Oogenese und Spermatogenese: Meiose bei Frau und Mann

Vertiefung zum ThemaMeiose

Die Meiose, die zu einer Eizelle führt, hat bei der Frau oft schon begonnen, bevor sie selbst geboren wurde. Die Meiose, die zu einem Spermium führt, ist dagegen nur wenige Wochen alt. Oogenese und Spermatogenese folgen demselben Grundprinzip, unterscheiden sich aber in Zeitplan, Ergebnis und Folgen so stark, dass sie in Klausuren zu den beliebtesten Vergleichsthemen gehören.

Wann findet die Meiose statt? Ein Zeitplan über das ganze Leben

Beim Menschen läuft die Meiose nur in den Keimdrüsen ab. Wann genau, hängt vom Geschlecht ab, und zwar extrem. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Stationen:

Die Zahlen schwanken stark von Frau zu Frau und je nach Messmethode. Lehrbücher nennen für die Geburt oft eine bis wenige Millionen unreife Eizellen. Ein mathematisches Modell, das Wallace und Kelsey 2010 aus vielen Messungen erstellt haben, kommt im Mittel auf rund 300.000 Follikel je Eierstock. Sinkt der Vorrat unter etwa 1000, beginnen die Wechseljahre, laut diesem Modell im Mittel um das 50. Lebensjahr. Von den vielen Oocyten reifen im Leben einer Frau nur etwa 400 bis zum Eisprung heran.

Meiose bei der Frau: die Oogenese Schritt für Schritt

Die Oogenese ist ein Prozess mit zwei langen Pausen. Ihre Stadien tragen eigene Namen:

1. Oogonien vermehren sichIm Eierstock des weiblichen Fötus teilen sich die Oogonien durch Mitose. Nach heutigem Lehrbuchwissen ist der Vorrat an Eizellen damit vor der Geburt angelegt.
2. Primäre Oocyte: Pause in der Prophase IDie Oogonien wachsen zu primären Oocyten heran, verdoppeln ihre DNA und beginnen die Meiose. In der Prophase I, nach Paarung der Homologen und Crossing-over, halten sie an. Jede Oocyte liegt nun in einer Hülle aus Begleitzellen, einem Follikel. In dieser Pause kann sie bis zu rund 50 Jahre verharren.
3. Meiose I kurz vor dem EisprungAb der Pubertät wächst in jedem Zyklus meist ein Follikel heran. Ein Anstieg des Hormons LH löst die Fortsetzung der Meiose aus. Die Meiose I endet mit einer sehr ungleichen Teilung: Die sekundäre Oocyte behält fast das gesamte Zellplasma, das erste Polkörperchen nur einen Chromosomensatz.
4. Eisprung in der Metaphase IIDie sekundäre Oocyte beginnt sofort die Meiose II, hält aber in der Metaphase II erneut an. In diesem Zustand verlässt sie beim Eisprung den Eierstock.
5. Meiose II bei der BefruchtungDringt ein Spermium ein, wird die Meiose II abgeschlossen. Wieder entsteht eine winzige Zelle, das zweite Polkörperchen. Danach vereinigen sich die Chromosomensätze von Eizelle und Spermium, und es entsteht die diploide Zygote.

Wer die einzelnen Stadien in Klausuren mit Chromosomensätzen und DNA-Gehalt beschreiben muss, findet die passenden Angaben auf der Seite n und c: Chromosomensatz und DNA-Gehalt. Eine primäre Oocyte in der Pause ist 2n4c, eine sekundäre Oocyte 1n2c.

Was sind Polkörperchen?

Polkörperchen sind die kleinen Schwesterzellen der Eizelle, die bei den beiden Meiose-Teilungen entstehen. Sie erhalten jeweils einen vollständigen Chromosomensatz, aber kaum Zellplasma. Sie können sich nicht zu einem Embryo entwickeln und gehen nach kurzer Zeit zugrunde. Weil sich das erste Polkörperchen manchmal noch einmal teilt, findet man zwei oder drei Polkörperchen.

Warum dieser Aufwand? Eine Eizelle muss den frühen Embryo in den ersten Tagen allein versorgen: mit Nährstoffen, Mitochondrien und gespeicherten Bauanleitungen in Form von mRNA. Würde sich das Plasma bei jeder Teilung halbieren, bliebe für jede Eizelle nur ein Viertel. Die Natur löst das Problem, indem sie die überzähligen Chromosomensätze in Minizellen abschiebt. Möglich wird das, weil der Spindelapparat dicht unter die Zellmembran wandert und die Zytokinese ganz am Rand stattfindet. Wie eine solche asymmetrische Teilung funktioniert, erklärt die Seite Zytokinese.

Spermatogenese: Millionen Spermien jeden Tag

Ganz anders arbeiten die Hoden. In ihren Samenkanälchen sitzen Stammzellen, die Spermatogonien, die sich ab der Pubertät ein Leben lang durch Mitose teilen. Ein Teil der Tochterzellen bleibt Stammzelle, ein anderer wächst zur primären Spermatocyte heran und tritt in die Meiose ein. Nach der Meiose I gibt es zwei sekundäre Spermatocyten, nach der Meiose II vier Spermatiden. Diese Zellen trennen sich bei den Teilungen nicht vollständig, sondern bleiben über feine Plasmabrücken verbunden. So reifen ganze Gruppen gleichzeitig.

Die runden Spermatiden verwandeln sich in der Spermiogenese in bewegliche Spermien: Der Kern wird stark verdichtet, aus dem Golgi-Apparat entsteht eine Kappe mit Enzymen (Akrosom), eine Geißel wächst aus, Mitochondrien lagern sich im Mittelstück an, und überflüssiges Zellplasma wird abgestoßen. Versorgt werden die Zellen dabei von großen Stützzellen, den Sertoli-Zellen. Von der Stammzelle bis zum fertigen Spermium vergehen nach Lehrbuchangaben rund 65 Tage. Ein häufig zitiertes Lehrbuch der Entwicklungsbiologie gibt an, dass jeder Hoden täglich etwa 100 Millionen Spermien bildet.

Oogenese und Spermatogenese im Vergleich

Fachbegriffe

Oogenese

Bildung von Eizellen im Eierstock durch Mitosen, Wachstum und Meiose.

Spermatogenese

Bildung von Spermien im Hoden durch Mitosen, Meiose und Reifung.

primäre Oocyte

Diploide Eizellvorstufe, die bis zum Eisprung in der Prophase I pausiert.

sekundäre Oocyte

Haploide Eizelle nach der Meiose I; wird in der Metaphase II beim Eisprung freigesetzt.

Polkörperchen

Kleine Zelle mit einem Chromosomensatz und kaum Plasma, die bei der Eizellbildung abgeschnürt wird.

Spermiogenese

Umbau der runden Spermatiden zu beweglichen Spermien mit Kopf, Mittelstück und Geißel.

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