Arbeitsblatt: Genetik Lernzirkel

ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Bau einer menschlichen Zelle Jedes Lebewesen, ob Pflanze oder Tier, ist aus mikroskopisch kleinen Einheiten, den sogenannten Zellen, aufgebaut. So besteht zum Beispiel der menschliche Körper aus ungefähr 6 Billionen Einzelzellen, die alle ganz bestimmte Aufgaben zu erfüllen haben Knochenzellen, Muskelzellen, Nervenzellen, Blutzellen etc. Die Zellen der Pflanzen und Tiere sind alle nach demselben Grundbauplan aufgebaut und unterscheiden sich nur in einigen wenigen Merkmalen. Die vier typischen Grundbausteine einer tierischen Zelle 1.Zellmembran: Dünne und poröse Zellwand, welche die ganze Zelle schützend umgibt und sie in Form hält. Da die Zellwand kleinste Löcher ( Poren) aufweist, stehtsie dauernd in direktem Kontakt mit ihren Nachbarzellen. 2. Zellplasma: Gallertartige Substanz, die die ganze Zelle ausfüllt. 3. Zellkern: Ist das Gehirn der Zelle, steuert alle Stoffwechselvorgänge und enthält das gesamte Erbmaterial. 4.Zellorganellen: Kleinste Organe, welche in der Zelle die verschiedensten Aufgaben zu erfüllen haben. Arbeitsanweisungen: Beschrifte die Abbildung einer stark vergrösserten, tierischen Zelle und male die Skizze sinnvoll aus. Erstelle eine Legende. NL: Genetik 1 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Bau und Funktionen der einzelnen Zellbausteinchen Nachfolgend sind die einzelnen Zellorganellen und Zellbausteinchen steckbriefartig beschrieben. Arbeitsanweisungen: Lies die Angaben aufmerksam durch und vergleiche jeweils mit Hilfe der Abbildung von Arbeitsblatt 1 deren Standorte. Unterstreiche anschliessend die wichtigsten Begriffe im Text. Zellmembran Dünne, weiche, elastische und mit kleinsten Löchern ( Poren) versehene Haut, die die Zelle schützend umgibt und zusammenhält; sie kann Nährstoffe und Sauerstoff aus dem Gewebswasser aufnehmen, Fertigprodukte und Abfallstoffe (z.B. Kohlendioxid) wieder an die Umgebung abgeben. Zellkern ( Nukleus) Kugelförmiges, meist in der Zellmitte angeordnetes Gebilde, welches das Gehirn der Zelle ist; er steuert die gesamten Stoffwechselvorgänge der Zelle und den Zellaufbau; hier befindet sich das Erbmaterial auf den sogenannten Chromosomen. Chromosomen Befinden sich im Zellkern und bestehen aus spiralförmig angeordneten Eiweissfäden ( DNS-Fäden); auf ihnen befindet sich das gesamte Erbmaterial eines Lebewesens Träger der Erbsubstanz ( Gene). Zellkernkörperchen Sind im Zellkern und besitzen eine körnige Struktur; sie enthalten eine ( Nukleolus) grosse Menge einer eiweisshaltigen Säure ( RNS-Fäden), welche für den Auf- bau der Chromosomen sehr wichtig ist. Zytoplasma Wasserhaltige, gallertartige Substanz der Zelle; da hier alle Zellorganellen eingelagert sind, finden hier auch die meisten Zellaktivitäten statt. Zellkernmembran Umgibt den Zellkern als doppelschichtige Hülle; da sie wie die Zellmembran kleinste Löcher aufweist, reguliert sie den Stoffaustausch zwischen dem Zellkern und dem Zellplasma ( Zytoplasma). Endoplasmatisches Ist ein weitverzweigtes Röhren- und Lamellensystem, das als Kanalnetz Retikulum für den Stofftransport zwischen dem Zellkern und dem Zellplasma dient; hier befinden