Mitoseindex berechnen: Anleitung und Aufgaben

Vertiefung zum ThemaMitose im Mikroskop

Wie teilungsfreudig ist ein Gewebe? Zuschauen kannst du einer Zelle unter dem Schulmikroskop dabei nicht, aber du kannst zählen. Wer den Mitoseindex berechnen kann, holt aus einer simplen Strichliste erstaunlich viel heraus: die Teilungsaktivität, die Dauer einzelner Phasen und sogar Hinweise darauf, ob ein Stoff die Zellteilung stört.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Mitose im Mikroskop. Du kannst einer Zelle beim Teilen nicht zusehen. Du kannst aber zählen. Der Mitoseindex sagt dir: Wie viele Zellen sind gerade in Mitose? So geht es:

• Lege vorher den Zählbereich fest.
• Mache eine Strichliste – das ist eine Zähltabelle mit fünf Spalten. Jede Zelle bekommt genau einen Strich.
• Zähle alle Zellen. Zähle dann die Zellen in Mitose.
• Teile die Zellen in Mitose durch alle Zellen. Nimm das Ergebnis mal 100 Prozent.

Ein Beispiel: 96 von 800 Zellen sind in Mitose. Der Mitoseindex beträgt also 12 Prozent. Teile immer durch alle Zellen. Auch die Zellen ohne Teilung zählen mit. Lange Phasen siehst du oft. Kurze Phasen siehst du selten.

Achtung beim Vergleichen: Ein Index fällt von 12 auf 6 Prozent. Das sind 6 Prozentpunkte weniger. Der Wert hat sich aber halbiert.

Merke: Mitoseindex = Zellen in Mitose geteilt durch alle Zellen mal 100 Prozent.

Mitoseindex berechnen in fünf Schritten

Grundlage ist ein gut gefärbtes Präparat aus einem teilungsaktiven Gewebe, meist ein Quetschpräparat einer Zwiebelwurzelspitze. Wie du es herstellst, steht auf der Hauptseite Ablauf der Mitose im Mikroskop, welcher Farbstoff sich am besten eignet, auf der Seite Chromosomen anfärben. Dann gehst du so vor:

1. Zählbereich festlegenBestimme vorher, wo du zählst, zum Beispiel nur im Teilungsgewebe direkt hinter der Wurzelspitze. Schreib die Entscheidung auf, damit andere sie nachvollziehen können.
2. Strichliste anlegenFünf Spalten: Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase. Jede vollständig sichtbare Zelle bekommt genau einen Strich. Fahre die Sehfelder in Schlangenlinien ab, damit du keine Zelle doppelt zählst.
3. Summen bildenZähle die Striche pro Spalte. Die Gesamtzahl aller Zellen ist die Summe aller fünf Spalten, die Zahl der Zellen in Mitose die Summe der vier Mitosespalten.
4. In die Formel einsetzenMitoseindex = Zellen in Mitose : alle gezählten Zellen · 100 %.
5. Runden und deutenGib das Ergebnis mit sinnvoller Genauigkeit an, meist mit einer Nachkommastelle, und nenne immer, wie viele Zellen du gezählt hast.

Rechenbeispiel: 800 Zellen einer Wurzelspitze

Eine Gruppe hat im Teilungsgewebe einer Zwiebelwurzel 800 Zellen ausgezählt (Beispieldaten). Die Tabelle zeigt das Ergebnis mit den berechneten Anteilen:

Phase	Anzahl	Anteil an allen Zellen	Anteil an den Mitosezellen
Interphase	704	88 %	–
Prophase	48	6 %	50 %
Metaphase	20	2,5 %	20,8 %
Anaphase	8	1 %	8,3 %
Telophase	20	2,5 %	20,8 %
Summe	800	100 %	100 %

Zellen in Mitose: 48 + 20 + 8 + 20 = 96. Der Mitoseindex beträgt 96 : 800 · 100 % = 12 %. Der Prophase-Index ist 48 : 800 · 100 % = 6 %. Achte auf die beiden Spalten: Die dritte Spalte bezieht sich auf alle 800 Zellen, die vierte nur auf die 96 Zellen in Mitose. Für den Mitoseindex und für Zeitberechnungen brauchst du immer die dritte.

Vom Anteil zur Dauer: Phasen zeitlich abschätzen

Ein Präparat ist eine Momentaufnahme. Wenn sich die Zellen unabhängig voneinander teilen, gilt eine einfache Faustregel: Je länger eine Phase dauert, desto mehr Zellen erwischt man gerade in ihr. Der Anteil der Zellen in einer Phase entspricht dann ungefähr dem Anteil dieser Phase an der Dauer des Zellzyklus:

Dauer einer Phase ≈ Phasenindex · Dauer des Zellzyklus

Angenommen, ein Zellzyklus dauert in diesem Gewebe 20 Stunden, also 1200 Minuten. Dann ergibt sich für das Rechenbeispiel: Interphase 0,88 · 1200 min ≈ 1056 min (17,6 h), Prophase 0,06 · 1200 min = 72 min, Metaphase 0,025 · 1200 min = 30 min, Anaphase 0,01 · 1200 min = 12 min und Telophase ebenfalls 30 min. Die gesamte Mitose dauert damit etwa 144 Minuten, also 2,4 Stunden, genau 12 % von 20 Stunden.

