Mitose und Meiose - was ist der Unterschied? Zellteilung Schritt für Schritt

Die Idee: kopieren und neu mischen

Zellen teilen sich aus zwei Gründen. Erstens braucht der Körper neue Zellen: zum Wachsen, um eine Wunde zu schließen oder um alte und beschädigte Zellen zu ersetzen. Die neuen Zellen sollen genauso sein wie die alten. Deshalb kopiert die Zelle ihr Erbgut und gibt jeder Tochterzelle einen vollständigen Satz mit. Das ist die Mitose.

Der zweite Grund ist die geschlechtliche Fortpflanzung. Eizelle und Spermium verschmelzen zu einer einzigen Zelle, also darf jede von ihnen nur die Hälfte der Chromosomen mitbringen - sonst würde sich ihre Zahl in jeder Generation verdoppeln. Und diese Hälfte ist jedes Mal eine andere, weil die Chromosomen neu gemischt werden. Das ist die Meiose.

Vorab: Chromosomen kommen in Paaren

Eine Körperzelle des Menschen hat 46 Chromosomen, also 23 Paare. In jedem Paar stammt ein Chromosom von der Mutter und eines vom Vater. Solche zwei Chromosomen heißen homolog: Sie tragen dieselben Gene, oft aber in leicht unterschiedlichen Varianten (Allelen). Eine Zelle mit doppeltem Chromosomensatz nennt man diploid (2n), eine mit einfachem Satz haploid (n).

Bevor sich eine Zelle teilt, verdoppelt sie in der Interphase ihre DNA - in der S-Phase. Danach besteht jedes Chromosom aus zwei identischen Schwesterchromatiden, die am Centromer zusammenhängen.

In den Animationen hat die Zelle nur 2n = 4 Chromosomen: ein langes und ein kurzes Paar. Die türkisfarbenen stammen von der Mutter, die orangefarbenen vom Vater. In der Interphase sind die Chromosomen aufgelockert und unter dem Lichtmikroskop nicht einzeln zu erkennen. Wir zeichnen sie trotzdem, damit du verfolgen kannst, was mit ihnen passiert. Durch die Animationen klickst du dich mit den Schaltflächen oder den Pfeiltasten.

Mitose Schritt für Schritt

Aus einer 2n-Zelle sind zwei 2n-Zellen mit identischer DNA geworden. Jede hat von jedem Chromosom eine Chromatide bekommen.

Meiose Schritt für Schritt

Die Meiose besteht aus zwei Teilungen direkt nacheinander, ohne dass die DNA dazwischen noch einmal verdoppelt wird. In der ersten Teilung trennen sich die homologen Chromosomen, in der zweiten die Schwesterchromatiden. Im Unterricht heißen die beiden Teilungen oft auch erste und zweite Reifeteilung.

Aus einer 2n-Zelle sind vier n-Zellen geworden. Keine gleicht der anderen: Jede hat eine andere Mischung aus mütterlichen und väterlichen Chromosomen.

Probier es aus: Wie viele verschiedene Keimzellen gibt es?

In der Metaphase I kann sich jedes Paar auf zwei Arten anordnen: mit dem mütterlichen Chromosom zum einen oder zum anderen Pol. Davon hängt ab, was in jede Tochterzelle kommt. Dreh die Paare um oder ordne sie zufällig an und versuch, alle Kombinationen zu finden. Mit dem Schieberegler siehst du danach, wie schnell ihre Zahl mit jedem weiteren Paar wächst.

Bei $n$ Chromosomenpaaren gibt es $2^n$ mögliche Kombinationen. Für 3 Paare sind das 8, für die 23 Paare des Menschen schon 8.388.608. Durch Crossing-over entstehen zusätzlich neue Genkombinationen innerhalb der Chromosomen selbst - dass zwei Keimzellen genau dieselben Gene tragen, ist also äußerst unwahrscheinlich.