sich auch die sogenannten Ribosomen. Golgi-Apparat Flache, sackartige Gebilde, die chemische Stoffe und Eiweissprodukte spei- chern, um diese bei Bedarf an die Zelle abzugeben; der GolgiApparat ist die eigentliche Vorratskammer der Zelle. Mitochondrien Flache, ovale Körperchen, welche das Kraftwerk der Zelle bilden; sie ent- halten Stoffe ( Enzyme), die die Umwandlung von Nährstoffen in Energie durchführen können; ihre Anzahl pro Zelle liegt bei ca. 800 Stück. Ribosomen Diese kleinen, rundlichen Gebilde befinden sich vor allem im Endoplasmati- schen Retikulum, und sie erzeugen die Eiweissprodukte ( RNS), welche für den Chromosomenaufbau gebraucht werden. Zentrosomen ( Centromer) Zylindrisch angeordnete Körperchen, die bei der Zellteilung eine wichtige Rolle spielen; sie bewegen die beiden Zellpole voneinander weg. Lysosomen Kleine, runde Speichersäckchen, welche Stoffe ( Enzyme) enthalten, die Bakterien zerstören und beschädigte Zellorganellen abbauen können; sie sind also die eigentlichen Abfallbeseitiger ( Müllschlucker) in einer Zelle. NL: Genetik 2 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Chromosomen Träger der Erbanlagen In jedem Zellkern befindet sich ein verworrenes Gerüst eines eiweisshaltigen Stoffes, der sich mit bestimmten Farbstoffen anfärben lässt. Wegen dieser Eigenschaft wird der Eiweissstoff auch Chromatin ( Farbe) genannt. Teilt sich die Zelle, so bilden sich aus dem Chromatin deutlich erkennbare Einzelstrukturen von fadenähnlicher Gestalt. Diese Gebilde heissen Chromosomen. Sie besitzen bei jedem Lebewesen typische Formen und Grössen. Merke: Die Chromosomen bestehen aus eiweisshaltigen, dünnen und spiralig gewundenen Fäden. Diese Fäden heissen DNS-Fäden ( Desoxyribonukleinsäure). Die DNS-Fäden beinhalten in verschlüsselter Form die gesamten Erbanlagen Gene eines Lebewesens. Auf den Chromosomen sind also alle Merkmale und Eigenschaften für die Nachkommen gespeichert. Jede Art von Lebewesen, egal ob Pflanze oder Tier, besitzt in den Zellkernen eine ganz bestimmte und charakteristische Anzahl von Chromosomen, die immer gleichbleibend ist. In der Regel stimmen jeweils zwei Chromosomen in Grösse und Gestalt überein und bilden so ein Chromosomenpaar. Arbeitsanweisungen: Ergänze die Chromosomenpaarzahlen bei den in der folgenden Tabelle aufgeführten Lebewesen. Tier- oder Pflanzenart Anzahl Chromosomen paare in den Körperzellen Pferdespulwurm Stubenfliege Seeigel Hausmaus MENSCH Gartenschnecke Hausrind Erbse Weizen Wurmfarn Wie wir aus der Tabelle erkennen können, spielt scheinbar nicht die Anzahl der Chromosomenpaare die entscheidende Rolle, sondern wieviel Erbinformationen je auf einem Chromosomenpaar gespeichert sind. Wäre dem nicht so, so müsste ein Wurmfarn ja mehrfach intelligenter und komplizierter sein als ein Mensch (!). Tatsächlich unterscheiden sich die Chromosomenpaare recht stark in ihrer Grösse und auch in ihrem Aussehen. NL: Genetik 3 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Chromosomenbau (1) Die folgenden drei Abbildungen zeigen zuerst eine tierische Zelle mit Zellkern und angefärbten Chromosomen, dann ein stark vergrössertes Einzelchromosom mit dem spiralig gewundenen DNS-Faden und