen hat die Meiose?
Warum ist die Meiose wichtig?
Was würde passieren wenn Keimzellen nicht durch Meiose gebildet würden?
Wie viele Spermien entstehen bei der Meiose?
Wie funktioniert die Meiose?
Welche Aufgabe hat die Meiose?
Was ist das Ziel der Meiose?
Wie werden die Chromosomen im Verlauf der Meiose neu kombiniert?
Wann beginnt die Meiose bei Mädchen?
Warum sind die bei der Meiose entstehenden Zellen nicht erbgleich?
Was kann bei der Meiose schief gehen?
Meiose: Warum zwei Reifeteilungen?