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Medienbegleitheft zur DVD 12310
MITOSE – MEIOSE

Medienbegleitheft zur DVD
23 Minuten, Produktionsjahr 2008

Informationen für Lehrer
Serie: Modern Biology Series
MEIOSE
15 Minuten
Verlag: BENCHMARK MEDIA
Für die Verwendung in: Biologie
Schulstufe:
9. bis 12. Schulstufe (5. bis 8. Klasse Oberstufe)
Didaktische Beratung:
Dr. 0. Roger Anderson: Professor of Natural Sciences, Columbia University, Teachers College;
and Senior Research Scientist, Biological Oceanography, Columbia university. Professor Prof.
Anderson ist eine international anerkannte Autorität in Mikrobiologie und Autor von vielen
Büchern und Artikeln über Biologie und die Lehre von Biologie.
Lernziele
Die Studierenden sollen verstehen:
1. Diploide und haploide Zellen
2. Die Interphase (DNA-Replikation)
3. Spermatogenese (Bildung der Spermienzellen )
Meiose I: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I,
Telophase I & Cytokinese I
Meiose II: Prophase II, Metaphase II, Anaphase II
Telophase II & Cytokinese II
4. Oogenese (Bildung der Eizellen)
Meiose I & II
Vor dem Zeigen des Films
Bei allen Organismen, die sich sexuell fortpflanzen, ist die Meiose jene Art der Kernteilung, in
der die Anzahl der Chromosomen in haploide (1n) Gameten, nämlich Spermien und Eizellen,
reduziert wird, das ist auf die Hälfte der Zahl in den diploiden Mutterzellen(2n), die beim
Menschen (und vielen Tieren) in den Ovarien (= Eierstöcken) als Eimutterzellen (diploide
Ureizellen, Oocyten) und in den Hoden als Spermienmutterzellen (diploide Urspermienzellen,
Spermatogonien) vorliegen.
Der evolutionäre Vorteil der sexuellen Fortpflanzung liegt in den hohen Kombinationsmöglichkeiten
vererbter Eigenschaften. Kein Nachkomme ist identisch mit seinen Eltern. Je
größer die Vielfalt an vererbten Eigenschaften, desto größer die Überlebens-Chancen für die
Art.
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Damit die Studierenden verstehen, dass Nachkommen zwar ihre Eigenschaften von den Eltern
erben, aber niemals in identischer Form, erstellen Sie eine Tabelle, einen Raster, entweder auf
der Tafel oder auf dem Overhead-Projektor.
Schreiben Sie verschiedene Eigenschaften, wie etwa Größe, Gestalt, Haarfarbe, Haarform
(Locken, glatt usw.), Augenfarbe etc. untereinander. Fügen Sie 3 Spalten ein: Vater, Mutter,
Kind. Wenn Geschwister vorhanden, fügen Sie weitere Rubriken hinzu (Schwester, Bruder).
Lassen Sie nun die Studierenden die Eigenschaften ihrer Eltern beschreiben und dann in die
Tabelle eintragen. Dann sollen sie ihre eigenen entsprechenden Eigenschaften und die der
Geschwister beschreiben.
Wenn dies mit einer genügend großen Anzahl von Studierenden durchgeführt wird, wird klar,
dass sie ähnliche Eigenschaften wie ihre Eltern haben; aber in einigen Fällen weichen ihre
Eigenschaften deutlich von denen der Eltern ab. Reicht die Zeit nicht für die Erstellung einer
derartigen Tabelle, kann das ganze auch in Diskussionsform ausgearbeitet werden.
Fragen Sie die Studierenden, wie sie sich erklären, dass sie Eigenschaften haben, die nicht mit
denen der Eltern identisch sind. Das bietet eine gute Einstimmung für die Darbietung des
Videos, das diese Fragen anspricht. Studierende, die selbst Tiere gezüchtet haben, etwa Fische,
könnten gegebenenfalls die Abweichungen im Aussehen der Nachkommen von deren Eltern
beobachtet haben.
