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Die Rekombination ist ein wichtiger Faktor, der zur genetischen Variabilität beiträgt und somit sicherstellt, dass sich Organismen an sich ändernde Umweltbedingungen anpassen können. Doch was ist genetische Rekombination überhaupt und wie funktioniert sie? Dieses Tafelbild zeigt es dir.
Unter Rekombination wir die Neumischung der genetischen Information, die häufig im Zuge der Bildung einer neuen Generation entsteht, verstanden. Bei der Sexuellen Fortpflanzung von Eukaryoten kann der Prozess in drei Bereiche unterteilt werden, welche während der Meiose sowie bei der Befruchtung der Eizelle stattfinden. Hier werden die drei Möglichkeiten der Rekombination gezeigt und deren Konsequenzen für den Organismus anhand der menschlichen Genetik erklärt.
Crossing-Over
Während der Metaphase I der Meiose lagern sich die homologen Chromosomenpaare auf der Äquatorialebene an. Dabei kann es zur Tetradenbildung kommen, wobei ganze Abschnitte eine Chromosoms mit jenen seines homologen Partners ausgetauscht werden. Bei der Bildung von Spermazellen finden im Schnitt 26 Crossing-over Ereignisse statt, während bei der Bildung von Eizellen rund 45 Corssing-over Ereignisse stattfinden. Das bedeutet, dass im Schnitt rund 71 Crossingover Ereignisse einer Befruchtung und somit einer neuen Generation vorausgehen, wodurch die Genome von Generation zu Generation zersückelt, was Auswirkungen auf die Vererbung hat. Diese Version der Rekombination wird auch als intrachromosomale Rekombination bezeichnet.
Zufällige Chromosomenverteilung
Ebenfalls während der Meiose werden im Anschluss an die Metaphase I die homologen Chromosomenpaare getrennt und zu den beiden Polen gezogen. Diese Aufteilung des Chromosomensatzes findet völlig zufällig statt und sorgt dafür, dass die daraus hervorgehenden haploiden (1n) Keimzellen, sich genetisch unterscheiden. Durch Crossing-over Ereignisse und die zufällige Chromosomenverteilung in der Meiose entsteht ein neu gemischter haploider (1n) Chromosomensatz, der eine zufällige Hälfte derErbinformation des Individuums enthält, in welchem die Meiose stattfindet.
Zufällige Verschmelzung der Keimzellen
Im Zuge der Befruchtung verschmelzen zwei haploide (1n) Keimzellen, namentlich eine Spermazelle und eine Eizelle miteinander und bilden in der daraus hervorgehenden diploiden (2n) Zygote ein neu gemischtes Genom. Da aufgrund von Crossing-over Ereignissen und der zufälligen Chromosomenverteilung während der Meiose jedes Individuum unzählige verschiedene Keimzellen hervorbringt, stellt die zufällige Verschmelzung von Keimzellen ebenfalls eine Möglichkeit dar, wie die Genetik weiter gemischt wird. Der Zufall besteht darin, dass pro Befruchtung nur einer von vielen möglich neuen Chromosomensätzen zu einem neuen Individuum heranwächst. Darüber hinaus kann dadurch auch erklärt werden, weshalb Geschwister sich aufgrund der gleichen Eltern genetisch ähnlich sind und sich trotzdem auf genetischer Ebene deutlich voneinander unterscheiden. Die zufällige Chromosomenverteilung in der Meiose sowie die zufällige Verschmelzung zweier Keimzellen werden auch als Interchromosomale Rekombination bezeichnet.
Konsequenzen für die Genetik
Die drei beschriebenen Aspekte der Rekombination stellen sicher, dass nicht nur die Chromosomen von Generation zu Generation neu gemischt werden, sondern im Zuge von Crossing-over Ereignissen auch Chromosomenstücke zwischen den homologen Chromosomenpaaren ausgetauscht werden. Dies bedeutet, dass das Genom eines jeden Menschen aus einem Mosaik von Chromosomenstücken besteht, was ein Zurückverfolgen der eigenen genetischen Herkunft über mehrere Generationen hinaus sinnlos erscheinen lässt, da die Herkunft der eigenen Genetik, in der Vielzahl der Vorfahren (verdoppelt sich von Generation zu Generation) und Genomfragmentierungen (71 Crossing-over Ereignisse pro Generation) unterzugehen droht. Denn bereits vor 15 Generationen hat jeder von uns 32’768 Vorfahren und unser Genom besteht dann im Schnitt aus über 1112 Chromosomenstücken, womit nur ~3% unserer Vorfahren vor 15 Generationen überhaupt etwas zu unserer Genetik beigetragen haben.
Genau diese evolutionär gesehen rasche Durchmischung der DNA ist es jedoch, was es einer Art ermöglicht, sich ändernden Umweltbedingungen anzupassen. Denn es ist die Rekombination, die zusammen mit Mutationen die Grundlagen der genetischen Variabilität und somit der Anpassungsfähigkeit einer Art bildet.
Quellen:
- D. Reich; Who we are and where we came from, 2018
- B. Alberts et. all; Molecular Biology of the Cell, 5th Edition