Aufgaben: Die Meiose

Erkläre, was die Meiose ist und in welchen Organen des menschlichen Körpers sie stattfindet. Gib an, welche Zellen sie beim Mann und bei der Frau hervorbringt.

Betrachte das Schema der Meiose, in dem sich eine Ausgangszelle mit vier Chromosomen ($2n = 4$) zweimal hintereinander teilt. Gib anhand des Schemas an, wie viele Zellteilungen die Meiose umfasst, wie viele Tochterzellen aus der Ausgangszelle entstehen und wie viele Chromosomen jede im Vergleich zu ihr hat.

Erkläre den Unterschied zwischen einer haploiden und einer diploiden Zelle und gib an, wie viele Chromosomen eine diploide menschliche Zelle und wie viele eine menschliche Keimzelle hat.

Während der Prophase I der Meiose tauschen homologe Chromosomen Abschnitte in einem Vorgang aus, der Crossing-over heißt. Erkläre, worin er besteht und welche Folge er für die genetische Variabilität der Keimzellen hat.

Nenne zwei grundlegende Unterschiede zwischen Mitose und Meiose: einen bezogen auf die Anzahl der Teilungen und der entstehenden Zellen und einen bezogen auf die Chromosomenausstattung der Tochterzellen.

Warum müssen Keimzellen unbedingt haploid sein? Begründe, was mit der Chromosomenzahl einer Art von Generation zu Generation geschehen würde, wenn die Keimzellen diploid wären.

Bei einer Art mit $2n = 16$ Chromosomen werden zwei Individuen untersucht, die für zwei verschiedene Merkmale heterozygot sind ($AaBb$):

• Beim Individuum 1 liegen das Gen $A$ und das Gen $B$ auf verschiedenen homologen Chromosomenpaaren.

• Beim Individuum 2 liegen beide Gene auf demselben homologen Chromosomenpaar (gekoppelte Gene), mit den Allelen $AB$ auf einem Chromosom und $ab$ auf dem homologen.

1. a) Leite ab, wie viele genetisch verschiedene Keimzelltypen für diese beiden Merkmale das Individuum 1 bilden kann und in welchen relativen Anteilen.
2. b) Wenn beim Individuum 2 in der Prophase I kein Crossing-over stattfindet, sage voraus, welche Keimzelltypen es bilden wird, und vergleiche mit Individuum 1.
3. c) Begründe, welches Ereignis der Meiose es dem Individuum 2 ermöglicht, rekombinante Keimzellen ($Ab$ und $aB$) zu bilden, und erkläre, warum die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens vom physischen Abstand zwischen beiden Genen abhängt.

In einer Amphibienpopulation mit $2n = 28$ Chromosomen wird ein Weibchen entdeckt, dessen Eizellen wegen eines Fehlers bei der Zytokinese der Meiose I die Chromosomenzahl nicht reduzieren, sodass lebensfähige diploide Eizellen mit 28 Chromosomen entstehen.

1. a) Wenn eine dieser abweichenden Eizellen von einem normalen Spermium der Art befruchtet wird, berechne die Chromosomenausstattung der entstehenden Zygote und gib an, welchen genetischen Fachbegriff diese Veränderung der Chromosomenzahl trägt.
2. b) Obwohl das entstandene Individuum lebensfähig ist, ist es meist völlig steril, wenn es versucht, Meiose zur Bildung von Keimzellen durchzuführen. Begründe, warum eine ungerade Chromosomenausstattung (triploid) eine ordnungsgemäße Meiose verhindert.
3. c) Argumentiere anhand dieses Falls, warum die Reduktion der Chromosomenzahl in der Meiose und die anschließende Befruchtung nicht nur ein Mechanismus der Fortpflanzung sind, sondern eine wesentliche Schranke für die Stabilität von Arten mit geschlechtlicher Fortpflanzung.

Der Karyotyp eines Neugeborenen wird untersucht und eine Trisomie im Paar 21 ($47, XX, +21$) festgestellt. Um den Ursprung des Fehlers herauszufinden, wird ein genetischer Marker auf Chromosom 21 mit drei möglichen Allelen (1, 2 und 3) untersucht:

• Die Mutter ist heterozygot und hat die Allele 1 und 2.

• Der Vater ist homozygot und hat ausschließlich das Allel 3.

• Das Baby hat alle drei Allele gleichzeitig: 1, 2 und 3.

1. a) Bestimme begründet, bei welchem der beiden Elternteile die meiotische Nichttrennung (Nondisjunction) stattgefunden hat.
2. b) Leite begründet ab, ob der Fehler in der Anaphase I oder in der Anaphase II der Meiose auftrat, und berücksichtige dabei den Unterschied zwischen der Trennung homologer Chromosomen und der Trennung von Schwesterchromatiden.
3. c) Wenn die Nichttrennung in der Anaphase II beim selben Elternteil stattgefunden hätte, sage voraus, welche mütterlichen Allelkombinationen beim Baby statt der gleichzeitigen Allele 1 und 2 hätten auftreten können.

Herausforderung des Themas. Wie wirken sich Fehler bei der Zellteilung auf die öffentliche Gesundheit aus? Werde biomedizinischer Berater und analysiere demografische Daten aus Spanien, um die Bedeutung des Zellzyklus für die Gesellschaft sichtbar zu machen.

1. Datenerhebung: Rufe die offizielle Website des INE (ine.es) auf. Notiere im Bereich Demografie das durchschnittliche Alter der Mütter bei der Geburt in den letzten zehn Jahren (es liegt bei etwa $32,6$ Jahren) und sieh dir die Sterberate durch Tumoren in den Statistiken zu den Todesursachen an.

2. Zellbiologische Analyse: Bringe Krebs mit dem Verlust der Kontrolle in den Phasen der Interphase ($G_1$, $S$, $G_2$) und einer außer Kontrolle geratenen Mitose in Zusammenhang. Begründe anschließend, wie das zunehmende Alter der weiblichen Keimzellen die Fehler in der Meiose (Nichttrennung in der Anaphase) und das Auftreten von Aneuploidien erhöht.

3. Endprodukt: Erstelle einen allgemeinverständlichen Bericht von einer Seite mit: einer Tabelle und einem Diagramm mit den INE-Daten, einer vergleichenden Infografik zu Mitose und Meiose und zwei begründeten Empfehlungen zur Vorbeugung von Zellveränderungen (Belastung durch Mutagene, Lebensstil).

Bewertet wird:

• Fachliche Genauigkeit bei der Beschreibung der Phasen des Zellzyklus, der Mitose und der Meiose.

• Präzision bei der Recherche, Analyse und Darstellung der INE-Daten.

• Klarheit und Verständlichkeit des Berichts und der Vorschläge zur Vorbeugung.