Die Formel funktioniert auch rückwärts. Ist bekannt, wie lange die Mitose dauert, schätzt du die Dauer des ganzen Zyklus: Zellzyklus ≈ Dauer der Mitose : Mitoseindex. Dauert die Mitose 1,5 Stunden und beträgt der Mitoseindex 7,5 %, ergibt sich 1,5 h : 0,075 = 20 h.

Wichtig sind die Voraussetzungen. Die Zellen dürfen sich nicht im Gleichtakt teilen, und das Gewebe muss sich in einem gleichbleibenden Zustand befinden. In einem wachsenden Gewebe gibt es etwas mehr junge als alte Zellen, deshalb ist die Rechnung immer eine Näherung.

Gewebe und Behandlungen vergleichen

Richtig spannend wird der Mitoseindex, wenn du vergleichst: verschiedene Abschnitte einer Wurzel, verschiedene Temperaturen oder Wurzeln, die in unterschiedlichen Lösungen gewachsen sind. Die schwedische Forscherin G. Fiskesjö schlug 1985 den sogenannten Allium-Test als Standardverfahren für die Umweltüberwachung vor. Dabei lässt man Küchenzwiebeln in einer Wasserprobe wurzeln und vergleicht die Wurzeln mit einer Kontrolle in sauberem Wasser. Ein deutlich veränderter Mitoseindex ist ein Hinweis darauf, dass die Probe die Zellteilung beeinflusst.

Beim Vergleichen passiert ein typischer Rechenfehler. Sinkt der Mitoseindex von 12 % auf 6 %, ist er um 6 Prozentpunkte gesunken. Bezogen auf den Ausgangswert ist das aber eine Abnahme um 50 Prozent, denn er hat sich halbiert. Die relative Änderung berechnest du so: (neuer Wert − alter Wert) : alter Wert · 100 %. Schreib in Protokollen immer dazu, welche der beiden Angaben du meinst.

Und noch eine Falle: Ein höherer Mitoseindex bedeutet nicht automatisch, dass sich die Zellen schneller teilen. Spindelgifte wie Colchicin halten Zellen in der Metaphase fest. Dann sammeln sich Zellen in Mitose an, der Index steigt, obwohl gar keine Teilung mehr abgeschlossen wird. Ein Blick auf die Phasenindizes verrät das: Ungewöhnlich viele Metaphasen und fast keine Anaphasen sind ein Warnsignal.

Vertiefung Oberstufe: Ist der Unterschied echt? Der Vierfelder-Test

Zwei Gruppen haben je 600 Zellen gezählt. In der Kontrolle waren 60 Zellen in Mitose (10 %), in der behandelten Gruppe 30 (5 %). Ist das ein echter Effekt oder Zufall? Das prüft ein Chi-Quadrat-Test für eine Vierfeldertafel. Du trägst die beobachteten Anzahlen ein: Kontrolle 60 in Mitose und 540 nicht in Mitose, Behandlung 30 und 570.

Wäre die Behandlung wirkungslos, müssten beide Gruppen denselben Anteil haben. Insgesamt sind 90 von 1200 Zellen in Mitose, also 7,5 %. Erwartet werden daher in jeder Gruppe 0,075 · 600 = 45 Zellen in Mitose und 555 ohne. Nun rechnest du für jedes der vier Felder (beobachtet − erwartet)² : erwartet und addierst: 15² : 45 + 15² : 45 + 15² : 555 + 15² : 555 = 5 + 5 + 0,41 + 0,41 ≈ 10,8.

Eine Vierfeldertafel hat einen Freiheitsgrad. Der kritische Wert für eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % liegt bei 3,84. Da 10,8 deutlich darüber liegt, ist der Unterschied signifikant: Mit Zufall allein lässt er sich kaum erklären. Wie der Chi-Quadrat-Test grundsätzlich funktioniert, erklärt die Seite Chi-Quadrat-Test in der Genetik. Beachte: Der Test sagt nichts über systematische Fehler. Haben beide Gruppen an unterschiedlichen Stellen der Wurzel gezählt, kann auch ein signifikantes Ergebnis falsch sein.

Fachbegriffe

Mitoseindex

Anteil der Zellen in Mitose an allen gezählten Zellen eines Präparats, in Prozent.

Phasenindex

Anteil der Zellen in einer bestimmten Mitosephase an allen gezählten Zellen.

Strichliste

Zähltabelle, in der jede Zelle genau einer Phase zugeordnet wird.

Prozentpunkt

Absolute Differenz zweier Prozentwerte, z. B. von 12 % auf 6 % = 6 Prozentpunkte.

Allium-Test

Standardverfahren, bei dem Wurzeln der Küchenzwiebel genutzt werden, um Wirkungen von Stoffen auf Wachstum und Zellteilung zu prüfen.

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