schliesslich ein nochmals vergrösserter Ausschnitt aus dem DNS-Faden. Arbeitsanweisungen: Studiere die Zeichnungen und lies anschliessend die entsprechenden Ergänzungstexte dazu. Zellkern mit Chromosomen Alle Chromosomen sind an einer ganz bestimmten Stelle eingeschnürt und erhalten so eine spezielle Gliederung, die für jedes Chromosom verschieden ist. Daran erkennt man es. Der DNS-Faden besteht aus Eiweissmolekülen, der sehr lang und dünn ist; man kann ihn von der Form her mit einer spiralig um eine Säule herumgelegte Strickleiter vergleichen. Auf diesem Faden liegen tausende von Erbanlagen Genen, die bei der Zellteilung an die nächsten Zellen und folgenden Generationen weitervererbt werden. Der eiweisshaltige DNS-Faden mit seinen Erbanlagen stellt den Schlüssel zur Organisation aller Lebensformen dar. Erst nach vielen Jahren der Forschung ist es gelungen, einige wenige Erbmerkmale des Menschen auf der DNS bestimmter Chromosomen genau zu lokalisieren. So kennt man zum Beispiel heute die Ursache verschiedener Erbkrankheiten, weil bestimmte Defekte an bestimmten Chromosomen vorhanden sind. Das Ziel der Forschung ist es natürlich, diese Defekte gezielt beseitigen zu können allerdings sind mit solchen sogenannten Genmanipulationen auch verschiedene Gefahren verbunden, so zum Beispiel die Erschaffung des perfekten Menschen. NL: Genetik 4 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Chromosomenbau (2) Nachfolgend siehst du vier durcheinandergeratene Abbildungen zum Aufbau der Chromosomen. Arbeitsanweisungen: 1. Nummeriere die Abbildungen mit den Ziffern 1 4 gemäss ihrer zunehmenden Vergrösserung. 2. Benenne ihre Strukturen mit den folgenden Begriffen: Chromosom, Chromatinfaden ( Eiweissfaden), DNS-Faden, Chromosomensatz 3. Male die Zeichnungen sinnvoll aus. NL: Genetik 5 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Der menschliche Chromosomensatz (1) Jede unserer menschlichen Körperzellen enthält in den Zellkernen, wie wir bereits erfahren haben, genau 46 einzelne Chromosomen, welche die gesamte Erbanlage für die Merkmale des Menschen besitzen. Da immer zwei Chromosomen in ihrer Grösse und Gestalt übereinstimmen, ergibt dies für den menschlichen Chromosomensatz 23 verschiedene Paare. Dabei befinden sich auf diesen 23 Paaren nicht nur die Instruktionen für den Bauplan, sondern es sind auch sämtliche Details und individuellen Merkmale vorhanden wie zum Beispiel Sommersprossen, Haarfarbe, Sehstärke, Fussgrösse, Ohrform etc. Nach ihrer Ähnlichkeit werden nun die Chromosomen in Gruppen zusammengefasst (Kennbuchstaben- A-G) und paarweise durchnummeriert (Ziffern 1-23). Bei dieser Gruppeneinteilung stellt sich jetzt aber ein wichtiger Unterschied im Zuordnungsdiagramm von Mann und Frau heraus: Im männlichen Geschlecht findet man ein ungleiches Chromosomenpaar. Das kleinere der beiden, das nur der Mann besitzt, wird als Y-Chromosom bezeichnet. Das grössere heisst X-Chromosom. Es kommt beim Mann einfach, bei der Frau jedoch doppelt vor. Merke! Jeder Mensch besitzt 22 Paare Körperchromosomen und ein Paar Geschlechtschromosomen. Das männliche Geschlechtschromosomenpaar wird mit XY bezeichnet! Das weibliche Geschlechtschromosomenpaar wird