Inhalt des Videos
Am Beginn erscheint ein Inhaltsverzeichnis für 4 Kapitel:
1. Diploide und haploide Zellen
2. Interphase (Replikation der DNA)
3. Spermatogenese (Bildung der Spermienzellen)
Meiose I
Meiose II
4. Oogenese (Bildung der Eizellen)
Meiose I
Meiose II
1. Diploide und haploide Zellen
Abgesehen von Eizellen und Spermienzellen besitzen alle übrigen Körperzellen einen
doppelten Chromosomensatz. Solche Zellen nennt man diploid (2n). Sie enthalten beim
Menschen 46 Chromosomen. Durchlaufen diese Zellen eine Mitose, gehen aus der Zellteilung
wieder diploide Tochterzellen hervor.
Eizellen und Spermienzellen werden als Gameten bezeichnet. Sie besitzen einen einfachen
Chromosomensatz. Solche Zellen nennt man haploid (1n). Sie enthalten beim Menschen 23
Chromosomen. Sie gehen aus diploiden Mutterzellen im Verlauf der Meiose hervor.
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Wenn eine Spermienzelle eine Eizelle befruchtet, entsteht eine diploide Zelle (befruchtete
Eizelle, Zygote).
2. Die Interphase (Verdoppelung des genetischen Materials)
Während der Interphase, vor der Meiose, wechselt die DNA von der lose aufgerollten Form
als Chromatin zu der wesentlich dichter spiralisierten Form des Chromosoms. Jedes der 46
Chromosomen, 23 von jedem Elternteil vererbt, verdoppelt sich (Replikation). Solche
replizierten Chromosomen nennt man Schwester-Chromatiden.
3. Die Spermatogenese (Bildung der Spermien)
Während des gesamten Spermatogeneseverlaufs werden computer-animierte Darstellungen
der Zellaktivität mit mikroskopischen Lebend-Aufnahmen derselben Meiose-
Phasen unterschnitten, wie sie in einer Keimzelle in den Hoden einer männlichen Fliege
ablaufen. Die Animation schafft schematisch Klarheit über den Vorgang, die Mikroskopaufnahmen
liefern die Realität.
Statt Centromer könnte man das Synonym Kinetochor verwenden. Damit ist eine Verwechslung
ausgeschlossen!
Meiose I Prophase I
Die homologen verdoppelten väterlichen und mütterlichen Chromosomen ordnen sich
paarweise zu Tetraden, die aus 4 „Strängen“ bestehen. Üblicherweise werden in diesem
Stadium Gene für dieselben Eigenschaften zwischen väterlichen und mütterlichen
Chromosomen im Zuge des sog. „Crossing-Over“ ausgetauscht, was die Vielfalt der
vererbten Eigenschaften erhöht. Der Nukleolus und die Membran des Zellkerns werden
aufgelöst, der Spindelapparat beginnt sich zu bilden und je ein Centrosom wandert zu
den entgegengesetzten Zellpolen. Kernspindel-Fasern treten auf und heften sich an das
Centromer jedes Chromosoms der Tetrade, das dem Centrosom gegenüber liegt.
Meiose I Metaphase I
Die Fasern der Kernspindel ordnen die Tetraden in der Äquatorialebene der Zelle an.
Meiose I Anaphase I
Die Spindelfasern trennen die homologen Chromosomen und transportieren sie zu den
entgegen gesetzten Zellpolen. Damit ist die Reduktion vom diploiden zum haploiden
Chromosomensatz vollzogen.
Meiose I Telophase I und Cytokinese (alternativ: Zelltrennung) I
Die Spindelfasern lösen sich auf, neue Kernmembranen bilden sich an jedem Pol der
Zelle um den neuen Nukleolus und die Chromosomen, die aus zwei Schwester-
Chromatiden bestehen. Das Zytoplasma teilt sich, es formten sich zwei Zellen, von
denen jede 23 Chromosomen enthält, und zwar je ein homologes Chromosom aus dem
diploiden Satz. Somit handelt es sich um haploide Zellen.
