518 Lebewesen in ihrer Umwelt

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1 518 Lebewesen in ihrer Umwelt Vererbungslehre 1. Grundlagen und Gesetzmäßigkeit der Vererbung 1.1. Versuche zur Vererbung A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen I. MENDELs Versuchsobjekt, die Gartenerbse MENDEL hat sein Versuchsobjekt offenkundig nach sorgfältigen Überlegungen ausgewählt. Er konnte beim Samenhändler Erbsen in unterschiedlichen Formen und Farben billig kaufen. Erbsen sind Selbstbefruchter, was MENDEL bei vielen seiner Kreuzungen nutzte. Die Kreuzung zweier verschiedener Pflanzen ist mit relativ einfacher Technik möglich. Die problemlose Kultur, der kurze Generationszyklus und die hohe Nachkommenzahl sind genauso Vorteile wie die leicht zu unterscheidenden Merkmale. Unter den verschiedenen Merkmalen wählte MENDEL die folgenden sieben für seine Untersuchungen aus und züchtete diese zunächst für zwei Jahre lang weiter, bis er sicher sein konnte, dass die ausgewählten Sorten in bezug auf ihre Merkmale reinrassig waren: runde oder runzlige reife Samen gelbe oder grüne Keimblätter 3. violette oder weiße Blüten (graue oder weiße ) Samenschale 4. Hülsen gewölbt oder eingeschnürt 5. grüne oder gelbe unreife Hülsen 6. axiale Hülsen und Blüten entlang dem Stängel endständige Hülsen und Blüten an der Spitze des Stängels lange 7. Sprossachse ( cm) kurze Sprossachse (20-30 cm) C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Blütenbau und künstliche Bestäubung der Erbsenblüte Fahne Flügel Schiffchen Kelch Schiffchen Staubgefäße Narbe Fruchtknoten mit Samenanlagen Samenanlage Kelchblatt Arbeitsblatt 2: Kreuzung einer gelbsamigen mit einer grünsamigen Erbsenrasse 1. Man sät grüne und gelbe Samen getrennt aus. Aus den ausgesäten Samen wachsen die Elternpflanzen heran. Man bestäubt die Narben der Pflanzen, die aus den gelben Samen entstanden sind, mit Blütenstaub, der aus den grünen Samen hervorgegangenen Pflanzen. Die heranreifenden Hülsen enthalten nur gelbe Samen. 2. Die gelben Samen sind Embryonen, die nach der Aussaat zu F 1 -Pflanzen heranwachsen.

2 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Blütenbau und künstliche Bestäubung der Erbsenblüte Benenne die bezifferten Blütenteile! 519 Noch nicht voll entwickelte Blüte

3 520 Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Kreuzung einer gelbsamigen mit einer grünsamigen Erbsenrasse Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover P = Parentalgeneration (Elterngeneration), F 1 = 1. Filialgeneration (1. Tochtergeneration) 1. Beschreibe die dargestellte Kreuzung zweier Erbsenrassen und ihr Ergebnis! 2. Erkläre, weshalb die Samen in den Hülsen der P-Generation die erste Tochtergeneration darstellen!

4 Vererbungslehre Erbbild und Erscheinungsbild A Aufgaben und Versuche 1. Monohybride Erbgänge MENDEL fand bei der Auswertung seiner Kreuzungen mit verschiedenen Erbsenrassen für die F 2 -Generationen von fünf monohybriden Erbgängen folgende Zahlen: Pflanzen mit grünen Hülsen 787 Pflanzen mit langer Blütenachse 6022 Pflanzen mit gelben Keimblättern 882 Pflanzen mit einfach gewölbten Hülsen 651 Pflanzen mit achsenständigen Blüten 152 Pflanzen mit gelben Hülsen 277 Pflanzen mit kurzer Blütenachse 2001 Samen mit grünen Keimblättern 299 Pflanzen mit eingeschnürten Hülsen 207 Pflanzen mit endständigen Blüten 2. Intermediärer Erbgang Die Wunderblume wird als Zierpflanze benutzt. Die Blütenfarben rot und weiß werden intermediär vererbt. Ein Züchter hat einen großen Bestand reinrassig rotblühender, reinrassig weißblühender und rosablühender F 1 -Pflanzen für die Züchtung. Wegen der in Mode gekommenen Farbe rosa muss er möglichst schnell tausende von rosablühenden Pflanzen gewinnen. Aufgaben: a) Welche Kreuzungsmöglichkeiten hat er? b) Fertige für alle Kreuzungsmöglichkeiten Erbschemata an und entscheide dann, mit welcher Kreuzung er am schnellsten eine große Zahl rosablühender Pflanzen erzielt (Symbole: r = rot, w = weiß) Lösungen: Aufgabe: Nenne jeweils das dominante und das rezessive Merkmal. Berechne das Zahlenverhältnis für jede der fünf Kreuzungen. a) r r w w r r r w w w r w r w r w Lösung: b) dominant grüne Hülsen lange Blütenachse : rezessiv : gelbe Hülsen : kurze : Blütenachse Verhältnis 2,82 : 1 2,84 : 1 P r r 1 w w P Geschlechtszellen F 1 r r w r r w w r w w r w Geschlechtszellen F 1 r r r r r w r r r w r r r w 2 r w gelbe Samen gewölbte Hülsen achsenständige Blüten : grüne Samen : eingeschnürte : Hülsen : endständige : Blüten 3,01 : 1 2,95 : 1 3,14 : P w w r w P r w r w Ge- Geschlechtszellen w w r w schlechts- r w r w F 1 w r w w w r zellen w w F 1 r r r w w r w w Mit der Kreuzung rotblühende X weißblühende Pflanzen erreicht der Züchter sein Ziel am schnellsten, denn die Nachkommen aus dieser Kreuzung blühen alle rosa. Alle anderen Kreuzungen ergeben nur jeweils zur Hälfte rosa Pflanzen.

5 522 Vererbungslehre B Zusatzinformationen I. Dominanzbeziehungen sind unterschiedlich Vollständige Dominanz liegt vor, wenn ein heterozygotes Individuum trotz seines genetischen Unterschieds denselben Phänotyp zeigt wie das homozygote Individuum. Ein Beispiel wäre eine rotblühende Pflanze, bei der die beiden Genotypen Aa und AA phänotypisch übereinstimmen. MENDEL beobachtete bei den sieben Genpaaren der Erbse vollständige Dominanz. (Die einzige Ausnahme bildet das Merkmal Blütezeit, wofür seine Versuche unvollständig sind.) Man darf davon ausgehen, dass MENDEL die zu untersuchenden Merkmale sorgfältig ausgewählt hat, denn das Verhältnis zwischen Dominanz und Rezessivität variiert und ist nicht immer eindeutig. Bei dem intermediären Phänotyp der Wunderblume spricht man von unvollständiger Dominanz. Die F 1 - Individuen sind rosa. Tatsächlich muss in solchen Fällen unvollständiger Dominanz der Phänotyp der F 1 -Individuen nicht genau zwischen den Phänotypen der Eltern liegen. Er kann mehr zu dem einen oder mehr zu dem anderen Elternteil neigen. Die abgebildete phänotypische Skala zeigt mögliche Dominanzverhältnisse. Phänotypische Skala B 1 B 1 B 2 B 2 B 1 B 2 B 1 B 2 B 1 B 2 bedeutet hier B 1 ist dominant bedeutet hier keine Dominanz; Kodominanz (z. B. Blutgruppe AB) bedeutet hier B 2 ist dominant B 1 B 2 B 1 B 2 bedeutet hier B 1 unvollständig dominant bedeutet hier B 2 unvollständig dominant C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Dominant-rezessiver Erbgang bei der Erbse Arbeitsblatt 2: Kreuzung zweier Erbsenbastarde der F1 1. Kombinationsquadrat G G g g Geschlechtszellen Geschlechtszellen G g F 1 G G G G g F2 Genotyp der F 1 : G g Phänotyp der F 1 : gelb G g G g G g G g g G g g g 2. Genotypisches Zahlenverhältnis: GG : Gg : gg = 1/4 : 2/4 : 1/4. Phänotypisches Zahlenverhältnis: gelb : grün = 3/4 : 1/4.