Mitose und Meiose im Vergleich

Chromosomen und Chromatiden richtig zählen

Die wichtigste Regel: Es gibt so viele Chromosomen, wie es Centromere gibt. Ein Chromosom kann aus einer Chromatide bestehen (vor der S-Phase und nachdem sich die Chromatiden getrennt haben) oder aus zwei (von der S-Phase bis zu ihrer Trennung).

Beispiel: eine Zelle mit 2n = 8.

In vielen Schulbüchern heißt ein Chromosom aus zwei Chromatiden Zwei-Chromatid-Chromosom (oder Doppelchromosom), eines aus nur einer Chromatide Ein-Chromatid-Chromosom (oder Einzelchromosom). Eine Zelle nach der Meiose I hat also einen haploiden Satz aus Zwei-Chromatid-Chromosomen, eine Keimzelle einen haploiden Satz aus Ein-Chromatid-Chromosomen.

Jetzt du

Die Körperzellen eines Hundes haben 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen hat eine Keimzelle des Hundes? Und wie viele Chromatiden hat eine Zelle direkt nach der ersten Teilung der Meiose?

Typische Fehler

• Schwesterchromatiden und homologe Chromosomen verwechseln. Schwesterchromatiden sind zwei identische Kopien eines Chromosoms, verbunden am Centromer. Homologe Chromosomen sind zwei verschiedene Chromosomen desselben Paares - eines von der Mutter, eines vom Vater.
• „Die Chromosomenzahl sinkt in der Meiose II.“ Sie sinkt in der Meiose I, wenn sich die Homologen trennen. Die Meiose II läuft wie eine Mitose ab: Sie trennt die Schwesterchromatiden, und jede Zelle behält n Chromosomen.
• „Nach der Meiose I sind die Zellen diploid, weil sie viel DNA haben.“ Sie sind haploid: Sie haben n Chromosomen, nur besteht jedes noch aus zwei Chromatiden.
• Chromatiden statt Chromosomen zählen. In der Metaphase der Mitose hat eine menschliche Zelle 46 Chromosomen, nicht 92 - gezählt wird nach Centromeren.
• „Crossing-over gibt es auch in der Mitose.“ Crossing-over gehört zur Meiose: Es findet in der Prophase I statt, wenn die Homologen gepaart sind. In der Mitose lagern sich die Homologen normalerweise nicht aneinander. Ein Austausch zwischen ihnen (somatisches Crossing-over) ist dort ein seltener Sonderfall.
• „Keimzellen entstehen immer durch Meiose.“ Bei Tieren ja, aber nicht bei allen Lebewesen. Der Parasit Toxoplasma gondii, Erreger der Toxoplasmose, ist haploid: Seine Gameten entstehen durch Mitose, und die Meiose folgt erst nach der Befruchtung, in der Zygote. Auch Pflanzen bilden durch Meiose zunächst Sporen - ihre Gameten entstehen später durch Mitose.

In der Schule und im Abitur

Mitose und Meiose lernst du meist schon vor der Oberstufe. Im Bildungsplan des Gymnasiums in Baden-Württemberg steht zum Beispiel für die Klassen 9/10, dass du erklären kannst, wie im Zellzyklus durch Mitose Tochterzellen mit identischem Chromosomensatz entstehen, und dass du die Meiose beschreiben und mit der Mitose vergleichen kannst (Bildungsplan BW).

Seit dem Schuljahr 2024/2025 sollen die Abiturprüfungen in allen Ländern auf den Bildungsstandards der KMK beruhen. Dort stehen Mitose und Meiose nicht als eigener Inhalt, wohl aber Rekombination und genetische Variation: Geschlechtliche Fortpflanzung führt zur Rekombination des Erbguts und erhöht die genetische Variation. Außerdem setzt die Prüfung die Kompetenzen aus den vorangegangenen Schuljahren voraus. Für Aufgaben zu Vererbung und Evolution lohnt es sich also, die Meiose sicher zu beherrschen. Übe am besten mit anderen Chromosomenzahlen als 46 - wie in den Animationen oben - und mit Lebenszyklen, die anders ablaufen als beim Menschen.

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