Biologie (11/14) - Applied Digital Life Science
Channel: Biologie Screencasts
Date: 02/12/2022

Einführung in Biologie im Bachelorstudium Applied Digital Life Sciences der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/lsfm/studium/bachelor/applied-digital-life-sciences/ 

Das im Video verwendete Material gratis als PDF herunterladen:
DOI = https://api.datacite.org/10.60877/zth9-w953

Bei Eukaryoten dominiert die sexuelle Fortpflanzung. Der Lebenszyklus beschreibt, wie ausgehend von adulten Individuen in der Folgegeneration erneut adulte Individuen erreicht werden.

In Lebenszyklen mit sexueller Fortpflanzung verschmelzen zwei haploide Gameten zur diploiden Zygote. Damit für einen vollständigen Durchgang wiederum haploide Gameten entstehen können, ist eine Reduktion von diploid zu haploid erforderlich, die Meiose.

Beim diplo-homophasischen Lebenszyklus treten nur in der diploiden Phase adulte Stadien auf, die sich fortpflanzen. Ausgehend von der diploiden Zygote entwickelt sich das adulte Stadium. Bei vielzelligen Formen tritt nur dieses Stadium als Individuum mit einem Körper in Erscheinung. Es pflanzt sich fort, indem es durch Meiose die Gameten erzeugt. Die haploiden Gameten sind einzellig und verschmelzen zur diploiden Zygote. Der diplo-homophasische Lebenszyklus ist typisch für die Gruppe der Wirbeltiere.

Beim haplo-homophasischen Lebenszyklus treten nur in der haploiden Phase adulte Stadien auf, die sich fortpflanzen. Die diploide Zygote durchläuft unmittelbar nach ihrer Entstehung eine Meiose. Die entstehenden haploiden Meiosporen entwickeln sich zum haploiden adulten Stadium. Bei vielzelligen Formen erfolgt die Bildung des haploiden Stadiums durch Mitosen und tritt als Individuum mit einem Körper in Erscheinung. Das adulte haploide Stadium erzeugt durch Mitose die haploiden Gameten, welche über die Befruchtung zur diploiden Zygote verschmelzen. Der haplo-homophasische Lebenszyklus ist charakteristisch für gewisse Pilze.

Beim heterophasischen Lebenszyklus treten sowohl in der haploiden wie auch diploiden Phase adulte Stadien auf, die sich fortpflanzen. Die diploide Zygote entwickelt sich zum diploiden adulten Stadium. Bei vielzelligen Arten tritt dieses mit einem Körper in Erscheinung. Es bildet durch Meiose haploide Meiosporen. Aus ihnen geht das haploide adulte Stadium hervor, das bei vielzelligen Formen wiederum einen Körper besitzt. Das adulte Stadium bildet durch Mitose die haploiden Gameten, aus denen durch die Befruchtung die diploide Zygote entsteht. Der heterophasische Lebenszyklus ist typisch für die Moose, Farne und Samenpflanzen.

Die Meiose ist die sexuelle Form der eukaryotischen Zellteilung. Sie verfolgt zwei Ziele. Die Halbierung des Chromosomensatzes und die genetische Durchmischung oder Rekombination der ererbten Chromosomen, bevor sie an die nächste Generation weitergegeben werden. 

Die Halbierung des Chromosomensatzes erfolgt, indem in der Metaphase 1 die homologen Chromosomen sich als homologe Chromosomen in der Äquatorialebene anordnen. In der nachfolgenden Anaphase 1 wird je eines der beiden homologen Chromosomen aus einem Paar auf je eine der beiden entstehenden Tochterzellen verteilt. Weil jede Tochterzelle von jedem Chromosom nur ein Exemplar erhält, halbiert sich der Chromosomensatz.

Die Rekombination erfolgt über zwei unabhängige Strategien. Die intrachromosomale Rekombination wird auch als Crossing-over oder Crossover bezeichnet. Dabei werden die homologen Chromosomen umgebaut, indem sie grössere Abschnitte untereinander austauschen. Das Crossing-over erfolgt in der verlängerten Prophase 1. Im Zygotän paaren sich die homologen Chromosomen. Im anschliessenden Pachytän werden grössere Abschnitte zwischen den homologen Chromosomen ausgetauscht, indem die DNA-Doppelhelice an exakt den gleichen Positionen geschnitten und mit der Doppelhelix des jeweils anderen Chromosoms neu verknüpft werden. 

Bei der interchromosomalen Rekombination in der Metaphase 1 ordnen sich die homologen Chromosomenpaare zufällig in der Äquatorialebene an. Die ursprünglich mütterlicher- und väterlicherseits erhaltenen Chromosomen in den homologen Chromosomenpaaren werden nach dem Zufallsprinzip zu den Zellpolen hin orientiert. Jede Tochterzelle erhält zwar von jedem Chromosom exakt ein Exemplar. Die Herkunft des Exemplars ist jedoch zufällig. 



00:00 Themen der heutigen Lektion
00:59 Diplo-homophasischer Lebenszyklus
09:35 Haplo-homophasischer Lebenszyklus
17:09 Heterophasischer Lebenszyklus
21:40 Zwei Lebenszyklen beurteilen
25:08 Ziele der Meiose
27:36 Halbierung des Chromosomensatzes
31:50 Intrachromosomale Rekombination (Crossing-over)
34:19 Interchromosomale Rekombination