6 Vererbungslehre 523 Arbeitsblatt 3: Intermediärer Erbgang der Wunderblume Arbeitsblatt 5: Dominant-rezessiver Erbgang bei Schnecken Geschlechtszellen r r w w Geschlechtszellen U U u u F 1 Genotyp U u U u U u U u F 1 Kombinationsquadrat Genotyp r w r w r w r w Geschlechtszellen U u Phänotyp rosa rosa rosa rosa Arbeitsblatt 4: Kreuzung zweier F1-Bastarde der Wunderblume F 2 U U U U u Genotyp 1. a) Kombinationsquadrat Geschlechtszellen r w u U u u u Genotyp F 2 r w r r r w rot rosa r w w w rosa weiß 2. Genotypisches Zahlenverhältnis: rr : rw : ww = 1/4 : 2/4 : 1/4. Phänotypisches Zahlenverhältnis: Rot : rosa : weiß = 1/4 : 2/4 : 1/4. Arbeitsblatt 6: Münzenversuch zur Kombination der Gene 1. Die Strichliste ergibt annähernd das genotypische Zahlenverhältnis SS : Ss : ss = 1/4 : 2/4 : 1/4, das phänotypische Zahlenverhältnis schwarz : weiß = 1/4 : 3/4. 2. Es handelt sich um einen monohybriden, dominant-rezessiven Erbgang. 3. Die 100 Würfe mit ihren Kombinationen symbolisieren die F 2 -Generation. 4. Für zwei Genpaare benutzt jeder Schüler ein Zehnpfennig- (Ss) und ein Fünfpfennigstück (Gg). Anmerkung: Addiert man die mittels Strichlisten gewonnenen Werte aller Gruppen der Klasse, so erkennen die Schüler, dass man sich bei einer steigenden Zahl von Würfen immer deutlicher dem erwarteten Zahlenverhältnis annähert. Die Schüler sollen erkennen, dass es sich bei den Vererbungsgesetzen um statistische Gesetze handelt.

7 524 Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Dominant-rezessiver Erbgang bei der Erbse Das Erbschema zeigt die Kreuzung einer gelbsamigen mit einer grünsamigen Erbsenpflanze. Vervollständige das Erbschema, indem du die Buchstabn G und g (Symbole für die Erbanlagen) in die Chromosomensymbole in Geschlechtszellen und Körperzellen einsetzt! Färbe die Samen mit Buntstiften! P gelb grün Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover G G g g P P Bestäubung Geschlechtszellen F 1 Genotyp der F 1 Farbe der F 1

8 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Kreuzung zweier Erbsenbastarde der F 1 Die gekreuzten Erbsenpflanzen gehören zu einer F 1 -Generation, die aus der Kreuzung einer reinrassig gelbsamigen Pflanze mit einer reinrassig grünsamigen Pflanze gewonnen wurde (G = gelb, g = grün). 1. Vervollständige das Erbschema, indem du die Buchstaben G und g in die Chromosomensymbole der Geschlechtszellen und Körperzellen einsetzt! Färbe die Samen mit Buntstiften! 2. Gib das genotypische und das phänotypische Zahlenverhältnis der F 2 an! F 1 gelb gelb 525 G g G g F 1 Kombinationsquadrat Bestäubung Geschlechtszellen F 2 Genotypisches Zahlenverhältnis Phänotypisches Zahlenverhältnis

9 526 Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Intermediärer Erbgang der Wunderblume Beim intermediären Erbgang stehen die Nachkommen in der F 1 zwischen den Eltern. Vervollständige das Erbschema, indem du die Buchstaben r und w (Symbole für die Erbanlagen) in die Chromosomensymbole in Geschlechtszellen und Körperzellen einsetzt! Färbe die Blütenblätter mit Buntstiften! P rot weiß Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover r r w w Geschlechtszellen F 1 Genotyp Phänotyp

10 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 4: Kreuzung zweier F 1 -Bastarde der Wunderblume Das Kreuzungsschema zeigt die Kreuzung zweier F 1 -Pflanzen der Wunderblume, die in bezug auf das Merkmal Blütenfarbe mischerbig sind (r = rot, w = weiß). 1. Vervollständige das Erbschema, indem du die Buchstaben r und w (Symbole für die Erbanlagen) in die Chromosomensymbole in Geschlechtszellen und Körperzellen einsetzt! Gib die Farben der Blüten der F 2 an! 2. Nenne genotypisches und phänotypisches Zahlenverhältnis der F 2! F rosa rosa r w r w Kombinationsquadrat Geschlechtszellen Farbe F 2 Farbe Genotypisches Zahlenverhältnis Phänotypisches Zahlenverhältnis

11 528 Vererbungslehre Arbeitsblatt 5: Dominant-rezessiver Erbgang bei Schnecken Vervollständige das Erbschema, indem du die Buchstaben U und u (Symbole für die Erbanlagen) in die Chromosomensymbole in Geschlechtszellen und Körperzellen einsetzt! P Geschlechtszellen ungebändert U U u u gebändert Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover F 1 Genotyp Kombinationsquadrat Geschlechtszellen Genotyp F 2 Genotyp Schneide die entsprechenden Schnecken aus und klebe sie in die Kästchen!

12 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 6: Münzenversuch zur Kombination der Gene Materialien und Geräte: Zehnpfennigstücke, Papier und Bleistift. Durchführung: Führe den Versuch zusammen mit deinem Platznachbarn durch. Jeder nimmt ein Zehnpfennigstück. Es symbolisiert eine Urgeschlechtszelle. Die Zahl steht für das Gen S (schwarze Haarfarbe beim Kaninchen - dominant), der Zweig auf der anderen Seite der Münze steht für das Gen s (weiße Haarfarbe beim Kaninchen - rezessiv). Beim Werfen kommt entweder S oder s nach oben zu liegen, was eine Spermazelle mit dem Gen S oder eine mit dem Gen s symbolisiert. Bei deinem Platznachbarn werden entsprechend S- oder s-eizellen symbolisiert. Werft eure beiden Münzen gleichzeitig hoch. Die beiden obenliegenden Gene stellen zusammen eine befruchtete Eizelle dar. 1. Notiere die Genkombinationen von 100 Würfen in einer Strichliste. Ermittelt daran das genotypische Zahlenverhältnis von SS : Ss : ss und das phänotypische Zahlenverhältnis von schwarz : weiß Notiert, um welchen Erbgang es sich handelt. 3. Welche Generation stellen die 100 Genkombinationen dar? 4. Überlegt, wie man den Versuch ausbauen könnte, um die Kombination mit zwei Genpaaren (S-schwarz, s-weiß und G-glatthaarig, g-angorahaarig) durchzuführen. a) Strichliste für die Genkombinationen SS Ss ss b) c) d)

