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Vererbungslehre


Meiose - Keimzellen entstehen

Bei der Befruchtung verschmelzen die Zellkerne von Eizelle und Spermium zur Zygote. Trotzdem verdoppelt sich die Chromosomenanzahl bei der sexuellen Fortpflanzung nicht. Mikroskopische Untersuchungen zeigen, dass bei diploiden Lebewesen (2n) die männlichen bzw. weiblichen Keimzellen nur einen Chromosomensatz enthalten. Sie sind haploid (1 n). Ein Chromosomensatz der diploiden Zygote entstammt also der Eizelle, der andere dem Spermium. Die Chromosomen eines homologen Paares sind aus diesem Grund genetisch nicht identisch und können in schematischen Abbildungen durch unterschiedliche Farbgebung gekennzeichnet werden.

 

 

Die Trennung der homologen Chromosomenpaare und damit die Reduktion auf einen Chromosomensatz findet bei vielen Lebewesen erst bei der Bildung der Eizellen bzw. Spermien statt. Aus diploiden Urkeimzellen entstehen dann durch besondere Kernteilungsvorgänge die haploiden Keimzellen. Man nennt diese Form der Kernteilung Reifeteilung oder Meiose.

 

 

Die Meiose dauert einige Tage bis Wochen, in Einzelfällen noch länger, und verläuft in zwei Teilungsschritten. In der ersten Reifeteilung bzw. Reduktionsteilung werden die homologen Chromosomen im Zellkern zunächst paarweise angeordnet. Die vier Chromatiden liegen in einer sogenannten Tetrade beieinander. Überkreuzungen der Chromatiden, die man Chiasmata nennt, werden erkennbar. Der Spindelapparat trennt anschließend jedes Paar und transportiert jeweils eines der homologen Chromosomen zu einem der Zellpole. Dabei entscheidet bei jedem Paar der Zufall, wie die genetisch nicht identischen, homologen Chromosomen verteilt werden. Abhängig von der Anzahl der homologen Paare (n) bestehen 2n verschiedene Kombinationsmöglichkeiten für den neu entstehenden haploiden Chromosomensatz (Abb. 1). Nach der ersten Reifeteilung der Urkeimzelle liegen zwei genetisch unterschiedliche Zellen vor, deren Chromosomen noch aus zwei Chromatiden bestehen.

 

 

In der zweiten Reifeteilung, die auch Äquationsteilung genannt wird, werden alle Chromosomen am Zentromer getrennt und die Chromatiden werden durch die Spindelfasern in die Zellen transportiert, die dann zu Keimzellen werden. Durch die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen in der Reduktionsteilung kann ein Individuum sehr viele genetisch unterschiedliche Keimzellen produzieren. Sie sind beispielsweise bei einem Menschen mit fast 1 00%iger Wahrscheinlichkeit nicht mit einer der beiden Keimzellen identisch, aus denen das Individuum entstanden ist.

 

 

Im weiblichen Organismus entsteht aus einer Ureizelle jeweils nur eine große Eizelle. Die übrigen Chromosomensätze gelangen in kleine Polkörperchen und werden abgebaut. Das Volumen der Eizelle ist ca. 200 000fach größer als das des Spermiums und bietet durch den Plasmavorrat dem neuen Leben günstige Startbedingungen. Beim Mann entstehen aus einer Urspermienzelle im Hoden vier gleich große haploide Zellen. Sie werden in beweg ic e permien umgewandelt. Dabei verlieren sie einen Großteil ihres Zellplasmas und bestehen schließlich nur noch aus dem Kopf (Zellkern und eizellmembranlösende Enzyme), dem Mittelstück (Mitochondrien zur Energieversorgung) und dem Schwanzfaden (Geißel zur Fortbewegung).

        Die Bildung von Spermien und Eizellen durch Meiose

Reduktionsteilung Prophase 1: In den Keimdrüsen befinden sich die diploiden Urkeimzellen. Am Beginn der Prophase, die oft wochenlang dauern kann, verkürzen sich die Chromosomen. Es findet nun die Paarung der homologen Chromosomen statt. Am Bandenmuster erkennt man, dass sich dabei die Zentromere und die vier Chromatiden exakt nebeneinander legen. Nach einer weiteren Verkürzung werden sie als sogenannte Tetrade deutlich erkennbar. Jetzt können Chiasmata sichtbar werden. Am Ende der Prophase 1 werden Kernmembran und Kernkörperchen aufgelöst, der Spindelapparat beginnt sich zu bilden.

 

 

Metaphase 1: Die homologen Chromosomen werden als Tetraden von den Spindelfasern in die Äquatorialebene gebracht.

 

 

Anaphase 1: Jedes Paar homologer Chromosomen wird nun getrennt und der Spindelapparat transportiert die homologen Chromosomen zu den entgegengesetzten Zellpolen. Die Reduktion vom zweifachen zum einfachen Chromosomensatz ist damit erreicht.

 

 

Telophase 1: Es kommt zu einer leichten Verlängerung der Chromosomen. Die Kernmembran und die Kernkörperchen bilden sich wieder und die Zelle teilt sich, Im männlichen Geschlecht entstehen zwei gleich große Zellen, im weiblichen Geschlecht schnürt sich ein kleines Polkörperchen ab, das mit seinem haploiden Chromosomensatz abgebaut wird, Ohne längeres Zwischenstadium erfolgt dann die Äquationsteilung. Diese 2. Reifeteilung verläuft ähnlich wie eine Mitose.

 

 

Äquationstellung In der Prophase 11 verkürzen sich die Chromosomen erneut, die Kernmembran und Kernhülle zerfallen. Die Chromosornen werden in die Äquatorialebene der Zelle gebracht (Metaphase 11), am Zentromer getrennt und vom Spindelapparat mit einfacher Erbinformation zu den Zellpolen transportiert (Anaphase 11). In der abschließenden Telophase 11 entstehen nun in den Hoden vier haploide Zellen, die die Reifung zu den Spermien durchmachen. Im Eierstock wird wieder ein Polkörperchen abgeschnürt und eine große Eizelle entsteht.