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Die vier Phasen der Meiose II werden kurz zusammengefasst.
Meiose II Prophase II
Die Chromosomen verkürzen sich abermals. Die Kernmembran zerfällt. Die Centrosomen
wandern zu den gegenüberliegenden Zell-Polen.
Meiose II Metaphase II
Die Spindelfasern ordnen die aus Schwester-Chromatiden bestehenden Chromosomen
in der Äqutorialebene der Zelle an.
Meiose II Anaphase II
Die Schwester-Chromatiden Chromosomen werden getrennt, wandern an zu den
entgegengesetzten Polen und bilden die mit einfacher Erbinformation ausgestatteten
einzelnen Chromosomen.
Meiose II Telophase II und Cytokinese (Zelltrennung) II
Je eine Kernmembran und je ein Nukleolus bilden sich um die Einzelchromosomen an
beiden Polen der zwei Zellen. Die Chromosomen entspiralisieren sich in ihre lose
verdrillte Form des Chromatins. Es sind vier haploide Zellen, die zu Spermienzellen
reifen, entstanden.
4. Oogenese (Bildung der Eizellen)
Meiose I & II
Bei der Oogenese, der meiotischen Bildung weiblicher Keimzellen, verläuft die Meiose I
genauso wie bei der Spermatogenese, der Bildung männlicher Keimzellen, mit der
Prophase I bis zur Anaphase I. Aber bei der Cytokinese I teilt sich das Cytoplasma
inäqual, d.h. nicht zu gleichen Teilen: Es bildet sich eine große Zelle und eine viel
kleinere, die als Polkörper bezeichnet wird. In diesem befindet sich ein homologer
Chromosomensatz!
Die Meiose II setzt sich in beiden Zellen mit den üblichen Phasen fort. Der Polkörper
teilt sich äqual (also zu gleichen Teilen), aber die große Zelle …wieder…sehr inäqual.
Dieser Polkörper enthält einen kompletten Chromatidensatz. Die entstandenen drei
Polkörper zerfallen…sodass nur eine haploide Eizelle, die reich an Cytoplasma ist, übrig
bleibt.
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Informationen für Lehrer:
Serie: Moderne Biologie
MITOSE
10 Minuten
Verlag: BENCHMARK MEDIA
Zur Verwendung in: Biologie
Schulstufe:
9. bis 12. Schulstufe (5.Kl. Oberstufe bis 8. Klasse, Oberstufe AHS)
Didaktische Beratung:
Dr. O. Roger Anderson: Prof. für Naturwissenschaften, Columbia University, Lehrerausbildung
und Erwachsenenbildung, Biologische Ozeanographie.
Prof. Anderson ist eine international anerkannte Autorität in Mikrobiologie und Autor von
vielen Büchern und Artikeln über Biologie und die Lehre von Biologie.
Lernziele
Die Studierenden sollen verstehen:
Alle Lebewesen werden aus Zellen aufgebaut
Die Replikation (Verdoppelung) der DNA während der Interphase ist Teil des Lebens einer
Zelle
Anregung:
Die Replikation (Verdoppelung) der DNA während der Interphase, einer Zustandsform der Zelle
im Zellzyklus, ist beim Ablauf der Mitose die Voraussetzung für die Vermehrung der Zellen.
Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (Zellteilung) in tierischen Zellen
Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (Zellteilung) in pflanzlichen Zellen
Vor dem Zeigen des Films
Bei der Teilung von eukaryontischen Zellen teilen sich sowohl das Cytoplasma als auch der
Zellkern. Bei Eukaryonten gibt es zwei Arten von Kernteilungen mit anschließender Zellteilung.