13 530 Vererbungslehre 1.3. Kann man Erbanlagen kombinieren? A Aufgaben und Versuche 1. Züchung von Kaninchen Ein professioneller Kaninchenzüchter hat unter seinen reinrassigen Kaninchen Tiere, die ein glatthaariges weißes Fell haben und solche, deren Fell angorahaarig und schwarz ist. Wegen der großen Nachfrage möchte er weiße, angorahaarige Tiere züchten. (Glatthaarig, G ist dominant über angorahaarig, g und schwarz, S ist dominant über weiß, s.) Aufgabe: Zeige an Hand eines Erbschemas, wie die Zucht der gewünschten Tiere erfolgt: Lösung: C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Dihybrider Erbgang bei der Erbse Tochtergeneration (F 2 ) G R G r g R g r G R G G R R G G R r G g R R G g R r G r G G R r G G r r G g R r G g r r P Geschlechtszellen G G s s g g S S G s G s g S g S g R G g R R G g R r g g R R g g R r F 1 G g S s G g S s g r G g R r G g r r g g R r g g r r G S G s g S g s F 2 G S G s g S g s G G S S G G S s G g S S G g S s G G S s G G s s G g s s G g s s G g S S G g S s g g S S g g S s G g S s G g s s g g S s g g s s 2. Zahl der Genotypen: Zahlenverhältnis der Phänotypen: gelb/rund : gelb/runzlig : grün/rund : grün/runzlig = 9/16 : 3/16 : 3/16 : 1/16. 1/16 der F 2 -Tiere ist angorahaarig und weiß. Diese Tiere werden dann durch Inzucht weitergezüchtet: F 2 g g s s g g s s 4. In der Diagonalen von oben links nach unten rechts stehen die doppelt reinerbigen Genkombinationen. Von ihnen entsprechen zwei der P-Generation. Zwei sind neu entstandene Rassen. Geschlechtszellen g s g s g s g s Arbeitsblatt 2: Genkombination beim dihybriden Erbgang im Modellversuch 1. Die Genkombinationen von 100 F 2 -Pflanzen werden nach sorgfältigem Notieren ausgezählt F 3 g g s s g g s s g g s s g g s s 3. 9 B Zusatzinformationen 4. Das Zahlenverhältnis der Phänotypen gelb/rund : gelb/runzlig : grün/rund : grün/runzlig wird annähernd bei 9 : 3 : 3 : 1 liegen.

14 Vererbungslehre 531 Arbeitsblatt 3: Neuzüchtung bei Rindern 1. Die Merkmale baun und gescheckt werden rezessiv vererbt. Arbeitsblatt 4: Dihybrider Erbgang bei der Fruchtfliege SE SE Se se se SSEE SSEe SsEE SsEe Se SSEe SSee SsEe Ssee se SsEE SsEe ssee ssee se SsEe Ssee ssee ssee 3. Die Rassen mit schwarzem und geschecktem Fell sowie mit braunem und einfarbigem Fell sind neu entstanden. 2. Zahl der Genotypen: Phänotypisches Zahlenverhältnis: (normalflüglig/beborstet) : (normalflüglig/borstenlos) : (stummelflüglig/beborstet) : (stummelflüglig/borstenlos) = 9 : 3 : 3 : 1

15 532 Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Dihybrider Erbgang der Erbse Die Kreuzung einer reinrassigen Erbsenpflanze, deren Samen grün und runzlig sind, mit einer anderen, deren Samen gelb und rund sind, ergibt in der ersten Tochtergeneration durchweg gelbe, runde Samen. Kreuzt man die aus diesen Samen hervorgehenden F 1 -Pflanzen des Genotyps GgRr untereinander, so erhält man die F 2 -Generation mit vielen verschiedenen Genotypen. (R = rund, r = runzlig, G = gelb, g = grün) 1. Vervollständige das Kombinationsquadrat! Setze die Symbole für den Genotyp und für den Phänotyp in die Kästchen ein. Färbe die Erbsen mit Farbstiften! 2. Tochtergeneration (F 2 ) G R G r g R g r Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover G R G G R R G r g R g r G g r r 2. Zahl der Genotypen: 3. Zahlenverhältnis der Phänotypen: 4. Die Diagonale von links oben nach rechts unten zeigt:

16 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Genkombination beim dihybriden Erbgang im Modellversuch Materialien und Geräte: 4 Bechergläser (0,5 l), 100 gelbe, 100 grüne, 100 schwarze und 100 weiße Kunststoffperlen, Bleistift und Papier. Führe mit deinem Platznachbarn folgenden Versuch durch: Nehmt jeder 2 Bechergläser (0,5 l). Gebt jeder in das eine 50 gelbe und 50 grüne, in das andere 50 schwarze und 50 weiße Kunststoffperlen. Die Perlen symbolisieren: gelb = G, gelbe Samenfarbe, grün = g, grüne Samenfarbe, schwarz = R, runde Samenform, weiß = r, runzlige Form. Jeder nimmt aus seinen beiden Gläsern, ohne hinzusehen, eine Kugel. Jeder von euch simuliert so die Kombination der Gene bei der Geschlechtszellenbildung und zwar, der eine für weibliche, der andere für männliche Geschlechtszellen. Die vier Möglichkeiten sind: GR, Gr, gr und gr. Durch Zusammenschieben eurer vier Kugeln symbolisiert ihr eine Befruchtung. (Achtung: Lasst eure Kugeln jeweils auf eurer Seite. Ihr sollt sie nachher wieder in die Gläser tun, aus denen sie stammen!) Die vier Kugeln symbolisieren nun den Genotyp einer F 2 -Pflanze. Nachdem ihr die Kugeln jeweils in das Glas zurückgegeben habt, aus dem sie genommen wurden, schüttelt ihr die Gläser gut durch Notiert die Genkombinationen von 100 F 2 -Pflanzen, die ihr auf die beschriebene Weise erzeugt, in einer Strichliste. Strichliste für die Genkombinationen: Genotyp: GGRR 2. Da es vier Möglichkeiten für die weiblichen und vier Möglichkeiten für die männlichen Geschlechtszellen gibt, beträgt die Zahl der möglichen Kombinationen: 3. Die Anzahl der Genotypen beträgt: 4. Das phänotypische Zahlenverhältnis für die 100 Pflanzen lautet:

17 534 Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Neuzüchtung bei Rindern 1. Die Kreuzung eines reinrassigen Rindes mit einfarbigem und schwarzem Fell mit einem reinrassigen Rind, dessen Fell braun und gescheckt ist, ergibt in der 1. Tochtergeneration (F 1 ) durchweg Rinder mit einfarbigem und schwarzem Fell. Welche Merkmale werden rezessiv vererbt? 2. Kreuzt man aus dieser F 1 -Generation Tiere mit dem Erbbild SsEe untereinander, so erhält man in der F 2 -Generation Tiere mit verschiedenen Erbbildern (S = schwarz, s = braun, E = einfarbig, e = gescheckt). Vervollständige das Kombinationsquadrat! Setze die Symbole für das Erbbild und das Erscheinungsbild in die Kästchen ein! Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover SE Se se se SE Se se se 3. Welche neuen Rassen sind entstanden?

18 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 4: Dihybrider Erbgang bei der Fruchtfliege Die Kreuzung einer reinrassig normalflügligen, beborsteten Fruchtfliege (Genotyp F F B B ) mit einer reinrassig stummelflügligen, borstenlosen Form (Genotyp f b f b ) ergibt in der F 1-Generation durchweg normalflüglige, beborstete Fliegen mit dem Genotyp F B f b. Aus der Kreuzung der F 1 -Tiere untereinander erhält man die F 2 -Generation mit vielen verschiedenen Genotypen. 1. Vervollständige das Kombinationsquadrat der F 2, indem du die entsprechenden Symbole für den Genotyp und für den Phänotyp in die Kästchen einsetzt! 2. Zähle die Genotypen aus! 3. Ermittle das Zahlenverhältnis der Phänotypen! 535 Zu 1. Zu 2. Zahl der Genotypen: Zu 3. Phänotypisches Zahlenverhältnis:

19 536 Vererbungslehre 1.4. Die stoffliche Natur der Erbanlagen A Aufgaben und Versuche 1. Die Strickleiter als DNA-Modell Die Bausteine der Erbsubstanz, der Desoxyribonucleinsäure, sind Phosphorsäuremoleküle, Zuckermoleküle und die vier organischen Basen Thymin Adenin, Cytosin und Guanin. Das DNA-Modell von WATSON und CRICK gleicht einer gedrehten Strickleiter. Aufgabe: Beschreibe den Aufbau der Strickleiter indem du die folgenden Fragen beantwortest: a) Aus welchen Bausteinen bestehen die Holme? b) Wie sind die Srossen aufgebaut? c) Wie viele verschiedene Sprossensorten gibt es? 2. Stelle aus den verschiedenfarbigen Kunststoffperlen eines DNA-Steckmodells ein Teilstück der Doppelhelix her. Lösung: a) Die Holme bestehen aus einander abwechselnden Zucker- und Phosphorsäuremolekülen. b) Die Sprossen bestehen aus den Basen Thymin Adenin, Cytosin und Guanin. Jeweils zwei Basen bilden eine Sprosse. c) Da nur bestimmte Basenpaarungen möglich sind, gibt es vier Sprossensorten : Thymin-Adenin, Adenin-Thymn, Cytosin-Guanin und Guanin-Cytosin. B Zusatzinformationen C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Modell der DNA Das Arbeitsblatt enthält alle Symbole zum modellhaften Aufbau der DNA-Kette. Damit kann modellhaft eine identische Verdoppelung der DNA gelegt werden. 2. Die Umsetzung der genetischen Information Entsprechend den Informationen auf den DNA- Abschnitten werden die Eiweißstoffe im Zellplasma aufgebaut. Aufgabe: Fertige unter Zuhilfenahme deines Biologiebuches ein Fließschema, das die Schritte der Umsetzung der genetischen Information darstellt. Lösung: Im Zellkern Anfertigung von Kopien der DNA-Abschnitte mit den Eiweißrezepten. Kopien ähneln der DNA. Sie gelangen durch die Kernhülle ins Zellplasma. Ribosomen Kopien gleiten am Ribosom vorbei. Triplett für Triplett wird abgelesen. Trägerstoffe tragen die Aminosäuren heran. Die entsprechenden Eiweißstoffe werden aufgebaut.

20 537 Vererbungslehre Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Arbeitsblatt 1: Modell der DNA Schneide die Symbole aus! Färbe sie entsprechend der Farbgebung im Schülerband mit Buntstiften! Lege mit ihrer Hilfe verschiedene DNA-Ketten! C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A C T G A

21 538 Vererbungslehre 1.5. Vom Gen zum Merkmal A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Von der Erbinformation zum Eiweiß A Im Zellkern ist die Erbsubstanz (DNA) gespeichert. Von ihr wird eine Kopie, die Boten-RNA, angefertigt. Dies geschieht durch Basenpaarung mit freien Nucleotiden. Die Boten-RNA verlässt durch Poren in der Kernmembran den Zellkern und gelangt ins Zellplasma. B An den Ribosomen findet die Eiweißsynthese statt. Dazu lagern sich mit Aminosäuren beladene Träger-RNAs an entsprechende Tripletts der Boten-RNA an. C Triplett für Triplett wird abgelesen und jeweils eine Aminosäure an das entstehende Eiweißmolekül angeknüpft. D Die Träger-RNAs werden abgespalten, sodass nunmehr ein Eiweißmolekül vorliegt. Arbeitsblatt 2: Eiweißsynthese Die Entschlüsselung der Eiweiß-Biosynthese ist ein sehr schweres und abstraktes Thema. Das Arbeitsblatt soll es auch für schwächere Schülerinnen und Schüler begreifbar machen. Die Lehrkraft kann Kopien des Arbeitsblattes ausgeben und von den Schülern auf Karton aufkleben lassen. Nun werden die Symbole ausgeschnitten, und der in der Abbildung 2 (S. 349) dargestellte Vorgang kann in einzelnen Phasen nachgelegt werden. Zur Ergänzung fehlender Symbole kann das Arbeitsblatt Modell der DNA, (S. 537) mitverwendet werden.

22 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Von der Erbinformation zum Eiweiß Beschreibe den in der Abbildung dargestellten Vorgang! 539

23 540 Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Eiweißsynthese Schneide die Symbole aus und male sie bunt an! Lege den Vorgang der Eiweißsynthese gemäß Abbildung 2 (S. 349) nach! Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover A A-

24 Vererbungslehre Zusammenspiel von Erbgut und Umwelt A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Untersuchung zur fließenden Modifikabilität 1. Arbeitsblatt 2: Versuch mit dem GALTONschen Zufallsapparat 1. In dem mit Glas verkleideten Kasten sorgt oben eine trichterförmige Verengung dafür, dass eingeworfene Kugeln durch eine Öffnung genau in der Mitte herunterfallen. Darunter sind mehrere Nagelreihen so angeordnet, dass die nebeneinanderstehenden Nägel jeweils gleichen Abstand haben. Die Nägel einer Reihe stehen zu den Nägeln der darüberliegenden Reihe stets auf Lücke. Unten im Apparat sind mehrere Schächte gleicher Größe angebracht. 2. Beispiel einer Verteilung der Kugeln im Zufallsapparat 2. Mögliches Beispiel einer ermittelten Variationskurve Anzahl der Bohnensamen

25 542 Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Modifikation beim Wasserhahnenfuß 1. A: Schwimmblatt, B: Tauchblatt 2. Das Erbgut des Wasserhahnenfußes lässt unterschiedliche Variationen für die Blattform zu. Damit sind die Blätter optimal an ihren Lebensraum angepasst. Die flächig ausgebildeten Schwimmblätter halten den Spross aufrecht und lassen das Wachsen der Blütentriebe über die Wasseroberfläche hinaus zu. Bei den Tauchblättern bieten die zerschnittenen, fadenförmigen Blattspreiten dem strömenden Wasser wenig Widerstand. Die größere Oberfläche erleichtert den Gasaustausch. Arbeitsblatt 4: Löwenzahn ist wandelbar Da die beiden Stecklinge von einer Pflanze stammen, besitzen sie das gleiche Erbgut. Die unterschiedlichen Wuchsformen sind also Modifikationen. Die Hochgebirgs-Modifikation ist kleinwüchsig, behaart und mit langer Pfahlwurzel ausgestattet. Sie stellt eine Standortmodifikation als Anpassungserscheinung an extreme Bedingungen des Hochgebirges (Kälte, Wind, Wasserarmut) dar. Biologie heute 1997 Schroedel Verlag GmbH, Hannover

26 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Untersuchung zur fließenden Modifikabilität Materialien und Geräte: Bohnensamen einer Sorte (reine Linie); Lineal, Schublehre; Bleistift. 1. Die Samen variieren in ihrer Länge (z.b. von 5 bis 20 mm). Miss mit deinem Platznachbarn 100 Samen mit der Schublehre oder dem Lineal aus. Ordnet sie in Klassen von 5, 6, 7, 8, mm, in dem ihr die vorgegebene Tabelle zunächst als Strichliste benutzt und später die Anzahl Bohnen jeder Größenklasse festhaltet. Tabelle der Messwerte Länge der Samen 5 mm 6 mm 7 mm 8 mm 9 mm 10 mm 11 mm 12 mm 13 mm 14 mm 15 mm 16 mm 17 mm 18 mm 19 mm mm Strichliste Eigene Zahlen Zahlen aller Gruppen (Summe) 2. Stellt euren Befund grafisch dar, indem ihr die Anzahl Bohnen der verschiedenen Größenklassen in das vorgegebene Koordinatensystem eintragt. Verbindet die erhaltenen Punkte zu einer Variationskurve. Anzahl der Bohnensamen mm Länge der Bohnensamen

27 544 Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Versuch mit dem GALTONschen Zufallsapparat Materialien und Geräte: Zufallsapparat; Glas- oder Schrotkugeln; Bleistift. 1. Beschreibe den Apparat möglichst genau! Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover 2. Lass die Kugeln in den Zufallsapparat fallen! Zeichne anschließend auf, wie sich die Kugeln in den Schächten verteilt haben (Stufendiagramm)! Wiederhole den Versuch mehrfach und zeichne erneut! Für 4 Versuche (4 Zeichnungen) sind die Schächte unten vorgegeben

28 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Modifikationen beim Wasserhahnenfuß Beschrifte die Blätter des Wasserhahnenfußes! 2. Beschreibe die Form der Blätter und deute sie als Anpassungserscheinungen!