mit XX bezeichnet! Das folgende Zuordnungsdiagramm zeigt die 22 Paare Körperchromosomen und je das Geschlechtschromosomenpaar für den Mann und die Frau. Das Geschlechtschromosomenpaar ( 23. Paar): Beim Mann NL: Genetik XY Bei der Frau XX 6 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Der menschliche Chromosomensatz (2) Schneide die Chromosomenabbildungen mit den zugehörigen Nummern aus und lege die gleichaussehenden Chromosomen zu Paaren zusammen. Dabei ist aber jeweils nur ein Chromosom jedes Chromosomenpaares mit einer Nummer versehen das zweite Chromosom musst du suchen. NL: Genetik 7 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Der menschliche Chromosomensatz (3) Arbeitsauftrag: • Klebe die vom vorherigen Arbeitsblatt (AB 7) ausgeschnittenen Chromosomenpaare an die jeweils richtige Stelle ins untenstehende Diagramm ein. • Welche Aussage kannst du über den Menschen machen, dessen Chromosomensatz hier vorliegt? NL: Genetik 8 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Männliche Geschlechtszellen Die männliche Samenzelle Spermienzelle Aus der Samenmutterzelle, die 22 Körperchromosomenpaare und das Geschlechtschromosomenpaar XY besitzt, entwickeln sich vier Samenzellen mit 22 einzelnen Körperchromosomen und mit dem Geschlechtschromosom oder Y. Die männlichen Samenzellen ( Spermien) besitzen also nur noch 23 Einzelchromosomen, da sie sich ja später wieder mit der weiblichen Eizelle, die auch nur 23 Einzelchromosomen aufweist, zu 23 Chromosomenpaaren vereinigen werden. Da die Samenzellen in der Samenflüssigkeit in den oberen Teil des weiblichen Eileiters schwimmen müssen, haben sie sich zu schwimmfähigen und hochspezialisierten Zellen entwickelt. Arbeitsanweisungen: Die folgende Abbildung zeigt ein etwa 0,04 mm langes Spermium. Beschrifte die Zeichnung mit Hilfe der folgenden Begriffe: Schwanzfaden, Eiweisshülle, Kopf, Muskelfäden mit Mitochondrien, Mittelstück, Zellkern mit 23 Einzelchromosomen. NL: Genetik 9 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Weibliche Geschlechtszellen Die weibliche Eizelle Aus der Eimutterzelle, die 22 Körperchromosomenpaare und das Geschlechtschromosomenpaar XX besitzt, entwickeln sich im Eierstock vier Eizellen mit 22 einzelnen Körperchromosomen und mit dem Geschlechtschromosom X. Von den vier Eizellen gelangt allerdings nur immer eine einzige Eizelle zur Reifeentwicklung, die anderen drei sterben mangels Zellplasma ab. Das Geschlecht des Kindes wird bei der Befruchtung allein durch die männliche Samenzelle bestimmt, da sie ein X- oder ein Y- Chromosom enthalten kann; die weibliche Eizelle enthält dagegen nur immer ein X- Chromosom. Je nachdem, ob eine männliche Samenzelle mit einem X- oder eine Samenzelle mit einem Y- Chromosom die weibliche Eizelle zuerst erreicht, entwickelt sich ein Mädchen (XX) oder ein Knabe (XY). Die Chance beträgt etwa je 50 %! Arbeitsanweisungen: Die folgende Abbildung zeigt eine etwa 0,2 mm grosse Eizelle. Beschrifte die Zeichnung mit Hilfe der folgenden Begriffe: Eiplasma ( Zellplasma), Zellkern mit 23 Einzelchromosomen, Eihaut. NL: Genetik 10 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Die Vererbung des Geschlechts beim Menschen