In diesem Video wird nur die Mitose gezeigt. Das Ergebnis einer Mitose sind zwei neue Zellen
mit einem genetischen Material, das identisch mit dem der Mutterzelle ist. Mitose tritt bei der
Teilung von Einzellern ebenso auf, wie bei Vielzellern, um verbrauchte Zellen zu ersetzen bzw.
um mit Hilfe zusätzlicher Zellen wachsen zu können.
Dieses Video untersucht die Mitose in tierischen und pflanzlichen Zellen, nutzt dabei
Computer-Animation und bemerkenswerte mikroskopische Aufnahmen von lebenden Tierund
Pflanzenzellen während der Mitose.
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In einem zweiten Video wird die Meiose eukaryontischer Zellen erklärt.
Bei der Meiose entstehen Keimzellen, haploide Zellen, indem zuerst das genetische Material
repliziert (= verdoppelt) wird. Danach werden in zwei aufeinander folgenden Teilungsschritten
haploide Zellen mit der einfachen Chromosomenzahl erzeugt. Später werden sich je zwei
haploide Zellen im Zuge der Befruchtung vereinigen und befruchtete Eizelle (Zygote) hervor
bringen, die wieder den doppelten (diploiden) Chromosomensatz trägt.
Inhalt des Videos
Die Vielfalt der Lebewesen ist enorm; sie haben jedoch eines gemeinsam: Sie werden aus
Zellen aufgebaut.
Im Inhaltsverzeichnis scheinen 3 Kapitel auf:
1. Interphase (DNA-Verdoppelung)
2. Mitose: Kernteilung in tierischen Zellen
3. Mitose: Kernteilung in Pflanzenzellen
1. Interphase (DNA-Verdoppelung)
Während der Interphase eines Zell-Zyklus, vor der Mitose, befindet sich die DNA in lose
aufgerollter Form, dem Chromatin. Menschliche Zellen haben 46 Chromosomen, je 23 von
jedem Elternteil. Die DNA-Stränge verdoppeln sich, bleiben aber mit dem sogenannten
Centromer verbunden. Die DNA in der verdoppelten (replizierten) Form bildet die
Schwester-Chromatiden. Die DNA der Schwester-Chromatiden wird schließlich dichter und
enger aufgerollt und bildet in der Anaphase die Tochter-Chromosomen.
2. Mitose: Kernteilung in tierischen Zellen
Die Prophase ist die erste von vier Mitose-Phasen.
Der Nukleolus und die Zellmembran lösen sich auf, das Centrosom hat sich bereits in der
Interphase verdoppelt, je ein Centrosom wandert zu den entgegengesetzten Zellpolen.
Fasern der Kernspindel (des Spindelapparats) treten auf, erstrecken sich von den
Centrosomen zu den Centromeren jedes Tochterchromosoms, sowohl zu den mütterlichen
(von der Mutter geerbt) als auch zu den väterlichen (vom Vater geerbt).
Die Metaphase ist die zweite Phase der Mitose.
Die Fasern der Kernspindel, die an den Centromeren der Tochterchromosomen befestigt
sind, ordnen diese in einer gedachten Äquatorialebene der Zelle an. Dies wird sowohl als
Computer-Animation als auch in einer lebenden tierischen Zelle gezeigt.
Die Anaphase ist die dritte Phase der Mitose
Die Spindelfasern trennen die Tochterchromosomen und ziehen die nunmehr getrennten
Chromosomen an ihrem Centromer zu den entgegen gesetzten Zellpolen. Dies wird sowohl
als Computer-Animation als auch (siehe oben) in einer lebenden tierischen Zelle gezeigt.
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Die Telophase ist die vierte Phase der Mitose; gleichzeitig findet die Cytokinese, die Zellteilung
statt.
Die Spindelfasern lösen sich auf, eine Kernhülle und ein Nukleolus bilden sich erneut an
jedem Zellpol. Im Verlauf der Cytokinese, der Teilung des Cytoplasmas der Zelle, formen
sich zwei unabhängige Tochterzellen, jede mit einer DNA, die mit der ihrer Mutterzelle
identisch ist. Dies wird sowohl als Computer-Animation als auch in einer lebenden
tierischen Zelle gezeigt.