29 546 Vererbungslehre Arbeitsblatt 4: Löwenzahn ist wandelbar Aus einer Löwenzahnpflanze wurden 2 Stecklinge geschnitten. Steckling wuchs in der Ebene auf. Steckling wurde auf eine Hochgebirgswiese gepflanzt. Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Beschreibe die unterschiedlichen Wuchsformen der beiden Stecklinge und gib eine Vermutung über den Grund ihres unterschiedlichen Aussehens ab!

30 Vererbungslehre Vererbung beim Menschen 2.1. Wie untersucht man Erbanlagen beim Menschen A Aufgaben und Versuche 1. Untersuchungsmethoden der Genetiker Die Vererbungsforschung setzt für Pflanzen und Tiere andere Untersuchungsmethoden ein als für den Menschen. Aufgaben: a) Begründe das unterschiedliche Vorgehen! b) Erkläre, warum die Zwillingsforschung in der Humangenetik eine wichtige Rolle spielt! Lösungen: a) Kreuzungsversuche, Auslese, Ausmerzung und Weiterzüchtung, die man bei Pflanzen und Tieren einsetzt, verbieten sich beim Menschen aus ethischen Gründen. (Der Lehrer wird eventuell darauf hinweisen, dass es inhumane Versuche dieser Art gegeben hat.) Humangenetische Methoden sind z.b. Familien- und Zwillingsforschung. b) Untersuchung und Vergleich gemeinsam oder getrennt aufgewachsener eineiiger und zweieiiger Zwillinge führt wegen der vollständigen Erbgleichheit eineiiger Zwillinge zu wichtigen Erkenntnissen. B Zusatzinformationen I. Aus der Geschichte der Humangenetik Schon den Naturphilosophen des Altertums fiel das gehäufte Auftreten von bestimmten Merkmalen in Familien auf. Der bedeutende Arzt Hippokrates ( ) hatte die Vorstellung, dass alle Körperteile eine Art Saft zur Vererbung beisteuerten. Platon ( ) ging davon aus, dass Vater und Mutter gleichermaßen an der Übertragung der Merkmale beteiligt sind. DE MAUPERTUIS ( ) berichtete als erster von einer familiären Polydactylie (überzählige Finger). Der englische Arzt J. ADAMS ( ) kann als Begründer der Humangenetik gelten. Er wusste bereits, dass es dominante und rezessive Merkmale gibt, durch Inzucht die Häufigkeit rezessiver Erbleiden steigt, Erbkrankheiten sich in verschiedenen Altersstadien manifestieren können, erbliche Krankheitsdispositionen bestimmter Umweltbedingungen bedürfen, um manifest zu werden, Erbleiden behandelt werden können, wenn man die auslösenden Faktoren zurückdrängen kann. C. F. NASSE ( ) erklärte 1820 die Bluterkrankheit als geschlechtsgebundenen Erbgang. J. G. MENDEL ( ) veröffentlichte 1865 seine Versuche über Pflanzenhybriden. Er war durch die Auswertung quantitativ ausreichenden Materials zur Aufstellung von Gesetzmäßigkeiten gekommen. FRANCIS GALTON ( ) untersuchte die Vererbung von Begabungen, führte Familien- und Zwillingsforschung ein und erarbeitete mit seinem Schüler K. PEARSON Grundlagen für die statistische Analyse von Erbvorgängen. Methoden der Humangenetik. Die von der Humangenetik heute genutzten Methoden sind: Familienforschung (Genealogie), Zwillingsforschung, Massenstatistik, Populationsgenetik sowie cytologische und molekularbiologische Methoden. Zwillinge. Auf durchschnittlich 85 Geburten kommt eine Zwillingsgeburt. Auf 3 bis 4 Zwillingsgeburten kommt eine Geburt eineiiger Zwillinge. Die bewusst vereinfachte Abbildung 3 auf Seite 358 zeigt prinzipiell richtig, dass eineiige Zwillinge auf eine einzige befruchtete Eizelle zurückgehen. Das Geschehen ist aber komplizierter. Eineiige Zwillinge entstehen durch die Spaltung der Frucht, die aus einer befruchteten Eizelle hervorgegangen ist. Beim Menschen sind auch eineiige Mehrlinge, sogar Fünflinge bekannt. Man kann also annehmen, dass bis zum 6-Zellstadium durch Spaltung lebensfähige Mehrlinge entstehen können. Spätere Teilungen führen nur dann zu lebensfähigen eineiigen Zwillingen, wenn die Teilung in Längsrichtung erfolgt. Die meisten eineiigen Zwillinge entstehen durch Bildung zweier Embryoblasten in der befruchteten Eizelle. Auch die Bildung zweier Primitivknoten auf dem Keimschild, dessen Aufspaltung und die Trennung von Morulazellen in zwei Komplexe kann zu eineiigen Zwillingen führen. Die entstehenden Zwillinge sind in allen Fällen eineiig, weshalb sie in ihrem Genotyp identisch sind. Zweieiige Zwillinge entstehen aus zwei Eiern eines Follikels eines Eierstocks oder beider Eierstöcke. Sie werden von verschiedenen Spermien befruchtet. Genotypisch entsprechen sie also normalen Geschwistern. Zweieiige Zwillinge haben eigene Placenten, jeweils ein eigenes Chorion und ein eigenes Amnion. Das ist allerdings kein grundsätzliches Unterscheidungsmerkmal! Bei sehr früher Trennung haben nämlich auch eineiige Zwillinge separate Chorien und Amnien. (Angaben nach Mergenthaler, Biologie des Menschen)

31 548 Vererbungslehre II. Zwillingsforschung und Streitpunkt Intelligenz Menschen unterscheiden sich nicht nur in ihren körperlichen, sondern auch in ihren geistigen Merkmalen. Auch hier wirken Erbgut und Umwelt zusammen. Ein Streitpunkt ist immer wieder die Frage: Wie stark ist Intelligenz erblich bedingt? Einige Genetiker gehen von einem hohen erblichen Anteil aus. Zugleich meinen sie, dass Unterschiede der IQ-Werte von Farbigen und Weißen auf genetischen Unterschieden beruhen. Andere Vererbungsforscher heben jedoch hervor, dass durch Kultur und Umwelt bedingte Unterschiede tiefgreifende, unbekannte Auswirkungen haben. Eindeutige Antworten gibt es nicht. Schon die Frage, was ist Intelligenz, ist nicht eindeutig zu beantworten. Zum intelligenten Verhalten bedarf es bestimmter geistiger Fähigkeiten. Man versucht, sie mit sogenannten IQ-Tests zu messen. IQ-Tests, mit denen man den Intelligenzquotienten (IQ) eines Menschen ermittelt, überprüfen mittels zu lösender Aufgaben bestimmte geistige Fähigkeiten, wie z. B. Merkfähigkeit, sprachlichen Ausdruck, schlussfolgerndes Denken, Abstraktionsvermögen und Zahlenverständnis. IQ-Tests werden standardisiert, indem der Durchschnittswert der Bevölkerung bestimmt wird. Nun zeigt sich, dass dieser Wert in den Industrienationen alle zehn Jahre um drei Punkte steigt. Ein normales Testergebnis von 1950 würde heute zum Ergebnis wenig bis minderbegabt führen. Dieser Anstieg der Testintelligenz wird auf schulische Ausbildung, also auf Umwelteinflüsse zurückgeführt. Zwillingsforschung belegt dagegen den erblichen Anteil. Bei eineiigen Zwillingen zeigt sich die größte Übereinstimmung in den IQ-Werten unter allen Verwandten. Heutige Schätzungen gehen davon aus, dass etwa 50% der Intelligenz erbbedingt sind. C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Dominant-rezessiver Erbgang beim Menschen 1. Arbeitsblatt 2: Klärung des Erbgangs glatthaarig/kraushaarig bei vorliegendem Familienstammbaum (I) 1. Annahme: Kraushaar ist rezessiv 2. und 3. Kraushaar wird nicht rezessiv vererbt, denn bei Annahme von Rezessivität für Kraushaarigkeit wäre der Phänotyp und damit der Genotyp der Tochter der Familie 4 (Generation B) nicht zu erklären % haben den Genotyp Ss und 50% den Genotyp ss; bei der Hälfte der Nachkommen sind die Zähne vorhanden, bei der anderen Hälfte fehlen sie.

