9 GENETISCHE INFORMATIONEN WERDEN VON EINER GENERATION VON ORGANISMEN AN EINE ANDERE WEITERGEGEBEN

Selbstvermehrung

Mitose

Als Mitose wird eine Zellteilung, bei der zwei Tochterzellen entstehen, bezeichnet. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, spaltet sich die DNA-Doppelhelix der Länge nach in zwei Einzelstränge auf. Jeder Strang dient als Kopiervorlage für einen neuen Gegenstrang, bis aus der ursprünglichen, strickleiterartigen Doppelhelix zwei komplette Helices entstanden sind. Damit gibt es zwei exakte Kopien des alten DNA-Strangs, die aber an einer Stelle verbunden bleiben, dem sog. Centromer. Dieser Vorgang läuft parallel in allen Chromosomen einer Zelle ab und bereitet die Zellteilung vor. In einem nächsten Schritt löst sich die Kernmembran, die den Zellkern vom Cytoplasma trennt, auf und die Chromosomen lagern sich in einer Ebene nebeneinander an. Die beiden identischen Chromosomenfäden, die sog. Chromatiden, werden am Centromer getrennt und auseinandergezogen. Sie werden je in eine andere Zellhälfte gezogen. Anschließend bildet sich zwischen den Zellhälften eine neue Zellmembran, sodass zwei Tochterzellen entstehen, die mit identischen Genen ausgestattet sind.

Auf diese Weise entstehen neue Körperzellen, wenn ein Organismus wächst und seine Organe ausbildet oder wenn in einem ausgewachsenen Körper Zellen ersetzt werden müssen. Aber auch Sprossen, Ableger, Brutzwiebeln und die Brutknospen der Brutblattpflanzen entstehen durch derartige Zellteilungen (zur Spezialisierung von Zellen siehe Abschnitt 2.2). Aus diesen spezialisierten Pflanzenteilen aber auch aus anderen Teilen von Pflanzen (z.B. Stecklingen) können komplett neue Pflanzen wachsen. Dabei sind die Tochterpflanzen genetisch mit der Mutterpflanze identisch. Auch wenn man von „Mutterpflanze“ spricht: eine „Vaterpflanze“ gibt es in dem Fall nicht. Auch einige Tiere bilden in dieser Weise Nachkommen. Beispielsweise bilden die Weibchen einiger Insektenarten, wie bestimmte Blattläuse und Gallwespen, Eier durch die beschriebene mitotische Zellteilung, aus denen dann genetisch identische junge Weibchen schlüpfen.

Meiose

Wie in Abschnitt 1.1 beschrieben, enthalten Körperzellen normalerweise einen doppelten Chromosomensatz, Geschlechtszellen (Eizellen, Spermien) enthalten hingegen einen einfachen Satz. Das bedeutet, dass bei Zellteilungen, die der Bildung von Geschlechtszellen dienen, die Chromosomenpaare getrennt werden müssen. Die Verdoppelung der DNA entspricht bei dieser Form der Zellteilung weitgehend der der Mitose. Anschließend lagern sich die Chromosomen aber nicht alle in einer Ebene an, sondern die Chromosomenpaare legen sich aneinander und ordnen sich als Paar in der Ebene an, sodass eine Doppelschicht entsteht. Dabei tauschen die Chromosomen häufig Abschnitte der Chromosomen untereinander aus, oft nur für einen der beiden Chromatiden.

Das geschieht, indem sich die Chromatiden eines Chromosomenpaares während der paarweisen Anordnung in der Äquatorialebene überkreuzen und neu zusammenfügen (s. Abb. 109). Dieser Vorgang wird Cross-over genannt. Bei der Zellteilung werden die Chromosomenpaare getrennt. Dabei ist es dem Zufall überlassen, welches Chromosom eines jeden Paares in welche Zelle gelangt. Die Anzahl der Chromosomen pro Zelle wird durch diese Teilung (Meiose I) halbiert. In einem weiteren Teilungszyklus (Meiose II), der der Mitose ähnelt, werden die beiden Chromatiden jedes Chromosoms auf Tochterzellen verteilt. Durch Cross-over und zufällige Verteilung entstehen vier genetisch unterschiedliche Geschlechtszellen.

Abbildung 109: Die meiotische Zellteilung erfolgt in zwei Phasen. Rote Chromosomen

stammen von einem Elternteil, blaue vom anderen Elternteil. Die Chromosomen werden bei der ersten Teilung (Bild 1-5) getrennt und zufällig auf die Tochterzellen verteilt. Dabei wird die Anzahl der Chromosomen pro Zelle halbiert. In einem weiteren Teilungszyklus, der der Mitose ähnelt, werden die beiden Chromatiden jedes Chromosoms auf Tochterzellen verteilt.

(Quelle: Grafik von Ali Zifan - Eigenes Werk; Used information from Campbell Biology (10th Edition) by: Jane B. Reece & Steven A. Wasserman., CC-BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50719392)