Die DNA wandelt sich erneut von der kompakten Form im Chromosom in die lose
aufgerollte Form des Chromatins. Die Zellen reifen und werden größer, treten wieder in die
Interphase ein und bereiten sich auf die nächste Mitose vor.
3. Mitose: Kernteilung in pflanzlichen Zellen
Pflanzenzellen haben weitgehend dieselben Organellen wie tierische Zellen, aber sie
unterscheiden sich in 3 wesentlichen Dingen: durch eine feste Zellwand, die die Zellmembran
umgibt; durch Plastiden, wie den Chloroplasten, Organellen, die Sonnenenergie
für die Herstellung von Glucose, welche Pflanzen als Nahrung verwenden, absorbieren;
und durch eine Vakuole, einem großen zentralen Zellsaftraum, in dem Abfall und Enzyme
gespeichert werden. Sie drängt den Zellkern und andere Organellen nach außen gegen die
Zellmembran.
Die vier Phasen der Mitose in einer Pflanzenzelle gleichen denen in einer tierischen Zelle;
jedoch erfolgt die Zellteilung nicht wie bei tierischen Zellen durch Einschnürung. In der
Zellmitte formt sich eine Platte von innen nach außen an der Stelle, wo sich das
Cytoplasma der Pflanzenzelle teilen wird. Auf ihr lagern sich Zellwandbestandteile auf. Am
Ende der Zellteilung werden die Zellmembranen der beiden Tochterzellen von Zellwänden
umschlossen sein.
Der Spindelapparat wird bei den pflanzlichen Zellen anders gebildet als bei tierischen:
Mikrotubuli, die auf die Wandschichten der Zelle aufgelagert sind, lösen sich während der
Mitose ab und bilden die Kernspindel.
Vor der Mitose, während der Interphase einer Pflanzenzelle, liegt die DNA in Form des lose
aufgerollten Chromatins vor. Die DNA-Stränge verdoppeln sich, bleiben aber mit einer
bestimmten Region, dem Centromer, miteinander verbunden. In dieser verdoppelten Form
nennt man die DNA Schwester-Chromatiden. Die DNA in den Schwester-Chromatiden rollt
sich dichter auf und wird in kompakter Form zu Tochter-Chromosomen.
Prophase: Der Nukleolus im Zellkern und die Kernhülle, die den Zellkern jeder
eukaryontischen Zelle umgibt, lösen sich auf, das Centrosom hat sich in der Interphase
verdoppelt und je eines wandert zu den entgegengesetzten Zellpolen. Die Fasern der
Kernspindel treten auf und erstrecken sich von den Centromeren jeweils zu den
Centrosomen der Tochter-Chromosomen.
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Metaphase: Die Fasern der Kernspindel, die an den Centrosomen der Tochter-
Chromosomen befestigt sind, ordnen diese in einer gedachten Äquatorialebene in der
Pflanzenzelle an. Dies wird sowohl als Computer-Animation als auch in einer lebenden
pflanzlichen Zelle gezeigt.
Telophase und Zytokinese: Die Spindelfasern lösen sich auf, an jedem Zellpol bildet sich ein
Nukleolus, der zusammen mit den Chromosomen von der Kernmembran umhüllt wird. Im
Verlauf der Cytokinese bildet sich eine Zellplatte, die die Mutterzelle in zwei Tochterzellen
trennt, jede von ihrer eigenen Zellwand umhüllt, jede mit einer DNA, die mit der der
Mutterzelle identisch ist. Dies wird sowohl als Computer-Animation als auch bei einer
lebenden pflanzlichen Zelle gezeigt.
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Medieninhaber und Herausgeber:
BUNDESMINISTERIUM FÜR
UNTERRICHT, KUNST UND KULTUR
Medienservice
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