32 Vererbungslehre 549 Arbeitsblatt 3: Klärung des Erbgangs glatthaarig/kraushaarig bei vorliegendem Familienstammbaum (II) 1. Annahme: Kraushaar ist dominant 2. und 3. Kraushaar wird dominant vererbt, denn bei Annahme von Dominanz für Kraushaarigkeit ist der Stammbaum widerspruchsfrei zu erklären. Arbeitsblatt 4: Vererbung der Augenfarbe ı ı <b[ <b[ <b[ B B b b <b[ ı <b[ b B ı <b[ ı ı <b[ <b[ <b[ ı

33 550 Vererbungslehre Arbeitsblatt 5: Familienstammbaum für PTH-Schmeckfähigkeit Nichtschmecker sind reinerbig ss. Karl kann nur das Gen s weitergeben. Wolfgang muss als Reinerbiger das eine Gen s von Anna geerbt haben. Da sie Schmecker ist, ist ihr Erbbild also Ss 3. Jürgen hat das Erbbild Ss oder SS. Seine Mutter ist mischerbig, kann also s oder S weitergeben. Beim Vater sind ebenfalls beide Möglichkeiten denkbar. Im Fall der Reinerbigkeit könnte er nur S weitergeben.

34 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Dominant-rezessiver Erbgang beim Menschen Das Fehlen der oberen seitlichen Schneidezähne wird beim Menschen dominant vererbt: S = Schneidezähne fehlen, s = Schneidezähne vorhanden. 1. Ergänze im Stammbaum die fehlenden Genotypen und Phänotypen! Es können auch mehrere Genotypen auftreten Untersucht man bei einer großen Anzahl von Elternpaaren mit den Genotypen ss und Ss die Nachkommen, so zeigen sich die folgenden Zahlenverhältnisse: genotypisch: phänotypisch:

35 552 Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Klärung des Erbgangs glatthaarig/kraushaarig bei vorliegendem Arbeitsblatt 2: Familienstammbaum (I) Für das Merkmal glatthaarig/kraushaarig in einer Familie wurde der folgende Stammbau aufgestellt (die verschiedenen Ehen wurden durchnummeriert): Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Um den Erbgang aufzuklären, nimm zunächst an, das Merkmal Kraushaarigkeit würde rezessiv vererbt. Das Gen für Kraushaar hätte dann das Symbol k, das für Glatthaar das Symbol K. 1. Vervollständige den Stammbaum, indem du alle Genotypen angibst! Manchmal kommen für eine Person mehrere Genotypen in Frage! Kraushaar 2. Kraushaar wird rezessiv vererbt, denn: 3. Kraushaar wird nicht rezessiv vererbt, denn:

36 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Klärung des Erbgangs glatthaarig/kraushaarig bei vorliegendem Arbeitsblatt 2: Familienstammbaum (II) Für das Merkmal glatthaarig/kraushaarig in einer Familie wurde der folgende Stammbau aufgestellt (die verschiedenen Ehen wurden durchnummeriert): 553 Um den Erbgang aufzuklären, nimm jetzt an, das Merkmal Kraushaarigkeit würde dominant vererbt. Das Gen für Kraushaar hätte dann das Symbol K, das für Glatthaar das Symbol k. 1. Vervollständige den Stammbaum, indem du alle Genotypen angibst! Manchmal kommen für eine Person mehrere Genotypen in Frage! Kraushaar 2. Kraushaar wird dominant vererbt, denn: 3. Kraushaar wird nicht dominant vererbt, denn:

37 554 Vererbungslehre Arbeitsblatt 4: Vererbung der Augenfarbe 1. Sippentafel Erbanlagen: = Augenfarbe blau = Augenfarbe braun Großeltern Eltern Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Kinder 2. Erbgang Vervollständige den Erbgang! Erbanlagen: B = Augenfarbe braun; b = Augenfarbe blau B B b b b B

38 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 5: Familienstammbaum für PTH-Schmeckfähigkeit Phenylthioharnstoff (PTH) schmeckt manchen Menchen bitter; andere schmecken ihn dagegen nicht. Das Merkmalspaar PTH-Schmeckfähigkeit/PTH-Geschmacksblindheit ist erblich. Das Schmecker-Gen ist dominant. 1. Trage die Symbole für die Erbbilder ein! (Für manche Personen kommen zwei Erbbilder in Frage.) Erbanlagen: S = Schmecker; s = Nichtschmecker ss Ss Begründe unten stehende Aussagen! Karl und Wolfgang sind Nichtschmecker. Daraus folgt, dass Anna den Genotyp Ss hat. Begründung: 3. Welches Erbbild hat Jürgen? Begründe!

39 556 Vererbungslehre 2.2. Die Chromosomen des Menschen 2.3. Mädchen oder Junge die Chromosomen entscheiden A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen I. Chromosomensätze von Tieren (Chromosomenzahlen im diploiden Satz) Säuger Menschenaffen 48 Pavian 42 Makak 44 Kapuzineraffe 54 Rhesusaffe 42 Schwein 38 Schaf 54 Igel 48 Amphibien Grasfrosch 26 Kreuzkröte 22 Axolotl 28 Vögel Amsel 80 Graugans 80 Reiher 68 Reptilien Alligator 32 Kreuzotter 36 Zauneidechse 38 Fische Guppy 18 Goldfisch 94 Karpfen 104 Aus FLINDT, Biologie in Zahlen, Fischer, Stuttg. C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Das Geschlecht wird vererbt

40 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Das Geschlecht wird vererbt Ergänze Autosomensätze (A) und Geschlechtschromosomen (X, Y), wo sie in der Zeichnung fehlen! 557

41 558 Vererbungslehre 2.4. Blutgruppen sind Vererbungssache 2.5. Die Erforschung von Erbkrankheiten A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Die Vererbung der Blutgruppen 3. Es handelt sich um einen X-chromosomalgebundenen Erbgang. Das Gen für Rotgrünblindheit liegt auf dem X-Chromosom. Trägt das X-Chromosom des Mannes das krankmachende Gen, so kommt die Krankheit zur Ausprägung, denn es wirkt kein Normal-Gen entgegen. Das Y-Chromosom trägt kein entsprechendes Gen. Frauen mit einem Gen für Rotgrünblindheit sind nicht rotgrünblind, denn das Gen für Farbtüchtigkeit auf dem zweiten X-Chromosom ist dominant. Diese Frauen können aber das defekte Gen weitergeben. Sie sind Überträgerinnen. 4. Mr. SCOTTS Mutter ist farbtüchtig, aber sie ist Überträgerin. Neben einem Chromosom mit dem Normalgen hat sie eines mit dem defekten Gen, denn die von der Anomalie betroffene Schwester ist homozygot für das defekte Gen. Sie hat sowohl vom Vater als auch von der Mutter ein Chromosom mit dem defekten Gen bekommen. Arbeitsblatt 3: Vererbung einer Missbildung (Kurzfingrigkeit) 1. Arbeitsblatt 2: Der Brief des Mr. SCOTT 1. Mr. Scott 2. Im Verhältnis 1:1. 3. Alle Kinder wären heterozygot kurzfingrig. 2. Rotgrünblindheit.

