Meiose

Menschliche Körperzellen enthalten einen doppelten, diploiden Chromosomensatz: 46 Chromosomen, jeweils 23 von Mutter und Vater. Würden sich Ei- und Samenzelle bei der Befruchtung einfach mit diesem vollen Chromosomensatz vereinigen, hätte die nächste Generation bereits 92 Chromosomen, die übernächste 184, und so weiter. Ohne einen Ausgleich würde sich die Chromosomenzahl also mit jeder Generation verdoppeln.

Genau dieses Problem löst die Meiose, auch Reifeteilung genannt. Sie findet bei der Bildung von Keimzellen statt, also bei Ei- und Samenzellen, und halbiert dabei den Chromosomensatz auf einen einfachen, haploiden Satz von 23 Chromosomen. Erst bei der Befruchtung wird der doppelte Chromosomensatz wiederhergestellt, wenn sich eine Ei- und eine Samenzelle vereinigen.

Neben dieser reinen Halbierung erfüllt die Meiose eine zweite, ebenso wichtige Aufgabe: Sie sorgt für genetische Vielfalt. Durch den Austausch von Erbmaterial zwischen den Chromosomen und durch die zufällige Verteilung der Chromosomen auf die Keimzellen entsteht bei jeder Keimzelle eine neue, einzigartige Kombination von Erbanlagen.

Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen, Meiose I und Meiose II, denen jeweils eigene Phasen vorausgehen. In der Prophase I der Meiose I verdoppeln sich die Chromosomen zunächst, sodass jedes aus zwei identischen Chromatiden besteht. Anschließend lagern sich die beiden homologen Chromosomen eines Paares, eines von der Mutter und eines vom Vater, eng aneinander.

In genau dieser Phase findet das Crossing-over statt: Homologe Chromosomen tauschen Abschnitte ihres Erbguts aus, wodurch neue Kombinationen von Genvarianten entstehen, die es vorher so nicht gab. In der Metaphase und Anaphase I werden dann die homologen Chromosomenpaare vollständig voneinander getrennt und auf zwei Tochterzellen verteilt, wobei jede Tochterzelle nur noch einen einfachen Chromosomensatz erhält, allerdings noch aus Chromosomen mit je zwei Chromatiden.

In der Meiose II läuft ein Ablauf ähnlich einer normalen Mitose ab: Bei jedem der beiden aus Meiose I entstandenen Zellen werden nun die beiden Chromatiden jedes Chromosoms voneinander getrennt. Am Ende stehen vier Keimzellen mit jeweils einfachem Chromosomensatz und, durch Crossing-over und Zufallsverteilung, vier unterschiedlichen Genkombinationen.

Die Anzahl der Chromosomen unterscheidet sich stark zwischen verschiedenen Arten, hat aber nichts mit der Komplexität eines Lebewesens zu tun. Der Mensch besitzt 46 Chromosomen in seinen Körperzellen, deutlich weniger als ein Hund mit 78, aber deutlich mehr als eine Fruchtfliege mit nur 8 Chromosomen.

Auch innerhalb der Pflanzenwelt gibt es große Unterschiede: Die Kartoffel besitzt mit 48 Chromosomen sogar mehr als der Mensch. Entscheidend für die Merkmale eines Lebewesens ist nicht die reine Anzahl der Chromosomen, sondern welche Gene sie tragen und wie diese Gene zusammenwirken.

Zwei Mechanismen der Meiose sorgen dafür, dass Geschwister trotz gleicher Eltern nie genetisch identisch sind, außer bei eineiigen Zwillingen. Der erste Mechanismus ist das Crossing-over in der Prophase I, bei dem homologe Chromosomen Abschnitte austauschen und dadurch neue Kombinationen mütterlicher und väterlicher Genvarianten auf einem einzigen Chromosom entstehen.

Der zweite Mechanismus ist die zufällige Verteilung der homologen Chromosomenpaare in der Anaphase I. Bei 23 Chromosomenpaaren gibt es über acht Millionen mögliche Kombinationen, wie mütterliche und väterliche Chromosomen auf die beiden Tochterzellen verteilt werden können. Zusammen mit dem Crossing-over ergibt sich daraus eine praktisch unbegrenzte genetische Vielfalt bei den Nachkommen.