Arbeitsanweisungen: Vervollständige das untenstehende Schema zur Vererbung des Geschlechts beim Menschen mit Hilfe der Arbeitsblätter 8 und 9. In die Kreise kommen die Chromosomenzahlen und das Geschlechtschromosom, in die Rechtecke kommen folgende Begriffe: Samenzelle, Befruchtung, Eimutterzelle, Junge, Bildung von Eimutterzellen, Eizelle, Samenmutterzelle, Mädchen, Bildung von Samenmutterzellen NL: Genetik 11 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Vererbte Merkmale beim Menschen (1) Kinder sehen manchmal einem ihrer Elternteile erstaunlich ähnlich. Auch Geschwister können sich so gleichen, dass sie kaum auseinanderzuhalten sind. Oft ähnelt ein Kind auch seinen Grosseltern. Diese Familienähnlichkeiten beziehen sich alle auf körperliche Merkmale, welche sich relativ leicht beschreiben lassen. Dazu gehören zum Beispiel Augenfarbe, Haarfarbe, Haarform, Gesichtsschnitt, einzelne Gesichtspartien, Sommersprossen, Zunge einrollen, PTH-Schmeckfähigkeit, Blutgruppen, Kurzfingrigkeit, Körpergrösse etc. Bei anderen Merkmalen wie etwa bei besonderen Begabungen oder der Intelligenz, fällt es schon schwerer, diese exakt zu erfassen. Für jedes Erbmerkmal und für jede Eigenschaft sind in der befruchteten Eizelle zwei Erbanlagen vorhanden, und zwar je eine vom Vater und von der Mutter. Ihre Auswirkung lässt sich am Aussehen der Nachkommen feststellen. So haben Kinder oft die gleiche Augen- und Haarfarbe und auch die gleiche Nasenform eines Elternteils. Die Weitergabe von Merkmalen und Eigenschaften an die nachfolgenden Generationen bezeichnet man als Vererbung! NL: Genetik 12 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Vererbte Merkmale beim Menschen (2) Arbeitsanweisungen: Untersuche das Auftreten der nachfolgend genannten, vererbbaren Merkmale a) an dir selbst, b) in deiner Familie und c) in deiner Klasse ( tritt auf; fehlt). Mutter Vater Zungenrollen Ohrläppchen angewachsen Augenfarbe (Irisfarbe) blau grün braun Sommersprossen Haaransatz zum Gesicht spitz verlaufend Haarform glatt gewellt lockig Haarfarbe hell dunkel Fingerglieder behaart Rückbiegen des Daumens NL: Genetik 13 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Vererbte Merkmale beim Menschen (3) Die Schmeckfähigkeit einer PTH-Lösung ( Phenylthioharnstoff) ist ein typisches vererbbares Merkmal. Dabei gelten folgende Begebenheiten: Beherrschende ( dominante) Funktionsmerkmale werden mit Grossbuchstaben, nicht beherr-schende ( rezessive) Funktionsmerkmale werden mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet: : Funktionsmerkmal für Schmecker (beherrschend) : Funktionsmerkmal für Nichtschmecker (nicht beherrschend) Die Körperzellen enthalten immer zwei Erbmerkmale (hier zwei Buchstaben), die Geschlechtszellen dagegen immer nur ein Erbmerkmal (hier ein Buchstabe) von jeder Person. Bei unserem Beispiel können also bei den Körperzellen nur die Kombinationen ss, Ss und SS vorkommen: SS reinerbig mit zwei dominanten ( beherrschenden) Funktionsmerkmalen ss reinerbig mit zwei rezessiven ( nicht beherrschenden) Funktionsmerkmalen Ss mischerbig mit einem dominanten und einem rezessiven Funktionsmerkmal Arbeitsanweisungen: Trage die Erscheinungsbilder (Schmecker, Nichtschmecker) und die möglichen Erbbilder (SS, Ss, ss) in den folgenden Familienstammbaum über PTH-Schmeckfähigkeit ein. NL: Genetik 14 AS 01.08 ERBLICHE MERKMALE DES MENSCHEN Vererbte Merkmale beim Menschen (4) Die Kurzfingrigkeit ist ebenfalls ein typisches vererbbares Merkmal. Dabei gelten folgende Begebenheiten: : dominantes ( beherrschendes) Funktionsmerkmal für Kurzfingrigkeit : rezessives ( nicht beherrschendes) Funktionsmerkmal für Normalfingrigkeit Arbeitsanweisungen: Trage die Erscheinungsbilder (kurzfingrig, normalfingrig) und die möglichen Erbbilder (KK, Kk, kk) in den folgenden Familienstammbaum über Kurzfingrigkeit ein. NL: Genetik 15 AS 01.08 ZELLTEILUNG Mitose Neue Zellen entstehen nur durch Teilung einer bereits vorhandenen Mutterzelle. Auf diesem Vorgang beruht die vegetative Vermehrung von Pflanzen und Tieren, aber auch das Wachstum aller Pflanzen und Tiere. Vor einer Zellteilung werden alle Erbinformationen im Zellkern verdoppelt. Erst jetzt teilt sich die Zelle. Dieser Vorgang heisst Mitose. Auftrag: Ordne die Bilder des Schnipselblattes (Reifeteilung Zellteilung) zum nachfolgenden Text. Kennzeichne gleiche Zellbestandteile und koloriere sie mit identischen Farben. Phasen der Mitose Zu Beginn einer Mitose sind die Chromosomen noch unsichtbar. Nur der Nukleus und die Kernmembran sind auszumachen. Die Spindelfasern greifen am Centromer an. Die Chromatiden trennen sich. Die jetzt sichtbar gewordenen Chromosomen verkürzen und verdicken sich. Jeweils zwei, welche nach Grösse und Gestalt übereinstimmen, kommen nebeneinander zu liegen. Die Chromatiden werden vom Spindelapparat zu den Polen gezogen. Die entstandenen Chromosomenpaare lagern sich in der Aequatorialebene an. Es bilden sich Polkörperchen. Der Nukleus löst sich auf. Die Zelle teilt sich. In der Aequatorialebene entsteht eine neue Zellmembran. Es bilden sich zwei identische neue Zellen. Von den Polkörperchen her bildet sich der Spindelapparat. Die Kernmembran zerfällt. NL: Genetik 16 AS 01.08 REIFETEILUNG Meiose Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung vereinigen sich zwei geschlechtsverschiedene Keimzellen (Gameten) zu einer neuen Zelle (Zygote). Ein besonderer Zellteilungsvorgang, die Meiose, sorgt für eine Halbierung des Chromosomensatzes in den Keimzellen. In einem ersten Schritt wird der jeweils doppelte Chromosomensatz der weiblichen wie auch der männlichen Zelle auf einen einfachen Satz reduziert. Nachher verläuft der Vorgang vergleichbar mit der Mitose. Die Chromosomenpaare bilden sich aus männlichen und weiblichen Chromosomen. Die Paarbildung erfolgt nach Zufall. Das Erbgut wird dadurch vermischt. Anpassungen an neue Umweltgegebenheiten können so mit der Zeit angepasst werden. Auftrag: Ordne die Bilder des Schnipselblattes (Reifeteilung Zellteilung) zum nachfolgenden Text NL: Genetik Chromosomen bilden eine Spirale und lagern sich nebeneinander. Nukleus und Kernmembran sind sichtbar. Chromosomen entspiralisieren sich zum Teil. Kern- und Zellmembran wird gebildet. Zwei Tochterzellen mit einfachem Chromosomensatz entstehen. Bildung von identischen Chromosomenpaaren. Nukleus und Kernmembran lösen sich auf. Spindelapparat greift am Centromer an. Die Kernmembran hat sich wieder aufgelöst. Der Spindelapparat zieht die identischen Chromosomenpaare am Centromer auseinander. Die Chromatiden werden zu den Polen gezogen. Die Chromosomen liegen an den Polen. Kurze Ruhephase. Die Zellmembran schnürt sich ein. Nukleus und Kernmembran sind vorhanden. Es sind vier Keimzellen mit einfachem Chromosomensatz entstanden. 