42 Vererbungslehre 559 Arbeitsblatt 4: Die Bluterkrankheit ein X-chromosomaler Erbang

43 560 Vererbungslehre Arbeitsblatt 1: Die Vererbung der Blutgruppen Zeige, welche Blutgruppe die Kinder der drei Elternpaare (,, ) jeweils haben können und welche Blutgruppen für das Elternpaar in Frage kommen! Ergänze dazu in den Stammbäumen den jeweiligen Genotyp bzw. Phänotyp! Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover

44 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 2: Der Brief des Mr. SCOTT In einem Brief, den Mr. SCOTT im Mai 1777 an Mr. WHISSON schrieb, heißt es:... Es ist ein altes Familienleiden: mein Vater hat genau dieselbe Anomalie; meine Mutter und eine meiner Schwestern konnten alle Farben fehlerfrei sehen, meine andere Schwester und ich in der gleichen Weise unvollkommen; diese letzte Schwester hatte zwei Söhne, beide betroffen, aber sie hat eine Tochter, die ganz normal ist. Ich habe einen Sohn und eine Tochter und beide sehen alle Farben ohne Ausnahme; so ging es auch ihrer Mutter; meiner Mutter Bruder hatte denselben Fehler wie ich, obgleich meine Mutter, wie schon erwähnt, alle Farben sehen konnte. Ich kenne kein Grün in der Welt; eine rosa Farbe und ein blasses Blau sehen gleich aus, ich kann sie nicht unterscheiden. Ein kräftiges Rot und ein kräftiges Grün ebenfalls nicht, ich habe sie oft verwechselt, aber Gelb und alle Abstufungen von Blau erkenne ich absolut richtig und kann Unterschiede bis zu einem erheblichen Grad von Feinheit erkennen; ein kräftiges Purpur und ein tiefes Blau verwirren mich manchmal. 561 Ich habe meine Tochter vor einigen Jahren einem vornehmen und würdigen Mann vermählt; am Tage der Hochzeit kam er in einem neuen Mantel aus bestem Stoff in mein Haus. Ich war sehr gekränkt, dass er (wie ich glaubte) in Schwarz kam. Aber meine Tochter sagte, die Farbe sei sehr vornehm; es seien meine Augen, die mich trögen. Er war ein Rechtskundiger und trug einen feinen weinroten Anzug, der für meine Augen so schwarz ist, wie alles Schwarz, das je gefärbt wurde Stelle nach dem Lesen des Briefes einen Familienstammbaum auf! Berücksichtige dabei alle im Brief des Mr. Scott erwähnten Personen. Wähle dazu die folgenden Symbole: rotgrünblind, farbtüchtig. 2. Wie heißt diese Anomalie? 3. Erkläre den Erbgang. 4. Welchen Genotyp haben Mr. SCOTTs Mutter und seine von der Anomalie betroffene Schwester? Begründe deine Entscheidung!

45 562 Vererbungslehre Arbeitsblatt 3: Vererbung einer Missbildung (Kurzfingrigkeit) Die Kurzfingrigkeit oder Brachydaktylie ist eine dominant vererbte Missbildung. Der 1905 von dem englischen Arzt FARABEE aufgestellte Familienstammbaum ist hier im Ausschnitt abgebildet. (K = Kurzfingrigkeit, k = normale Finger 1. Ergänze im Stammbaum die fehlenden Genotypen und Phänotypen! Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover 2. In welchem Verhältnis treten im Stammbaum Kurzfingrige zu Normalfingrigen auf? 3. Welches Verhältnis von kurz- zu normalfingrigen Kindern wäre in der Generation 2 zu erwarten, wenn ihre Mutter (Generation 1) homozygot für Kurzfingrigkeit wäre?

46 Biologie heute 1998 Schroedel Verlag GmbH, Hannover Vererbungslehre Arbeitsblatt 4: Die Bluterkrankheit ein X-chromosomaler Erbgang Beim Bluter ist die Gerinnungszeit des Blutes verlängert. Durch ein verändertes Gen ist ein Gerinnungsfaktor ausgefallen. Bluter können bei an sich harmlosen Verletzungen verbluten. Der Ausschnitt aus dem Stammbaum des europäischen Adels zeigt, wie die Bluterkrankheit vererbt wird. Trage die X- und Y-Chromosomen in den Stammbaum ein. Benutze für das Chromosom mit dem Bluter-Gen das Symbol X B. 563

47 564 Vererbungslehre 2.6. Sie brauchen unser Verständnis und ihre Hilfe 2.7. Ein Chromosom zuviel schlimme Folgen 2.8. Familienberatung ist wichtig 2.9. Verantwortung des Menschen gegenüber seinen Nachkommen A Aufgaben und Versuche B Zusatzinformationen I. Pränatale Diagnostik Heute gibt es neben der Fruchtwasserpunktion oder Amniozentese weitere Verfahren pränataler Diagnostik. Während bei der Amniozentese die wenigen gewonnenen Zellen zunächst vermehrt werden müssen und Analyseergebnisse deshalb erst nach ca. zwei Wochen vorliegen, erhält man bei der Chorionzottenpunktion die ersten Ergebnisse schon nach etwa sechs Stunden. Bei diesem Verfahren wird unter Ultraschallkontrolle aus der Plazenta Chorionzottenmaterial abgesaugt. Die enthaltenen Teilungsstadien fetaler Zellen werden zur Chromosomenanalyse benutzt. Leider treten bei diesem Verfahren häufiger Fehlgeburten auf als nach der Fruchtwasserpunktion. Bei der Nabelschnurpunktion entnimmt man aus der Nabelschnur fetales Blut, das anschließend untersucht wird. II. Missbrauch der Eugenik im Nationalsozialismus Der folgende Auszug gibt im Originaltext wieder, wie sich der Verfasser der Abbildungen A und B die Lösungsansätze zu den Problemen vorstellt (aus Dr. B. K. Schultz: Erbkunde, Rassenkunde Rassenpflege. Lehmann Verlag, München 1934):»Die bisherige verkehrte Auffassung von Humanität hat es mit sich gebracht, dass man geistig und körperlich Minderwertigen mit einer vollkommen falschen Einstellung gegenüberstand. Man glaubte, für das Volk ganz etwas Besonderes damit geleistet zu haben, dass man derartigen Unglücklichen ein besonders menschliches und angenehmes Leben verschaffte, vergaß dabei aber in weitestem Ausmaße, gerade für die Aufzucht der wertvollen Erbstämme zu sorgen. Es wird keinem Bauern einfallen, einen verkrüppelten, schwächlichen Baum besonders zu pflegen und zu düngen und diesem allein das Sonnenlicht zukommen zu lassen, dagegen die anderen gesunden Bäume in den Schatten zu stellen. Das war aber bisher tatsächlich der Fall, denn sonst dürfte der Aufwand für körperlich und geistig Abnorme und für Verbrecher nicht so unverhältnismäßig hoch sein. Sind doch die Lebenshaltungskosten für einen Verbrecher höher als für einen Arbeiter und die für den Geisteskranken bedeutender als die für einen mittleren Beamten. Unsere Einstellung in allen diesen Fragen muß heute eine ganz andere sein als bisher. Vor allem muß die Fortpflanzung geistig oder körperlich Minderwertiger verhindert werden und muß es den wertvollen Teilen möglich sein, ein gesundes Leben zu führen und viele tüchtige Kinder aufzuziehen. Wir müssen bedenken, dass in Deutschland nicht weniger als mit einem schweren erblichen Gebrechen behaftete Menschen gezählt werden (abgesehen von den Verbrechern), die sich bisher ungehindert fortpflanzen durften und das Volk mit etwa 700 Mill. RM. jährlich belasten...«

