Die Meiose, auch als Reifeteilung bezeichnet, ist ein spezialisierter Zellteilungsprozess, der bei sexuell reproduzierenden Organismen stattfindet. Ihr Hauptzweck ist die Reduktion des Chromosomensatzes von diploid auf haploid und die Erzeugung genetischer Variabilität. Dieser Prozess ist essenziell für die Bildung von Keimzellen, also Spermien und Eizellen bei Tieren, beziehungsweise Pollenkörnern und Eizellen bei Pflanzen.

Die Meiose gliedert sich in zwei aufeinanderfolgende Teilungsschritte: die Meiose I und die Meiose II. Jeder dieser Schritte umfasst wiederum die Phasen Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Vor dem Beginn der Meiose I findet wie bei der Mitose eine Replikation der DNA statt, sodass jedes Chromosom aus zwei identischen Schwesterchromatiden besteht.

Die Meiose I wird auch als Reduktionsteilung bezeichnet, da hier die Anzahl der Chromosomen halbiert wird. In der Prophase I, der längsten und komplexesten Phase der Meiose, paaren sich die homologen Chromosomen und bilden Bivalente. Während dieser Paarung kann es zum sogenannten Crossing-over kommen, einem Austausch von genetischem Material zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden der homologen Chromosomen. Dieser Rekombinationsprozess ist ein entscheidender Mechanismus zur Erhöhung der genetischen Vielfalt.

Nach der Prophase I ordnen sich in der Metaphase I die gepaarten homologen Chromosomen in der Äquatorialebene der Zelle an. In der Anaphase I trennen sich die homologen Chromosomenpaare und werden zu entgegengesetzten Polen gezogen, wobei jedes Chromosom weiterhin aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Die Telophase I führt zur Bildung von zwei haploiden Zellen, die jedoch noch Chromosomen mit jeweils zwei Chromatiden enthalten. Oft schließt sich direkt eine Zytokinese an, die die Zellen physisch voneinander trennt.

Die Meiose II, auch als Äquationsteilung bekannt, ähnelt in ihrem Ablauf stark einer mitotischen Teilung. Hier wird die Anzahl der Chromatiden pro Chromosom reduziert, ohne dass sich die Chromosomenzahl weiter halbiert. Zwischen Meiose I und Meiose II gibt es keine erneute DNA-Replikation.

In der Prophase II bereiten sich die Chromosomen in den beiden haploiden Tochterzellen auf die nächste Teilung vor. In der Metaphase II richten sich die Chromosomen einzeln in der Äquatorialebene aus. Die Anaphase II ist durch die Trennung der Schwesterchromatiden gekennzeichnet, die nun als einzelne Chromosomen zu den entgegengesetzten Polen wandern. Die Telophase II führt schließlich zur Bildung von insgesamt vier haploiden Tochterzellen, wobei jede Zelle einen haploiden Satz einzelner, nicht replizierter Chromosomen enthält.

Das Endergebnis der Meiose sind also vier genetisch unterschiedliche haploide Zellen aus einer einzigen diploiden Mutterzelle. Bei der Spermatogenese beim Mann entstehen vier funktionelle Spermien. Bei der Oogenese bei der Frau entsteht hingegen nur eine große, funktionelle Eizelle und drei kleinere Polkörper, die im Allgemeinen degenerieren. Dies stellt sicher, dass die Eizelle ausreichend Zytoplasma und Nährstoffe für die frühe Embryonalentwicklung erhält.

Die Bedeutung der Meiose für die sexuelle Fortpflanzung und die Evolution kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Durch die Reduktion der Chromosomenzahl wird sichergestellt, dass bei der Befruchtung, der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle, der diploide Chromosomensatz der Art wiederhergestellt wird. Die beiden Hauptmechanismen der genetischen Rekombination – das Crossing-over in der Prophase I und die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen in der Anaphase I – garantieren eine enorme Vielfalt an Genkombinationen in den Nachkommen. Diese genetische Diversität ist entscheidend für die Anpassungsfähigkeit von Populationen an sich ändernde Umweltbedingungen und somit ein Motor der Evolution.

Im Gegensatz zur Mitose, die der Zellvermehrung und dem Wachstum dient und diploide, genetisch identische Tochterzellen hervorbringt, ist die Meiose ausschließlich auf die Erzeugung von Keimzellen und die Aufrechterhaltung der Chromosomenzahl über Generationen hinweg spezialisiert. Fehler während der Meiose, wie eine fehlerhafte Trennung von Chromosomen, können zu Aneuploidien führen, bei denen die Nachkommen eine abnormale Anzahl von Chromosomen aufweisen, wie beispielsweise beim Down-Syndrom.