17 AS 01.08 REIFETEILUNG ZELLTEILUNG (SCHNIPSELBLATT) Meiose Mitose NL: Genetik 18 AS 01.08 ZELLTEILUNG UND VERMEHRUNG Vegetative Vermehrung (1) Bei der vegetativen (ungeschlechtlichen) Vermehrung werden die Nachkommen durch Zellteilung gebildet. Oft werden auch ganze Zellverbände vom Mutterorganismus losgelöst. Ein Geschlechtspartner ist dadurch unnötig. Im Pflanzenreich ist die vegetative Vermehrung sehr verbreitet. Zellteilung eines Einzellers (Pantoffeltierchen) Erdbeere Die Tochterpflanzen bilden sich an den Seitensprossen, den Ausläufern. Sobald die Tochtergewächse Wurzeln haben, lösen sie sich von der Mutterpflanze. Brombeere Seitensprosse bilden Senker, welche bei Bodenkontakt Wurzeln bilden. NL: Genetik 19 AS 01.08 ZELLTEILUNG UND VERMEHRUNG Vegetative Vermehrung (2) Kartoffel Die Nachkommen entwickeln sich aus den „Kartoffelaugen. Die Stengel verbreiten sich im Boden und bilden an ihren Enden Knollen. Jeder dieser Knollen entwickelt im folgenden Jahr eine neue Pflanze. Bryophyllum (Brutblatt) In den Blattkerben entstehen Blattrosetten die abfallen und Wurzeln bekommen. Bei geeignetem Boden entwickeln sich in kurzer Zeit neue Pflanzen. Süsswasserpolyp Am Körper des Muttertieres wachsen winzige neue Tierchen, welche sich vom Muttertier lösen und ihr eigenes Leben beginnen. Vegetative Vermehrung Vorteile Nachteile schnelle Vermehrung Nachkomme ist identisch einfacher Vorgang keine Durchmischung des Erbgutes keine Partnersuche nur langsame Anpassung an Umweltveränderungen NL: Genetik 20 AS 01.08 VERERBUNG Johann Gregor Mendel Erste planmässige Erbversuche Schon seit Jahrtausenden züchtet der Mensch Nutztiere und Kulturpflanzen, ohne die Grundlagen der Vererbung zu kennen. Bis weit in die Mitte des 19. Jahrhunderts wusste man noch nicht, wie die Ähnlichkeiten oder die fast völligen Übereinstimmungen zwischen dem Elternorganismus und den Nachkommen zustande kommen. Johann Gregor Mendel (1822 1884), ein Bauernsohn, wurde Mönch und später Abt des Augustinerklosters in Brünn (Tschechische Republik). Er studierte Naturwissenschaften in Wien und unterrichtete später am Gymnasium in Brünn. In dieser Zeit begann er im Klostergarten mit Kreuzungsversuchen. Etwa 10 Jahre lang führte er Züchtungsversuche mit Erbsen durch. Dabei ging es ihm um die Frage, ob und wie unterschiedliche Merkmale der Eltern bei den Nachkommen in Erscheinung treten. Als Ausgangsformen verwendete er zunächst Erbsensorten, die sich nur in einem Merkmal unterschieden, z.B. in der Samen- NL: Genetik farbe (gelb oder grün) oder in der Samenform (rund oder runzlig). Durch künstliche Bestäubung der Blüten der einen Rasse mit dem Pollen der anderen Rasse vollzog er die Kreuzung dieser beiden Arten. Alle aus solchen planmässigen Kreuzungen hervorgegangenen Mischlinge wurden von Mendel nach Merkmalen gruppiert und