48 Vererbungslehre 565 A HOCHWERTIGE 50% BEVÖLKERUNG NACH 100 JAHREN 23% HOCHWERTIGE NACH 300 JAHREN Die zur Bestandserhaltung des Volkes notwendige Geburtenzahl in einer Ehe beträgt... 3,4 Kinder MINDERWERTIGE 77% Männliche Verbrecher in Deutschland haben... 4,9 Kinder Auf eine kriminelle Ehe treffen heute... 4,4 Kinder Eltern von Hilfsschulkindern haben durchschnittlich... 3,5 Kinder Die deutsche Familie hat im Durchschnitt nur... 2,2 Kinder In einer Familie der gebildeten Schicht sind nur... 1,9 Kinder Angenommen ein Volk bestehe aus: JE 3 KINDER JE 4 KINDER MINDERWERTIGE 50% BEVÖLKERUNG Aus der Abbildung A lässt sich erkennen, wie in unverantwortlicher Weise wissenschaftliche Statistiken eingesetzt wurden. So soll die Abbildung A suggerieren, dass die Hauptvermehrungsrate der Bevölkerung bei unwertem Leben liegt, die wertvollen Teile der Bevölkerung nur wenige Kinder zeugen. Dabei wurden die verschiedenen Aspekte bewusst unreflektiert nebeneinander gestellt ( männliche Verbrecher, kriminelle Ehen und sogen. Hilfsschüler ). Ganz deutlich wird die Angst vor einem minderwertigen deutschen Volke in der Abbildung B geschürt. Von einer fiktiven Annahme ausgehend soll die fürchterliche Vision eines zu 96% minderwertigen Volkes aufgebaut werden, wenn nicht rechtzeitig Einhalt geboten wird. Neben dieser eindeutigen politischen Zielrichtung ist die Darstellung in höchstem Maße unwissenschaftlich und falsch: 1) Der Prozentsatz z. B. erblich bedingter Krankheiten (und der damit eventuellen Vererbung) entspricht keineswegs den suggerierten Werten. 2) Bei einer großen Anzahl von Erbkrankheiten kann heute durch gezielte medizinische Diagnostik und Behandlung eingegriffen werden (z. B. Diagnose und Diät bei Phenylketonurie). 3) Ob sich die Ansammlung genetischer Defekte in ferner Zukunft einmal negativ auf die menschliche Gesellschaft auswirken wird, ist sehr fraglich. Nach seriösen wissenschaftlichen Berechnungen dauert es über hundert Generationen (ca Jahre!), bis sich ein defektes Gen in besorgniserregendem Maße auswirkt. In dieser Zeit ist sicher eine medizinische Lösung des Problems möglich. 4) Immer weniger existieren soziologische und kulturelle Heiratsgrenzen. Dadurch können sich die Gene in einem breiten Genpool weiter verteilen und vermischen, was die Gefahr des Auftretens von rezessiv vererbten Erbkrankheiten sicher weiter vermindern kann. B 4% HOCHWERTIGE MINDERWERTIGE 96% III. Die Genrübe Viren übertragen die Krankheit Wurzelbärtigkeit (Rizomani) bei der Zuckerrübe. Dabei ist das Wachstum der Rübe verändert. An Stelle einer dicken Zuckerrübe erhält der Landwirt dann sehr kleine, knollenartige Gebilde, die viele Wurzelfäden (Wurzelbärte) zeigen. Durch einen Gentransfer ist es gelungen, dass Proteine erzeugt werden, die bei Befall der Rübe durch das Virus dessen RNA regelrecht einpacken. So kann die Erbinformation der Viren nicht in die Zellen eindringen und dort ihre schädigende Wirkung auslösen. Auch im Freilandversuch zeigte sich, dass dieser künstlich in die Pflanze eingebrachte Abwehrmechanismus funktioniert. Freilandversuche sind deshalb wichtig, weil Versuche im Gewächshaus nicht alle Bedingungen wie auf dem offenen Feld simulieren. Im Freiland spielen zusätzlich UV-Bestrahlung, Trockenheit, Hitze, andere Krankheiten oder andere Umweltfaktoren eine große Rolle. Erst wenn die eingebrachte Genmanipulation auch hier ihre Wirkung zeigt, kann die Pflanze mit den neuen Eigenschaften in der Landwirtschaft verwendet werden.

49 566 Vererbungslehre IV. Einschleusung von Fremd-DNA in eine Wirtszelle Um fremde DNA in einen neuen Wirtsorganismus einzuschleusen sodass sich die DNA vermehren kann, braucht der Molekulargenetiker geeignete Trägermoleküle, mit denen er die fremde Erbinformation in eine Zelle einschmuggeln kann: Das können Viren oder die Plasmide in Bakterienzellen sein. Plasmide sind relativ kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in vielen Bakterien außerhalb der chromosomalen Erbmasse der Bakterienzelle vorkommen. Sie haben die Fähgkeit zur selbständigen Vermehrung in der Zelle. So lassen sich die Plasmide aus Bakterien isoliert gewissermaßen als Trojanische Pferde einsetzen, um fremde DNA in eine Wirtszelle einzuschleusen: Der Gentechniker schneidet das Plasmid an einer Stelle auf. Als Skalpell verwendet er ebenfalls aus Bakterien isoliert Restriktions-Enzyme. Diese Enzyme erkennen bestimmte, symmetrisch auf beiden Strängen der DNA verlaufende Abfolgen von vier bis sechs Nukleotiden. Dort setzen die Restriktions- Enzyme einen Schnitt und zwar so, dass die Schnittstelle in einem DNA-Strang um zwei bis vier Nukleotiden gegenüber der Schnittstelle im anderen DNA-Strang versetzt ist. So entstehen über einen bestimmten Bereich überstehende DNA-Einzelstränge an den Schnittstellen des aufgetrennten Plasmids. Die überstehenden Enden neigen dazu, mit den Basen des Nukleotides eines anderen einzelnen Stranges zusammenzukleben (Sticky end). Diese Eigenschaft nutzt der Gentechniker (wie beim Schneiden eines Filmes eine Szene aus einem Filmstreifen herausgeschnitten und durch eine andere ersetzt wird) zum Ankleben eines fremden Gens. Als Klebstoff wird Enzym verwendet, die DNA-Ligase. Auf diese Weise können Spaltstücke der Fremd-DNA in das Plasmid eingefügt werden. Die Hybrid-Plasmide werden in das Wirtsbakterium meistens das Colibakterium eingeschleust (Transformation). Wenn die Bakterienzelle den genetischen Befehlen des eingeschleusten Plasmids gehorcht, produziert sie die befohlenen Produkte und vermehrt die Plasmid-DNA mit dem fremden Gen. Den Vorgang nennt man Gen-Klonierung. Es entsteht ein Klon gleicher Gene. C Lösungen zu den Arbeitsblättern Arbeitsblatt 1: Fruchtwasseruntersuchung Mit einer Spritze wird Fruchtwasser aus der Fruchtblase der Schwangeren entnommen. Durch Zentrifugieren werden die im Fruchtwasser enthaltenen Zellen des Fetus abgetrennt. / Von diesen Zellen wird zu ihrer Vermehrung eine Zellkultur angelegt. Die Chromosomenuntersuchung mit dem Mikroskop zeigt, ob Chromosomenanomalien vorliegen. Arbeitsblatt 2: Gentransfer Aus Bakterien werden Plasmide als Trägermoleküle gewonnen. Ein geeignetes Enzym schneidet die DNA- Stränge des Plasmids um 4 Nukleotide versetzt auf. Die überstehenden Enden der DNA-Stränge verkleben mit den Enden des einzuschleusenden Gens. Die neu gebildeten Plasmide werden in Bakterien eingeschleust. Das Bakterium produziert neue Plasmide mit dem eingeschleusten Gen. Aus den Bakterien können die neu gebildeten Plasmide gewonnen werden.