ausgezählt. Mit den Nachkommen dieser Mischlinge verfuhr er auf die gleiche Art. So konnte er die Vererbung eines bestimmten Merkmals über viele Generationen hinweg verfolgen. Durch diese Versuche und ihre kluge Deutung wurde er der Begründer der modernen Genetik. Im Jahr 1865 veröffentlichte Mendel die Ergebnisse seiner Versuchsreihen. Doch Mendels Zeitgenossen, auch die Gelehrten, verstanden die Bedeutung seiner Arbeiten nicht. Erst um 1900 wurden die Gesetzmässigkeiten der Vererbung von anderen Forschern wiederentdeckt und ihm zu Ehren „Mendelsche Gesetze genannt. 21 AS 01.08 VERERBUNG Mendelsche Gesetze (1) Kreuzt man eine rotblühende Wunderblume (R) mit einer weissblühenden (W), so entwickeln sich daraus ausschliesslich rosarotblühende Wunderblumen. Alle Nachkommen sehen untereinander verglichen gleich aus und halten mit ihrer rosaroten Blütenfarbe die Mitte zwischen ihren rein roten und rein weissen Blüten der Eltern. Viele Versuche mit Pflanzen und Tieren bestätigen diese Regelmässigkeit. Daraus leitete Mendel sein erstes Gesetz ab: Erstes Mendelsches Gesetz Uniformitätsgesetz Kreuzt man zwei Individuen, die reinerbig sind, so sind die Nachkommen der ersten Tochtergeneration untereinander gleich. NL: Genetik 22 AS 01.08 VERERBUNG Mendelsche Gesetze 2 Die Erkenntnis aus diesen Versuchen mit der Wunderblume erstaunen nicht. Die Verwunderung kommt erst, wenn nun die Mischlinge (Bastarde) untereinander gekreuzt werden. Es entstehen jetzt nicht alleine Blumen mit rosaroten Blüten. Wir finden unter den Nachkommen auch reine rote und reine weisse Blumen, genau so, wie ihre Grosseltern waren. Führt man diese Versuche mit einer grossen Anzahl Samen aus, so erhält man ein recht regelmässiges Verhältnis zwischen den einzelnen Blütenfarben. Dieses Verhältnis liegt bei 1 2 1, das heisst, im Durchschnitt sind von 4 Pflanzen der zweiten Mischlingsgeneration 1 rotblühend, 2 rosablühend und 1 weissblühend. Daraus leitete Mendel sein zweites Gesetz ab: Zweites Mendelsches Gesetz Spaltungsgesetz Kreuzt man mischerbige Individuen der 1. Tochtergeneration, so spalten sich die Nachkommen der 2. Tochtergeneration in drei Gruppen (im Verhältnis 1 2 1). NL: Genetik 23 AS 01.08 VERERBUNG Mendelsche Gesetze 3) Kreuzen wir Individuen, die sich in mehr als nur einem Merkmal unterscheiden, so wird die Sache schwieriger. Bei Kreuzung von Individuen, die sich in nur einem Merkmal unterscheiden, treten unter den Nachkommen keine Pflanzen oder Tiere auf, welche anders als ihre Ausgangsindividuen aussehen. Kreuzen wir Individuen, die sich in mehr als nur einem Merkmal unterscheiden, so treten Neuerscheinungen auf. Wirklich Neues entsteht aber nicht, es sind vielmehr neue Kombinationen von bereits Bestehendem. Dadurch entsteht die Möglichkeit, Merkmale gezielt zu kombinieren. Diese Tatsache ist in der Natur beobachtbar. Der Mensch setzt diese Möglichkeiten beim Züchten neuer Arten gezielt ein. Daraus leitet sich das dritte Mendelsche Gesetz ab: Drittes Mendelsches Gesetz Kombinationsgesetz Kreuzt man reinerbige Individuen mit mehr als nur einem unterschiedlichen Merkmal, so treten bei den Nachkommen alle Merkmal-Kombinationen der Eltern auf. NL: Genetik 24 AS 01.08